Calculadora MOSFET

Calcular parámetros eléctricos MOSFET para diseño y análisis de circuitos.

Ingrese voltaje puerta-fuente, voltaje drenaje-fuente, voltaje umbral y parámetros del dispositivo para calcular corriente de drenaje, transconductancia y disipación de potencia.

Ejemplos

Haga clic en cualquier ejemplo para cargarlo en la calculadora.

Enhancement Mode MOSFET

MOSFET Modo Mejora

A typical enhancement mode MOSFET operating in saturation region.

Voltaje Puerta-Fuente: 3.3 V

Voltaje Drenaje-Fuente: 5.0 V

Voltaje Umbral: 1.0 V

Parámetro de Transconductancia: 0.001 A/V²

Modulación de Longitud de Canal: 0.01 V⁻¹

Depletion Mode MOSFET

MOSFET Modo Agotamiento

A depletion mode MOSFET with negative threshold voltage.

Voltaje Puerta-Fuente: 2.0 V

Voltaje Drenaje-Fuente: 3.3 V

Voltaje Umbral: -1.0 V

Parámetro de Transconductancia: 0.002 A/V²

Modulación de Longitud de Canal: 0.02 V⁻¹

Low Power MOSFET

MOSFET Baja Potencia

A low-power MOSFET for battery-operated applications.

Voltaje Puerta-Fuente: 1.8 V

Voltaje Drenaje-Fuente: 2.5 V

Voltaje Umbral: 0.5 V

Parámetro de Transconductancia: 0.0005 A/V²

Modulación de Longitud de Canal: 0.005 V⁻¹

High Power MOSFET

MOSFET Alta Potencia

A high-power MOSFET for switching applications.

Voltaje Puerta-Fuente: 5.0 V

Voltaje Drenaje-Fuente: 12.0 V

Voltaje Umbral: 2.0 V

Parámetro de Transconductancia: 0.005 A/V²

Modulación de Longitud de Canal: 0.05 V⁻¹

Otros Títulos
Entendiendo la Calculadora MOSFET: Una Guía Completa
Domina los fundamentos de la operación MOSFET y aprende a calcular parámetros eléctricos clave para el diseño de circuitos electrónicos. Esta guía cubre todo desde la teoría básica de transistores hasta el modelado avanzado de dispositivos.

¿Qué es la Calculadora MOSFET?

  • Conceptos Fundamentales
  • Operación MOSFET
  • Parámetros Clave
La Calculadora MOSFET es una herramienta esencial para ingenieros electrónicos, estudiantes y aficionados que trabajan con Transistores de Efecto Campo Metal-Óxido-Semiconductor. Calcula parámetros eléctricos críticos incluyendo corriente de drenaje, transconductancia, conductancia de salida y disipación de potencia basándose en características del dispositivo y condiciones de operación. Los MOSFETs son componentes fundamentales en la electrónica moderna, utilizados en amplificadores, interruptores, reguladores de voltaje y circuitos digitales.
Entendiendo la Estructura y Operación MOSFET
Un MOSFET consiste en tres terminales: Puerta, Fuente y Drenaje. La puerta está aislada del canal semiconductor por una capa delgada de óxido. Cuando se aplica un voltaje a la puerta, crea un campo eléctrico que controla la conductividad del canal entre fuente y drenaje. El voltaje umbral (Vth) es el voltaje puerta-fuente mínimo requerido para crear un canal conductor. Una vez que Vgs excede Vth, la corriente puede fluir entre drenaje y fuente, con la cantidad de corriente controlada por el voltaje de puerta.
Parámetros Eléctricos Clave
La corriente de drenaje (Id) es el parámetro de salida principal, determinado por la relación de ley cuadrática: Id = K × (Vgs - Vth)² × (1 + λ×Vds). La transconductancia (gm) representa el cambio en corriente de drenaje por unidad de cambio en voltaje de puerta: gm = 2 × K × (Vgs - Vth). La conductancia de salida (gds) considera el efecto del voltaje de drenaje en la corriente: gds = λ × Id. La disipación de potencia es simplemente el producto de corriente de drenaje y voltaje drenaje-fuente: P = Id × Vds.
Regiones de Operación
Los MOSFETs operan en tres regiones principales: corte (Vgs < Vth, sin corriente), triodo/lineal (Vgs > Vth, Vds < Vgs - Vth, comportamiento resistivo), y saturación (Vgs > Vth, Vds > Vgs - Vth, corriente constante). La calculadora determina automáticamente la región de operación basándose en los voltajes de entrada y proporciona cálculos apropiados para cada región.

Tipos Comunes de MOSFET:

  • Modo Mejora: Requiere Vgs positivo para encender (Vth > 0)
  • Modo Agotamiento: Conduce con Vgs cero, requiere Vgs negativo para apagar (Vth < 0)
  • Canal N: Electrones son portadores mayoritarios, Vds positivo
  • Canal P: Huecos son portadores mayoritarios, Vds negativo

Guía Paso a Paso para Usar la Calculadora

  • Recopilando Especificaciones del Dispositivo
  • Ingresando Valores
  • Interpretando Resultados
Usar la Calculadora MOSFET requiere especificaciones precisas del dispositivo y condiciones de operación. Sigue estos pasos para asegurar resultados confiables.
1. Determinar Voltajes de Operación
Comienza identificando los voltajes de operación de tu circuito. El voltaje puerta-fuente (Vgs) determina qué tan fuertemente está encendido el MOSFET. El voltaje drenaje-fuente (Vds) determina la región de operación y afecta la corriente a través de la modulación de longitud de canal. Asegúrate de que Vgs sea mayor que Vth para que ocurra la conducción.
2. Encontrar Parámetros del Dispositivo
El voltaje umbral (Vth) típicamente se especifica en la hoja de datos del dispositivo. El parámetro de transconductancia (K) depende de la tecnología de proceso y geometría del dispositivo, a menudo calculado como K = (μ × Cox × W/L)/2, donde μ es la movilidad de portadores, Cox es la capacitancia de óxido, y W/L es la relación ancho-longitud. El parámetro de modulación de longitud de canal (λ) considera el efecto del voltaje de drenaje en la longitud del canal.
3. Calcular y Analizar Resultados
La calculadora proporcionará corriente de drenaje, transconductancia, conductancia de salida, disipación de potencia y región de operación. Usa estos resultados para verificar la operación del dispositivo dentro de límites seguros, calcular ganancias de voltaje en circuitos amplificadores, y asegurar un manejo térmico adecuado a través del análisis de disipación de potencia.

Rangos Típicos de Parámetros:

  • Voltaje Umbral (Vth): 0.5V - 3V para modo mejora
  • Parámetro de Transconductancia (K): 0.0001 - 0.01 A/V²
  • Modulación de Longitud de Canal (λ): 0.001 - 0.1 V⁻¹
  • Corriente de Drenaje: μA a A dependiendo del tamaño del dispositivo

Aplicaciones del Mundo Real y Diseño de Circuitos

  • Circuitos Amplificadores
  • Aplicaciones de Conmutación
  • Electrónica de Potencia
Los cálculos MOSFET son fundamentales para innumerables aplicaciones electrónicas, desde interruptores simples hasta circuitos integrados complejos.
Diseño de Amplificadores
En circuitos amplificadores, la transconductancia (gm) determina directamente la ganancia de voltaje. Los amplificadores de fuente común tienen ganancia de voltaje Av = -gm × Rd, donde Rd es la resistencia de drenaje. La conductancia de salida (gds) afecta la resistencia de salida del amplificador y la estabilidad de ganancia. Entender estos parámetros es crucial para diseñar amplificadores con características de ganancia, ancho de banda y linealidad deseadas.
Circuitos de Conmutación Digital
En circuitos digitales, los MOSFETs operan como interruptores, transitando entre regiones de corte y triodo. El cálculo de corriente de drenaje ayuda a determinar velocidad de conmutación, consumo de potencia y requisitos de excitación. Para conmutación de alta velocidad, se desean voltaje umbral bajo y transconductancia alta, mientras que la eficiencia de potencia requiere consideración cuidadosa de corriente de fuga y pérdidas de conmutación.
Electrónica de Potencia
En electrónica de potencia, los MOSFETs manejan altas corrientes y voltajes. Los cálculos de disipación de potencia son críticos para el manejo térmico y la confiabilidad. La calculadora ayuda a determinar si un dispositivo opera dentro de su área de operación segura (SOA) y si se requiere disipación de calor adicional. Los MOSFETs de potencia a menudo tienen especificaciones específicas de resistencia térmica que deben considerarse junto con la disipación de potencia.

Conceptos Erróneos Comunes y Trampas de Diseño

  • Control de Voltaje vs Corriente
  • Confusión de Región de Operación
  • Consideraciones Térmicas
El diseño de circuitos MOSFET parece directo, pero varios conceptos erróneos comunes pueden llevar a rendimiento pobre o falla del dispositivo.
Mito: Los MOSFETs son Fuentes de Corriente Controladas por Voltaje
Aunque los MOSFETs a menudo se describen como dispositivos controlados por voltaje, la relación entre voltaje de puerta y corriente de drenaje no es perfectamente lineal. La relación de ley cuadrática significa que pequeños cambios en el voltaje de puerta pueden causar grandes cambios en la corriente, especialmente cerca del umbral. Esta no-linealidad debe considerarse en el diseño de circuitos analógicos y puede llevar a distorsión en amplificadores.
Trampa: Ignorar la Región de Operación
Diferentes regiones de operación requieren diferentes métodos de cálculo. En la región triodo, la corriente de drenaje depende fuertemente de ambos Vgs y Vds, mientras que en saturación, está primariamente controlada por Vgs. Confundir estas regiones puede llevar a errores significativos de cálculo. La calculadora determina automáticamente la región de operación, pero entender la distinción es crucial para el diseño de circuitos.
Consideraciones de Manejo Térmico
La disipación de potencia en MOSFETs genera calor que debe manejarse. La disipación de potencia calculada representa el calor generado en el dispositivo. Este calor debe conducirse a través de una disipación de calor adecuada para prevenir la falla del dispositivo. El aumento de temperatura de unión puede calcularse como ΔT = P × Rth(j-a), donde Rth(j-a) es la resistencia térmica de unión a ambiente.

Ejemplos de Disipación de Potencia:

  • MOSFET señal pequeña: 0.1W - 1W (disipación de calor mínima requerida)
  • MOSFET potencia media: 1W - 10W (disipación de calor moderada necesaria)
  • MOSFET alta potencia: 10W - 100W+ (disipación de calor sustancial requerida)

Derivación Matemática y Ejemplos

  • Modelo de Ley Cuadrática
  • Modulación de Longitud de Canal
  • Modelos Avanzados
La calculadora MOSFET usa el modelo de ley cuadrática con modulación de longitud de canal, que proporciona un buen balance entre precisión y simplicidad para la mayoría de aplicaciones.
Derivación del Modelo de Ley Cuadrática
La relación de ley cuadrática viene de la aproximación de canal gradual, donde la densidad de carga del canal es proporcional a (Vgs - Vth - V(x)), donde V(x) es el voltaje a lo largo del canal. Integrando esta relación de fuente a drenaje produce Id = K × (Vgs - Vth)² en saturación. La transconductancia es la derivada de la corriente de drenaje con respecto al voltaje de puerta: gm = ∂Id/∂Vgs = 2 × K × (Vgs - Vth).
Efecto de Modulación de Longitud de Canal
La modulación de longitud de canal ocurre porque la longitud efectiva del canal disminuye a medida que aumenta el voltaje de drenaje, causando que la corriente de drenaje aumente ligeramente con Vds en saturación. Este efecto se modela por el factor (1 + λ×Vds). La conductancia de salida es la derivada de la corriente de drenaje con respecto al voltaje de drenaje: gds = ∂Id/∂Vds = λ × Id. Este efecto es más pronunciado en dispositivos de canal corto.
Limitaciones y Modelos Avanzados
El modelo de ley cuadrática tiene limitaciones, particularmente para dispositivos de canal corto donde la saturación de velocidad, degradación de movilidad y otros efectos se vuelven importantes. Para modelado más preciso, modelos avanzados como BSIM (Berkeley Short-channel IGFET Model) consideran estos efectos. Sin embargo, el modelo de ley cuadrática proporciona excelente comprensión del comportamiento del dispositivo y es suficiente para la mayoría de aplicaciones de diseño de circuitos.

Precisión del Modelo:

  • Dispositivos de canal largo: Modelo de ley cuadrática muy preciso
  • Dispositivos de canal corto: Modelos avanzados recomendados
  • Operación de alta frecuencia: Efectos parásitos importantes
  • Dispositivos de potencia: Efectos térmicos deben considerarse