Cos'è il MOSFET in modalità di esaurimento: funzionamento e applicazioni

Prova Il Nostro Strumento Per Eliminare I Problemi





Il transistor ad effetto di campo a semiconduttore di ossido di metallo o MOSFET è un dispositivo controllato in tensione che è costruito con terminali come source, drain, gate e body per amplificare o commutare le tensioni all'interno dei circuiti ed è anche ampiamente utilizzato nei circuiti integrati per applicazioni digitali. Questi sono utilizzati anche in circuiti analogici come amplificatori e filtri. I MOSFET sono progettati principalmente per superare gli inconvenienti di FATTI come un'elevata resistenza allo scarico, un'impedenza di ingresso moderata e un funzionamento lento. I MOSFET sono due tipi di modalità di miglioramento e modalità di esaurimento. Questo articolo discute uno dei tipi di MOSFET vale a dire MOSFET in modalità di svuotamento – tipi, lavorare con le applicazioni.


Che cos'è il MOSFET in modalità di esaurimento?

Un MOSFET che normalmente si accende senza applicare alcuna tensione di gate durante la connessione è noto come MOSFET in modalità di esaurimento. In questo MOSFET, il flusso di corrente è dal terminale di drenaggio alla sorgente. Questo tipo di MOSFET è anche noto come normalmente sul dispositivo.



Una volta applicata una tensione al terminale di gate del MOSFET, il drain al canale sorgente diventerà più resistivo. Quando la tensione gate-source aumenta maggiormente, il flusso di corrente dallo scarico alla sorgente si riduce fino a quando il flusso di corrente dallo scarico alla sorgente si interrompe.

Si prega di fare riferimento a questo link per saperne di più MOSFET come interruttore



Simbolo MOSFET modalità di esaurimento

Di seguito sono mostrati i simboli MOSFET della modalità di esaurimento per il canale p e il canale n. In questi MOSFET, i simboli delle frecce rappresentano il tipo di MOSFET come il tipo P o il tipo N. Se il simbolo della freccia è nella direzione interna, allora è il canale n e se il simbolo della freccia è all'esterno, allora è il canale p.

  Simboli MOSFET di esaurimento
Simboli MOSFET a svuotamento

Come funziona il MOSFET in modalità di esaurimento?

Il MOSFET a svuotamento è attivato per impostazione predefinita. Qui, i terminali source e drain sono collegati fisicamente. Per comprendere il funzionamento del MOSFET, vediamo i tipi di MOSFET a svuotamento.

Tipi di MOSFET in modalità di svuotamento

Il Struttura MOSFET in modalità di svuotamento varia in base al tipo. I MOSFET sono due tipi di modalità di esaurimento del canale p e modalità di esaurimento del canale n. Quindi, ogni tipo di struttura MOSFET in modalità di svuotamento e il suo funzionamento sono discussi di seguito.

MOSFET a esaurimento del canale N

La struttura del MOSFET a esaurimento del canale N è mostrata di seguito. In questo tipo di MOSFET a svuotamento, la sorgente e il drenaggio sono collegati da una piccola striscia di semiconduttore di tipo N. Il substrato utilizzato in questo MOSFET è un semiconduttore di tipo P e gli elettroni sono i portatori di carica maggioritari in questo tipo di MOSFET. Qui, la fonte e lo scarico sono pesantemente drogati.

La costruzione del MOSFET in modalità di esaurimento del canale N è la stessa rispetto al MOSFET a canale n in modalità di miglioramento, tranne per il fatto che il suo funzionamento è dissimile. Lo spazio tra i terminali di sorgente e di drenaggio è composto da impurità di tipo n.

  MOSFET a esaurimento del canale N
MOSFET a esaurimento del canale N

Quando applichiamo una differenza di potenziale tra entrambi i terminali come source & drain, la corrente scorre attraverso l'intera regione n del substrato. Quando viene applicata una tensione negativa al terminale di gate di questo MOSFET, i portatori di carica come gli elettroni verranno respinti e spostati verso il basso all'interno della regione n sotto lo strato dielettrico. Quindi l'esaurimento del vettore di carica si verificherà all'interno del canale.

Pertanto, la conduttività complessiva del canale viene ridotta. In questa condizione, una volta applicata la stessa tensione al terminale GATE, la corrente di drain verrà diminuita. Una volta aumentata ulteriormente la tensione negativa raggiunge il modalità pinch-off .

Qui il drenare la corrente è controllato modificando l'esaurimento dei portatori di carica all'interno del canale, così viene chiamato MOSFET a svuotamento . Qui, il terminale di drain è in un potenziale +ve, il terminale di gate è in un potenziale -ve e la sorgente è in un potenziale '0'. Pertanto, la variazione di tensione tra lo scarico e il gate è elevata rispetto alla sorgente rispetto al gate, quindi la larghezza dello strato di svuotamento è elevata rispetto al terminale della sorgente.

MOSFET a esaurimento del canale P

Nel MOSFET a deplezione del canale P, una piccola striscia di semiconduttore di tipo P collega la sorgente e il drenaggio. La sorgente e lo scarico sono di semiconduttore di tipo P e il substrato è di semiconduttore di tipo N. La maggior parte dei portatori di carica sono buchi.

La costruzione del MOSFET a esaurimento del canale p è del tutto opposta al MOSFET in modalità a esaurimento del canale n. Questo MOSFET include un canale che viene creato tra il sorgente e regione di scarico di cui è fortemente drogato impurità di tipo p. Quindi, in questo MOSFET, viene utilizzato il substrato di tipo n e il canale è di tipo p come mostrato nel diagramma.

  MOSFET a esaurimento del canale P
MOSFET a esaurimento del canale P

Una volta applicata una tensione +ve al terminale di gate del MOSFET, i portatori di carica di minoranza come gli elettroni nella regione di tipo p verranno attratti a causa dell'azione elettrostatica e formeranno ioni di impurità negative fisse. Quindi si formerà una regione di svuotamento all'interno del canale e, di conseguenza, la conduttività del canale verrà ridotta. In questo modo la corrente di drain viene controllata applicando +ve tensione al terminale di gate.

Una volta applicata una tensione +ve al terminale di gate del MOSFET, i portatori di carica di minoranza come gli elettroni nella regione di tipo p verranno attratti a causa dell'azione elettrostatica e formeranno ioni di impurità negative fisse. Quindi si formerà una regione di svuotamento all'interno del canale e, di conseguenza, la conduttività del canale verrà ridotta. In questo modo la corrente di drain viene controllata applicando +ve tensione al terminale di gate.

Per attivare questo tipo di MOSFET a svuotamento, la tensione di gate deve essere 0V e il valore della corrente di drain è grande in modo che il transistor sia nella regione attiva. Quindi, ancora una volta per accendere questo MOSFET, viene data una tensione +ve al terminale di sorgente. Quindi, con una tensione positiva sufficiente e nessuna tensione applicata al terminale di base, questo MOSFET funzionerà al massimo e avrà una corrente elevata.

Per disattivare un MOSFET a esaurimento del canale P, ci sono due modi in cui puoi tagliare la tensione positiva di polarizzazione, che alimenta il drain, altrimenti puoi applicare una tensione -ve al terminale del gate. Una volta fornita una tensione -ve al terminale di gate, la corrente verrà ridotta. Quando la tensione di gate diventa più negativa, la corrente si riduce fino al cutoff, quindi il MOSFET sarà nella condizione 'OFF'. Quindi, questo impedisce a una grande fonte di drenare corrente.

Quindi, una volta che viene fornita più tensione -ve al terminale di gate di questo MOSFET, questo MOSFET condurrà meno e ci sarà meno corrente attraverso il terminale di source-drain. Una volta che la tensione di gate raggiunge una certa soglia di tensione –ve, spegne il transistor. Quindi, la tensione -ve spegne il transistor.

Caratteristiche

Il drenare le caratteristiche del MOSFET sono discussi di seguito.

Caratteristiche di drenaggio del MOSFET a esaurimento del canale N

Le caratteristiche di drenaggio del MOSFET a esaurimento del canale n sono mostrate di seguito. Queste caratteristiche sono tracciate tra VDS e IDSS. Quando continuiamo ad aumentare il valore VDS, l'ID aumenterà. Dopo una certa tensione, l'ID della corrente di drenaggio diventerà costante. Il valore della corrente di saturazione per Vgs = 0 è chiamato IDSS.

Ogni volta che la tensione applicata è negativa, questa tensione al terminale di gate spingerà i portatori di carica come elettroni sul substrato. E anche i buchi all'interno di questo substrato di tipo p saranno attratti da questi elettroni. Quindi, a causa di questa tensione, gli elettroni all'interno del canale verranno ricombinati con dei buchi. La velocità di ricombinazione dipenderà dalla tensione negativa applicata.

  Caratteristiche di drenaggio del MOSFET a canale N
Caratteristiche di drenaggio del MOSFET a canale N

Una volta che aumentiamo questa tensione negativa, aumenterà anche il tasso di ricombinazione in modo che diminuisca il no. di elettroni disponibili all'interno di questo canale e ridurrà efficacemente il flusso di corrente.

quando osserviamo le caratteristiche di cui sopra, si vede che quando il valore VGS diventa più negativo, la corrente di drenaggio diminuisce. Ad una certa tensione, questa tensione negativa diventerà zero. Questa tensione è nota come tensione pinch-off.

Questo MOSFET funziona anche per la tensione positiva, quindi quando applichiamo la tensione positiva al terminale di gate, gli elettroni saranno attratti dal canale N. Quindi il n. di elettroni all'interno di questo canale aumenterà. Quindi il flusso di corrente all'interno di questo canale aumenterà. Quindi per il valore Vgs positivo, l'ID sarà anche più di IDSS.

Caratteristiche di trasferimento del MOSFET a esaurimento del canale N

Di seguito sono mostrate le caratteristiche di trasferimento del MOSFET a esaurimento del canale N, che è simile a JFET. Queste caratteristiche definiscono la relazione principale tra ID e VGS per il valore VDS fisso. Per i valori VGS positivi, possiamo anche ottenere il valore ID.

Quindi, a causa di ciò, la curva nelle caratteristiche si estenderà sul lato destro. Ogni volta che il valore VGS è positivo, il n. di elettroni all'interno del canale aumenterà. Quando il VGS è positivo, questa regione è la regione di miglioramento. Allo stesso modo, quando il VGS è negativo, questa regione è nota come regione di esaurimento.

  Caratteristiche di trasferimento del canale N del MOSFET a esaurimento
MOSFET a esaurimento del canale N  Caratteristiche di trasferimento

La relazione principale tra ID e Vgs può essere espressa tramite ID = IDSS (1-VGS/VP)^2. Usando questa espressione, possiamo trovare il valore ID per il Vgs.

Caratteristiche di drenaggio del MOSFET a svuotamento del canale P

Le caratteristiche di drenaggio del MOSFET a esaurimento del canale P sono mostrate di seguito. Qui la tensione VDS è negativa e la tensione Vgs è positiva. Una volta che continuiamo ad aumentare il Vgs, Id (corrente di drenaggio) diminuirà. Alla tensione pinch-off, questo Id (corrente di drenaggio)  diventerà zero. Una volta che il VGS è negativo, il valore ID sarà addirittura superiore a IDSS.

Caratteristiche di trasferimento del MOSFET a svuotamento del canale P

Di seguito sono mostrate le caratteristiche di trasferimento del MOSFET a esaurimento del canale P, che è un'immagine speculare delle caratteristiche di trasferimento del MOSFET a esaurimento del canale n. Qui possiamo osservare che la corrente di drenaggio aumenta nella regione VGS positiva dal punto di taglio fino all'IDSS, e quindi continua ad aumentare quando aumenta il valore VGS negativo.

  Caratteristiche di drenaggio e trasferimento del MOSFET a svuotamento del canale P
Caratteristiche di drenaggio e trasferimento del MOSFET a svuotamento del canale P

Applicazioni

Le applicazioni MOSFET a svuotamento includono quanto segue.

  • Questo MOSFET ad esaurimento può essere utilizzato in circuiti di sorgente di corrente costante e regolatori lineari come a passare il transistor .
  • Questi sono ampiamente utilizzati in un circuito di alimentazione ausiliaria di avviamento.
  • Normalmente, questi MOSFET vengono accesi quando non viene applicata alcuna tensione, il che significa che possono condurre corrente in condizioni normali. Pertanto questo viene utilizzato nei circuiti logici digitali come resistore di carico.
  • Questi sono usati per i circuiti di ritorno all'interno dei circuiti integrati PWM.
  • Questi sono utilizzati in interruttori per telecomunicazioni, relè a stato solido e molti altri.
  • Questo MOSFET viene utilizzato all'interno di circuiti di spazzamento della tensione, circuiti di monitoraggio della corrente, circuiti di pilotaggio di array di led, ecc.

Pertanto, questa è una panoramica di una modalità di esaurimento MOSFET – funzionante con applicazioni. Ecco una domanda per te, cos'è un MOSFET in modalità di miglioramento?