Kas ir mosfet: tā uzbūve, veidi un darbība

MOSFET būtībā ir tranzistors, kas izmanto lauka efektu. MOSFET apzīmē metāla oksīda lauka efekta tranzistoru, kuram ir vārti. Vārtu spriegums nosaka ierīces vadītspēju. Atkarībā no šī vārtu sprieguma mēs varam mainīt vadītspēju un tādējādi to izmantot kā slēdzi vai kā pastiprinātāju, piemēram, tranzistoru kā slēdzi vai kā pastiprinātāju.

Bipolārā savienojuma tranzistoram jeb BJT ir pamatne, izstarotājs un kolektors, savukārt MOSFET ir vārtu, kanalizācijas un avota savienojums. Izņemot tapu konfigurāciju, BJT darbībai nepieciešama strāva, bet MOSFET - spriegums.

MOSFET nodrošina ļoti augstu ieejas pretestību, un to ir ļoti viegli neobjektīvi. Tātad lineāram mazam pastiprinātājam MOSFET ir lieliska izvēle. Lineārā amplifikācija notiek, kad mēs novirzām MOSFET piesātinājuma reģionā, kas ir centrā fiksēts Q punkts.

Zemāk redzamajā attēlā ir parādīta pamata N kanālu MOSFET iekšējā konstrukcija. MOSFET ir trīs savienojumi Drain, Gate un Source. Starp vārtiem un kanālu nav tieša savienojuma. Vārtu elektrods ir elektriski izolēts, un šī iemesla dēļ to dažreiz dēvē par IGFET vai izolēto vārtu lauka efekta tranzistoru.

Šeit ir plaši populārā MOSFET IRF530N attēls.

MOSFET veidi

Pamatojoties uz darbības režīmiem, ir pieejami divi dažādi MOSFET veidi. Šiem diviem tipiem ir divi apakštipi

1. Iztukšošanas veids MOSFET vai MOSFET ar izsmelšanas režīmu

• N-Channel MOSFET vai NMOS
• P-Channel MOSFET vai PMOS

1. Uzlabojuma tips MOSFET vai MOSFET ar uzlabošanas režīmu

• N-Channel MOSFET vai NMOS
• P-Channel MOSFET vai PMOS

Iztukšošanas veids MOSFET

MOSFET iztukšošanas veids parasti ir ieslēgts pie nulles vārtu avota sprieguma. Ja MOSFET ir N-Channel Depletion tipa MOSFET, būs daži sprieguma sliekšņi, kas nepieciešami, lai ierīce izslēgtos. Piemēram, N-Channel Depletion MOSFET ar sliekšņa spriegumu -3V vai -5V, lai izslēgtu ierīci, MOSFET vārti ir jāvelk negatīvi -3V vai -5V. Šis sliekšņa spriegums būs negatīvs N kanālam un pozitīvs P kanāla gadījumā. Šāda veida MOSFET parasti izmanto loģiskās shēmās.

Uzlabojuma tips MOSFET

MOSFET uzlabošanas veida ierīce paliek izslēgta, ja vārtu spriegums ir nulle. Lai ieslēgtu MOSFET, mums jānodrošina minimālais spriegums Gate to Source (Vgs Threshold spriegums). Bet iztukšošanas strāva ir ļoti uzticama šim vārtu-avotu spriegumam, ja Vgs tiek palielināts, drenāžas strāva palielinās arī tādā pašā veidā. Uzlabojuma tipa MOSFET ir ideāli piemēroti pastiprinātāja shēmas konstruēšanai. Tāpat kā līdzīgi kā izsīkuma MOSFET, tam ir arī NMOS un PMOS apakštipi.

MOSFET raksturojums un līknes

Nodrošinot stabilu spriegumu kanalizācijā līdz avotam, mēs varam saprast MOSFET IV līkni. Kā minēts iepriekš, iztukšošanas strāva ir ļoti atkarīga no Vgs, vārtu līdz avota spriegumam. Ja mainīsim Vgs, mainīsies arī kanalizācijas strāva.

Apskatīsim MOSFET IV līkni.

Iepriekš redzamajā attēlā mēs varam redzēt N-kanālu MOSFET IV slīpumu, iztukšošanas strāva ir 0, kad Vgs spriegums ir zem sliekšņa sprieguma, šajā laikā MOSFET ir izslēgšanas režīmā. Pēc tam, kad sāk palielināties vārtu-avotu spriegums, palielinās arī notekas strāva.

Apskatīsim praktisku IRF530 MOSFET IV līknes piemēru,

Līkne, kas parāda, ka tad, kad Vgs ir 4,5 V, maksimālā IRF530 iztukšošanas strāva ir 1A pie 25 grādiem C. Bet, kad mēs palielinām Vgs līdz 5 V, iztukšošanas strāva ir gandrīz 2A, un visbeidzot pie 6 V Vgs, tā var nodrošināt 10A no notekas strāvas.

DC MOSFET novirze un kopējā avota pastiprināšana

Nu, ir pienācis laiks izmantot MOSFET kā lineāro pastiprinātāju. Tas nav grūts darbs, ja mēs nosakām, kā novirzīt MOSFET un izmantot to perfektas darbības reģionā.

MOSFET darbojas trīs darbības režīmos: Ohmic, Saturation un Pinch off point. Piesātinājuma reģionu sauc arī par lineāro reģionu. Šeit mēs darbinām MOSFET piesātinātā reģionā, tas nodrošina perfektu Q punktu.

Ja mēs nodrošinām nelielu signālu (mainīgu laiku) un pieliekam līdzstrāvas novirzi pie vārtiem vai ieejas, tad pareizajā situācijā MOSFET nodrošina lineāru pastiprinājumu.

Iepriekš redzamajā attēlā neliels sinusoidāls signāls (V _gs) tiek virzīts uz MOSFET vārtiem, kā rezultātā notiek novadīšanas strāvas svārstības sinhroni ar pielietoto sinusoidālo ieeju. _Mazajam signālam V _gs mēs varam novilkt taisnu līniju no Q punkta, kura slīpums ir g _m = dI _d / dVgs.

Slīpumu var redzēt iepriekš redzamajā attēlā. Tas ir transvadītspējas slīpums. Tas ir svarīgs amplifikācijas koeficienta parametrs. Šajā brīdī drenāžas strāvas amplitūda ir

ߡ Id = gm x ߡ Vgs

Tagad, ja mēs aplūkojam iepriekš doto shēmu, drenāžas rezistors R _d var kontrolēt drenāžas strāvu, kā arī drenāžas spriegumu, izmantojot vienādojumu

Vds = Vdd - I _d x Rd (kā V = I x R)

Maiņstrāvas izejas signāls būs ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g _m x ߡ Vgs x Rd

Tagad pēc vienādojumiem ieguvums būs

Pastiprinātā sprieguma pieaugums = -g _m x Rd

Tātad, MOSFET pastiprinātāja kopējais pieaugums ir ļoti atkarīgs no transvadītspējas un iztukšošanas rezistora.

Pamata avota pastiprinātāja uzbūve ar vienu MOSFET

Lai izveidotu vienkāršu kopēja avota pastiprinātāju, izmantojot N kanāla vienu MOSFET, ir svarīgi panākt līdzstrāvas novirzes stāvokli. Lai to izmantotu, tiek izveidots vispārējs sprieguma dalītājs, izmantojot divus vienkāršus rezistorus: R1 un R2. Vēl divi rezistori ir nepieciešami arī kā iztukšošanas rezistors un avota rezistors.

Lai pakāpeniski aprēķinātu mums nepieciešamo vērtību.

MOSFET ir nodrošināta ar lielu ieejas pretestību, tādējādi darbības stāvoklī vārtu terminālā nav strāvas plūsmas.

Tagad, ja mēs ieskatīsimies ierīcē, mēs atklāsim, ka ar VDD ir saistīti trīs rezistori (bez novirzes rezistoriem). Trīs rezistori ir Rd, MOSFET iekšējā pretestība un Rs. Tātad, ja mēs izmantojam Kirchoff sprieguma likumu, tad spriegums šajos trīs rezistoros ir vienāds ar VDD.

Tagad kā vienu Omi likumu, ja mēs reizināt pašreizējais ar rezistoru mēs sazināsimies spriegumu, kā V = I x R. Tātad, šeit strāva ir Drain pašreizējais vai I _D. Tādējādi spriegums pāri Rd ir V = I _D x Rd, tas pats attiecas uz Rs, jo strāva ir tāda pati I _D, tāpēc spriegums pāri Rs ir Vs = I _D x Rs. MOSFET spriegums ir V _DS vai Drain-to-source spriegums.

Tagad, kā norādīts 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

Mēs varam to tālāk novērtēt kā

Rd = (V _DD - V _DS / I _D) - R _S Rs var aprēķināt kā Rs = V _S / I _D

Divas citas rezistoru vērtības var noteikt pēc formulas V _G = V _DD (R2 / R1 + R2)

Ja jums nav vērtības, to varat iegūt no formulas V _G = V _GS + V _S

Par laimi, maksimālās vērtības var būt pieejamas no MOSFET datu lapas. Pamatojoties uz specifikāciju, mēs varam izveidot ķēdi.

Divi sakabes kondensatori tiek izmantoti, lai kompensētu robežfrekvences un bloķētu līdzstrāvu, kas nāk no ieejas vai nonāk līdz gala izejai. Vērtības mēs varam vienkārši iegūt, noskaidrojot līdzstrāvas novirzes dalītāja ekvivalento pretestību un pēc tam izvēloties vēlamo nogriešanas frekvenci. Formula būs

C = 1 / 2πf Prasība

Lieljaudas pastiprinātāja projektēšanai mēs iepriekš uzbūvējām jaudas pastiprinātāju 50 vati, izmantojot divus MOSFET kā Push-pull konfigurāciju, sekojiet saitei praktiskai lietošanai.