Kas yra „mosfet“: jo konstrukcija, tipai ir veikimas

MOSFET iš esmės yra tranzistorius, kuris naudoja lauko efektą. MOSFET reiškia metalo oksido lauko tranzistorių, turintį vartus. Vartų įtampa lemia prietaiso laidumą. Priklausomai nuo šios vartų įtampos, mes galime pakeisti laidumą, todėl galime jį naudoti kaip jungiklį arba kaip stiprintuvą, kaip mes naudojame tranzistorių kaip jungiklį arba kaip stiprintuvą.

Bipolinis jungties tranzistorius arba BJT turi pagrindą, emiterį ir kolektorių, o MOSFET turi vartus, kanalizaciją ir šaltinio jungtį. Išskyrus kaiščių konfigūraciją, BJT reikia srovės, o MOSFET - įtampos.

„MOSFET“ suteikia labai didelę įėjimo impedanciją ir ją labai lengva pakreipti. Taigi, linijiniam mažam stiprintuvui MOSFET yra puikus pasirinkimas. Linijinis stiprinimas įvyksta tada, kai MOSFET pakreipiame sodrumo srityje, kuri yra centralizuotai fiksuotas Q taškas.

Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta pagrindinė N kanalo MOSFET vidinė konstrukcija. MOSFET turi tris jungtis „Drain“, „Gate“ ir „Source“. Tarp vartų ir kanalo nėra tiesioginio ryšio. Vartų elektrodas yra elektra izoliuotas ir dėl šios priežasties kartais vadinamas IGFET arba izoliuotu vartų lauko tranzistoriumi.

Čia yra plačiai populiaraus MOSFET IRF530N vaizdas.

MOSFET tipai

Atsižvelgiant į darbo režimus, yra du skirtingi MOSFET tipai. Šie du tipai taip pat turi du potipius

1. Išeikvojimo tipas MOSFET arba MOSFET su išeikvojimo režimu

• N kanalo MOSFET arba NMOS
• P kanalo MOSFET arba PMOS

1. Priedo tipas „MOSFET“ arba „MOSFET“ su „Enhancement“ režimu

• N kanalo MOSFET arba NMOS
• P kanalo MOSFET arba PMOS

Išeikvojimo tipas MOSFET

Išeikvojimo MOSFET tipas paprastai yra įjungtas, kai įtampa yra nulinė „Gate to Source“ įtampa. Jei MOSFET yra N-Channel Depletion tipo MOSFET, bus tam tikros ribinės įtampos, reikalingos prietaisui išjungti. Pavyzdžiui, N kanalo išeikvojimo MOSFET, kurio slenkstinė įtampa yra -3V arba -5V, MOSFET vartus reikia ištraukti neigiamai -3V arba -5V, kad išjungtumėte įrenginį. Ši slenkstinė įtampa bus neigiama N kanalui ir teigiama P kanalo atveju. Šis MOSFET tipas paprastai naudojamas loginėse grandinėse.

Priedo tipas MOSFET

„MOSFET“ tipo „Enhancement“ atveju prietaisas lieka IŠJUNGTAS esant nulinei vartų įtampai. Norėdami įjungti MOSFET, turime pateikti minimalią „Gate to Source“ įtampą (Vgs Threshold įtampa). Tačiau nutekėjimo srovė labai priklauso nuo šios įtampos nuo šaltinio iki šaltinio, jei padidėja Vgs, nutekėjimo srovė taip pat padidėja. Priedo tipo MOSFET idealiai tinka stiprintuvo grandinei sukonstruoti. Be to, panašiai kaip išeikvojamas MOSFET, jis taip pat turi NMOS ir PMOS potipius.

MOSFET charakteristikos ir kreivės

Pateikdami stabilią įtampą per nutekėjimą į šaltinį, galime suprasti MOSFET IV kreivę. Kaip minėta aukščiau, nutekėjimo srovė labai priklauso nuo Vgs, vartų ir šaltinio įtampos. Jei keisime Vgs, kanalizacijos srovė taip pat skirsis.

Pažiūrėkime į MOSFET IV kreivę.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje galime pamatyti N kanalo MOSFET IV nuolydį, nutekėjimo srovė yra 0, kai Vgs įtampa yra žemesnė už slenkstinę įtampą, per šį laiką MOSFET yra išjungimo režime. Po to, kai nuo vartų iki šaltinio pradeda didėti įtampa, padidėja ir nutekėjimo srovė.

Pažiūrėkime praktinį IRF530 MOSFET IV kreivės pavyzdį,

Kreivė, rodanti, kad kai Vgs yra 4,5 V, didžiausia IRF530 nutekėjimo srovė yra 1A esant 25 laipsnių C. Bet kai mes padidinsime Vgs iki 5 V, nutekėjimo srovė yra beveik 2A, galiausiai, esant 6 V Vgs, ji gali suteikti 10A išleidimo srovės.

DC MOSFET šalinimas ir „Common-Source Amplification“

Na, dabar atėjo laikas naudoti MOSFET kaip linijinį stiprintuvą. Tai nėra sunkus darbas, jei nuspręsime, kaip pakreipti MOSFET ir naudoti jį tobulo veikimo regione.

„MOSFET“ veikia trimis veikimo režimais: ominis, sodrumas ir išimties taškas. Sodrumo regionas taip pat vadinamas linijiniu regionu. Čia mes valdome MOSFET prisotintame regione, jis suteikia puikų Q tašką.

Jei mes teikiame mažą signalą (kintantį laiką) ir vartojame nuolatinės srovės šališkumą vartuose ar įėjime, tada esant tinkamai situacijai MOSFET suteikia linijinį stiprinimą.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje mažas sinusinis signalas (V _gs) yra nukreipiamas į MOSFET vartus, dėl kurio svyruoja drenažo srovė, sinchroniška su pritaikyta sinusine įvestimi. Mažam signalui V _gs galime nubrėžti tiesią liniją iš Q taško, kurio nuolydis yra g _m = dI _d / dVgs.

Nuolydį galima pamatyti aukščiau esančiame paveikslėlyje. Tai yra laidumo nuolydis. Tai yra svarbus amplifikacijos koeficiento parametras. Šiuo metu nutekėjimo srovės amplitudė yra

ߡ Id = gm x ߡ Vgs

Dabar, jei pažvelgsime į pirmiau pateiktą schemą, nutekėjimo rezistorius R _d gali valdyti nutekėjimo srovę ir nutekėjimo įtampą naudodamas lygtį

Vds = Vdd - I _d x Rd (kaip V = I x R)

Kintamosios srovės išėjimo signalas bus ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g _m x ߡ Vgs x Rd

Dabar pagal lygtis pelnas bus

Stiprintos įtampos padidėjimas = -g _m x Rd

Taigi, bendras MOSFET stiprintuvo stiprinimas labai priklauso nuo laidumo ir drenažo rezistoriaus.

Pagrindinė bendro šaltinio stiprintuvo konstrukcija su vienu MOSFET

Norint pagaminti paprastą bendro šaltinio stiprintuvą naudojant N kanalo vieną MOSFET, svarbu pasiekti nuolatinės srovės šališkumo sąlygą. Tam tikslui sukuriamas bendras įtampos daliklis naudojant du paprastus rezistorius: R1 ir R2. Dar du rezistoriai taip pat reikalingi kaip drenažo rezistorius ir šaltinio rezistorius.

Norint nustatyti vertę, mums reikia žingsnis po žingsnio.

MOSFET yra su didele įėjimo varža, todėl veikimo sąlygomis vartų gnybte nėra srovės srauto.

Dabar, jei pažvelgsime į įrenginį, pamatysime, kad yra trys rezistoriai, susieti su VDD (be įtempimo rezistorių). Trys rezistoriai yra Rd, MOSFET vidinė varža ir Rs. Taigi, jei taikysime Kirchoffo įtampos įstatymą, tų trijų rezistorių įtampa yra lygi VDD.

Dabar kaip už omų teisę, jei mes daugintis dabartinė su rezistoriumi gausime įtampa ir V = I x R. Taigi, čia dabartinis yra Drain srovė arba aš _D. Taigi įtampa visoje Rd yra V = I _D x Rd, tas pats galioja ir Rs, nes srovė yra ta pati I _D, taigi įtampa visame Rs yra Vs = I _D x Rs. MOSFET įtampa yra V _DS arba „Drain-to-source“ įtampa.

Dabar pagal KVL, VDD = I _D x Rd + V _DS + I _D x Rs VDD = I _D (Rd + Rs) + V _DS (Rd + Rs) = V _DD - V _DS / I _D

Mes galime jį toliau vertinti kaip

Rd = (V _DD - V _DS / I _D) - R _S Rs galima apskaičiuoti kaip Rs = V _S / I _D

Kitus du rezistorių dydžius galima nustatyti pagal formulę V _G = V _DD (R2 / R1 + R2)

Jei neturite vertės, galite ją gauti iš formulės V _G = V _GS + V _S

Laimei, didžiausias vertes galima rasti iš MOSFET duomenų lapo. Pagal specifikaciją galime sukurti grandinę.

Du jungiamieji kondensatoriai naudojami išjungimo dažnių kompensavimui ir nuolatinės srovės, kuri ateina iš įėjimo arba patenka į galutinį išėjimą, blokavimui. Mes galime tiesiog gauti vertes, sužinoję lygiavertį nuolatinės srovės poslinkio daliklio atsparumą ir tada pasirinkdami norimą ribinį dažnį. Formulė bus

C = 1 / 2πf reikalavimas

Norėdami sukurti didelės galios stiprintuvą, anksčiau mes pastatėme 50 vatų galios stiprintuvą naudodami „Two MOSFET“ kaip „Push-pull“ konfigūraciją, naudokite nuorodą, kad galėtumėte praktiškai pritaikyti.