¿Características de entrada de MOSFET en la región del triodo?

¿Qué quiere decir con "características de entrada"?

Los libros de texto y las hojas de datos describen el comportamiento de los MOSFET mediante dos gráficos:

• Características de salida :$I_D$versus$V_{DS}$con$V_{GS}$como parámetro.

• Característica de transferencia :$I_{D}$versus$V_{GS}$en un fijo dado$V_{DS}$valor (este último se elige para que el MOSFET esté en la región de saturación).

No existe una "característica de entrada" (como la$I_B$versus$V_{BE}$curva de un BJT) porque la otra cantidad de entrada además$V_{GS}$, a saber$I_G$, es virtualmente cero en DC (y todas estas curvas asumen operaciones DC). Por lo tanto, no tendría mucho sentido trazar$I_G$versus$V_{GS}$, a menos que desee analizar la corriente de la puerta de fuga, pero supongo que no está interesado en eso.

Entonces está claro (también por un comentario suyo) que por característica de entrada se refiere a la característica de transferencia (TC). Tenga en cuenta que el TC se traza con un voltaje de fuente de drenaje fijo que garantiza que el MOSFET está en saturación para cada$V_{GS}$valor en el eje horizontal. Esto se hace porque el TC es útil cuando el MOSFET está en saturación, es decir, cuando la corriente de salida depende únicamente del voltaje de entrada (sin considerar el "Efecto temprano"), por ejemplo cuando desea usar el MOSFET como amplificador y necesita dibujar una línea de carga para diseñar su circuito de polarización.

Si traza el TC para diferentes valores de$V_{DS}$obtienes una familia de curvas TC. Por ejemplo, considere esta simulación de circuito con LTspice:

Trazar el TC para diferentes$V_{DS}$valores que obtienes:

Como puedes ver, cuanto más aumentas$V_{DS}$cuanto más se parece la curva a una parábola, como cabría esperar de la TC en saturación. Tenga en cuenta que esta parte muestra un voltaje de umbral$V_{th} \approx 4V$.

Consideremos lo que sucede si$V_{DS}$no es lo suficientemente grande para conducir el MOSFET en saturación para cada$V_{GS}$valor, como en la curva azul más baja (Nota: para presentar un gráfico más revelador, seleccioné la curva correspondiente a$V_{DS} = 2V$, mientras que la curva azul más baja anterior corresponde a$V_{DS} = 1V$):

Como puede ver, en la región de saturación obtiene una curva cuadrática, mientras que en la región de triodo obtiene una curva lineal. Todo como se esperaba, excepto que los dispositivos reales no tienen un cambio brusco entre las dos regiones y que la linealidad de la región del triodo no es perfecta porque el dispositivo no es ideal (los modelos SPICE suelen tener en cuenta estos efectos).

Si observa en su simulación una desviación abrupta de este comportamiento, es posible que haya intentado trazar las curvas fuera del rango de voltajes/corrientes admisibles para su dispositivo. Tenga en cuenta que limité la primera gráfica a un máximo de 14 A/20 V, que son las clasificaciones máximas absolutas para el dispositivo que elegí. Si no tiene esto en cuenta, destruirá el dispositivo (en la vida real) u obtendrá resultados extraños (en simulaciones).

EDITAR (en respuesta a un comentario y una edición de pregunta)

Usted pregunta por qué la curva lineal "perfectamente" para$I_D$versus$V_{GS}$en la región óhmica no se explota. Aquí hay una idea:

¿Por qué necesita una característica lineal entre la entrada ($V_{GS}$) y salida ($I_D$)? Por lo general, para usar el dispositivo como un amplificador (lineal). Pero, ¿cuáles son las condiciones que permiten tener esa linealidad?$V_{DS}$debe mantenerse constante. Por lo tanto, para hacer un amplificador de esta manera, debe insertar una carga en el circuito de salida y aún así mantener$V_{DS}$constante. Puede comprender que dicha carga no puede ser una resistencia simple (que es el tipo de carga más simple). Por lo tanto, necesita un circuito mucho más complejo (con otros dispositivos activos).

Por otro lado, puede usar el mismo MOSFET sesgado en saturación y obtener un amplificador lineal decente: incluso si el comportamiento del dispositivo no es intrínsecamente lineal, sino cuadrático, existen técnicas de linealización (por ejemplo, emplean esquemas de retroalimentación simples, como una resistencia en serie con el terminal fuente) que permiten que el amplificador general se vuelva más lineal.