Co to jest MOSFET w trybie wyczerpania: działanie i jego zastosowania

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





Tranzystor polowy metal-tlenek-półprzewodnik lub MOSFET to urządzenie sterowane napięciem, które jest skonstruowane z końcówkami, takimi jak źródło, dren, bramka i korpus, aby wzmacniać lub przełączać napięcia w obwodach, a także jest szeroko stosowane w układach scalonych do zastosowań cyfrowych. Są one również używane w obwodach analogowych, takich jak wzmacniacze i filtry. MOSFETy są zaprojektowane głównie w celu przezwyciężenia wad FAKTY jak wysoka rezystancja odpływu, umiarkowana impedancja wejściowa i powolna praca. MOSFET to dwa typy trybu wzmocnienia i trybu wyczerpania. W tym artykule omówiono jeden z typów MOSFET, a mianowicie tryb wyczerpania MOSFET – typy, praca z aplikacjami.


Co to jest MOSFET w trybie wyczerpania?

MOSFET, który normalnie włącza się bez przykładania napięcia bramki po podłączeniu, jest znany jako MOSFET w trybie wyczerpania. W tym tranzystorze MOSFET przepływ prądu odbywa się od końcówki spustowej do źródła. Ten typ MOSFET jest również znany jako normalny na urządzeniu.



Po przyłożeniu napięcia do zacisku bramki MOSFET, dren do kanału źródłowego stanie się bardziej rezystancyjny. Gdy napięcie bramka-źródło zwiększa się bardziej, przepływ prądu od drenu do źródła zmniejszy się, dopóki przepływ prądu z drenu do źródła zostanie zatrzymany.

Proszę zapoznać się z tym linkiem, aby dowiedzieć się więcej MOSFET jako przełącznik



Symbol MOSFET trybu wyczerpania

Poniżej przedstawiono symbole MOSFET trybu wyczerpania dla kanału p i kanału n. W tych tranzystorach MOSFET symbole strzałek reprezentują typ MOSFET, taki jak typ P lub typ N. Jeśli symbol strzałki jest w kierunku wewnętrznym, to jest to n-kanałowy, a jeśli symbol strzałki jest na zewnątrz, to jest to p-kanałowy.

  Wyczerpywanie symboli MOSFET
Wyczerpywanie symboli MOSFET

Jak działa MOSFET w trybie wyczerpania?

Zubożony MOSFET jest domyślnie aktywowany. W tym przypadku zaciski źródła i spustu są fizycznie połączone. Aby zrozumieć działanie MOSFET-u, zrozummy rodzaje MOSFET-u wyczerpania.

Rodzaje MOSFET w trybie wyczerpania

The Tryb wyczerpania struktury MOSFET różni się w zależności od typu. MOSFET to dwa typy trybu zubożenia kanału p i tryb zubożenia kanału n. Tak więc każdy rodzaj struktury MOSFET w trybie wyczerpania i jego działanie omówiono poniżej.

MOSFET z wyczerpywaniem kanału N

Poniżej przedstawiono strukturę N-Channel Depletion MOSFET. W tego typu zubożonym tranzystorze MOSFET źródło i dren są połączone małym paskiem półprzewodnika typu N. Podłożem użytym w tym tranzystorze MOSFET jest półprzewodnik typu P, a elektrony stanowią większość nośników ładunku w tego typu tranzystorach MOSFET. Tutaj źródło i drenaż są mocno domieszkowane.

Konstrukcja tranzystora MOSFET w trybie n-kanałowym jest taka sama, jak w przypadku n-kanałowych tranzystorów MOSFET w trybie wzmocnienia, z wyjątkiem tego, że jej działanie jest odmienne. Szczelina pomiędzy końcówką źródłową a drenażową składa się z zanieczyszczeń typu n.

  MOSFET z wyczerpywaniem kanału N
MOSFET z wyczerpywaniem kanału N

Kiedy zastosujemy różnicę potencjałów między obydwoma zaciskami, takimi jak źródło i dren, prąd płynie przez cały obszar n podłoża. Kiedy ujemne napięcie zostanie przyłożone do zacisku bramki tego MOSFET-u, nośniki ładunku, takie jak elektrony, zostaną odepchnięte i przesunięte w dół w obszarze n pod warstwą dielektryczną. Tak więc w kanale nastąpi wyczerpanie nośnika ładunku.

W ten sposób zmniejsza się ogólna przewodność kanału. W tym stanie, po przyłożeniu takiego samego napięcia do zacisku GATE, prąd drenu zostanie zmniejszony. Gdy napięcie ujemne wzrasta dalej, osiąga tryb szczypania .

Tutaj prąd spustowy jest kontrolowany przez zmianę zubożenia nośników ładunku w kanale, więc nazywa się to zubożenie MOSFET . Tutaj terminal spustowy jest na potencjale +ve, terminal bramki jest na potencjale -ve, a źródło ma potencjał „0”. Zatem zmiana napięcia między drenem a bramką jest duża w porównaniu ze źródłem do bramki, więc szerokość warstwy zubożonej jest duża do drenu w porównaniu z zaciskiem źródłowym.

MOSFET wyczerpujący kanał P

W MOSFET zubożającym kanał P, mały pasek półprzewodnika typu P łączy źródło i dren. Źródło i dren są z półprzewodnika typu P, a podłoże jest z półprzewodnika typu N. Większość nośników ładunku to dziury.

Konstrukcja tranzystora MOSFET z wyczerpywaniem kanału p jest całkowicie odwrotna do n-kanałowego tranzystora MOSFET. Ten MOSFET zawiera kanał utworzony pomiędzy region źródła i odpływu który jest mocno domieszkowany zanieczyszczenia typu p. Tak więc w tym tranzystorze MOSFET zastosowano podłoże typu n, a kanał jest typu p, jak pokazano na schemacie.

  MOSFET wyczerpujący kanał P
MOSFET wyczerpujący kanał P

Gdy przyłożymy +ve napięcie na zacisku bramki MOSFET, wówczas nośniki ładunku mniejszości, takie jak elektrony w regionie typu p, zostaną przyciągane z powodu działania elektrostatycznego i tworzą stałe jony ujemnego domieszki. Tak więc w kanale utworzy się obszar zubożenia, a w konsekwencji przewodność kanału zostanie zmniejszona. W ten sposób prąd drenu jest kontrolowany przez przyłożenie napięcia dodatniego na zacisku bramki.

Gdy przyłożymy +ve napięcie na zacisku bramki MOSFET, wówczas mniejszościowe nośniki ładunku, takie jak elektrony w regionie typu p, zostaną przyciągane z powodu działania elektrostatycznego i tworzą stałe jony ujemnych zanieczyszczeń. Tak więc w kanale utworzy się obszar zubożenia iw konsekwencji przewodność kanału zostanie zmniejszona. W ten sposób prąd drenu jest kontrolowany przez przyłożenie napięcia dodatniego na zacisku bramki.

Aby aktywować ten typ MOSFET typu wyczerpania, napięcie bramki musi wynosić 0 V, a wartość prądu drenu jest duża, aby tranzystor znajdował się w obszarze aktywnym. Tak więc, jeszcze raz, aby włączyć ten MOSFET, na zacisku źródłowym podawane jest napięcie +ve. Tak więc przy wystarczającym napięciu dodatnim i braku napięcia na zacisku podstawowym, ten MOSFET będzie działał z maksymalną wydajnością i będzie miał wysoki prąd.

Aby dezaktywować MOSFET zubożony w kanale P, istnieją dwa sposoby odcięcia dodatniego napięcia polaryzacji, które zasila odpływ, w przeciwnym razie można zastosować napięcie -ve do zacisku bramki. Gdy napięcie -ve zostanie dostarczone do zacisku bramki, prąd zostanie zmniejszony. Gdy napięcie bramki staje się bardziej ujemne, prąd zmniejsza się aż do odcięcia, a następnie MOSFET będzie w stanie „OFF”. Tak więc zatrzymuje to duże źródło odprowadzające prąd.

Tak więc, gdy więcej napięcia -ve zostanie dostarczone do zacisku bramki tego MOSFET-u, wtedy ten MOSFET będzie przewodził coraz mniej prądu na zacisku źródła-drenażu. Gdy napięcie bramki osiągnie pewien próg –ve napięcia, to wyłącza tranzystor. Tak więc napięcie -ve wyłącza tranzystor.

Charakterystyka

The Charakterystyka drenu MOSFET są omówione poniżej.

Charakterystyka drenażu MOSFET z kanałem N

Charakterystyki drenażu n-kanałowego MOSFET-u są pokazane poniżej. Te cechy są wykreślone pomiędzy VDS i IDSS. Gdy będziemy zwiększać wartość VDS, to ID będzie się zwiększać. Po pewnym napięciu identyfikator prądu drenu będzie stały. Wartość prądu nasycenia dla Vgs = 0 nazywana jest IDSS.

Ilekroć przyłożone napięcie jest ujemne, a następnie to napięcie na zacisku bramki popchnie nośniki ładunku, takie jak elektrony, do podłoża. A także dziury w tym podłożu typu p będą przyciągane przez te elektrony. Tak więc z powodu tego napięcia elektrony w kanale zostaną zrekombinowane z dziurami. Szybkość rekombinacji będzie zależeć od przyłożonego napięcia ujemnego.

  Charakterystyka odpływu N-kanałowego MOSFET
Charakterystyka odpływu N-kanałowego MOSFET

Gdy zwiększymy to ujemne napięcie, szybkość rekombinacji również wzrośnie, co zmniejszy nr. elektronów dostępnych w tym kanale i skutecznie zmniejszy przepływ prądu.

gdy obserwujemy powyższe cechy, widać, że gdy wartość VGS stanie się bardziej ujemna, prąd drenu zmniejszy się. Przy pewnym napięciu to ujemne napięcie wyniesie zero. To napięcie jest znane jako napięcie odcięcia.

Ten MOSFET działa również na napięcie dodatnie, więc gdy przyłożymy napięcie dodatnie do zacisku bramki, elektrony zostaną przyciągnięte do kanału N. Więc nie. elektronów w tym kanale wzrośnie. Tak więc przepływ prądu w tym kanale wzrośnie. Tak więc dla dodatniej wartości Vgs identyfikator będzie nawet większy niż IDSS.

Charakterystyka transferu N-kanałowego MOSFET-u wyczerpania

Poniżej przedstawiono charakterystykę transferu tranzystora MOSFET zubożającego kanał N, który jest podobny do JFET. Te cechy określają główny związek między identyfikatorem a VGS dla stałej wartości VDS. Dla dodatnich wartości VGS możemy również otrzymać wartość ID.

Z tego powodu krzywa w charakterystyce rozszerzy się na prawą stronę. Ilekroć wartość VGS jest dodatnia, nie. elektronów w kanale wzrośnie. Gdy VGS jest dodatni, ten region jest regionem wzmocnienia. Podobnie, gdy VGS jest ujemny, wtedy ten region jest znany jako region zubożenia.

  Zubożenie Charakterystyka transferu kanału MOSFET N
N-kanałowy MOSFET z wyczerpywaniem się (charakterystyka transferu)

Główny związek między ID a Vgs można wyrazić za pomocą ID = IDSS (1-VGS/VP)^2. Używając tego wyrażenia, możemy znaleźć wartość ID dla Vgs.

Charakterystyka odpływu kanału P MOSFET zubożony

Poniżej przedstawiono charakterystykę drenażu MOSFET-a z wyczerpywaniem kanału P. Tutaj napięcie VDS jest ujemne, a napięcie Vgs jest dodatnie. Gdy będziemy dalej zwiększać Vgs, Id (prąd drenażowy) zmniejszy się. Przy napięciu odcięcia ten Id (prąd drenu) zmieni się na zero. Gdy VGS jest ujemny, wtedy wartość ID będzie nawet wyższa niż IDSS.

Charakterystyka przenoszenia kanału P MOSFET zubożony

Poniżej przedstawiono charakterystykę przenoszenia tranzystora MOSFET z wyczerpywaniem kanału P, która jest lustrzanym odbiciem charakterystyki przenoszenia tranzystora MOSFET o zubożeniu kanału n. Tutaj możemy zaobserwować, że prąd drenu zwiększa się w dodatnim obszarze VGS od punktu odcięcia do IDSS, a następnie nadal rośnie, gdy rośnie ujemna wartość VGS.

  Charakterystyka drenażu i transferu MOSFET-a z wyczerpywaniem kanału P
Charakterystyka drenażu i transferu MOSFET-a z wyczerpywaniem kanału P

Aplikacje

Zubożone aplikacje MOSFET obejmują następujące elementy.

  • Ten MOSFET zubożony może być stosowany w obwodach stałego źródła prądu i regulatorów liniowych jako a przejść tranzystor .
  • Są one szeroko stosowane w pomocniczych obwodach zasilania rozruchowego.
  • Zwykle te tranzystory MOSFET są włączane, gdy nie jest podawane napięcie, co oznacza, że ​​mogą przewodzić prąd w normalnych warunkach. Jest to więc używane w cyfrowych obwodach logicznych jako rezystor obciążenia.
  • Są one używane w obwodach flyback w układach scalonych PWM.
  • Są one używane w przełącznikach telekomunikacyjnych, przekaźnikach półprzewodnikowych i wielu innych.
  • Ten MOSFET jest wykorzystywany w obwodach przemiatania napięcia, obwodach monitorowania prądu, obwodach sterownika tablicy ledowej itp.

Oto przegląd trybu wyczerpania MOSFET – działający z aplikacjami. Oto pytanie dla Ciebie, czym jest MOSFET w trybie wzmocnienia?