Regiones de operación: primero resistor, luego fuente de corriente
Sube la tensión de drenador para ver dos caras
La curva es la característica Id-Vds trazada con la puerta encendida. Con poca tensión de drenador la corriente sube recta, casi en proporción, pero cuando la tensión de drenador llega a la sobretensión, la curva se dobla como una rodilla y se aplana. Pasa tú mismo esa rodilla, de la región lineal de la izquierda a la de saturación de la derecha.
Corte y lineal: un canal activo es un resistor
Si Vgs está por debajo del umbral no hay canal y la corriente es 0: es el corte (D1). Una vez formado el canal, con solo un poco de tensión de drenador el canal es una capa conductora que va casi uniforme de la fuente al drenador, y al aplicarle tensión circula una corriente casi proporcional a Vds, como en la ley de Ohm. La tensión de puerta fija la resistencia del canal, así que el MOSFET es en la práctica una resistencia cuyo valor cambia con la tensión. La resistencia en conducción de un interruptor digital y los interruptores analógicos usan justo esta región.
Estrangulamiento: el canal se cierra en el drenador
Al subir Vds, el potencial a lo largo del canal crece de la fuente hacia el drenador. Lo que mantiene abierto el canal es la tensión entre la puerta y el canal, y cerca del drenador, donde el potencial del canal es alto, esa tensión se va reduciendo. Cuando Vds llega a la sobretensión Vov = Vgs - Vth, la tensión puerta-canal en el extremo del drenador baja justo hasta el umbral y el espesor del canal allí se hace 0. Este estado, en que el canal ya no llega al drenador, es el estrangulamiento.
Saturación: la corriente se aplana
Pasado el estrangulamiento, subir más Vds solo desplaza un poco hacia dentro el punto estrangulado, y la corriente que lleva el canal casi no cambia. Así se llega a la región de saturación, donde la corriente se aplana; su tamaño no lo fija Vds sino la sobretensión, siguiendo la ley cuadrática Id ≈ (1/2) k Vov². En los dispositivos reales el canal se acorta a medida que se desplaza el punto estrangulado, de modo que la saturación también se inclina un poco hacia arriba. Esta región, en que el MOSFET actúa como una fuente de corriente controlada por Vgs, es el lugar de la amplificación, equivalente a la región activa del BJT.
De vuelta a la primera pantalla
Con poca tensión de drenador la curva subía recta, y en ese tramo el MOSFET era una resistencia cuyo valor fijaba la puerta. Al subir la tensión de drenador hasta la sobretensión, la curva se dobló en la rodilla: fue el instante en que el extremo del canal del lado del drenador se estranguló. Por encima venía la saturación plana, donde la corriente casi no cambiaba por más tensión que aplicaras, y ahí el MOSFET se convirtió en una fuente de corriente cuyo tamaño fija Vgs. Incluso encendido, un mismo dispositivo tiene dos caras, resistencia y fuente de corriente, y el límite entre ellas es si la tensión de drenador alcanza la sobretensión.
Lo que sigue
En saturación, el MOSFET era una fuente de corriente controlada por Vgs. Como con el BJT, la siguiente unidad separa solo las pequeñas oscilaciones alrededor de ese punto de trabajo y las linealiza. La pequeña corriente de drenador que crea una pequeña tensión de puerta, y la constante de proporcionalidad entre ambas, la transconductancia gm del MOSFET: recorres de nuevo el mismo camino hacia la amplificación, esta vez con el MOSFET.