MOSFET (metal-oxid-semiconductor FET) je jeden druh tranzistoru s efektem pole s izolovaným hradlem, který se používá hlavně pro zesilování nebo přepínání signálů. Nyní se v analogových a digitálních obvodech používají MOSFETy častěji ve srovnání s BJT . MOSFETy se používají hlavně v zesilovačích kvůli jejich nekonečné vstupní impedanci, takže zesilovači umožňují zachytit téměř veškerý příchozí signál. Hlavním přínosem MOSFET ve srovnání s BJT je to, že nevyžaduje téměř žádný vstupní proud pro řízení zátěžového proudu. MOSFETy se dělí na dva typy MOSFET s vylepšením a MOSFET s vyčerpáním. Tento článek tedy poskytuje stručné informace o vylepšení MOSFET – práce s aplikacemi.
Co je MOSFET typu vylepšení?
MOSFET, který pracuje v režimu vylepšení, je známý jako E-MOSFET nebo vylepšení mosfet. Režim vylepšení znamená, že kdykoli se zvýší napětí směrem k hradlové svorce tohoto MOSFETu, pak se tok proudu bude více zvyšovat od kolektoru ke zdroji, dokud nedosáhne nejvyšší úrovně. Tento MOSFET je třísvorkové napěťově řízené zařízení, kde jsou svorky zdrojem, hradlem a kolektorem.
Vlastnosti těchto MOSFETů jsou nízké ztráty energie, jednoduchá výroba a malá geometrie. Díky těmto vlastnostem budou použity v integrovaných obvodech. Neexistuje žádná cesta mezi kolektorem (D) a zdrojem (S) tohoto MOSFETu, když mezi svorky brány a zdroje není přivedeno žádné napětí. Takže přivedením napětí na bránu ke zdroji se kanál vylepší, takže je schopný vést proud. Tato vlastnost je hlavním důvodem, proč toto zařízení nazývat MOSFET v režimu vylepšení.
Vylepšení symbol MOSFET
Vylepšené symboly MOSFET pro P-kanál i N-kanál jsou uvedeny níže. V níže uvedených symbolech si můžeme všimnout, že přerušovaná čára je jednoduše připojena od zdroje ke svorce substrátu, což znamená typ režimu vylepšení.
Vodivost v EMOSFETech se zvyšuje zvýšením oxidové vrstvy, která přidává nosiče náboje směrem ke kanálu. Obvykle je tato vrstva známá jako vrstva Inverze.
Kanál v tomto MOSFETu je vytvořen mezi D (drain) a S (source). U typu N-channel se používá substrát typu P, zatímco u typu P-channel se používá substrát typu N. Zde závisí vodivost kanálu v důsledku nosičů náboje hlavně na kanálech typu P nebo typu N odpovídajícím způsobem.
Vylepšení pracovního principu mosfetu
Zvýšení MOSFETy typu jsou normálně vypnuté, což znamená, že když je připojen vylepšený MOSFET, nebude proudit žádný proud z terminálu kolektoru (D) do zdroje (S), když na jeho hradlový terminál nebude přiváděno žádné napětí. To je důvod, proč tento tranzistor nazývat a normálně vypnuté zařízení .
Podobně, pokud je napětí přivedeno na hradlový terminál tohoto MOSFETu, pak kanál zdroje kolektoru bude velmi méně odolný. Když se napětí mezi hradlem a svorkou zdroje zvýší, bude se také zvyšovat tok proudu od svodu ke svorce zdroje, dokud nebude nejvyšší proud přiváděn od svodu ke zdroji.
Konstrukce
The konstrukce vylepšení MOSFET je zobrazen níže. Tento MOSFET obsahuje tři vrstvy brány, odvodu a zdroje. Tělo MOSFETu je známé jako substrát, který je vnitřně připojen ke zdroji. V MOSFETu je kovový hradlový terminál od polovodičové vrstvy izolován vrstvou oxidu křemičitého, jinak dielektrickou vrstvou.
Tento EMOSFET je konstruován ze dvou materiálů, jako jsou polovodiče typu P a N. Substrát poskytuje fyzickou podporu zařízení. Tenká vrstva SiO a vynikající elektrický izolátor jednoduše pokrývají oblast mezi svorkami zdroje a odvodu. Na vrstvě oxidu tvoří kovová vrstva hradlovou elektrodu.
V této konstrukci jsou dvě N oblasti odděleny v několika mikrometrových vzdálenostech na lehce dotovaném substrátu typu p. Tyto dvě N-oblasti jsou provedeny jako terminály zdroje a odvodu. Na povrchu se vytvoří tenká izolační vrstva, která je známá jako oxid křemičitý. Nosiče náboje, jako jsou otvory vytvořené na této vrstvě, vytvoří hliníkové kontakty jak pro zdroj, tak pro odtokové terminály.
Tato vodivá vrstva funguje jako koncová brána, která je položena na SiO2, stejně jako celá plocha kanálu. Pro vodivost však neobsahuje žádný fyzický kanál. U tohoto druhu vylepšeného MOSFETu je substrát typu p rozšířen na celou vrstvu SiO2.
Pracovní
Fungování EMOSFETu je, když VGS je 0V, pak neexistuje žádný kanál, který by spojil zdroj a odtok. Substrát typu p má pouze malý počet tepelně vyrobených menšinových nosičů náboje, jako jsou volné elektrony, takže odtokový proud je nulový. Z tohoto důvodu bude tento MOSFET normálně VYPNUTÝ.
Jakmile je hradlo (G) kladné (+ve), pak přitahuje menšinové nosiče náboje, jako jsou elektrony, z p-substrátu, kde se tyto nosiče náboje spojí skrz otvory pod vrstvou SiO2. Další VGS se zvýší, pak budou mít elektrony dostatek potenciálu k tomu, aby přešly a spojily se a v kanálu se uložilo více nosičů náboje, tj. elektronů.
Zde se dielektrikum používá k zabránění pohybu elektronu přes vrstvu oxidu křemičitého. Tato akumulace bude mít za následek vytvoření n-kanálu mezi svorkami Drain a Source. Takže to může vést k toku generovaného odtokového proudu skrz kanál. Tento odtokový proud je jednoduše úměrný odporu kanálu, který dále závisí na nosičích náboje přitahovaných k kladné svorce hradla.
Typy vylepšení Typ MOSFET
Jsou dostupné ve dvou typech Vylepšení kanálu N MOSFET a Vylepšení kanálu P MOSFET .
V typu zesílení N kanálu se používá lehce dopovaný p-substrát a dvě silně dotované oblasti typu n budou tvořit terminály zdroje a odvodu. V tomto typu E-MOSFETu jsou většinou nosiče náboje elektrony. Na tomto odkazu se dozvíte více o – N-kanálový MOSFET.
U typu P kanálu se používá slabě dopovaný N-substrát a dvě silně dotované oblasti typu P budou tvořit koncovky zdroje a odvodu. U tohoto typu E-MOSFET je většina nosičů náboje otvory. Na tomto odkazu se dozvíte více o – P-kanál MOSFET .
Charakteristika
Charakteristiky VI a odvodu n-kanálového vylepšení MOSFET a p-kanálového vylepšení jsou diskutovány níže.
Charakteristiky odtoku
The Vylepšení mosfetových odvodňovacích charakteristik N kanálu jsou uvedeny níže. V těchto charakteristikách můžeme pozorovat charakteristiky odvodu vynesené mezi Id a Vds pro různé hodnoty Vgs, jak je znázorněno na diagramu, Jak můžete vidět, když se hodnota Vgs zvýší, zvýší se také aktuální „Id“.
Parabolická křivka na charakteristikách ukáže místo VDS, kde se Id (odtokový proud) nasytí. V tomto grafu je znázorněna lineární nebo ohmická oblast. V této oblasti může MOSFET fungovat jako napěťově řízený odpor. Takže pro pevnou hodnotu Vds, jakmile změníme hodnotu napětí Vgs, změní se šířka kanálu nebo můžeme říci, že se změní odpor kanálu.
Ohmická oblast je oblast, kde se aktuální „IDS“ zvyšuje se zvýšením hodnoty VDS. Jakmile jsou MOSFETy navrženy tak, aby fungovaly v ohmické oblasti, lze je použít jako zesilovače .
Napětí hradla, ve kterém se tranzistor zapne a začne protékat proud kanálem, je známé jako prahové napětí (VT nebo VTH). Pro N-kanál se tato prahová hodnota napětí pohybuje od 0,5V do 0,7V, zatímco pro P-kanál zařízení se pohybuje od -0,5V do -0,8V.
Kdykoli Vds
V oblasti cut-off, když je napětí Vgs Kdykoli je mosfet provozován na pravé straně lokusu, můžeme říci, že je provozován v a oblast nasycení . Takže, matematicky, kdykoli je napětí Vgs> nebo = Vgs-Vt, pak to funguje v oblasti nasycení. Takže to je vše o odvodňovacích charakteristikách v různých oblastech vylepšení mosfetů. The přenosové charakteristiky mosfetu pro vylepšení N kanálu jsou uvedeny níže. Přenosové charakteristiky ukazují vztah mezi vstupním napětím ‚Vgs‘ a výstupním odběrovým proudem ‚Id‘. Tyto charakteristiky v podstatě ukazují, jak se „Id“ mění, když se mění hodnoty Vgs. Takže z těchto charakteristik můžeme pozorovat, že odtokový proud „Id“ je nulový až do prahového napětí. Poté, když zvýšíme hodnotu Vgs, zvýší se „Id“. Vztah mezi aktuálním ‚Id‘ a Vgs lze zadat jako Id = k(Vgs-Vt)^2. Zde je „K“ konstanta zařízení, která závisí na fyzických parametrech zařízení. Takže pomocí tohoto výrazu můžeme zjistit hodnotu odtokového proudu pro pevnou hodnotu Vgs. The Vylepšení kanálu P mosfet odvodňovací charakteristiky jsou uvedeny níže. Zde budou Vds a Vgs negativní. Odtokový proud „Id“ bude přiváděn ze zdroje do svodového terminálu. Jak si můžeme všimnout z tohoto grafu, když bude Vgs zápornější, zvýší se také odtokový proud „Id“. Když Vgs > VT, pak tento MOSFET bude fungovat v oblasti cut-off. Podobně, pokud pozorujete přenosové charakteristiky tohoto MOSFETu, bude to zrcadlový obraz N-kanálu. Obecně je modul Enhancement MOSFET (E-MOSFET) ovlivněn buď předpětím děliče napětí, jinak předpětím zpětné vazby odtoku. Ale E-MOSFET nemůže být zaujatá sebepředpojatostí a nulovou předpojatostí. Předpětí děliče napětí pro N kanál E-MOSFET je znázorněno níže. Předpětí děliče napětí je podobné obvodu děliče využívajícího BJT. Ve skutečnosti N-kanálový vylepšený MOSFET potřebuje hradlový terminál, který je vyšší než jeho zdroj, stejně jako NPN BJT potřebuje základní napětí, které je vyšší ve srovnání s jeho emitorem. V tomto obvodu jsou rezistory jako R1 a R2 použity k vytvoření dělicího obvodu pro vytvoření hradlového napětí. Když je zdroj E-MOSFET přímo připojen k GND, pak VGS = VG. Potenciál na rezistoru R2 tedy musí být nastaven nad VGS(th) pro správnou funkci s charakteristickou rovnicí E-MOSFET, jako je I D = K (V GS -V GS (th))^2. Díky znalosti hodnoty VG je charakteristická rovnice E-MOSFET použita ke stanovení svodového proudu. Konstanta zařízení „K“ je však jediným chybějícím faktorem, který lze vypočítat pro jakékoli konkrétní zařízení v závislosti na páru souřadnic VGS (zapnuto) a ID (zapnuto). Konstanta „K“ je odvozena z charakteristické rovnice E-MOSFET jako K = I D /(V GS -V GS (th))^2. K = I D /(V GS -V GS (th))^2. Tato hodnota se tedy používá pro další body ovlivnění. Toto předpětí využívá provozní bod „zapnuto“ na výše uvedené charakteristické křivce. Cílem je nastavit odběrový proud vhodným výběrem napájecího zdroje a odvodňovacího odporu. Prototyp obvodu zpětné vazby odtoku je zobrazen níže. Jedná se o poměrně jednoduchý obvod, který využívá některé základní komponenty. Tato operace je chápána aplikací KVL. V DD = V RD + V RG + V GS V DD = já D R D + já G R G + V GS Zde je hradlový proud nevýznamný, takže bude platit výše uvedená rovnice V DD = já D R D +V GS a také V DS = V GS Tím pádem, V GS =V DS = V DD − já D R D Tato rovnice může být použita jako základ pro návrh obvodu předpětí. Rozdíl mezi vylepšením mosfet a depleting mosfet zahrnuje následující. Vylepšení MOSFET Vyčerpání MOSFET Na tomto odkazu se dozvíte více o – Režim vyčerpání MOSFET . The aplikace Enhancement MOSFET zahrnout následující. Toto je tedy vše o přehledu Vylepšení MOSFET – funkční s aplikacemi. E-MOSFET lze získat ve verzi s vysokým i nízkým výkonem, které pracují pouze v režimu vylepšení. Zde je pro vás otázka, co je vyčerpání MOSFET? Přenosové charakteristiky
Vylepšení kanálu P MOSFET
Aplikace
Vychýlení vylepšení MOSFET
Předpětí děliče napětí
Zkreslení zpětné vazby odtoku
Vylepšení MOSFET versus vyčerpání MOSFET
Vylepšení MOSFET je také známý jako E-MOSFET.
Vyčerpávací MOSFET je také známý jako D-MOSFET.
V režimu vylepšení kanál zpočátku neexistuje a je tvořen napětím přivedeným na hradlový terminál.
V režimu vyčerpání je kanál permanentně vyroben v době konstrukce tranzistoru.
Normálně je zařízení vypnuto při nulovém napětí brány (G) ke zdroji (S).
Obvykle je to zapnuté zařízení při nulovém napětí brány (G) ke zdroji (S).
Tento MOSFET nemůže vést proud ve vypnutém stavu.
Tento MOSFET může vést proud při vypnutém stavu.
K zapnutí tohoto MOSFETu vyžaduje kladné hradlové napětí.
K zapnutí tohoto MOSFETu vyžaduje záporné hradlové napětí.
Tento MOSFET má difúzní a svodový proud.
Tento MOSFET nemá difúzní ani svodový proud.
Nemá žádný stálý kanál.
Má stálý kanál.
Napětí na svorce hradla je přímo úměrné proudu na svorce svodu.
Napětí na bráně je nepřímo úměrné proudu při Drain.
