Mosfet: Funcionamento, Tipos e Aplicações

Você já ouviu falar em Mosfet? Ele é chamado assim pois é um transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico, seu funcionamento é realizado através do efeito de campo elétrico, que acontece pela junção de sua composição. Ele é um tipo especial e mais utilizado de transistor, tanto em circuitos analógicos como em circuitos digitais.

É observado que o seu funcionamento em alguns circuitos possui um diferencial ao qual nenhum outro componente eletrônico seria capaz de atingir pois são excelentes amplificadores de tensão.

Outras características relevantes que devem ser levadas em consideração na hora da escolha do melhor componente a se utilizar em projetos de eletrônica é a rápida comutação, ótimo chaveamento e a capacidade de suportar alta corrente.

Além destas aplicações, outro uso dos MOSFETS é em portas lógicas em eletrônica digital. Se você deseja entender de maneira completa todos os tipos de portas lógicas, não deixe de acessar meu artigo no link acima!

Sendo assim, leia o artigo até o final pois você irá tirar todas as suas dúvidas sobre este componente e saberá como ele funciona, suas aplicações, sua composição e as diferenças dele para o transistor bipolar.

Mosfet e suas operações

Esse tipo de transistor tem em sua estrutura três terminais, sendo eles o Dreno (D), a Fonte (F) e a Porta (P). Também é muito visto em circuitos sua denominação em inglês: Drain (D), Source (S) e Gate (G).

Esse componente é composto de um canal com material semicondutor, seu terminal é composto por uma camada de polisilício e colocado sobre o canal, no entanto, separados por uma fina camada de dióxido de silício isolante.

Na eletrônica este componente é predominantemente utilizado como interruptor, então, ele consegue conduzir ou bloquear a passagem de corrente no circuito eletrônico.

Ele é semelhante ao diodo, mas a diferença, que influencia muito na escolha dos componentes, está no terminal do Gate (G). Logo você consegue controlar esse componente chaveando-o como você desejar.

Tipos de mosfet

Este componente tem uma característica notável que é a capacidade que tem de se adaptar em qualquer circuito devido a sua diversidade de tamanho e forma. Portanto, é possível encontrarmos no mercado vários modelos e dimensões desse componente.

Podemos identificá-los como Mosfet canal N e Mosfet canal P. Além da opção comum também encontramos a variação SMD de mosfets, a qual é muito usada em placas de circuito impresso.

Mosfet comum: É muito utilizado em equipamentos eletrônicos para amplificar sinais sendo bastante encontrado em amplificadores de áudio pois ele dá o retorno de um maior potencial para reproduzir o som além de influenciar na qualidade do áudio. Ele também evita distroções e contribui para uma melhor eficiência sonora do aparelho.

Mosfet SMD: É muito utilizado na construção de chips eletrônicos, com uma ampla variedade de aplicações, como utilização em processos de amplificação e produção de sinais e em operações de chaveamento.

Utilizamos muito na eletrônica o mosfet canal N, que se assemelha ao Transistor NPN, sendo a entrada do Gate positiva.  Com isso o componente que utiliza o canal P vai sendo um pouco esquecido, que é a inversão da polaridade, sendo esse parecido com o transistor PNP.

Veja a ilustração abaixo que mostra a diferença entre o mosfet NPN e PNP:

Mosfet x Transistor Bipolar (BJT)

O mosfet para alguns é o queridinho da eletrônica, dizem até que é um dos componentes mais produzidos no mundo e esse componente tem uma grande semelhança com o transistor bipolar. Porém, por que o mosfet é o mais queridinho?

Umas das grandes razões que fizeram o mosfet ultrapassar o transistor bipolar são:

1. Ele pode ser facilmente modificado para menores dimensões.
2. Ele consome menos energia.
3. Em sua fabricação ele tem etapas de processamento relativamente mais simples o que resulta na fabricação em uma maior escala e com mais qualidade.

Quais as perdas este componente sofre?

Esse componente possui duas perdas relevantes:

• Perda por condução: Essa perda ocorre, quando a resistência do próprio componente impede que toda corrente passe por ele e chegue ao destino final. Sendo assim, gerando calor no componente e tendo uma pequena perda no desempenho.
• Perda por comutação: Essa perda ocorre quando esse componente sai da condição de bloqueio e começa a conduzir corrente, fazendo com que essa transição com presença simultânea entre a corrente e tensão. Essa condição acaba resultando em perdas na potência do componente. Sendo assim, é necessário considerar essa perda na hora de dimensionar o seu dissipador de calor.

A importância de um dissipador de calor

Os dissipadores são de grande importância, pois eles fornecem mais caminhos que ajudam a transferir o calor de maneira mais eficaz fazendo uma boa dissipação do calor evitando que haja uma sobrecarga de temperatura nos componentes próximos.

Para escolher o melhor dissipador de calor para os mosfets, é preciso identificar a temperatura do local e fazer o cálculo da energia que será dissipada por ele. Com essas informações em mãos você conseguirá encontrar o dissipador adequado.

Recomenda-se escolher um que tenha tamanho intermediário, ou seja, não muito pequeno para não causar um esgotamento do material e nem muito grande para evitar ocupar espaço desnecessário na placa de circuito.

Capacitância parasita

Esse é um efeito que pode ser encontrado de diversas maneiras na eletrônica, de acordo com as aplicações e variações em que se encontra o componente no circuito.

Uma das causas desse efeito de capacitância parasita são os campos elétricos próximos do nosso componente, fazendo com que ele possa conduzir mesmo que não tenha nenhum comando de sinal em seus terminais e isso pode gerar uma interferência no circuito, podendo causar um funcionamento inadequado no mesmo.

Esse efeito pode ser evitado na fase do circuito, onde podemos planejar um lugar mais adequado a uma distância segura para evitar interferências.

3 Circuitos que utilizam Mosfets

Separei alguns circuitos para você aprender na prática onde eles são aplicados e entender seu funcionamento juntamente a outros componentes eletrônicos. Uma dica aqui é se aprofundar melhor através de cursos de eletrônica para conseguir entender as simbologias e identificar nos circuitos, que estão apresentados abaixo, seus componentes eletrônicos.

1. Circuito temporizador de lâmpada

O circuito acima trata-se de um temporizador. Inicialmente a lâmpada se encontra desligada e apenas acende quando recebe um sinal para o Gate (G) do mosfet. Enquanto não houver esse comando a lâmpada permanece em estado inicial (desligada).

Com isso, nós podemos programar o seu chaveamento. E para deixar esse circuito mais automático, podemos usar um microcontrolador eletrônico como o Arduino para enviar o sinal para a porta quando desejarmos tornando nosso sistema ainda mais automático e programável.

2. Fonte ajustável

Nesse circuito o mosfet atua como se fosse um resistor controlado por tensão. O funcionamento desse circuito pode ser dividido em três partes para melhor entendimento:

Parte 1: Essa parte vai funcionar para gerar a tensão DC que irá percorrer o mosfet. Nesse esquema utilizamos um transformador em uma ponte retificadora que possui diodos. Para certificar como os diodos funcionamento, acesse o artigo completo: Diodo: Sua Função, Aplicação e Principais Tipos.

Parte 2: Essa parte do circuito é onde temos o mosfet e ligado a ele temos um potenciômetro para variar a tensão da porta em que está conectado.

Parte 3: Já aqui temos o transistor bipolar como um auxílio no circuito que servirá de ajuda para limitar a saída de corrente na placa de circuito. Esse transistor bipolar, também identificado pela sigla BJT, será útil na redução da tensão de saída, caso a mesma passe do valor. É importante ressaltar nesse circuito, que é necessário usar um dissipador de calor.

3. Amplificador de áudio

Os amplificadores de áudio têm como função controlar grandes quantidades de energia, tanto na saída quanto na entrada.  No circuito acima, temos um amplificador de áudio, o mosfet está melhor identificado na potência de saída.

Assim como no circuito anterior, aqui utilizamos o mosfet e o transistor bipolar, sendo o nosso componente responsável pela saída do amplificador.

Para quem tem grandes conhecimentos e preza por uma boa qualidade no áudio, os transistores bipolares não dão uma boa qualidade de áudio para esse projeto, sendo o mosfet o componente que mais se aproxima da qualidade dos amplificadores valvulados.