Vylepšenie MOSFET: Fungovanie, rozdiely a jeho aplikácie

MOSFET (metal-oxid-semiconductor FET) je jeden druh tranzistora s efektom poľa s izolovanou bránou, ktorý sa používa hlavne na zosilnenie alebo prepínanie signálov. Teraz v analógových a digitálnych obvodoch sa MOSFETy používajú častejšie v porovnaní s BJT . MOSFETy sa používajú hlavne v zosilňovačoch kvôli ich nekonečnej vstupnej impedancii, takže zosilňovaču umožňuje zachytiť takmer všetok prichádzajúci signál. Hlavným prínosom MOSFET v porovnaní s BJT je to, že nevyžaduje takmer žiadny vstupný prúd na riadenie záťažového prúdu. MOSFETy sú rozdelené do dvoch typov zosilňujúcich MOSFET a vyčerpaných MOSFET. Takže tento článok poskytuje stručné informácie o vylepšenie MOSFET - práca s aplikáciami.

Čo je MOSFET typu vylepšenia?

MOSFET, ktorý pracuje v režime vylepšenia, je známy ako E-MOSFET alebo vylepšený mosfet. Režim vylepšenia znamená, že vždy, keď sa zvýši napätie smerom k hradlovej svorke tohto MOSFETu, potom sa tok prúdu zvýši viac od kolektora k zdroju, až kým nedosiahne najvyššiu úroveň. Tento MOSFET je trojsvorkové napäťovo riadené zariadenie, kde svorky sú zdrojom, bránou a odtokom.

Vlastnosti týchto MOSFETov sú nízke straty energie, jednoduchá výroba a malá geometria. Vďaka týmto vlastnostiam sa budú používať v integrovaných obvodoch. Neexistuje žiadna cesta medzi kolektorom (D) a zdrojom (S) tohto MOSFETu, keď medzi svorky brány a zdroja nie je privedené žiadne napätie. Takže privedením napätia na bránu k zdroju sa kanál zlepší a bude schopný viesť prúd. Táto vlastnosť je hlavným dôvodom, prečo sa toto zariadenie nazýva MOSFET v režime vylepšenia.

Vylepšenie symbol MOSFET

Vylepšujúce symboly MOSFET pre P-kanál aj N-kanál sú zobrazené nižšie. V nižšie uvedených symboloch si môžeme všimnúť, že prerušovaná čiara je jednoducho pripojená od zdroja k terminálu substrátu, čo znamená typ režimu vylepšenia.

Vodivosť v EMOSFET sa zvyšuje zvýšením oxidovej vrstvy, ktorá pridáva nosiče náboja smerom ku kanálu. Zvyčajne je táto vrstva známa ako vrstva inverzie.

Kanál v tomto MOSFET je vytvorený medzi D (odtok) a S (zdroj). V type N-kanál sa používa substrát typu P, zatiaľ čo v type typu P sa používa substrát typu N. Vodivosť kanálov v dôsledku nosičov náboja pritom závisí hlavne od kanálov typu P alebo typu N.

Vylepšenie pracovného princípu mosfetu

Vylepšenie MOSFETy typu sú normálne vypnuté, čo znamená, že keď je pripojený MOSFET vylepšeného typu, nebude prúdiť žiadny prúd z vývodu (D) do zdroja (S), keď na jeho hradlový terminál nebude privedené žiadne napätie. To je dôvod nazývať tento tranzistor a normálne vypnuté zariadenie .

Podobne, ak je napätie privedené na hradlový terminál tohto MOSFET, potom kanál zdroja odtoku bude veľmi menej odolný. Keď sa napätie medzi bránou a svorkou zdroja zvýši, bude sa zvyšovať aj tok prúdu z odtokovej do zdrojovej svorky, až kým nebude najvyšší prúd dodávaný z odtokovej svorky do zdroja.

Stavebníctvo

The konštrukcia vylepšenia MOSFET je znázornené nižšie. Tento MOSFET obsahuje trojvrstvovú bránu, odtok a zdroj. Telo MOSFET je známe ako substrát, ktorý je vnútorne spojený so zdrojom. V MOSFET je kovový hradlový terminál od polovodičovej vrstvy izolovaný cez vrstvu oxidu kremičitého, inak dielektrickú vrstvu.

Tento EMOSFET je vyrobený z dvoch materiálov, ako sú polovodiče typu P a N. Substrát poskytuje fyzickú podporu zariadeniu. Tenká vrstva SiO a vynikajúci elektrický izolátor jednoducho pokrývajú oblasť medzi svorkami zdroja a odtoku. Na vrstve oxidu tvorí kovová vrstva hradlovú elektródu.

V tejto konštrukcii sú dve oblasti N oddelené cez niekoľko mikrometrov na ľahko dotovanom substráte typu p. Tieto dve N-regióny sa vykonávajú ako terminály zdroja a odtoku. Na povrchu sa vytvorí tenká izolačná vrstva, ktorá je známa ako oxid kremičitý. Nosiče náboja, ako sú otvory vytvorené na tejto vrstve, vytvoria hliníkové kontakty pre zdroj aj odtokové terminály.

Táto vodivá vrstva funguje ako koncová brána, ktorá je položená na SiO2, ako aj celá plocha kanála. Pre vedenie však neobsahuje žiadny fyzický kanál. V tomto druhu vylepšenia MOSFET je substrát typu p rozšírený na celú vrstvu SiO2.

Pracovné

EMOSFET funguje, keď je VGS 0 V, potom neexistuje žiadny kanál, ktorý by spájal zdroj a odtok. Substrát typu p má len malý počet tepelne vyrobených menšinových nosičov náboja, ako sú voľné elektróny, takže odtokový prúd je nulový. Z tohto dôvodu bude tento MOSFET normálne VYPNUTÝ.

Akonáhle je brána (G) kladná (+ve), potom priťahuje menšinové nosiče náboja, ako sú elektróny z p-substrátu, kde sa tieto nosiče náboja spoja cez otvory pod vrstvou SiO2. Ďalšie VGS sa zvýši, potom budú mať elektróny dostatočný potenciál na to, aby sa prekonali a spojili sa a v kanáli sa ukladá viac nosičov náboja, t. j. elektrónov.

Tu sa dielektrikum používa na zabránenie pohybu elektrónu cez vrstvu oxidu kremičitého. Táto akumulácia povedie k vytvoreniu n-kanálu medzi terminálmi Drain a Source. Takže to môže viesť k generovanému prietoku odtokového prúdu cez kanál. Tento odtokový prúd je jednoducho úmerný odporu kanála, ktorý ďalej závisí od nosičov náboja priťahovaných k kladnej svorke brány.

Typy vylepšení Typ MOSFET

Dostupné sú v dvoch typoch Vylepšenie kanála N MOSFET a Vylepšenie kanála P MOSFET .

V type zosilnenia N kanálov sa používa jemne dopovaný p-substrát a dve silne dotované oblasti typu n budú tvoriť terminály zdroja a odtoku. V tomto type E-MOSFET je väčšina nosičov náboja elektróny. Na tomto odkaze sa dozviete viac o – N-kanálový MOSFET.

V type kanála P sa používa slabo dopovaný N-substrát a dve silne dotované oblasti typu p tvoria koncovky zdroja a odtoku. V tomto type E-MOSFET je väčšina nosičov náboja diery. Na tomto odkaze sa dozviete viac o – P-kanál MOSFET .

Charakteristika

Charakteristiky VI a odtoku n-kanálového vylepšenia MOSFET a p-kanálového vylepšenia sú diskutované nižšie.

Charakteristiky odtoku

The Vylepšenie N kanálov mosfet odvodňovacích vlastností sú zobrazené nižšie. V týchto charakteristikách môžeme pozorovať charakteristiky odtoku vynesené medzi Id a Vds pre rôzne hodnoty Vgs, ako je znázornené na diagrame, Ako vidíte, keď sa hodnota Vgs zvýši, zvýši sa aj aktuálne „Id“.

Parabolická krivka na charakteristike ukáže miesto VDS, kde sa Id (odtokový prúd) nasýti. V tomto grafe je znázornená lineárna alebo ohmická oblasť. V tejto oblasti môže MOSFET fungovať ako napäťovo riadený odpor. Takže pre pevnú hodnotu Vds, keď zmeníme hodnotu napätia Vgs, zmení sa šírka kanála alebo môžeme povedať, že sa zmení odpor kanála.

Ohmická oblasť je oblasť, kde sa súčasný „IDS“ zvyšuje so zvýšením hodnoty VDS. Akonáhle sú MOSFETy navrhnuté tak, aby pracovali v ohmickej oblasti, potom môžu byť použité ako zosilňovače .

Napätie hradla, v ktorom sa tranzistor zapne a začne prúdiť cez kanál, je známe ako prahové napätie (VT alebo VTH). Pre N-kanál sa táto prahová hodnota napätia pohybuje od 0,5V do 0,7V, zatiaľ čo pre P-kanálové zariadenia sa pohybuje od -0,5V do -0,8V.

Kedykoľvek Vds Vt, potom v tomto prípade bude MOSFET pracovať v lineárnej oblasti. Takže v tomto regióne môže fungovať ako a napäťovo riadený odpor .

V oblasti cut-off, keď je napätie Vgs

Vždy, keď sa mosfet operuje na pravej strane lokusu, môžeme povedať, že sa operuje v a oblasť nasýtenia . Takže, matematicky, vždy, keď je napätie Vgs> alebo = Vgs-Vt, potom funguje v oblasti nasýtenia. Takže toto je všetko o charakteristikách odtoku v rôznych oblastiach vylepšených mosfetov.

Charakteristiky prenosu

The prenosové charakteristiky mosfetu na zlepšenie N kanála sú zobrazené nižšie. Prenosové charakteristiky ukazujú vzťah medzi vstupným napätím „Vgs“ a výstupným odberovým prúdom „Id“. Tieto charakteristiky v podstate ukazujú, ako sa „Id“ mení pri zmene hodnôt Vgs. Takže z týchto charakteristík môžeme pozorovať, že odtokový prúd „Id“ je nulový až po prahové napätie. Potom, keď zvýšime hodnotu Vgs, zvýši sa „Id“.

Vzťah medzi aktuálnym „Id“ a Vgs môže byť uvedený ako Id = k(Vgs-Vt)^2. Tu je „K“ konštanta zariadenia, ktorá závisí od fyzických parametrov zariadenia. Takže pomocou tohto výrazu môžeme zistiť hodnotu odtokového prúdu pre pevnú hodnotu Vgs.

Vylepšenie kanála P MOSFET

The Vylepšenie kanála P MOSFET odvodňovacie charakteristiky sú zobrazené nižšie. Tu budú Vds a Vgs negatívne. Odtokový prúd „Id“ bude privádzaný zo zdroja do odtokového terminálu. Ako si môžeme všimnúť z tohto grafu, keď sa Vgs stane zápornejším, zvýši sa aj odtokový prúd „Id“.

Keď Vgs > VT, potom tento MOSFET bude fungovať v oblasti cut-off. Podobne, ak pozorujete prenosové charakteristiky tohto MOSFETu, bude to zrkadlový obraz N-kanálu.

Aplikácie

Vychýlenie vylepšenia MOSFET

Vo všeobecnosti je Enhancement MOSFET (E-MOSFET) ovplyvnený buď predpätím deliča napätia, inak odvádzaním spätnej väzby. Ale E-MOSFET nemôže byť zaujatý sebazaujatosťou a nulovou zaujatosťou.

Predpätie rozdeľovača napätia

Predpätie deliča napätia pre N kanál E-MOSFET je zobrazené nižšie. Predpätie deliča napätia je podobné obvodu deliča pomocou BJT. V skutočnosti N-kanálový vylepšený MOSFET potrebuje hradlový terminál, ktorý je vyšší ako jeho zdroj, rovnako ako NPN BJT potrebuje základné napätie, ktoré je vyššie v porovnaní s jeho emitorom.

V tomto obvode sa rezistory ako R1 a R2 používajú na vytvorenie obvodu deliča na vytvorenie hradlového napätia.

Keď je zdroj E-MOSFET priamo pripojený k GND, potom VGS = VG. Potenciál na rezistore R2 teda musí byť nastavený nad VGS(th) pre správnu prevádzku s charakteristickou rovnicou E-MOSFET, ako je I _D = K (V _GS -V _GS (th))^2.

Poznaním hodnoty VG sa na stanovenie odberového prúdu používa charakteristická rovnica E-MOSFET. Konštanta zariadenia „K“ je však jediným chýbajúcim faktorom, ktorý možno vypočítať pre každé konkrétne zariadenie v závislosti od páru súradníc VGS (zapnuté) a ID (zapnuté).

Konštanta „K“ je odvodená z charakteristickej rovnice E-MOSFET ako K = I _D /(V _GS -V _GS (th))^2.

K = I _D /(V _GS -V _GS (th))^2.

Táto hodnota sa teda používa pre iné body ovplyvnenia.

Odtok spätnej väzby

Toto predpätie využíva „zapnutý“ pracovný bod na vyššie uvedenej charakteristike. Cieľom je nastaviť odtokový prúd vhodným výberom napájacieho zdroja a odtokového odporu. Prototyp obvodu spätnej väzby odtoku je zobrazený nižšie.

Ide o celkom jednoduchý obvod, ktorý využíva niektoré základné komponenty. Táto operácia sa chápe aplikáciou KVL.

V _DD = V _RD + V _RG + V _GS

V _DD = ja _D R _D + ja _G R _G + V _GS

Tu je prúd brány nevýznamný, takže sa stane vyššie uvedená rovnica

V _DD = ja _D R _D +V _GS

a tiež V _{DS =} V _GS

teda

V _GS =V _DS = V _DD − ja _D R _D

Táto rovnica môže byť použitá ako základ pre návrh obvodu predpätia.

Vylepšenie MOSFET vs vyčerpanie MOSFET

Rozdiel medzi vylepšeným mosfetom a vyčerpaným mosfetom zahŕňa nasledujúce.

Pozrite si tento odkaz a dozviete sa viac o – Režim vyčerpania MOSFET .

The aplikácie Enhancement MOSFET zahŕňajú nasledujúce.

• Vo všeobecnosti sa vylepšené MOSFETy používajú v spínacích, zosilňovačoch a invertorových obvodoch.
• Používajú sa v rôznych ovládačoch motorov, digitálnych ovládačoch a integrovaných obvodoch výkonovej elektroniky.
• Používa sa v digitálnej elektronike.

Toto je teda všetko o prehľade vylepšenia MOSFET – funkčný s aplikáciami. E-MOSFET je možné získať vo verziách s vysokým aj nízkym výkonom, ktoré fungujú iba v režime vylepšenia. Tu je otázka pre vás, čo je vyčerpanie MOSFET?