Kov-oxid-polovodičový tranzistor s efektom poľa resp MOSFET je napäťovo riadené zariadenie, ktoré je konštruované s terminálmi ako zdroj, odtok, hradlo a telo na zosilnenie alebo prepínanie napätia v obvodoch a vo veľkej miere sa používa aj v integrovaných obvodoch pre digitálne aplikácie. Používajú sa aj v analógových obvodoch, ako sú zosilňovače a filtre. MOSFETy sú navrhnuté hlavne na prekonanie nevýhod FAKTY ako vysoký odpor odtoku, mierna vstupná impedancia a pomalá prevádzka. MOSFETy sú dva typy režimu vylepšenia a režimu vyčerpania. Tento článok pojednáva o jednom z typov MOSFET režim vyčerpania MOSFET – typy, práca s aplikáciami.
Čo je MOSFET režim vyčerpania?
MOSFET, ktorý sa normálne zapína bez použitia akéhokoľvek hradlového napätia, keď sa pripájate, je známy ako MOSFET v režime vyčerpania. V tomto MOSFET je tok prúdu z odtokového terminálu do zdroja. Tento typ MOSFET je tiež známy ako normálne na zariadení.
Akonáhle sa na svorku brány MOSFET pripojí napätie, odtok do zdrojového kanála bude odolnejší. Keď sa napätie hradla-zdroja viac zvýši, tok prúdu z odtoku do zdroja sa zníži, kým sa tok prúdu z odtoku do zdroja nezastaví.
Viac informácií nájdete na tomto odkaze MOSFET ako prepínač
Symbol MOSFET režimu vyčerpania
Symboly MOSFET režimu vyčerpania pre p-kanál a n-kanál sú zobrazené nižšie. V týchto MOSFEToch symboly šípok predstavujú typ MOSFET, ako je typ P alebo typ N. Ak je symbol šípky vo vnútri, potom je to n-kanál a ak je symbol šípky vonku, potom je to p-kanál.
Ako funguje MOSFET režim vyčerpania?
Vyčerpanie MOSFET je predvolene aktivované. Tu sú svorky zdroja a odtoku fyzicky pripojené. Aby sme pochopili fungovanie MOSFET, pochopme typy vyčerpania MOSFET.
Typy režimu vyčerpania MOSFET
The Štruktúra MOSFET režimu vyčerpania sa líši v závislosti od typu. MOSFETy sú dva typy režimu vyčerpania p-kanálu a režimu n-kanálového vyčerpania. Takže každý typ štruktúry MOSFET režimu vyčerpania a jeho fungovanie je diskutované nižšie.
MOSFET s vyčerpaním N-kanálov
Štruktúra MOSFET s vyčerpaním N-kanálov je uvedená nižšie. Pri tomto type vyčerpania MOSFET sú zdroj a odtok spojené malým pásikom polovodiča typu N. Substrát použitý v tomto MOSFET je polovodič typu P a elektróny sú väčšinovými nosičmi náboja v tomto type MOSFET. Tu sú zdroj a odtok silne dopované.
Konštrukcia MOSFET v režime N-kanálového vyčerpania je rovnaká ako v porovnaní s MOSFET s n-kanálovým režimom vylepšenia s výnimkou toho, že jej fungovanie je odlišné. Medzera medzi terminálom zdroja a odtokom je zložená z nečistôt typu n.
Keď aplikujeme potenciálny rozdiel medzi oboma terminálmi, ako je zdroj a odtok, prúd tečie cez celú n-oblasť substrátu. Keď sa na svorku brány tohto MOSFETu privedie záporné napätie, nosiče náboja, ako sú elektróny, sa odpudia a posunú nadol v n-oblasti pod dielektrickou vrstvou. Takže v kanáli dôjde k vyčerpaniu nosiča náboja.
Tým sa zníži celková vodivosť kanála. Za tohto stavu, akonáhle je na svorku GATE privedené rovnaké napätie, odberový prúd sa zníži. Akonáhle sa záporné napätie ďalej zvýši, dosiahne hodnotu režim pinch-off .
Tu je vypúšťací prúd sa riadi zmenou vyčerpania nosičov náboja v kanáli, takže sa to nazýva vyčerpanie MOSFET . Tu je odtokový terminál v kladnom potenciáli, hradlový terminál je v zápornom potenciáli a zdroj je na potenciáli „0“. Takže odchýlka napätia medzi kolektorom do hradla je vysoká v porovnaní od zdroja k bráne, takže šírka vrstvy vyčerpania je vysoká pri odbere v porovnaní so zdrojovým terminálom.
MOSFET s vyčerpaním P-kanálu
V MOSFET s vyčerpaním P kanála malý pásik polovodiča typu P spája zdroj a odtok. Zdroj a vývod sú z polovodiča typu P a substrát je z polovodiča typu N. Väčšina nosičov náboja sú diery.
Konštrukcia MOSFET s odstraňovaním p kanála je úplne opačná ako MOSFET v režime odstraňovania n kanálov. Tento MOSFET obsahuje kanál, ktorý je vytvorený medzi oblasť zdroja a odtoku ktorý je silne nadopovaný nečistoty typu p. Takže v tomto MOSFET sa používa substrát typu n a kanál je typu p, ako je znázornené na diagrame.
Akonáhle aplikujeme kladné napätie na hradlový terminál MOSFET, potom budú menšinové nosiče náboja, ako sú elektróny v oblasti typu p, priťahované v dôsledku elektrostatického pôsobenia a vytvárajú pevné záporné ióny nečistôt. Takže v kanáli sa vytvorí oblasť vyčerpania a následne sa zníži vodivosť kanála. Týmto spôsobom je odtokový prúd riadený privedením kladného napätia na svorku brány.
Akonáhle aplikujeme kladné napätie na hradlový terminál MOSFET, potom budú menšinové nosiče náboja, ako sú elektróny v oblasti typu p, priťahované v dôsledku elektrostatického pôsobenia a vytvárajú pevné záporné ióny nečistôt. Takže v kanáli sa vytvorí oblasť vyčerpania a následne sa zníži vodivosť kanála. Týmto spôsobom je odtokový prúd riadený privedením kladného napätia na svorku brány.
Na aktiváciu tohto typu vyčerpania typu MOSFET musí byť napätie hradla 0 V a hodnota vybíjacieho prúdu je veľká, takže tranzistor bude v aktívnej oblasti. Takže ešte raz, aby ste zapli tento MOSFET, na zdrojovom termináli je uvedené kladné napätie. Takže s dostatočným kladným napätím a žiadnym napätím na základnej svorke bude tento MOSFET v maximálnej prevádzke a má vysoký prúd.
Ak chcete deaktivovať MOSFET s vyčerpaním P-kanálu, existujú dva spôsoby, ako môžete prerušiť predpätie kladné napätie, ktoré napája kolektor, inak môžete použiť záporné napätie na svorku brány. Akonáhle je na svorku brány privedené záporné napätie, prúd sa zníži. Keď sa napätie brány zmení na zápornejšie, prúd sa zníži až do vypnutia, potom bude MOSFET v stave „OFF“. Takže to zastaví veľký zdroj odvádzania prúdu.
Takže, keď sa na svorku brány tohto MOSFETu privedie ďalšie záporné napätie, tento MOSFET bude viesť menej prúdu a cez svorku zdroja a odtoku bude prúdiť menej. Akonáhle napätie brány dosiahne určitú prahovú hodnotu záporného napätia, vypne tranzistor. Takže -ve napätie vypne tranzistor.
Charakteristika
The odvodňovacie charakteristiky MOSFET sú diskutované nižšie.
Odtokové charakteristiky vyčerpania N kanála MOSFET
Odtokové charakteristiky MOSFET s vyčerpaním n kanála sú uvedené nižšie. Tieto charakteristiky sú vynesené medzi VDS a IDSS. Keď budeme neustále zvyšovať hodnotu VDS, ID sa zvýši. Po určitom napätí sa ID odtokového prúdu stane konštantným. Hodnota saturačného prúdu pre Vgs = 0 sa nazýva IDSS.
Kedykoľvek je použité napätie záporné, a potom toto napätie na svorke brány vytlačí nosiče náboja ako elektróny na substrát. A tiež otvory v tomto substráte typu p budú priťahované týmito elektrónmi. Takže kvôli tomuto napätiu budú elektróny v kanáli rekombinované s dierami. Rýchlosť rekombinácie bude závisieť od použitého záporného napätia.
Akonáhle zvýšime toto záporné napätie, rýchlosť rekombinácie sa tiež zvýši, čím sa zníži počet. elektrónov dostupných v tomto kanáli a účinne zníži tok prúdu.
keď pozorujeme vyššie uvedené charakteristiky, je vidieť, že keď bude hodnota VGS zápornejšia, potom sa zníži odtokový prúd. Pri určitom napätí sa toto záporné napätie stane nulou. Toto napätie je známe ako pinch-off napätie.
Tento MOSFET funguje aj pre kladné napätie, takže keď aplikujeme kladné napätie na svorku brány, elektróny budú priťahované k N-kanálu. Takže nie. elektrónov v tomto kanáli sa zvýši. Takže tok prúdu v tomto kanáli sa zvýši. Takže pre kladnú hodnotu Vgs bude ID ešte viac ako IDSS.
Prenosové charakteristiky vyčerpania N kanála MOSFET
Prenosové charakteristiky MOSFET s vyčerpaním N kanálov sú uvedené nižšie, čo je podobné ako JFET. Tieto charakteristiky definujú hlavný vzťah medzi ID a VGS pre pevnú hodnotu VDS. Pre kladné hodnoty VGS môžeme získať aj hodnotu ID.
Takže vďaka tomu sa krivka v charakteristike rozšíri na pravú stranu. Kedykoľvek je hodnota VGS kladná, nie. elektrónov v kanáli sa zvýši. Keď je VGS pozitívny, potom je táto oblasť oblasťou vylepšenia. Podobne, keď je VGS negatívny, potom je táto oblasť známa ako oblasť vyčerpania.
Hlavný vzťah medzi ID a Vgs možno vyjadriť pomocou ID = IDSS (1-VGS/VP)^2. Pomocou tohto výrazu môžeme nájsť hodnotu ID pre Vgs.
Odtokové charakteristiky vyčerpania P kanála MOSFET
Odtokové charakteristiky MOSFET vyčerpania P kanála sú uvedené nižšie. Tu je napätie VDS záporné a napätie Vgs kladné. Keď budeme neustále zvyšovať Vgs, potom sa Id (odtokový prúd) zníži. Pri vypínacom napätí sa toto Id (odtokový prúd) zmení na nulu. Akonáhle je VGS záporné, potom bude hodnota ID ešte vyššia ako IDSS.
Prenosové charakteristiky vyčerpania P kanála MOSFET
Prenosové charakteristiky MOSFET s vyčerpaním P kanála sú zobrazené nižšie, čo je zrkadlový obraz prenosových charakteristík MOSFET s vyčerpaním n kanála. Tu môžeme pozorovať, že odtokový prúd sa zvyšuje v pozitívnej oblasti VGS od hraničného bodu až po IDSS, a potom sa naďalej zvyšuje, keď sa zvyšuje záporná hodnota VGS.
Aplikácie
Aplikácie vyčerpania MOSFET zahŕňajú nasledujúce.
- Toto vyčerpanie MOSFET možno použiť v obvodoch zdroja konštantného prúdu a lineárnych regulátorov ako a priechodový tranzistor .
- Tieto sa vo veľkej miere používajú v štartovacom pomocnom napájacom obvode.
- Normálne sú tieto MOSFETy zapnuté, keď nie je aplikované žiadne napätie, čo znamená, že môžu viesť prúd za normálnych podmienok. Preto sa používa v digitálnych logických obvodoch ako záťažový odpor.
- Používajú sa pre spätné obvody v rámci integrovaných obvodov PWM.
- Používajú sa v telekomunikačných prepínačoch, polovodičových relé a mnohých ďalších.
- Tento MOSFET sa používa v obvodoch na zametanie napätia, obvodoch monitorovania prúdu, obvodoch ovládača poľa LED atď.
Toto je teda prehľad režimu vyčerpania MOSFET – funkčný s aplikáciami. Tu je otázka pre vás, čo je režim vylepšenia MOSFET?
