Apa itu mosfet: pembinaan, jenis dan cara kerjanya

MOSFET pada dasarnya adalah transistor yang menggunakan kesan medan. MOSFET adalah singkatan dari Metal Oxide Field Effect Transistor, yang mempunyai pintu gerbang. Voltan pintu menentukan kekonduksian peranti. Bergantung pada voltan gerbang ini kita dapat mengubah kekonduksian dan dengan demikian kita dapat menggunakannya sebagai suis atau sebagai penguat seperti kita menggunakan Transistor sebagai suis atau sebagai penguat.

Bipolar Junction Transistor atau BJT mempunyai asas, pemancar, dan pengumpul, sedangkan MOSFET mempunyai sambungan pintu, saluran dan sumber. Selain daripada konfigurasi pin, BJT memerlukan arus untuk operasi dan MOSFET memerlukan voltan.

MOSFET memberikan impedans input yang sangat tinggi dan sangat mudah untuk bias. Jadi, untuk penguat kecil linier, MOSFET adalah pilihan yang sangat baik. Penguatan linier berlaku apabila kita memihak MOSFET di kawasan tepu yang merupakan titik Q terpusat di pusat.

Dalam gambar di bawah, pembinaan dalaman M-NFF saluran N ditunjukkan. MOSFET mempunyai tiga sambungan Drain, Gate, dan Source. Tidak ada hubungan langsung antara pintu dan saluran. Elektrod gerbang bertebat elektrik dan kerana sebab ini, kadang-kadang disebut sebagai IGFET atau Insistor Gate Field Effect Transistor.

Berikut adalah gambar MOSFET IRF530N yang popular.

Jenis MOSFET

Berdasarkan mod operasi, terdapat dua jenis MOSFET yang berbeza. Kedua-dua jenis ini mempunyai dua subtipe

1. Jenis penipisan MOSFET atau MOSFET dengan mod Penurunan

• N-Channel MOSFET atau NMOS
• P-Channel MOSFET atau PMOS

1. Jenis peningkatan MOSFET atau MOSFET dengan mod Peningkatan

• N-Channel MOSFET atau NMOS
• P-Channel MOSFET atau PMOS

Jenis kekurangan MOSFET

Jenis penipisan MOSFET biasanya AKTIF pada sifar Gate to Source. Sekiranya MOSFET adalah MOSFET jenis N-Channel Depletion maka akan ada beberapa voltan ambang, yang diperlukan untuk mematikan peranti. Sebagai contoh, MOSFET N-Channel Depletion dengan voltan ambang -3V atau -5V, pintu MOSFET perlu ditarik negatif -3V atau -5V untuk mematikan peranti. Voltan ambang ini akan Negatif untuk saluran N, dan positif sekiranya saluran P. Jenis MOSFET ini biasanya digunakan dalam litar logik.

Jenis peningkatan MOSFET

Dalam jenis Peningkatan MOSFET, peranti tetap MATI pada voltan Gerbang sifar. Untuk menghidupkan MOSFET, kita mesti menyediakan voltan Gate to Source minimum (Vgs Threshold voltage). Tetapi, arus pengaliran sangat bergantung pada voltan pintu-ke-sumber ini, jika Vgs meningkat, arus saliran juga meningkat dengan cara yang sama. Jenis peningkatan MOSFET sangat sesuai untuk membina litar Penguat. Juga, seperti MOSFET penipisan, ia juga mempunyai subtipe NMOS dan PMOS.

Ciri dan Lengkung MOSFET

Dengan memberikan voltan stabil melintasi longkang ke sumber, kita dapat memahami keluk IV MOSFET. Seperti yang dinyatakan di atas, arus pengaliran sangat bergantung pada Vg, voltan pintu ke sumber Sekiranya kita mengubah Vg, arus Saliran juga akan berbeza.

Mari lihat keluk IV MOSFET.

Pada gambar di atas, kita dapat melihat cerun IV MOSFET Saluran-N, arus pengaliran adalah 0 apabila voltan Vgs berada di bawah voltan ambang, selama ini MOSFET berada dalam mod pemotongan. Selepas itu apabila voltan pintu ke sumber mula meningkat, arus pengaliran juga meningkat.

Mari lihat contoh praktikal Lengkung IV IRF530 MOSFET,

Lengkung menunjukkan bahawa apabila Vgs adalah 4.5V, arus saliran maksimum IRF530 adalah 1A pada 25 darjah C. Tetapi apabila kita meningkatkan Vgs ke 5V, arus Saluran hampir 2A, dan akhirnya pada VV 6V, ia dapat memberikan 10A Arus Saliran.

Bias DC MOSFET dan Amplifikasi Sumber Bersama

Nah, sekarang adalah masa untuk menggunakan MOSFET sebagai Amplifier linear. Ini bukan tugas yang sukar jika kita menentukan bagaimana bias MOSFET dan menggunakannya di kawasan operasi yang sempurna.

MOSFET berfungsi dalam tiga mod operasi: Ohmic, Saturation dan Pinch off point. Kawasan tepu juga disebut sebagai Linear Region. Di sini kami mengoperasikan MOSFET di kawasan tepu, ia menyediakan titik Q yang sempurna.

Sekiranya kita memberikan isyarat kecil (berbeza-beza waktu) dan menerapkan bias DC di pintu gerbang atau input, maka dalam keadaan yang tepat, MOSFET memberikan penguatan linear.

Pada gambar di atas, isyarat sinusoidal kecil (V _gs) diterapkan ke gerbang MOSFET, yang mengakibatkan turun naiknya arus pengaliran yang segerak dengan input sinusoidal yang digunakan. Untuk isyarat kecil V _gs, Kita dapat menarik garis lurus dari titik Q yang mempunyai kemiringan g _m = dI _d / dVgs.

Cerun dapat dilihat pada gambar di atas. Ini adalah cerun transkonduktansi. Ini adalah parameter penting untuk faktor penguat. Pada titik ini amplitud arus saliran adalah

ߡ Id = gm x ߡ Vgs

Sekarang, jika kita melihat skema yang diberikan di atas, perintang saliran R _d dapat mengawal arus saliran serta voltan saliran menggunakan persamaan

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

Isyarat output AC akan ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g _m x ߡ Vgs x Rd

Sekarang dengan persamaan, keuntungan akan menjadi

Keuntungan Voltan Terkuat = -g _m x Rd

Jadi, keuntungan keseluruhan Amplifier MOSFET sangat bergantung pada transkonduktansi dan perintang Drain.

Pembinaan Amplifier Sumber Umum Asas dengan MOSFET tunggal

Untuk membuat Amplifier sumber biasa yang mudah menggunakan M saluran NOS single N, yang penting adalah mencapai keadaan bias DC. Untuk memenuhi tujuan tersebut, pembahagi voltan generik dibina menggunakan dua perintang sederhana: R1 dan R2. Dua lagi perintang juga diperlukan sebagai perintang Drain dan perintang Sumber.

Untuk menentukan nilai kita memerlukan pengiraan langkah demi langkah.

MOSFET dilengkapi dengan impedansi input yang tinggi, sehingga dalam keadaan operasi, tidak ada aliran arus di terminal gerbang.

Sekarang, jika kita melihat ke dalam peranti, kita akan dapati terdapat tiga perintang yang berkaitan dengan VDD (Tanpa perintang bias). Ketiga perintang adalah Rd, rintangan dalaman MOSFET dan Rs. Oleh itu, jika kita menggunakan undang-undang Tegangan Kirchoff maka voltan di ketiga-tiga perintang sama dengan VDD.

Sekarang mengikut undang-undang ohm, jika kita membiak semasa dengan perintang kita akan mendapat voltan sebagai V = I x R. Jadi, di sini semasa adalah longkang semasa atau saya _D. Oleh itu, voltan merentasi Rd adalah V = I _D x Rd, sama berlaku untuk Rs kerana arus adalah sama I _D, jadi Voltan merentasi Rs adalah Vs = I _D x Rs. Untuk MOSFET, Voltan ialah V _DS atau voltan Saliran ke sumber.

Sekarang mengikut 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

Kita boleh menilai lebih lanjut sebagai

Rd = (V _DD - V _DS / I _D) - R _S Rs boleh dihitung sebagai Rs = V _S / I _D

Nilai dua perintang yang lain dapat ditentukan oleh formula V _G = V _DD (R2 / R1 + R2)

Sekiranya anda tidak mempunyai nilai, anda boleh mendapatkannya dari formula V _G = V _GS + V _S

Nasib baik, nilai maksimum boleh didapati dari lembaran data MOSFET. Berdasarkan spesifikasi kita dapat membina litar.

Dua kapasitor gandingan digunakan untuk mengimbangi frekuensi pemotongan dan untuk menyekat DC yang datang dari input atau sampai ke output akhir. Kita hanya dapat memperoleh nilai dengan mengetahui rintangan setara pembahagi bias DC dan kemudian memilih frekuensi pemotongan yang diinginkan. Rumusannya akan

C = 1 / 2πf Keperluan

Untuk reka bentuk Penguat kuasa tinggi, kami sebelumnya membina penguat Daya 50 Watt menggunakan Two MOSFET sebagai konfigurasi Push-pull, ikuti pautan untuk aplikasi praktikal.