Tranzistorul cu efect de câmp metal-oxid-semiconductor sau MOSFET este un dispozitiv controlat de tensiune care este construit cu terminale precum sursa, scurgerea, poarta și corpul pentru a amplifica sau comuta tensiunile din circuite și este, de asemenea, utilizat pe scară largă în circuitele integrate pentru aplicații digitale. Acestea sunt, de asemenea, utilizate în circuite analogice, cum ar fi amplificatoare și filtre. MOSFET-urile sunt concepute în principal pentru a depăși dezavantajele FAPTE cum ar fi rezistența mare de scurgere, impedanța de intrare moderată și funcționarea lentă. MOSFET-urile sunt de două tipuri: modul de îmbunătățire și modul de epuizare. Acest articol discută unul dintre tipurile de MOSFET și anume modul de epuizare MOSFET – tipuri, lucrul cu aplicații.
Ce este modul de epuizare MOSFET?
Un MOSFET care se pornește în mod normal fără a aplica nicio tensiune de poartă atunci când vă conectați este cunoscut sub numele de MOSFET în modul de epuizare. În acest MOSFET, fluxul de curent este de la terminalul de scurgere la sursă. Acest tip de MOSFET este cunoscut și ca în mod normal pe dispozitiv.
Odată ce o tensiune este aplicată la terminalul de poartă a MOSFET, drenajul către canalul sursă va deveni mai rezistiv. Când tensiunea poartă-sursă crește mai mult, fluxul de curent de la dren la sursă se va reduce până când fluxul de curent de la dren la sursă se oprește.
Vă rugăm să consultați acest link pentru a afla mai multe despre MOSFET ca comutator
Mod de epuizare Simbol MOSFET
Simbolurile MOSFET ale modului de epuizare pentru canalul p și canalul n sunt prezentate mai jos. În aceste MOSFET-uri, simbolurile săgeată reprezintă tipul de MOSFET, cum ar fi tipul P sau tipul N. Dacă simbolul săgeată este în direcția în interior, atunci este n-canal, iar dacă simbolul săgeată este în exterior, atunci este p-canal.
Cum funcționează modul de epuizare MOSFET?
MOSFET-ul de epuizare este activat implicit. Aici, bornele sursă și de scurgere sunt conectate fizic. Pentru a înțelege funcționarea MOSFET-ului, să înțelegem tipurile de MOSFET de epuizare.
Tipuri de modul de epuizare MOSFET
The Structura MOSFET în modul de epuizare variază în funcție de tip. MOSFET-urile sunt două tipuri de mod de epuizare a canalului p și mod de epuizare a canalului n. Deci, fiecare tip de structură MOSFET în modul de epuizare și funcționarea acestuia sunt discutate mai jos.
MOSFET de epuizare a canalului N
Structura MOSFET-ului N-Channel Depletion este prezentată mai jos. În acest tip de MOSFET de epuizare, sursa și scurgerea sunt conectate printr-o bandă mică de semiconductor de tip N. Substratul utilizat în acest MOSFET este un semiconductor de tip P, iar electronii sunt cei mai mulți purtători de sarcină în acest tip de MOSFET. Aici, sursa și scurgerea sunt puternic dopate.
Construcția MOSFET în modul de epuizare a canalului N este aceeași în comparație cu MOSFET în modul de îmbunătățire n canal, cu excepția faptului că funcționarea sa este diferită. Decalajul dintre bornele sursă și de scurgere este compus din impurități de tip n.
Când aplicăm o diferență de potențial între ambele terminale, cum ar fi sursa și scurgerea, curentul curge în întreaga regiune n a substratului. Când se aplică o tensiune negativă la terminalul de poartă a acestui MOSFET, purtătorii de sarcină precum electronii vor fi respinși și mutați în jos în regiunea n sub stratul dielectric. Deci epuizarea purtătorului de încărcare va avea loc în interiorul canalului.
Astfel, conductibilitatea generală a canalului este redusă. În această condiție, odată ce aceeași tensiune este aplicată la terminalul GATE, curentul de scurgere va fi scăzut. Odată ce tensiunea negativă este crescută în continuare, ajunge la modul de pinch-off .
Aici curent de scurgere este controlat prin schimbarea epuizării purtătorilor de sarcină în interiorul canalului, așa că se numește acest lucru MOSFET de epuizare . Aici, terminalul de scurgere este într-un potențial +ve, terminalul de poartă este într-un potențial -ve și sursa este la potențialul „0”. Astfel, variația tensiunii între scurgere la poartă este mare în comparație de la sursă la poartă, astfel încât lățimea stratului de epuizare este mare pentru drenare în comparație cu terminalul sursă.
MOSFET de epuizare a canalului P
În MOSFET-ul cu epuizare a canalului P, o mică bandă de semiconductor de tip P conectează sursa și scurgerea. Sursa și scurgerea sunt din semiconductor de tip P, iar substratul este din semiconductor de tip N. Majoritatea suporturilor de încărcare sunt găuri.
Construcția MOSFET de epuizare a canalului p este destul de opusă MOSFET-ului în modul de epuizare a canalului n. Acest MOSFET include un canal care este realizat între regiunea sursă și de scurgere cu care este puternic dopat impurități de tip p. Deci, în acest MOSFET, se folosește substratul de tip n, iar canalul este de tip p așa cum se arată în diagramă.
Odată ce aplicăm o tensiune +ve la terminalul porții MOSFET, atunci purtătorii de sarcină minoritari, cum ar fi electronii din regiunea de tip p, vor fi atrași din cauza acțiunii electrostatice și vor forma ioni de impurități negativi fixați. Deci o regiune de epuizare se va forma în interiorul canalului și, în consecință, conductivitatea canalului se reduce. În acest fel, curentul de scurgere este controlat prin aplicarea unei tensiuni +ve la borna porții.
Odată ce aplicăm o tensiune +ve la terminalul porții MOSFET-ului, atunci purtătorii de sarcină minoritari, cum ar fi electronii din regiunea de tip p, vor fi atrași din cauza acțiunii electrostatice și vor forma ioni de impurități negativi fixați. Deci o regiune de epuizare se va forma în interiorul canalului și, în consecință, conductivitatea canalului se reduce. În acest fel, curentul de scurgere este controlat prin aplicarea unei tensiuni +ve la borna porții.
Pentru a activa acest tip de epuizare de tip MOSFET, tensiunea de poartă trebuie să fie de 0V, iar valoarea curentului de scurgere este mare, astfel încât tranzistorul să fie în regiunea activă. Deci, încă o dată pentru a porni acest MOSFET, este dată tensiunea +ve la terminalul sursei. Deci, cu suficientă tensiune pozitivă și fără tensiune aplicată la terminalul de bază, acest MOSFET va fi în funcționare maximă și are un curent ridicat.
Pentru a dezactiva un MOSFET de epuizare a canalului P, există două moduri în care puteți tăia tensiunea pozitivă de polarizare, care alimentează drenul, altfel puteți aplica o tensiune -ve la terminalul porții. Odată ce o tensiune -ve este furnizată la terminalul porții, curentul va fi scăzut. Pe măsură ce tensiunea de poartă devine mai negativă, curentul se reduce până la întrerupere, atunci MOSFET-ul va fi în starea „OPRIT”. Deci, aceasta oprește o sursă mare pentru a scurge curentul.
Deci, încă o dată tensiunea -ve este furnizată la terminalul de poartă al acestui MOSFET, apoi acest MOSFET va conduce mai puțin și mai puțin curent va fi acolo pe terminalul sursă-scurgere. Odată ce tensiunea de poartă atinge un anumit prag de tensiune –ve, atunci oprește tranzistorul. Deci, tensiunea -ve oprește tranzistorul.
Caracteristici
The caracteristicile MOSFET de scurgere sunt discutate mai jos.
Caracteristicile de scurgere ale MOSFET de epuizare a canalului N
Caracteristicile de scurgere ale MOSFET-ului cu epuizare a canalelor n sunt prezentate mai jos. Aceste caracteristici sunt reprezentate grafic între VDS și IDSS. Când continuăm să creștem valoarea VDS, atunci ID-ul va crește. După o anumită tensiune, ID-ul curentului de scurgere va deveni constant. Valoarea curentului de saturație pentru Vgs = 0 se numește IDSS.
Ori de câte ori tensiunea aplicată este negativă, și atunci această tensiune la terminalul porții va împinge purtătorii de sarcină ca electronii către substrat. Și, de asemenea, găurile din acest substrat de tip p vor fi atrase de acești electroni. Deci, datorită acestei tensiuni, electronii din canal vor fi recombinați cu găuri. Rata recombinării va depinde de tensiunea negativă aplicată.
Odată ce creștem această tensiune negativă, va crește și rata de recombinare, ceea ce va scădea nr. de electroni disponibili în acest canal și va reduce efectiv fluxul de curent.
când observăm caracteristicile de mai sus, se vede că atunci când valoarea VGS va deveni mai negativă, atunci curentul de scurgere va scădea. La o anumită tensiune, această tensiune negativă va deveni zero. Această tensiune este cunoscută sub denumirea de tensiune de pinch-off.
Acest MOSFET funcționează și pentru tensiunea pozitivă, așa că atunci când aplicăm tensiunea pozitivă la terminalul porții, electronii vor fi atrași de canalul N. Deci nr. numărul de electroni din acest canal va crește. Deci fluxul de curent în cadrul acestui canal va crește. Deci, pentru valoarea Vgs pozitivă, ID-ul va fi chiar mai mare decât IDSS.
Caracteristicile de transfer ale MOSFET de epuizare a canalului N
Caracteristicile de transfer ale MOSFET de epuizare a canalului N sunt prezentate mai jos, care este similar cu JFET. Aceste caracteristici definesc relația principală dintre ID și VGS pentru valoarea fixă VDS. Pentru valorile VGS pozitive, putem obține și valoarea ID.
Prin urmare, curba caracteristicilor se va extinde în partea dreaptă. Ori de câte ori valoarea VGS este pozitivă, nr. numărul de electroni din canal va crește. Când VGS este pozitiv, atunci această regiune este regiunea de îmbunătățire. În mod similar, atunci când VGS este negativ, atunci această regiune este cunoscută sub numele de regiune de epuizare.
Relația principală dintre ID și Vgs poate fi exprimată prin ID = IDSS (1-VGS/VP)^2. Folosind această expresie, putem găsi valoarea ID pentru Vgs.
Caracteristicile de scurgere ale MOSFET de epuizare a canalului P
Caracteristicile de drenaj ale MOSFET cu epuizare a canalului P sunt prezentate mai jos. Aici, tensiunea VDS este negativă, iar tensiunea Vgs este pozitivă. Odată ce continuăm să creștem Vgs, atunci Id (curent de scurgere) va scădea. La tensiunea de întrerupere, acest Id (curent de scurgere) va deveni zero. Odată ce VGS este negativ, atunci valoarea ID va fi chiar mai mare decât IDSS.
Caracteristicile de transfer ale MOSFET de epuizare a canalului P
Caracteristicile de transfer ale MOSFET cu epuizare a canalului P sunt prezentate mai jos, care este o imagine în oglindă a caracteristicilor de transfer MOSFET cu epuizare a canalului n. Aici putem observa că curentul de scurgere crește în regiunea VGS pozitivă de la punctul de tăiere până la IDSS și apoi continuă să crească atunci când valoarea VGS negativă crește.
Aplicații
Aplicațiile MOSFET de epuizare includ următoarele.
- Acest MOSFET de epuizare poate fi utilizat în circuite de sursă de curent constant și regulator liniar ca a trece tranzistor .
- Acestea sunt utilizate pe scară largă într-un circuit de alimentare auxiliară de pornire.
- În mod normal, aceste MOSFET-uri sunt pornite atunci când nu este aplicată tensiune, ceea ce înseamnă că pot conduce curentul în condiții normale. Astfel, acesta este utilizat în circuitele logice digitale ca rezistență de sarcină.
- Acestea sunt utilizate pentru circuitele de retur în circuitele integrate PWM.
- Acestea sunt folosite în comutatoare telecomunicații, relee cu stare solidă și multe altele.
- Acest MOSFET este utilizat în circuitele de curățare a tensiunii, circuitele de monitorizare a curentului, circuitele de driver de matrice de LED-uri etc.
Astfel, aceasta este o prezentare generală a unui mod de epuizare MOSFET – funcționează cu aplicatii. Iată o întrebare pentru tine, ce este un MOSFET în modul de îmbunătățire?
