Een MOSFET (metaal-oxide-halfgeleider-FET) is een soort veldeffecttransistor met een geïsoleerde poort die voornamelijk wordt gebruikt voor het versterken of schakelen van signalen. Nu worden in analoge en digitale circuits MOSFET's vaker gebruikt in vergelijking met: BJT's . MOSFET's worden voornamelijk gebruikt in versterkers vanwege hun oneindige ingangsimpedantie, zodat de versterker bijna al het inkomende signaal kan opvangen. Het belangrijkste voordeel van MOSFET in vergelijking met BJT is, dat het bijna geen ingangsstroom vereist voor het regelen van de belastingsstroom. MOSFET's worden ingedeeld in twee typen verbeterings-MOSFET en uitputtings-MOSFET. Dus dit artikel geeft korte informatie over de verbetering MOSFET – werken met applicaties.
Wat is een verbeteringstype MOSFET?
De MOSFET die in de verbeteringsmodus werkt, staat bekend als E-MOSFET of verbeteringsmosfet. Enhancement-modus betekent dat wanneer de spanning naar de gate-aansluiting van deze MOSFET toeneemt, de stroomsterkte meer van afvoer naar bron zal worden verhoogd totdat deze het hoogste niveau bereikt. Deze MOSFET is een spanningsgestuurd apparaat met drie klemmen waarbij de klemmen een source, gate en drain zijn.
De kenmerken van deze MOSFET's zijn lage vermogensdissipatie, eenvoudige fabricage en kleine geometrie. Deze functies zorgen ervoor dat ze worden gebruikt in geïntegreerde schakelingen. Er is geen pad tussen de drain (D) en source (S) van deze MOSFET wanneer er geen spanning wordt aangelegd tussen de gate- en source-aansluitingen. Dus het toepassen van een spanning bij gate-to-source zal het kanaal verbeteren, waardoor het in staat is om stroom te geleiden. Deze eigenschap is de belangrijkste reden om dit apparaat een MOSFET met verbeterde modus te noemen.
Verbetering MOSFET-symbool
De verbeterings-MOSFET-symbolen voor zowel P-kanaal als N-kanaal worden hieronder weergegeven. In de onderstaande symbolen kunnen we zien dat een onderbroken lijn eenvoudig is verbonden van de bron naar de substraatterminal, wat het type verbeteringsmodus aangeeft.
De geleidbaarheid in EMOSFET's verbetert door de oxidelaag te vergroten, waardoor de ladingsdragers naar het kanaal worden toegevoegd. Meestal staat deze laag bekend als de inversielaag.
Het kanaal in deze MOSFET wordt gevormd tussen de D (drain) en S (source). In het N-kanaaltype wordt het P-type substraat gebruikt, terwijl in het P-kanaaltype het N-type substraat wordt gebruikt. Hier hangt de kanaalgeleiding vanwege de ladingsdragers voornamelijk af van P-type of N-type kanalen dienovereenkomstig.
Verbetering Mosfet-werkprincipe:
Verbetering MOSFETS van het type zijn normaal gesproken uitgeschakeld, wat betekent dat wanneer een MOSFET van het verbeteringstype is aangesloten, er geen stroom zal vloeien van de aansluitingsafvoer (D) naar de bron (S) wanneer er geen spanning wordt gegeven aan de poortaansluiting. Dit is de reden om deze transistor a . te noemen normaal uit apparaat .
Evenzo, als de spanning wordt gegeven aan de gate-aansluiting van deze MOSFET, zal het drain-source-kanaal zeer minder resistief worden. Wanneer de spanning van gate naar source-terminal toeneemt, zal de stroom van stroom van drain naar source-terminal ook toenemen totdat de hoogste stroom wordt geleverd van drain-terminal naar source.
Bouw
De constructie van verbetering MOSFET wordt hieronder weergegeven. Deze MOSFET bevat drie lagen gate, drain en source. Het lichaam van MOSFET staat bekend als een substraat dat intern met de bron is verbonden. In de MOSFET is de metalen poortaansluiting van de halfgeleiderlaag geïsoleerd door een siliciumdioxidelaag, anders een diëlektrische laag.
Deze EMOSFET is geconstrueerd met twee materialen zoals P-type en N-type halfgeleiders. Een substraat geeft fysieke ondersteuning aan het apparaat. Een dunne SiO-laag en een uitstekende elektrische isolator bedekken eenvoudig het gebied tussen de source & drain-aansluitingen. Op de oxidelaag vormt een metalen laag de poortelektrode.
In deze constructie zijn de twee N-gebieden gescheiden over een afstand van enkele micrometers over een licht gedoteerd p-type substraat. Deze twee N-regio's worden uitgevoerd zoals de source- en drainterminals. Op het oppervlak wordt een dunne isolatielaag ontwikkeld die bekend staat als siliciumdioxide. De ladingsdragers zoals gaten die in deze laag zijn gemaakt, zullen aluminiumcontacten vormen voor zowel de bron- als de afvoerterminals.
Deze geleidingslaag werkt als de eindpoort die op de SiO2 wordt gelegd, evenals het volledige gebied van het kanaal. Voor geleiding bevat het echter geen fysiek kanaal. In dit soort verbeterings-MOSFET wordt het p-type substraat uitgebreid over de hele SiO2-laag.
Werken
De werking van EMOSFET is wanneer VGS 0V is, dan is er geen kanaal dat de source & drain verbindt. Het p-type substraat heeft slechts een klein aantal thermisch geproduceerde minderheidsladingsdragers zoals vrije elektronen, dus de afvoerstroom is nul. Om deze reden is deze MOSFET normaal gesproken UIT.
Zodra de poort (G) positief is (+ve), trekt deze minderheidsladingsdragers zoals elektronen van p-substraat aan, waar deze ladingsdragers zich zullen combineren door de gaten onder de laag SiO2. Verdere VGS wordt verhoogd, dan hebben de elektronen voldoende potentieel om te overbruggen en te binden en meer ladingsdragers, d.w.z. elektronen worden in het kanaal afgezet.
Hier wordt het diëlektricum gebruikt om te voorkomen dat het elektron door de siliciumdioxidelaag beweegt. Deze accumulatie zal resulteren in de vorming van n-kanalen tussen de afvoer- en bronterminals. Dit kan er dus toe leiden dat de gegenereerde afvoerstroom door het kanaal vloeit. Deze afvoerstroom is eenvoudigweg evenredig met de weerstand van het kanaal, die verder afhangt van de ladingsdragers die worden aangetrokken door de +ve-aansluiting van de poort.
Typen verbeteringstype MOSFET
Ze zijn verkrijgbaar in twee soorten: N Channel Enhancement MOSFET en P-kanaalverbetering MOSFET .
In het N-kanaalverbeteringstype wordt het licht gedoteerde p-substraat gebruikt en twee zwaar gedoteerde n-type gebieden zullen de source & drain-terminals vormen. In dit type E-MOSFET zijn de meeste ladingsdragers elektronen. Raadpleeg deze link voor meer informatie over - N-kanaal MOSFET.
In het P-kanaaltype wordt het licht gedoteerde N-substraat gebruikt en twee zwaar gedoteerde p-type gebieden zullen de source & drain-terminals vormen. In dit type E-MOSFET zijn de meeste ladingsdragers gaten. Raadpleeg deze link voor meer informatie over - P-kanaal MOSFET .
Kenmerken
De VI- en afvoerkarakteristieken van n-kanaalverbeterings-MOSFET en p-kanaalverbetering worden hieronder besproken.
Afvoerkenmerken
De N-kanaalverbetering mosfet afvoerkarakteristieken worden hieronder weergegeven. In deze kenmerken kunnen we de afvoerkarakteristieken zien die zijn uitgezet tussen de Id en Vds voor verschillende Vgs-waarden zoals weergegeven in het diagram. Zoals u kunt zien, wanneer de Vgs-waarde wordt verhoogd, zal de huidige 'Id' ook worden verhoogd.
De parabolische curve op de kenmerken zal de plaats van VDS tonen waar de Id (afvoerstroom) verzadigd raakt. In deze grafiek wordt het lineaire of ohmse gebied weergegeven. In dit gebied kan de MOSFET functioneren als een spanningsgestuurde weerstand. Dus, voor de vaste Vds-waarde, zodra we de Vgs-spanningswaarde wijzigen, wordt de kanaalbreedte gewijzigd of kunnen we zeggen dat de weerstand van het kanaal zal veranderen.
Het ohmse gebied is een gebied waar de huidige ‘IDS’ stijgt met een verhoging van de VDS-waarde. Zodra MOSFET's zijn ontworpen om in het ohmse gebied te werken, kunnen ze worden gebruikt als versterkers .
De poortspanning waarop de transistor AAN gaat en stroom door het kanaal begint te stromen, staat bekend als drempelspanning (VT of VTH). Voor N-kanaal varieert deze drempelspanningswaarde van 0,5V - 0,7V, terwijl deze voor P-kanaalapparaten varieert van -0,5V tot -0,8V.
Wanneer de Vds
In het afsnijgebied, wanneer de spanning Vgs Telkens wanneer de mosfet aan de rechterkant van de locus wordt geopereerd, kunnen we zeggen dat deze wordt geopereerd in een verzadigingsgebied . Dus, wiskundig gezien, wanneer de Vgs-spanning> of = Vgs-Vt is, werkt deze in een verzadigingsgebied. Dit gaat dus allemaal over de afvoerkarakteristieken in verschillende regio's van verbeteringsmosfet. De overdrachtskenmerken van de N-kanaalverbetering mosfet worden hieronder weergegeven. De overdrachtskarakteristieken tonen de relatie tussen de ingangsspanning 'Vgs' en de uitgangsstroom 'Id'. Deze kenmerken laten in feite zien hoe de 'Id' verandert wanneer Vgs-waarden veranderen. Dus uit deze kenmerken kunnen we zien dat de afvoerstroom 'Id' nul is tot aan de drempelspanning. Daarna, wanneer we de Vgs-waarde verhogen, zal de 'Id' toenemen. De relatie tussen de huidige 'Id' en Vgs kan worden gegeven als Id = k(Vgs-Vt)^2. Hier is de 'K' de apparaatconstante die afhangt van de fysieke parameters van het apparaat. Dus door deze uitdrukking te gebruiken, kunnen we de afvoerstroomwaarde voor de vaste Vgs-waarde achterhalen. De P-kanaalverbetering mosfet-afvoerkarakteristieken worden hieronder weergegeven. Hier zullen de Vds en Vgs negatief zijn. De afvoerstroom 'Id' zal van de bron naar de afvoerterminal leveren. Zoals we uit deze grafiek kunnen opmaken, zal wanneer Vgs negatiever worden, de afvoerstroom 'Id' ook toenemen. Wanneer de Vgs >VT, dan zal deze MOSFET in het afgesneden gebied werken. Evenzo, als u de overdrachtskenmerken van deze MOSFET observeert, zal het een spiegelbeeld zijn van het N-kanaal. Over het algemeen is Enhancement MOSFET (E-MOSFET) vooringenomen, ofwel met spanningsdelervoorspanning, anders wordt de feedbackvoorspanning afgevoerd. Maar de E-MOSFET kan niet bevooroordeeld zijn met zelfvooroordeel en nulvooroordeel. De spanningsdelerbias voor N-kanaal E-MOSFET wordt hieronder weergegeven. De voorspanning van de spanningsdeler is vergelijkbaar met het scheidingscircuit dat BJT's gebruikt. In feite heeft de N-kanaalverbeterings-MOSFET de gate-terminal nodig die hoger is dan zijn bron, net zoals de NPN BJT een basisspanning nodig heeft die hoger is in vergelijking met zijn emitter. In dit circuit worden de weerstanden zoals R1 en R2 gebruikt om het delercircuit te maken voor het vaststellen van de poortspanning. Wanneer de bron van E-MOSFET direct is aangesloten op de GND, dan is VGS = VG. Dus de potentiaal over weerstand R2 moet boven VGS (th) worden ingesteld voor een goede werking met E-MOSFET-karakteristieke vergelijking zoals I D = K (V GS -IN GS (de))^2. Door de VG-waarde te kennen, wordt de karakteristieke vergelijking van E-MOSFET gebruikt om de afvoerstroom vast te stellen. Maar de apparaatconstante 'K' is de enige ontbrekende factor die kan worden berekend voor een bepaald apparaat, afhankelijk van het VGS (aan) en ID (aan) coördinatenpaar. De constante 'K' is afgeleid van de karakteristieke vergelijking van E-MOSFET zoals K = I D /(IN GS -IN GS (de))^2. K = I D /(IN GS -IN GS (de))^2. Deze waarde wordt dus gebruikt voor andere voorspanningspunten. Deze voorspanning maakt gebruik van het 'aan'-werkpunt op de bovengenoemde karakteristieke curve. Het idee is om een afvoerstroom in te stellen door een geschikte selectie van de voeding en afvoerweerstand. Het prototype van het afvoerfeedbackcircuit wordt hieronder getoond. Dit is een vrij eenvoudig circuit dat enkele basiscomponenten gebruikt. Deze bewerking wordt begrepen door KVL toe te passen. IN DD = V RD + V RG + V GS IN DD = ik D R D + ik G R G + V GS Hier is de poortstroom onbeduidend, dus de bovenstaande vergelijking wordt IN DD = ik D R D +V GS en ook V DS = IN GS Dus, IN GS =V DS = V DD ik D R D Deze vergelijking kan worden gebruikt als basis voor het ontwerp van het biascircuit. Het verschil tussen verbeteringsmosfet en uitputtingsmosfet omvat het volgende. Verbeterde MOSFET Uitputting MOSFET Raadpleeg deze link voor meer informatie over - Uitputtingsmodus MOSFET . De toepassingen van Enhancement MOSFET omvatten het volgende. Dit gaat dus allemaal over een overzicht van een Enhancement MOSFET - werkend met toepassingen. De E-MOSFET is verkrijgbaar in versies met hoog en laag vermogen die alleen in de verbeteringsmodus werken. Hier is een vraag voor u, wat is depletion MOSFET? Overdrachtskenmerken
P-kanaalverbetering MOSFET
Toepassingen
Vertekening van verbeterings-MOSFET
Spanningsdeler bias
Feedbackbias afvoeren
Verbetering MOSFET versus uitputting MOSFET
Enhancement MOSFET is ook bekend als E-MOSFET.
Uitputtings-MOSFET is ook bekend als D-MOSFET.
In de verbeteringsmodus bestaat het kanaal aanvankelijk niet en wordt het gevormd door de spanning die op de gate-aansluiting wordt toegepast.
In de uitputtingsmodus wordt het kanaal permanent gefabriceerd tijdens de bouwtijd van de transistor.
Normaal gesproken is het UIT-apparaat bij nul Gate (G) naar Source (S) spanning.
Het is normaal gesproken een AAN-apparaat bij nul Gate (G) tot Source (S) spanning.
Deze MOSFET kan bij UIT geen stroom geleiden.
Deze MOSFET kan stroom geleiden in de UIT-toestand.
Om deze MOSFET AAN te zetten, is een positieve poortspanning nodig.
Om deze MOSFET AAN te zetten, is een negatieve poortspanning nodig.
Deze MOSFET heeft een diffusie & lekstroom.
Deze MOSFET heeft geen diffusie- en lekstroom.
Het heeft geen permanent kanaal.
Het heeft een permanent kanaal.
De spanning op de gate-terminal is recht evenredig met de stroom op de drain-terminal.
De spanning aan de gate is omgekeerd evenredig met de stroom bij Drain.
