El amplificador en fuente común: misma ganancia, entrada abierta
Haz crecer el resistor de drenador para crear ganancia
La curva tenue es la entrada de compuerta vin y la gruesa es la salida vout. Haz crecer el resistor de drenador Rd y la salida se agranda, trazando una forma invertida que baja cuando la entrada sube. La compuerta no consume corriente, así que la señal de entrada se entrega intacta.
La señal de compuerta bambolea la corriente de drenador
Acopla la señal de entrada a la compuerta y un pequeño vgs se suma sobre el punto de operación. Como se vio en D3, este pequeño voltaje hace una corriente de señal de drenador id = gm vgs. Aquí vive una diferencia importante: la compuerta está aislada y no consume corriente, así que la fuente de señal de delante aplica su voltaje plenamente a la compuerta sin carga. Esto es justo lo contrario de la base del BJT, que exigía una corriente.
Esa corriente se vuelve voltaje en Rd y se invierte
Esta corriente de señal de drenador fluye por el resistor de drenador Rd. Por la ley de Ohm el voltaje sobre Rd se bambolea en id Rd. La salida se toma en el drenador, cuyo voltaje es la fuente Vdd menos Id Rd. Así, cuando la corriente de señal sube, el voltaje de drenador baja. La salida baja cuando la entrada sube: una salida invertida, vout = -id Rd. Lo que el colector hizo en el emisor común (C4), el drenador lo hace idéntico aquí.
Av = -gm Rd, y la entrada abierta
Sustituir id = gm vgs en vout = -id Rd da la ganancia de voltaje Av = -gm Rd, exactamente la misma forma que el -gm Rc del emisor común. Pero dos cosas difieren. Primero, el gm del MOSFET crece solo como la raíz cuadrada de la corriente (D3), así que a igual corriente la ganancia suele ser menor que la del BJT. Segundo, la compuerta está aislada, así que la impedancia de entrada es casi infinita, y este amplificador apenas roba señal de la etapa anterior. Aunque ceda ganancia bruta al BJT, esta alta impedancia de entrada, que no carga a ninguna etapa previa, es la gran fortaleza del amplificador MOSFET.
De vuelta a la primera pantalla
Cuanto más crecía el resistor de drenador, mayor era la salida, bajando cada vez que la entrada subía para trazar una forma invertida. La aritmética era idéntica al emisor común. El pequeño voltaje de compuerta se volvió una corriente de señal de drenador gm vgs, y esa corriente, al fluir por el resistor de drenador Rd, se volvió un voltaje que bajó el voltaje de drenador. Su producto, -gm Rd, es la ganancia de voltaje. Dos cosas difirieron: el pequeño gm del MOSFET da menor ganancia bruta, pero gracias a la compuerta aislada la entrada no consume corriente y apenas carga a la etapa previa. Gran ganancia al BJT, gran impedancia de entrada al MOSFET; el diseñador elige entre ambos.
Lo que sigue
Hasta ahora usamos el MOSFET para amplificación analógica. Pero el escenario donde el MOSFET cambió el mundo es el digital. La siguiente unidad empareja un NMOS y un PMOS arriba y abajo para construir un inversor CMOS, donde solo uno de los dos conduce según si la entrada es 0 o 1. La salida se invierte por completo, y sin embargo en estado estático casi ninguna corriente fluye y casi no gasta potencia.