Hva er mosfet: dens konstruksjon, typer og arbeid

MOSFET er i utgangspunktet en transistor som bruker felteffekt. MOSFET står for Metal Oxide Field Effect Transistor, som har en port. Gatespenningen bestemmer enhetens ledningsevne. Avhengig av denne gatespenningen kan vi endre ledningsevnen, og dermed kan vi bruke den som en bryter eller som en forsterker som vi bruker Transistor som en bryter eller som en forsterker.

Bipolar Junction Transistor eller BJT har base, emitter og kollektor, mens en MOSFET har port-, avløps- og kildeforbindelse. Annet enn pin-konfigurasjonen, trenger BJT strøm for drift og MOSFET trenger spenning.

MOSFET gir veldig høy inngangsimpedans, og det er veldig lett å forspenne. Så for en lineær liten forsterker er MOSFET et utmerket valg. Den lineære forsterkningen oppstår når vi forspenner MOSFET i metningsområdet som er et sentralt fast Q-punkt.

I bildet nedenfor vises en grunnleggende N-kanal MOSFETs intern konstruksjon. MOSFET har tre forbindelser Drain, Gate og Source. Det er ingen direkte forbindelse mellom porten og kanalen. Portelektroden er elektrisk isolert, og på grunn av dette blir det noen ganger referert til som IGFET eller Isolated Gate Field Effect Transistor.

Her er bildet av populær MOSFET IRF530N.

Typer MOSFETs

Basert på driftsmodusene er det to forskjellige typer MOSFET-er tilgjengelig. Disse to typene har videre to undertyper

1. Bortfallstype MOSFET eller MOSFET med utarmingsmodus

• N-kanal MOSFET eller NMOS
• P-Channel MOSFET eller PMOS

1. Forbedringstype MOSFET eller MOSFET med Enhancement-modus

• N-kanal MOSFET eller NMOS
• P-Channel MOSFET eller PMOS

Bortfallstype MOSFET

Bortfall av MOSFET er normalt PÅ ved null Gate til Source-spenning. Hvis MOSFET er MOSFET av typen N-Channel Depletion, vil det være noe terskelspenning som er nødvendig for å få enheten til å slå seg av. For eksempel, en N-Channel Depletion MOSFET med en terskelspenning på -3V eller -5V, må porten til MOSFET trekkes negativ -3V eller -5V for å slå av enheten. Denne terskelspenningen vil være negativ for N-kanalen, og positiv i tilfelle av P-kanalen. Denne typen MOSFET brukes vanligvis i logiske kretser.

Forbedringstype MOSFET

I Enhancement-typen MOSFET-er forblir enheten AV ved null gate-spenning. For å slå på MOSFET, må vi oppgi en minimum Gate to Source-spenning (Vgs Threshold voltage). Men dreneringsstrømmen er veldig pålitelig av denne gate-til-kildespenningen. Hvis Vgs økes, øker også dreneringsstrømmen på samme måte. Forbedringstype MOSFET er ideelle for å konstruere en forsterkerkrets. På samme måte som uttømming MOSFET, har den også NMOS- og PMOS-undertypene.

Egenskaper og kurver for MOSFET

Ved å gi stabil spenning over avløp til kilde, kan vi forstå IV-kurven til en MOSFET. Som nevnt ovenfor er avløpsstrømmen svært pålitelig av Vgs, gate til kildespenning. Hvis vi varierer Vgs, vil avløpsstrømmen også variere.

La oss se IV-kurven til en MOSFET.

På bildet ovenfor kan vi se IV-skråningen til en N-kanal MOSFET, avløpsstrømmen er 0 når Vgs-spenningen er under terskelspenningen, i løpet av denne tiden er MOSFET i avskjæringsmodus. Etter det når gate-til-kildespenningen begynner å øke, øker også dreneringsstrømmen.

La oss se et praktisk eksempel på IRF530 MOSFETs IV-kurve,

Kurven som viser at når Vgs er 4,5V, er den maksimale dreneringsstrømmen på IRF530 1A ved 25 grader C. Men når vi øker Vgs til 5V, er dreneringsstrømmen nesten 2A, og til slutt ved 6V Vgs, kan den gi 10A av dreneringsstrøm.

DC Biasing av MOSFET og Common-Source Amplification

Nå er det på tide å bruke en MOSFET som en lineær forsterker. Det er ikke en tøff jobb hvis vi finner ut hvordan vi kan forspenne MOSFET og bruke den i en perfekt operasjonsregion.

MOSFET fungerer i tre driftsmodi: Ohmisk, metning og Pinch off point. Metningsregionen også kalt Linear Region. Her bruker vi MOSFET i metningsregion, det gir perfekt Q-punkt.

Hvis vi gir et lite signal (tidsvarierende) og bruker DC-skjevheten ved gate eller inngang, gir MOSFET under riktig situasjon lineær forsterkning.

I det ovennevnte bildet påføres et lite sinusformet signal (_Vgs) til MOSFET-porten, noe som resulterer i en svingning i avløpsstrømmen synkron til den påførte sinusformede inngangen. For det lille signalet _Vgs, kan vi tegne en rett linje fra Q-punktet som har en skråning på g _m = dI _d / dVgs.

Skråningen kan sees på bildet ovenfor. Dette er transkonduktanshellingen. Det er en viktig parameter for forsterkningsfaktoren. På dette punktet er avløpsstrømamplituden

ߡ Id = gm x ߡ Vgs

Hvis vi nå ser på de skjematiske gitt ovenfor, drain motstanden R _d kan styre den drenstrømmene samt drensspenningen ved hjelp av ligning

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

AC-utgangssignalet vil være ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g _m x ߡ Vgs x Rd

Nå ved ligningene vil gevinsten være

Forsterket spenningsforsterkning = -g _m x Rd

Så, den totale gevinsten til MOSFET-forsterkeren er veldig pålitelig av transkonduktansen og avløpsmotstanden.

Grunnleggende Common Source Forsterkerkonstruksjon med enkelt MOSFET

For å lage en enkel felles kilde forsterker ved hjelp av N-kanal enkelt MOSFET, er det viktigste å oppnå DC forspenningstilstand. For å tjene formålet er en generisk spenningsdeler konstruert ved hjelp av to enkle motstander: R1 og R2. Ytterligere to motstander kreves også som dreneringsmotstand og kildemotstand.

For å bestemme verdien trenger vi trinnvis beregning.

En MOSFET er utstyrt med høy inngangsimpedans, og i driftstilstand er det ingen strømstrøm til stede i portterminalen.

Nå, hvis vi ser på enheten, vil vi oppdage at det er tre motstander assosiert med VDD (uten forspenningsmotstandene). De tre motstandene er Rd, MOSFETs interne motstand og Rs. Så hvis vi bruker Kirchoffs spenningslov, er spenningen over disse tre motstandene lik VDD.

Nå som per Ohms lov, hvis vi multipliserer strøm med motstand vi vil få spenning som V = I x R. Så, her er dagens Drain nåværende eller jeg _D. Dermed er spenningen over Rd V = I _D x Rd, det samme gjelder for Rs da strømmen er den samme I _D, så spenningen over Rs er Vs = I _D x Rs. For MOSFET er spenningen V _DS eller Drain-to-source spenning.

Nå som i 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

Vi kan evaluere det videre som

Rd = (V _DD - V _DS / I _D) - R _S Rs kan beregnes som Rs = V _S / I _D

Andre to motstandsverdier kan bestemmes av formelen V _G = V _DD (R2 / R1 + R2)

Hvis du ikke har verdien, kan du få den fra formelen V _G = V _GS + V _S

Heldigvis kan maksimale verdier være tilgjengelige fra MOSFET-databladet. Basert på spesifikasjonen kan vi bygge kretsen.

To koblingskondensatorer brukes til å kompensere avskjæringsfrekvensene og for å blokkere DC som kommer fra inngangen eller kommer til den endelige utgangen. Vi kan ganske enkelt få verdiene ved å finne ut den tilsvarende motstanden til DC-forspenningsdeleren og deretter velge ønsket avskjæringsfrekvens. Formelen vil være

C = 1 / 2πf Krav

For design med høy effektforsterker, bygde vi tidligere en effektforsterker på 50 Watt ved bruk av to MOSFET som Push-pull-konfigurasjon. Følg lenken for praktisk anvendelse.