MOSFET di potenziamento: funzionamento, differenze e sue applicazioni

MOSFET di potenziamento: funzionamento, differenze e sue applicazioni

Un MOSFET (FET a semiconduttore di ossido di metallo) è un tipo di transistor ad effetto di campo con un gate isolato utilizzato principalmente per amplificare o commutare i segnali. Ora nei circuiti analogici e digitali, i MOSFET sono usati più frequentemente rispetto a BJT . I MOSFET sono utilizzati principalmente negli amplificatori a causa della loro impedenza di ingresso infinita, quindi consente all'amplificatore di catturare quasi tutto il segnale in ingresso. Il principale vantaggio di MOSFET rispetto a BJT è che non richiede quasi nessuna corrente di ingresso per controllare la corrente di carico. I MOSFET sono classificati in due tipi di MOSFET di potenziamento e MOSFET di esaurimento. Quindi questo articolo fornisce brevi informazioni sul MOSFET di potenziamento – lavorare con le applicazioni.




Che cos'è il MOSFET di tipo Enhancement?

Il MOSFET che funziona in modalità di potenziamento è noto come E-MOSFET o mosfet di potenziamento. La modalità di potenziamento significa che ogni volta che la tensione verso il terminale di gate di questo MOSFET aumenta, il flusso di corrente aumenterà maggiormente dallo scarico alla sorgente fino a raggiungere il livello più alto. Questo MOSFET è un dispositivo controllato in tensione a tre terminali in cui i terminali sono sorgente, gate e drain.

Le caratteristiche di questi MOSFET sono bassa dissipazione di potenza, fabbricazione semplice e geometria ridotta. Quindi queste caratteristiche li renderanno utilizzati all'interno dei circuiti integrati. Non vi è alcun percorso tra il drain (D) e il source (S) di questo MOSFET quando non viene applicata tensione tra i terminali gate e source. Quindi, l'applicazione di una tensione da gate a source migliorerà il canale, rendendolo in grado di condurre corrente. Questa proprietà è il motivo principale per chiamare questo dispositivo un MOSFET in modalità di miglioramento.





Simbolo MOSFET di potenziamento

I simboli MOSFET di miglioramento sia per il canale P che per il canale N sono mostrati di seguito. Nei simboli sottostanti, possiamo notare che una linea spezzata è semplicemente collegata dalla sorgente al terminale del substrato, il che indica il tipo di modalità di miglioramento.

La conduttività negli EMOSFET aumenta aumentando lo strato di ossido, che aggiunge i portatori di carica verso il canale. Di solito, questo livello è noto come livello di inversione.



Il canale in questo MOSFET è formato tra D (drain) e S (source). Nel tipo a canale N viene utilizzato il substrato di tipo P mentre nel tipo a canale P viene utilizzato il substrato di tipo N. Qui la conduttività del canale a causa dei portatori di carica dipende principalmente dai canali di tipo P o di tipo N in modo corrispondente.

  Simboli MOSFET di potenziamento
Simboli MOSFET di potenziamento

Principio di funzionamento del Mosfet di potenziamento

Aumento i MOSFET di tipo sono normalmente spenti, il che significa che quando è collegato un MOSFET di tipo potenziamento, non ci sarà flusso di corrente dal terminale di scarico (D) alla sorgente (S) quando non viene fornita tensione al suo terminale di gate. Questo è il motivo per chiamare questo transistor a normalmente spento dal dispositivo .

  EMOSFET senza canale
EMOSFET senza canale

Allo stesso modo, se la tensione viene fornita al terminale di gate di questo MOSFET, il canale drain-source diventerà molto meno resistivo. Quando la tensione dal gate al terminale di sorgente aumenta, anche il flusso di corrente dal terminale di scarico al terminale di sorgente aumenterà fino a quando non viene fornita la corrente più elevata dal terminale di scarico alla sorgente.

Costruzione

Il costruzione di MOSFET di potenziamento è mostrato di seguito. Questo MOSFET include gate, drain e source a tre strati. Il corpo del MOSFET è noto come un substrato collegato internamente alla sorgente. Nel MOSFET, il terminale di gate metallico dallo strato semiconduttore è isolato attraverso uno strato di biossido di silicio altrimenti uno strato dielettrico.

  Costruzione MOSFET di potenziamento
Costruzione MOSFET di potenziamento

Questo EMOSFET è costruito con due materiali come semiconduttori di tipo P e di tipo N. Un substrato fornisce supporto fisico al dispositivo. Un sottile strato di SiO e un eccezionale isolante elettrico coprono semplicemente la regione tra i terminali di sorgente e di drenaggio. Sullo strato di ossido, uno strato metallico forma l'elettrodo di gate.

In questa costruzione, le due regioni N sono separate di alcuni micrometri su un substrato di tipo p leggermente drogato. Queste due regioni N vengono eseguite come i terminali di sorgente e di drenaggio. Sulla superficie si forma un sottile strato isolante noto come biossido di silicio. I portatori di carica, come i fori praticati su questo strato, stabiliranno contatti in alluminio sia per la sorgente che per i terminali di scarico.

Questo strato di conduzione funziona come la porta terminale che è posata sul SiO2 così come l'intera area del canale. Tuttavia, per la conduzione, non contiene alcun canale fisico. In questo tipo di MOSFET di potenziamento, il substrato di tipo p è esteso sull'intero strato di SiO2.

Lavorando

Il funzionamento di EMOSFET è quando VGS è 0 V, quindi non c'è alcun canale che collegherà la sorgente e lo scarico. Il substrato di tipo p ha solo un piccolo numero di portatori di carica minoritaria prodotti termicamente come gli elettroni liberi, quindi la corrente di drenaggio è zero. Per questo motivo, questo MOSFET sarà normalmente SPENTO.

Una volta che il gate (G) è positivo (+ve), allora attrae portatori di carica minoritari come elettroni dal p-substrato dove questi portatori di carica si combineranno attraverso i fori sotto lo strato di SiO2. Un ulteriore VGS viene aumentato, quindi gli elettroni avranno un potenziale sufficiente per superare e legarsi e più portatori di carica, ovvero gli elettroni si depositano nel canale.

Qui, il dielettrico viene utilizzato per impedire il movimento dell'elettrone attraverso lo strato di biossido di silicio. Questo accumulo risulterà nella formazione di canali n tra i terminali Drain e Source. Quindi questo può portare al flusso di corrente di drenaggio generato in tutto il canale. Questa corrente di drain è semplicemente proporzionale alla resistenza del canale che dipende ulteriormente dai portatori di carica attratti dal terminale +ve del gate.

Tipi di MOSFET di tipo potenziamento

Sono disponibili in due tipi MOSFET di potenziamento del canale N e MOSFET di potenziamento del canale P .

Nel tipo di potenziamento del canale N, viene utilizzato il substrato p leggermente drogato e due regioni di tipo n fortemente drogate costituiranno i terminali di sorgente e drenaggio. In questo tipo di E-MOSFET, la maggior parte dei portatori di carica sono elettroni. Si prega di fare riferimento a questo link per saperne di più su – MOSFET a canale N.

Nel tipo di canale P, viene utilizzato il substrato N leggermente drogato e due regioni di tipo p fortemente drogate costituiranno i terminali di sorgente e drenaggio. In questo tipo di E-MOSFET, la maggior parte dei portatori di carica sono buchi. Si prega di fare riferimento a questo link per saperne di più su – MOSFET a canale P .

Caratteristiche

Le caratteristiche VI e drain del MOSFET di potenziamento del canale n e del potenziamento del canale p sono discusse di seguito.

Caratteristiche di scarico

Il Caratteristiche di drenaggio del mosfet di potenziamento del canale N sono mostrati di seguito. In queste caratteristiche, possiamo osservare le caratteristiche di drenaggio tracciate tra Id e Vds per diversi valori di Vgs come mostrato nel diagramma, come puoi vedere che quando il valore di Vgs viene aumentato, anche l'attuale 'Id' verrà aumentato.

La curva parabolica sulle caratteristiche mostrerà il luogo del VDS dove la Id(corrente di drenaggio) verrà saturata. In questo grafico è mostrata la regione lineare o ohmica. In questa regione, il MOSFET può funzionare come un resistore controllato in tensione. Quindi, per il valore Vds fisso, una volta modificato il valore di tensione Vgs, verrà modificata la larghezza del canale o possiamo dire che cambierà la resistenza del canale.

  Caratteristiche di drenaggio EMOSFET a canale N
Caratteristiche di drenaggio EMOSFET a canale N

La regione ohmica è una regione in cui l'attuale 'IDS' aumenta con un aumento del valore VDS. Una volta che i MOSFET sono progettati per funzionare nella regione ohmica, possono essere utilizzati come amplificatori .

La tensione di gate a quel punto il transistor si accende e inizia a fluire corrente attraverso il canale è nota come tensione di soglia (VT o VTH). Per il canale N, questo valore di tensione di soglia varia da 0,5 V a 0,7 V mentre per i dispositivi a canale P varia da -0,5 V a -0,8 V.

Ogni volta che Vds Vt allora, in questo caso, il MOSFET opererà in una regione lineare. Quindi in questa regione, può funzionare come a resistore controllato in tensione .

Nella regione di cut-off, quando la tensione Vgs

Ogni volta che il mosfet viene azionato sul lato destro del locus allora possiamo dire che viene azionato in a regione di saturazione . Quindi, matematicamente, ogni volta che la tensione Vgs è > o = Vgs-Vt allora sta operando in una regione di saturazione. Quindi tutto riguarda le caratteristiche di drenaggio nelle diverse regioni del mosfet di potenziamento.

Caratteristiche di trasferimento

Il caratteristiche di trasferimento del mosfet di potenziamento del canale N sono mostrati di seguito. Le caratteristiche di trasferimento mostrano la relazione tra la tensione di ingresso 'Vgs' e la corrente di assorbimento di uscita 'Id'. Queste caratteristiche mostrano sostanzialmente come cambia 'Id' quando cambiano i valori Vgs. Quindi da queste caratteristiche, possiamo osservare che la corrente di drain 'Id' è zero fino alla tensione di soglia. Dopodiché, quando aumentiamo il valore Vgs, l''ID' aumenterà.

La relazione tra l'attuale 'Id' e Vgs può essere data come Id = k(Vgs-Vt)^2. Qui, la 'K' è la costante del dispositivo che dipende dai parametri fisici del dispositivo. Quindi, usando questa espressione, possiamo scoprire il valore della corrente di drenaggio per il valore Vgs fisso.

  Caratteristiche di trasferimento EMOSFET a canale N
Caratteristiche di trasferimento EMOSFET a canale N

MOSFET di potenziamento del canale P

Il Caratteristiche di drenaggio del mosfet di potenziamento del canale P sono mostrati di seguito. Qui, Vds e Vgs saranno negativi. La corrente di scarico 'Id' verrà fornita dalla sorgente al terminale di scarico. Come possiamo notare da questo grafico, quando Vgs diventa più negativo, aumenterà anche la corrente di drenaggio 'Id'.

  Caratteristiche del MOSFET di potenziamento del canale P
Caratteristiche del MOSFET di potenziamento del canale P

Quando Vgs >VT, questo MOSFET funzionerà nella regione di cut-off. Allo stesso modo, se si osservano le caratteristiche di trasferimento di questo MOSFET, sarà un'immagine speculare del canale N.

  Caratteristiche di trasferimento del potenziamento del canale P
Caratteristiche di trasferimento del potenziamento del canale P

Applicazioni

Biasing del MOSFET di potenziamento

Generalmente, il MOSFET di potenziamento (E-MOSFET) è polarizzato con la polarizzazione del divisore di tensione, altrimenti la polarizzazione del feedback di drenaggio. Ma l'E-MOSFET non può essere distorto con self-bias e zero bias.

Bias del divisore di tensione

La polarizzazione del divisore di tensione per E-MOSFET a canale N è mostrata di seguito. La polarizzazione del partitore di tensione è simile al circuito divisore che utilizza i BJT. In effetti, il MOSFET di potenziamento del canale N ha bisogno del terminale di gate che è più alto della sua sorgente, proprio come il BJT NPN ha bisogno di una tensione di base più alta rispetto al suo emettitore.

  Bias del divisore di tensione
Bias del divisore di tensione

In questo circuito, i resistori come R1 e R2 vengono utilizzati per creare il circuito divisore per stabilire la tensione di gate.

Quando la sorgente dell'E-MOSFET è collegata direttamente al GND, allora VGS = VG. Quindi, il potenziale attraverso il resistore R2 deve essere impostato sopra VGS(th) per un corretto funzionamento con l'equazione caratteristica E-MOSFET come I D = K (V GS -IN GS (th))^2.

Conoscendo il valore VG, l'equazione caratteristica dell'E-MOSFET viene utilizzata per stabilire la corrente di drenaggio. Ma la costante del dispositivo 'K' è l'unico fattore mancante che può essere calcolato per un particolare dispositivo a seconda della coppia di coordinate VGS (attiva) e ID (attiva).

  Coppia di coordinate su EMOSFET
Coppia di coordinate su EMOSFET

La costante 'K' è derivata dall'equazione caratteristica di E-MOSFET come K = I D /(IN GS -IN GS (th))^2.

K = io D /(IN GS -IN GS (th))^2.

Quindi, questo valore viene utilizzato per altri punti di polarizzazione.

Drenare la distorsione del feedback

Questa polarizzazione utilizza il punto operativo “on” sulla curva caratteristica sopra menzionata. L'idea è quella di impostare una corrente di drenaggio attraverso un'opportuna selezione dell'alimentatore e della resistenza di drenaggio. Il prototipo del circuito di feedback dello scarico è mostrato di seguito.

  Drenare la distorsione del feedback
Drenare la distorsione del feedback

Questo è un circuito abbastanza semplice che utilizza alcuni componenti di base. Questa operazione si intende applicando KVL.

IN DD = V RD + V RG + V GS

IN DD = io D R D + io G R G + V GS

Qui, la corrente di Gate è insignificante, quindi l'equazione sopra diventerà

IN DD = io D R D +V GS

e anche V DS = IN GS

Così,

IN GS =V ds = V DD − I D R D

Questa equazione può essere utilizzata come base per la progettazione del circuito di polarizzazione.

MOSFET di potenziamento vs MOSFET a svuotamento

La differenza tra mosfet di potenziamento e mosfet di esaurimento include quanto segue.

MOSFET di potenziamento

MOSFET a svuotamento

MOSFET di potenziamento è anche noto come E-MOSFET. Il MOSFET a svuotamento è anche noto come D-MOSFET.
In modalità potenziamento, il canale inizialmente non esiste ed è formato dalla tensione applicata al terminale di gate. In modalità di esaurimento, il canale è fabbricato in modo permanente al momento della costruzione del transistor.

Normalmente è un dispositivo OFF a tensione zero da Gate (G) a Source (S). Normalmente è un dispositivo ON a tensione zero da Gate (G) a Source (S).
Questo MOSFET non può condurre corrente in condizione OFF. Questo MOSFET può condurre corrente in condizione OFF.
Per accendere questo MOSFET, è necessaria una tensione di gate positiva. Per accendere questo MOSFET, è necessaria una tensione di gate negativa.
Questo MOSFET ha una diffusione e una corrente di dispersione. Questo MOSFET non ha una diffusione e una corrente di dispersione.
Non ha un canale permanente. Ha un canale permanente.
La tensione al terminale di gate è direttamente proporzionale alla corrente al terminale di drain. La tensione al gate è inversamente proporzionale alla corrente al Drain.

Si prega di fare riferimento a questo link per saperne di più su – MOSFET in modalità di svuotamento .

Il applicazioni di Enhancement MOSFET include il seguente.

  • Generalmente, i MOSFET di potenziamento vengono utilizzati nei circuiti di commutazione, amplificatore e inverter.
  • Questi sono utilizzati in diversi driver di motori, controller digitali e circuiti integrati dell'elettronica di potenza.
  • È usato nell'elettronica digitale.

Pertanto, si tratta di una panoramica di un miglioramento MOSFET – funzionante con applicazioni. L'E-MOSFET è ottenibile sia nelle versioni ad alta che a bassa potenza che operano in modalità di solo potenziamento. Ecco una domanda per te, cos'è il MOSFET a svuotamento?