Questão 4 - Qual é o valor típico da tensão de limiar (VTH) para MOSFETs de potência, que é necessária para que o dispositivo entre em modo de enriquecimento e conduza?
Passo 1
O enunciado pergunta claramente: “Qual é o valor típico da tensão de limiar (
) para MOSFETs de potência, necessária para que o dispositivo entre em modo de enriquecimento e conduza?”
Informações dadas: nenhuma além da pergunta em si (quer-se um valor típico para MOSFETs de potência).
Informações dadas: nenhuma além da pergunta em si (quer-se um valor típico para MOSFETs de potência).
Passo 2
O que é exatamente a tensão de limiar
? Vou explicar devagarinho.
- A tensão de limiar
é a tensão entre gate e source ( ) na qual o canal do MOSFET começa a formar-se e uma corrente de dreno muito pequena passa. - Em termos de medição prática, os fabricantes definem
como o valor de que produz uma corrente de dreno especificada (por exemplo, ou sob condições de teste). Isso significa que não é o valor para o MOSFET estar “bem ligado”, é só quando ele começa a conduzir uma corrente pequena. - Em palavras simples:
= tensão onde “aparece placa” no canal, mas ainda é um conduction fraca.
Passo 3
Uma fórmula simples que mostra a relação entre corrente e
ajuda a entender por que
não equivale a “totalmente ligado”:
onde:
-
é a mobilidade dos portadores, -
é a capacitância por unidade de área do óxido do gate, -
é a razão largura/comprimento do canal, -
é a tensão gate-source, -
é a tensão de limiar.
Essa expressão (regime de saturação idealizada) mostra que a corrente cresce com o quadrado de. Ou seja, estar um pouco acima de gera corrente pequena; para corrente grande precisa ficar bem acima de .
Passo 4
Agora os valores práticos e o que os datasheets costumam mostrar:
- Para MOSFETs de potência discretos comuns, a tensão de limiar típica fica na faixa aproximada de
a . - Um valor “típico” frequentemente citado é cerca de
. - Existem, porém, MOSFETs tipo “logic-level” com
mais baixo, tipicamente na faixa de a , feitos para ligar razoavelmente com sinais digitais ou até . - Observação importante: mesmo que
seja, por exemplo, , isso não quer dizer que o componente estará com baixo a . Muitos power MOSFETs especificam em (ou ); modelos logic-level especificam em . Portanto, para “conduzir bem” costuma-se aplicar bem acima de .
Passo 5
Exemplo numérico rápido para intuir a diferença: suponha
.
- Se
então . - Se
então .
Pela relação quadrática, a corrente empode ser aproximadamente vezes maior que em (mesma geometria e parâmetros), mostrando por que se usa gate drive de para power MOSFETs para obter baixa resistência de condução.
Passo 6
Resumo prático — o que escrever numa prova se pedirem “valor típico”:
- Diga a faixa e um valor representativo:
típico para MOSFETs de potência: aproximadamente a , tipicamente por volta de . - Acrescente, se quiser impressionar o prof.: note que “logic-level” é mais baixo (
– ) e que o gate drive recomendado para RDS(on) baixo costuma ser (ou para devices logic-level).
Resposta
Tipicamente
a
(valor representativo:
).