- A MOSFET típusai
- A MOSFET jellemzői és görbéi
- A MOSFET DC torzítása és a közös forrás erősítése
- Alapvető közös forráserősítő felépítés egyetlen MOSFET-mel
A MOSFET alapvetően egy tranzisztor, amely mezőhatást használ. A MOSFET a fém-oxid terepi tranzisztort jelenti, amelynek kapuja van. A kapu feszültsége határozza meg a készülék vezetőképességét. Ettől a kapufeszültségtől függően megváltoztathatjuk a vezetőképességet, így kapcsolóként vagy erősítőként használhatjuk, mint például a tranzisztort kapcsolóként vagy erősítőként.
A Bipolar Junction Transistor vagy BJT bázissal, emitterrel és kollektorral rendelkezik, míg a MOSFET kapu, lefolyó és forrás csatlakozással rendelkezik. A tűkonfigurációtól eltekintve a BJT-nek áramra van szüksége a működéshez, a MOSFET-nek feszültségre van szüksége.
A MOSFET nagyon nagy bemeneti impedanciát biztosít, és nagyon könnyen torzítható. Tehát egy lineáris kis erősítő számára a MOSFET kiváló választás. A lineáris amplifikáció akkor történik, amikor a MOSFET-et torzítjuk a telítettségi régióban, amely egy központilag rögzített Q pont.
Az alábbi képen egy alapvető N-csatornás MOSFET belső felépítés látható. A MOSFET-nek három kapcsolata van: Drain, Gate és Source. A kapu és a csatorna között nincs közvetlen kapcsolat. A kapuelektróda elektromosan szigetelt, és emiatt néha IGFET-nek vagy szigetelt kapu mezőhatás- tranzisztornak is nevezik.
Itt található a széles körben elterjedt MOSFET IRF530N képe.
A MOSFET típusai
Az üzemmódok alapján két különböző típusú MOSFET áll rendelkezésre. Ez a két típus további két altípussal rendelkezik
- Fogyás típusa MOSFET vagy MOSFET kimerülés móddal
- N-csatornás MOSFET vagy NMOS
- P-csatornás MOSFET vagy PMOS
- Fokozat típusa MOSFET vagy MOSFET Enhancement móddal
- N-csatornás MOSFET vagy NMOS
- P-csatornás MOSFET vagy PMOS
MOSFET típusú kimerülés
A MOSFET kimerülési típusa általában BE van kapcsolva a kapu és a forrás közötti feszültség nulla értékén. Ha a MOSFET N-Channel Depletion típusú MOSFET, akkor lesz néhány küszöbfeszültség, amely szükséges az eszköz kikapcsolásához. Például egy N-Channel Depletion MOSFET, amelynek küszöbfeszültsége -3V vagy -5V, a MOSFET kapuját negatív -3V vagy -5V értékre kell húzni az eszköz kikapcsolásához. Ez a küszöbfeszültség negatív lesz az N csatornánál, pozitív pedig P csatorna esetén. Ezt a típusú MOSFET-et általában a logikai áramkörökben használják.
Fejlesztés típusa MOSFET
Enhancement típusú MOSFET-eknél a készülék OFF állapotban marad a kapu nulla feszültségén. A MOSFET bekapcsolásához meg kell adnunk egy minimális kapu a forráshoz feszültséget (Vgs Threshold feszültség). De a leeresztő áram nagymértékben megbízható ettől a kaputól a forrásig terjedő feszültségtől, ha a Vgs-t növeljük, a lefolyó áram is ugyanúgy növekszik. A bővítés típusú MOSFET-ek ideálisak egy erősítő áramkör megépítéséhez. Emellett, hasonlóan a kimerülő MOSFET-hez, az NMOS és a PMOS altípusokkal is rendelkezik.
A MOSFET jellemzői és görbéi
A lefolyó és a forrás közötti stabil feszültség biztosításával megérthetjük a MOSFET IV görbéjét. Amint fentebb említettük, a lefolyó áram nagymértékben megbízható a Vgs-től, a kaputól a forrás feszültségig. Ha változtatjuk a Vgs-t, akkor a Drain áram is változni fog.
Lássuk a MOSFET IV görbéjét.
A fenti képen egy N-csatornás MOSFET IV meredekségét láthatjuk, a lefolyó áram 0, amikor a Vgs feszültség a küszöbérték alatt van, ez idő alatt a MOSFET cut-off módban van. Ezt követően, amikor a kapu-forrás feszültség növekszik, a lefolyó áram is növekszik.
Nézzünk meg egy gyakorlati példát az IRF530 MOSFET IV görbéjére,
Az a görbe, amely azt mutatja, hogy amikor a Vgs 4,5 V, akkor az IRF530 maximális lefolyóárama 1A 25 ° C-on. De amikor a Vgs-t 5V-ra növeljük, a lefolyó áram majdnem 2A, végül 6V Vgs esetén pedig 10A lefolyóáram.
A MOSFET DC torzítása és a közös forrás erősítése
Nos, itt az ideje, hogy lineáris erősítőként használjuk a MOSFET-et. Nem nehéz munka, ha meghatározzuk a MOSFET torzításának módját és tökéletes működési régióban történő használatát.
A MOSFET három üzemmódban működik: Ohmos, Telítettség és Csípési pont. A telítési régiót lineáris régiónak is nevezik. Itt a MOSFET-et telítettségi tartományban működtetjük, tökéletes Q-pontot biztosít.
Ha kicsi (időben változó) jelet adunk, és a DC-előfeszítést alkalmazzuk a kapun vagy a bemenetnél, akkor megfelelő helyzetben a MOSFET lineáris erősítést biztosít.
A fenti képen egy kis szinuszos jelet (Vgs) adnak a MOSFET kapunak, ami az alkalmazott szinuszos bemenettel szinkron szivárgó áram ingadozását eredményezi. A kis V gs jelre egyeneset rajzolhatunk a Q pontról, amelynek meredeksége g m = dI d / dVgs.
A lejtő a fenti képen látható. Ez a transzvezetési meredekség. Fontos paraméter az amplifikációs tényező szempontjából. Ezen a ponton a lefolyó áram amplitúdója
ߡ Id = gm x ߡ Vgs
Most, ha megnézzük a fenti vázlatot, az R d leeresztő ellenállás az egyenlet segítségével szabályozhatja a leeresztő áramot, valamint a leeresztő feszültséget
Vds = Vdd - I d x Rd (mint V = I x R)
Az AC kimeneti jel ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g m x ߡ Vgs x Rd lesz
Most az egyenletek alapján a nyereség lesz
Erősített feszültségerősítés = -g m x Rd
Tehát, a MOSFET erősítő teljes erősítése nagymértékben függ a transzvezetőtől és a lefolyó ellenállástól.
Alapvető közös forráserősítő felépítés egyetlen MOSFET-mel
Ahhoz, hogy egy egyszerű közös forrásból erősítőhöz N csatornás MOSFET egyetlen, a lényeg az, hogy elérjék DC előfeszítő állapotban. A cél érdekében egy általános feszültségosztót készítenek két egyszerű ellenállás felhasználásával: R1 és R2. Két további ellenállásra is szükség van, mint lefolyó ellenállás és forrás ellenállás.
A lépésenkénti kiszámításához szükségünk van az értékre.
A MOSFET nagy bemeneti impedanciával rendelkezik, így működési állapotban nincs áramáram a kapu terminálban.
Most, ha megnézzük a készüléket, azt találjuk, hogy három ellenállás van társítva a VDD-hez (előfeszítő ellenállások nélkül). A három ellenállás Rd, a MOSFET belső ellenállása és Rs. Tehát, ha Kirchoff feszültségtörvényét alkalmazzuk, akkor a három ellenállás feszültségei megegyeznek a VDD-vel.
Most, mint egy a Ohm-törvény, ha többszörösen jelenlegi ellenállással fogunk kapni feszültséget V = I x R. Szóval, itt az áram Drain-áram vagy I D. Így az Rd-n lévő feszültség V = I D x Rd, ugyanez vonatkozik az R-ekre is, mivel az áram azonos I D-vel, tehát az Rs feszültsége Vs = I D x Rs. A MOSFET esetében a feszültség V DS vagy lefolyó-forrás feszültség.
Most a KVL szerint, 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
Tovább értékelhetjük
Rd = (V DD - V DS / I D) - R S Rs kiszámítható Rs = V S / I D
A másik két ellenállás értéke a következő képlettel határozható meg: V G = V DD (R2 / R1 + R2)
Ha nincs meg az érték, akkor a V G = V GS + V S képletből nyerheti
Szerencsére a maximális értékek elérhetők a MOSFET adatlapján. A specifikáció alapján felépíthetjük az áramkört.
Két kapcsolási kondenzátort használnak a határértékek kompenzálására és a bemenetről érkező vagy a végső kimenetre jutó egyenáram blokkolására. Egyszerűen megkaphatjuk az értékeket, ha megtudjuk a DC előfeszítő osztójának egyenértékű ellenállását, majd kiválasztjuk a kívánt határfrekvenciát. A képlet az lesz
C = 1 / 2πf követelmény
Nagy teljesítményű erősítő tervezéséhez korábban 50 W teljesítményű erősítőt építettünk, két MOSFET-t használva Push-pull konfigurációként, a gyakorlati alkalmazáshoz kövesse a linket.