Forbedring MOSFET: Arbeid, forskjeller og applikasjoner

En MOSFET (metall-oksid-halvleder FET) er en type felteffekttransistor med en isolert port som hovedsakelig brukes til å forsterke eller bytte signaler. Nå i analoge og digitale kretser brukes MOSFET-er oftere sammenlignet med BJTs . MOSFET-er brukes hovedsakelig i forsterkere på grunn av deres uendelige inngangsimpedans, slik at den lar forsterkeren fange opp nesten alt det innkommende signalet. Den største fordelen med MOSFET sammenlignet med BJT er at den krever nesten ingen inngangsstrøm for å kontrollere laststrømmen. MOSFET-er er klassifisert i to typer forbedrings-MOSFET og depletion-MOSFET. Så denne artikkelen gir kort informasjon om forbedring MOSFET – jobbe med applikasjoner.

Hva er Enhancement Type MOSFET?

MOSFET som fungerer i forbedringsmodus er kjent som E-MOSFET eller enhancement mosfet. Forbedringsmodus betyr at når spenningen mot portterminalen til denne MOSFET øker, vil strømstrømmen økes mer fra avløp til kilde til den når det høyeste nivået. Denne MOSFET er en tre-terminal spenningskontrollert enhet hvor terminalene er en source, gate og drain.

Funksjonene til disse MOSFET-ene er lavt strømforbruk, enkel produksjon og liten geometri. Så disse funksjonene vil gjøre dem brukt i integrerte kretser. Det er ingen vei mellom avløpet (D) og kilden (S) til denne MOSFET når ingen spenning påføres mellom gate- og kildeterminalene. Så, påføring av en spenning ved gate-to-source vil forbedre kanalen, noe som gjør den i stand til å lede strøm. Denne egenskapen er hovedgrunnen til å kalle denne enheten en MOSFET i forbedringsmodus.

Forbedring MOSFET-symbol

Forbedrings-MOSFET-symbolene for både P-kanal og N-kanal er vist nedenfor. I symbolene nedenfor kan vi legge merke til at en brutt linje ganske enkelt er koblet fra kilden til substratterminalen, noe som indikerer forbedringsmodustypen.

Konduktiviteten i EMOSFET-er øker ved å øke oksidlaget, som legger til ladningsbærerne mot kanalen. Vanligvis er dette laget kjent som inversjonslaget.

Kanalen i denne MOSFET er dannet mellom D (drain) og S (kilde). I N-kanal-typen brukes P-type-substratet, mens i P-kanal-typen brukes N-type-substratet. Her avhenger kanalledningsevnen på grunn av ladningsbærerne hovedsakelig av P-type eller N-type kanaler tilsvarende.

Arbeidsprinsipp for forbedring av Mosfet

Forbedring type MOSFET er normalt av, noe som betyr at når en MOSFET av ekstrautstyr er koblet til, vil det ikke flyte strøm fra terminalen (D) til kilden (S) når det ikke gis spenning til portterminalen. Dette er grunnen til å kalle denne transistoren en normalt av enheten .

Tilsvarende, hvis spenningen gis til portterminalen til denne MOSFET, vil drain-source-kanalen bli svært mindre resistiv. Når spenningen fra gate til source-terminalen øker, vil også strømmen av strøm fra drain til source-terminal øke inntil den høyeste strømmen tilføres fra drain-terminal til source.

Konstruksjon

De konstruksjon av ekstrautstyr MOSFET er vist nedenfor. Denne MOSFET inkluderer tre lags gate, dren og source. Kroppen til MOSFET er kjent som et substrat som er koblet internt til kilden. I MOSFET er den metalliske portterminalen fra halvlederlaget isolert gjennom et silisiumdioksydlag ellers et dielektrisk lag.

Denne EMOSFET er konstruert med to materialer som P-type og N-type halvledere. Et underlag gir fysisk støtte til enheten. Et tynt SiO-lag og en enestående elektrisk isolator dekker ganske enkelt området mellom kilde- og avløpsterminalene. På oksidlaget danner et metallisk lag portelektroden.

I denne konstruksjonen er de to N-regionene atskilt over noen mikrometers avstand over et lett dopet p-type substrat. Disse to N-regionene utføres som kilde- og avløpsterminalene. På overflaten utvikles et tynt isolasjonslag som er kjent som silisiumdioksid. Ladningsbærerne som hull laget på dette laget vil etablere aluminiumskontakter for både kilde- og avløpsterminalene.

Dette ledningslaget fungerer som terminalporten som er lagt på SiO2 samt hele området av kanalen. For ledning inneholder den imidlertid ingen fysisk kanal. I denne typen forbedrings-MOSFET utvides p-type-substratet på hele SiO2-laget.

Jobber

Virkningen til EMOSFET er når VGS er 0V, så er det ingen kanal som vil koble til kilden og avløpet. Substratet av p-type har bare et lite antall termisk produserte minoritetsladningsbærere som frie elektroner, og dermed er dreneringsstrømmen null. På grunn av denne grunn vil denne MOSFET normalt være AV.

Når porten (G) er positiv (+ve), tiltrekker den seg minoritetsladningsbærere som elektroner fra p-substrat hvor disse ladningsbærerne vil kombineres gjennom hullene under laget av SiO2. Ytterligere VGS økes, da vil elektronene ha nok potensial til å overvinne og binde seg  og flere ladningsbærere, dvs. elektroner blir avsatt i kanalen.

Her brukes dielektrikumet for å forhindre elektronets bevegelse over silisiumdioksidlaget. Denne akkumuleringen vil resultere i n-kanalsdannelse mellom Drain og Source terminaler. Så dette kan føre til at den genererte dreneringsstrømmen flyter gjennom kanalen. Denne dreneringsstrømmen er ganske enkelt proporsjonal med kanalens motstand som avhenger videre av ladningsbærerne som tiltrekkes til +ve-terminalen til porten.

Forbedringstyper Type MOSFET

De finnes i to typer N Channel Enhancement MOSFET og P Channel Enhancement MOSFET .

I N-kanalforbedringstypen brukes det lett dopede p-substratet, og to sterkt dopede n-typer vil lage kilde- og avløpsterminalene. I denne typen E-MOSFET er flertallet av ladningsbærerne elektroner. Vennligst se denne lenken for å vite mer om - N-kanals MOSFET.

I P-kanaltypen brukes det lett dopede N-substratet, og to sterkt dopede p-typer vil lage kilde- og avløpsterminalene. I denne typen E-MOSFET er de fleste ladebærere hull. Vennligst se denne lenken for å vite mer om - P-kanal MOSFET .

Kjennetegn

VI- og avløpsegenskapene til n-kanalforbedring MOSFET og p-kanalforbedring er diskutert nedenfor.

Avløpsegenskaper

De N-kanalforbedrende mosfet-avløpsegenskaper er vist nedenfor. I disse karakteristikkene kan vi observere drenkarakteristikkene plottet mellom Id og Vds for forskjellige Vgs-verdier som vist i diagrammet, Som du kan se at når Vgs-verdien økes, vil gjeldende 'Id' også økes.

Den parabolske kurven på karakteristikkene vil vise lokuset til VDS der Id (dreneringsstrømmen) vil bli mettet. I denne grafen er det lineære eller ohmske området vist. I dette området kan MOSFET fungere som en spenningskontrollert motstand. Så for den faste Vds-verdien, når vi endrer Vgs-spenningsverdien, vil kanalbredden endres, eller vi kan si at motstanden til kanalen vil endres.

Den ohmske regionen er en region der gjeldende 'IDS' øker med en økning i VDS-verdien. Når MOSFET-er er designet for å fungere i det ohmske området, kan de brukes som forsterkere .

Gatespenningen på hvilket tidspunkt transistoren slås PÅ og begynner å flyte strøm gjennom kanalen er kjent som terskelspenning (VT eller VTH). For N-kanal varierer denne terskelspenningsverdien fra 0,5V – 0,7V, mens den for P-kanalenheter varierer fra -0,5V til -0,8V.

Når Vds Vt, i dette tilfellet, vil MOSFET operere i et lineært område. Så i denne regionen kan den fungere som en spenningsstyrt motstand .

I avskjæringsområdet, når spenningen Vgs

Når mofeten betjenes på høyre side av lokuset, kan vi si at den opereres i en metningsregion . Så, matematisk, når Vgs-spenningen er > eller = Vgs-Vt, fungerer den i et metningsområde. Så dette handler om avløpsegenskapene i forskjellige regioner av ekstrautstyr-mosfet.

Overføringsegenskaper

De overføringsegenskapene til N-kanalforbedringsmosfet er vist nedenfor. Overføringskarakteristikkene viser forholdet mellom inngangsspenningen 'Vgs' og utgangsdreneringsstrømmen 'Id'. Disse karakteristikkene viser i utgangspunktet hvordan 'Id' endres når Vgs-verdier endres. Så fra disse egenskapene kan vi observere at dreneringsstrømmen 'Id' er null opp til terskelspenningen. Etter det, når vi øker Vgs-verdien, vil 'Id' øke.

Forholdet mellom gjeldende ‘Id’ og Vgs kan gis som Id = k(Vgs-Vt)^2. Her er 'K' enhetskonstanten som avhenger av enhetens fysiske parametere. Så ved å bruke dette uttrykket kan vi finne ut avløpsstrømverdien for den faste Vgs-verdien.

P Channel Enhancement MOSFET

De P-kanalforbedring mosfets dreneringsegenskaper er vist nedenfor. Her vil Vds og Vgs være negative. Dreneringsstrømmen 'Id' vil levere fra kilden til dreneringsterminalen. Som vi kan legge merke til fra denne grafen, når Vgs blir mer negative, vil avløpsstrømmen ‘Id’ også øke.

Når Vgs > VT, vil denne MOSFET operere i avskjæringsområdet. På samme måte, hvis du observerer overføringsegenskapene til denne MOSFET, vil det være et speilbilde av N-kanalen.

applikasjoner

Biasing of Enhancement MOSFET

Vanligvis er Enhancement MOSFET (E-MOSFET) forspent enten med spenningsdeler forspenning ellers dreneringstilbakekoblingsbias. Men E-MOSFET kan ikke være partisk med selvskjevhet og null skjevhet.

Spenningsdeler Bias

Spenningsdelerens forspenning for N-kanals E-MOSFET er vist nedenfor. Spenningsdelerforspenning ligner på delekretsen som bruker BJT-er. Faktisk trenger N-kanalforbedrings MOSFET portterminalen som er høyere enn kilden, akkurat som NPN BJT trenger en basespenning som er høyere sammenlignet med emitteren.

I denne kretsen brukes motstandene som R1 og R2 til å lage delekretsen for å etablere portspenningen.

Når kilden til E-MOSFET er direkte koblet til GND, er VGS = VG. Så potensialet over motstand R2 må settes over VGS(th) for riktig drift med E-MOSFET karakteristisk ligning som I _D = K (V _GS -I _GS (th))^2.

Ved å kjenne til VG-verdien, brukes den karakteristiske ligningen til E-MOSFET for å etablere avløpsstrømmen. Men enhetskonstanten 'K' er den eneste manglende faktoren som kan beregnes for en bestemt enhet avhengig av VGS (på) og ID (på) koordinatpar.

Konstanten 'K' er avledet fra den karakteristiske ligningen til E-MOSFET som K = I _D /(I _GS -I _GS (th))^2.

K = I _D /(I _GS -I _GS (th))^2.

Så denne verdien brukes for andre forspenningspunkter.

Drener tilbakemeldingsskjevhet

Denne forspenningen bruker driftspunktet 'på' på den karakteristiske kurven ovenfor. Tanken er å sette opp en avløpsstrøm gjennom et passende utvalg av strømforsyning og avløpsmotstand. Prototypen for tilbakekoblingskretsen for avløp er vist nedenfor.

Dette er en ganske enkel krets som bruker noen grunnleggende komponenter. Denne operasjonen forstås ved å bruke KVL.

I _DD = V _RD + V _RG + V _GS

I _DD = jeg _D R _D + jeg _G R _G + V _GS

Her er portstrømmen ubetydelig, så ligningen ovenfor vil bli

I _DD =jeg _D R _D +V _GS

og også V _{DS =} I _GS

Og dermed,

I _GS =V _DS = V _DD − jeg _D R _D

Denne ligningen kan brukes som grunnlag for forspenningskretsdesignet.

Enhancement MOSFET vs Depletion MOSFET

Forskjellen mellom forbedrings-mosfet og depletion-mosfet inkluderer følgende.

Vennligst se denne lenken for å vite mer om - Depletion Mode MOSFET .

De applikasjoner av Enhancement MOSFET Inkluder følgende.

• Generelt brukes forbedrings-MOSFET-er i svitsj-, forsterker- og inverterkretser.
• Disse brukes i forskjellige motordrivere, digitale kontrollere og kraftelektronikk-ICer.
• Det brukes i digital elektronikk.

Altså handler dette om en oversikt over en forbedring MOSFET – fungerer med søknader. E-MOSFET er tilgjengelig i både høy- og laveffektversjoner som kun fungerer i forbedringsmodus. Her er et spørsmål til deg, hva er depletion MOSFET?