Regiones de operación: primero resistor, luego fuente de corriente
Sube el voltaje de drenador y mira sus dos caras
La curva es la característica Id-Vds dibujada con la compuerta encendida. Cuando el voltaje de drenador Vds es pequeño, la corriente sube casi en proporción. Pero en cuanto Vds alcanza el sobreimpulso, la curva se dobla como un codo y se aplana. Cruza tú mismo ese codo.
Corte y lineal: un canal activo es un resistor
Si Vgs está bajo el umbral no hay canal y la corriente es cero: corte (D1). Una vez que el canal existe, aplica solo un pequeño voltaje de drenador y el canal es una capa conductora casi uniforme de fuente a drenador. Pon un voltaje sobre esa capa y la corriente fluye como por la ley de Ohm, casi proporcional a Vds. La resistencia del canal aquí la fija el voltaje de compuerta. Así, el MOSFET es un resistor cuyo valor cambias con voltaje, y la resistencia en conducción de un interruptor digital o un interruptor analógico usa justamente esta región.
Estrangulamiento: el canal se cierra en el drenador
Al subir Vds, el potencial a lo largo del canal sube de la fuente hacia el drenador. La fuerza que abre el canal es el voltaje entre compuerta y canal, y cerca del drenador el potencial del canal es alto, así que ese valor mengua. Cuando Vds alcanza el sobreimpulso Vov = Vgs - Vth, en el extremo del drenador el voltaje compuerta-canal cae exactamente al umbral y el grosor del canal ahí se hace cero. Este estado, en que el canal ya no llega al drenador, es el estrangulamiento.
Saturación: la corriente se aplana
Más allá del estrangulamiento, subir más Vds solo desplaza un poco el punto de estrangulamiento hacia dentro, mientras la corriente que el canal lleva queda casi igual. Así la corriente se aplana: la región de saturación. Aquí el tamaño de la corriente no lo fija Vds sino el sobreimpulso, siguiendo la ley cuadrática Id ≈ (1/2) k Vov². Esta región, donde el MOSFET se porta como una fuente de corriente controlada por Vgs, es el asiento de la amplificación, correspondiente a la región activa del BJT.
De vuelta a la primera pantalla
Cuando el voltaje de drenador era bajo, la curva subía recta. En ese tramo el MOSFET era un resistor cuyo valor fijaba la compuerta. Al subir el voltaje de drenador hasta el sobreimpulso, la curva se dobló en el codo, el momento en que el extremo del canal en el drenador se estranguló. Por encima había una saturación plana donde más voltaje apenas cambiaba la corriente, y ahí el MOSFET se volvió una fuente de corriente cuyo tamaño fijaba Vgs. Un solo dispositivo, aun encendido, tiene dos caras: un resistor y una fuente de corriente. Lo que trazó la frontera fue si el voltaje de drenador alcanzaba el sobreimpulso.
Lo que sigue
En saturación el MOSFET era una fuente de corriente controlada por Vgs. La siguiente unidad, como con el BJT, separa solo el pequeño bamboleo en torno a ese punto de operación y lo lineariza. Un pequeño voltaje de compuerta hace una pequeña corriente de drenador, y esa constante de proporción es la transconductancia gm del MOSFET. Recorremos otra vez el mismo camino hacia la amplificación, ahora con el MOSFET.