Vad är Mosfet: dess konstruktion, typer och arbete

MOSFET är i grunden en transistor som använder fälteffekt. MOSFET står för Metal Oxide Field Effect Transistor, som har en grind. Grindspänningen bestämmer enhetens konduktivitet. Beroende på denna grindspänning kan vi ändra konduktiviteten och därmed använda den som en omkopplare eller som en förstärkare som vi använder Transistor som en omkopplare eller som en förstärkare.

Bipolär anslutningstransistor eller BJT har bas, emitter och kollektor, medan en MOSFET har grind-, avlopps- och källanslutning. Förutom stiftkonfigurationen behöver BJT ström för drift och MOSFET behöver spänning.

MOSFET ger mycket hög impedans och det är mycket lätt att förspänna. Så för en linjär liten förstärkare är MOSFET ett utmärkt val. Den linjära förstärkningen inträffar när vi förspänner MOSFET i mättnadsregionen som är en centralt fast Q-punkt.

I bilden nedan visas en grundläggande N-kanal MOSFETs intern konstruktion. MOSFET har tre anslutningar Drain, Gate och Source. Det finns ingen direkt förbindelse mellan grinden och kanalen. Grindelektroden är elektriskt isolerad och därför kallas den ibland IGFET eller Isolerad grindfälteffekttransistor.

Här är bilden av den mycket populära MOSFET IRF530N.

Typer av MOSFET

Baserat på driftsätten finns det två olika typer av MOSFETs tillgängliga. Dessa två typer har vidare två undertyper

1. Utarmningstyp MOSFET eller MOSFET med utarmningsläge

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

1. Förbättringstyp MOSFET eller MOSFET med förbättringsläge

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

Tömningstyp MOSFET

Utarmningstyp av MOSFET är normalt PÅ vid noll Gate to Source-spänning. Om MOSFET är MOSFET av N-Channel-utarmningstyp kommer det att finnas en viss tröskelvärde som behövs för att enheten ska stängas av. Till exempel, en N-Channel Depletion MOSFET med en tröskelspänning på -3V eller -5V, måste porten till MOSFET dras negativ -3V eller -5V för att stänga av enheten. Denna tröskelspänning kommer att vara negativ för N-kanalen och positiv för P-kanal. Denna typ av MOSFET används vanligtvis i logiska kretsar.

Förbättringstyp MOSFET

I Enhancement-typen av MOSFET förblir enheten AV vid noll grindspänning. För att slå på MOSFET måste vi tillhandahålla en minsta Gate to Source-spänning (Vgs Threshold voltage). Men dräneringsströmmen är mycket pålitlig med denna grind-till-källspänning, om Vgs ökas ökar dräneringsströmmen också på samma sätt. Förbättringstyp MOSFET är idealiska för att konstruera en förstärkarkrets. På samma sätt som utarmning MOSFET har den också NMOS- och PMOS-undertyperna.

Egenskaper och kurvor för MOSFET

Genom att tillhandahålla den stabila spänningen över avloppet till källan kan vi förstå IV-kurvan för en MOSFET. Som nämnts ovan är avloppsströmmen mycket pålitlig på Vgs, grind till källspänning. Om vi ​​varierar Vgs kommer avloppsströmmen också att variera.

Låt oss se IV-kurvan för en MOSFET.

I bilden ovan kan vi se IV-lutningen för en N-kanal MOSFET, avloppsströmmen är 0 när Vgs-spänningen ligger under tröskelspänningen, under denna tid är MOSFET i avstängningsläge. Efter det när gate-to-source-spänningen börjar öka, ökar dräneringsströmmen också.

Låt oss se ett praktiskt exempel på IRF530 MOSFETs IV-kurva,

Kurvan som visar att när Vgs är 4,5V är den maximala dräneringsströmmen för IRF530 1A vid 25 grader C. Men när vi ökar Vgs till 5V är dräneringsströmmen nästan 2A och slutligen vid 6V Vgs kan den ge 10A av dräneringsström.

DC-förspänning av MOSFET och Common-Source Amplification

Tja, nu är det dags att använda en MOSFET som en linjär förstärkare. Det är inte ett tufft jobb om vi bestämmer hur vi ska förspänna MOSFET och använda den i en perfekt driftsregion.

MOSFET fungerar i tre driftslägen: ohmisk, mättnad och nypa punkt. Mättnadsregionen kallas också Linjär region. Här använder vi MOSFET i mättnadsregion, det ger perfekt Q-punkt.

Om vi ​​ger en liten signal (tidsvarierande) och tillämpar DC-förspänning vid grind eller ingång, så ger MOSFET under rätt situation linjär förstärkning.

I bilden ovan tillförs en liten sinusformad signal (_Vgs) till MOSFET-grinden, vilket resulterar i en fluktuering av avloppsströmmen synkron med den applicerade sinusformade ingången. För de små signal V _gs, kan vi dra en rak linje från Q punkt som har en lutning av g _m = DI _d / dVgs.

Lutningen kan ses på bilden ovan. Detta är transkonduktanslutningen. Det är en viktig parameter för förstärkningsfaktorn. Vid denna punkt är avloppsströmens amplitud

ߡ Id = gm x ߡ Vgs

Om vi ​​nu tittar på schemat ovan, kan avloppsmotståndet _Rd styra avloppsströmmen och avloppsspänningen med hjälp av ekvationen

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

AC-utsignalen kommer att vara ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g _m x ߡ Vgs x Rd

Nu med ekvationerna blir vinsten

Förstärkt spänningsförstärkning = -g _m x Rd

Så den totala förstärkningen för MOSFET-förstärkaren är mycket pålitlig på transkonduktansen och avloppsmotståndet.

Grundläggande Common Source-förstärkarkonstruktion med enstaka MOSFET

För att göra en enkel gemensam källförstärkare med N-kanal MOSFET är det viktigaste att uppnå DC-förspänningsförhållande. För att tjäna syftet är en generisk spänningsdelare konstruerad med två enkla motstånd: R1 och R2. Ytterligare två motstånd krävs som dräneringsmotstånd och källmotstånd.

För att bestämma värdet behöver vi steg för steg-beräkning.

En MOSFET är försedd med hög ingångsimpedans, så i driftstillstånd finns det inget strömflöde i grindterminalen.

Nu, om vi tittar in i enheten, kommer vi att upptäcka att det finns tre motstånd associerade med VDD (utan de förspända motstånden). De tre motstånden är Rd, MOSFETs interna motstånd och Rs. Så om vi tillämpar Kirchoffs spänningslag är spänningarna över dessa tre motstånd lika med VDD.

Nu Per Ohms lag, om vi multiplicera strömmen med motståndet vi kommer att få spänningen som V = I x R. Så här strömmen är kollektorströmmen eller I _D. Således är spänningen över Rd V = I _D x Rd, samma gäller för Rs eftersom strömmen är samma I _D, så spänningen över Rs är Vs = I _D x Rs. För MOSFET är spänningen V _DS eller dränering till källspänning.

Nu enligt 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 ytterligare utvärdera det som

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

Andra två motståndsvärden kan bestämmas med formeln V _G = V _DD (R2 / R1 + R2)

Om du inte har värdet kan du hämta det från formeln V _G = V _GS + V _S

Lyckligtvis kan maximala värden finnas tillgängliga från MOSFET-databladet. Baserat på specifikationen kan vi bygga kretsen.

Två kopplingskondensatorer används för att kompensera avskurna frekvenser och för att blockera DC som kommer från ingången eller kommer till den slutliga utgången. Vi kan helt enkelt få värdena genom att ta reda på motsvarande motstånd hos DC-förspänningsdelaren och sedan välja önskad avstängningsfrekvens. Formeln kommer att vara

C = 1 / 2πf Krav

För design av högeffektsförstärkare har vi tidigare byggt en effektförstärkare på 50 Watt med två MOSFET som Push-pull-konfiguration. Följ länken för praktisk tillämpning.