- Tipuri de MOSFET-uri
- Caracteristici și curbe ale MOSFET
- Biasing DC pentru MOSFET și Amplificare Common-Source
- Construcție de bază a amplificatorului sursă comună cu un singur MOSFET
MOSFET este practic un tranzistor care utilizează efectul de câmp. MOSFET reprezintă tranzistorul cu efect de câmp cu oxid de metal, care are o poartă. Tensiunea porții determină conductivitatea dispozitivului. În funcție de această tensiune a porții, putem schimba conductivitatea și, astfel, o putem folosi ca întrerupător sau ca amplificator, cum ar fi Transistorul ca comutator sau ca amplificator.
Tranzistorul de joncțiune bipolar sau BJT are bază, emițător și colector, în timp ce un MOSFET are conexiune poartă, drenaj și sursă. În afară de configurația pinului, BJT are nevoie de curent pentru funcționare și MOSFET are nevoie de tensiune.
MOSFET oferă o impedanță de intrare foarte mare și este foarte ușor de polarizat. Deci, pentru un amplificator mic liniar, MOSFET este o alegere excelentă. Amplificarea liniară are loc atunci când influențăm MOSFET în regiunea de saturație, care este un punct Q fixat central.
În imaginea de mai jos este afișată o construcție internă de bază a MOSFET-urilor cu canal N. MOSFET are trei conexiuni Drain, Gate și Source. Nu există nicio conexiune directă între poartă și canal. Electrodul de poartă este izolat electric și, din acest motiv, este uneori denumit IGFET sau tranzistor cu efect de câmp izolat.
Iată imaginea popularului MOSFET IRF530N.
Tipuri de MOSFET-uri
Pe baza modurilor de operare, există două tipuri diferite de MOSFET-uri disponibile. Aceste două tipuri au în continuare două subtipuri
- Tipul de epuizare MOSFET sau MOSFET cu modul de epuizare
- N-Channel MOSFET sau NMOS
- P-Channel MOSFET sau PMOS
- Tipul de îmbunătățire MOSFET sau MOSFET-ul cu modul de îmbunătățire
- N-Channel MOSFET sau NMOS
- P-Channel MOSFET sau PMOS
Tipul de epuizare MOSFET
Tipul de epuizare a MOSFET-ului este în mod normal PORNIT la tensiunea zero Gate to Source. Dacă MOSFET este MOSFET de tip N-Channel Depletion, atunci vor exista unele praguri de tensiune, care sunt necesare pentru a opri dispozitivul. De exemplu, un MOSFET de epuizare N-Channel cu o tensiune de prag de -3V sau -5V, poarta MOSFET trebuie să fie trasă negativ -3V sau -5V pentru a opri dispozitivul. Această tensiune de prag va fi negativă pentru canalul N și pozitivă în cazul canalului P. Acest tip de MOSFET este utilizat în general în circuite logice.
MOSFET de tip îmbunătățire
În tipul de îmbunătățire a MOSFET-urilor, dispozitivul rămâne OPRIT la tensiunea Gate zero. Pentru a porni MOSFET-ul, trebuie să oferim o tensiune minimă Gate to Source (tensiunea Vgs Threshold). Dar, curentul de scurgere este foarte fiabil de această tensiune de la poartă la sursă, dacă Vgs este crescut, curentul de scurgere crește, de asemenea, în același mod. MOSFET-urile de tip îmbunătățire sunt ideale pentru construirea unui circuit amplificator. De asemenea, la fel ca MOSFET de epuizare, are și subtipurile NMOS și PMOS.
Caracteristici și curbe ale MOSFET
Furnizând o tensiune stabilă de la scurgere la sursă, putem înțelege curba IV a unui MOSFET. După cum sa menționat mai sus, curentul de scurgere este extrem de fiabil de Vgs, de la poarta la tensiunea sursei. Dacă modificăm Vgs, curentul de scurgere va varia și el.
Să vedem curba IV a unui MOSFET.
În imaginea de mai sus, putem vedea panta IV a unui MOSFET cu canal N, curentul de scurgere este 0 atunci când tensiunea Vgs este sub tensiunea de prag, în acest timp MOSFET-ul este în modul de întrerupere. După aceea, când tensiunea de la poartă la sursă începe să crească, crește și curentul de scurgere.
Să vedem un exemplu practic al curbei IV IRF530 MOSFET,
Curba care arată că atunci când Vgs este 4,5V, curentul maxim de scurgere al IRF530 este 1A la 25 grade C. Dar când mărim Vgs la 5V, curentul de scurgere este de aproape 2A și, în cele din urmă, la 6V Vgs, poate furniza 10A de curent de scurgere.
Biasing DC pentru MOSFET și Amplificare Common-Source
Ei bine, acum este momentul să utilizați un MOSFET ca amplificator liniar. Nu este o treabă dificilă dacă stabilim cum să părtinim MOSFET și să-l folosim într-o regiune de operare perfectă.
MOSFET funcționează în trei moduri de funcționare: Ohmic, Saturation și Pinch off point. Regiunea de saturație numită și regiune liniară. Aici operăm MOSFET în regiunea de saturație, acesta oferă un punct Q perfect.
Dacă oferim un semnal mic (care variază în timp) și aplicăm polarizarea DC la poartă sau intrare, atunci în situația potrivită MOSFET oferă amplificare liniară.
În imaginea de mai sus, un mic semnal sinusoidal (V gs) este aplicat la poarta MOSFET, rezultând o fluctuație a curentului de scurgere sincron cu intrarea sinusoidală aplicată. Pentru semnalul mic V gs, putem trasa o linie dreaptă din punctul Q care are o pantă de g m = dI d / dVgs.
Panta poate fi văzută în imaginea de mai sus. Aceasta este panta de transconductanță. Este un parametru important pentru factorul de amplificare. În acest moment amplitudinea curentului de scurgere este
ߡ Id = gm x ߡ Vgs
Acum, dacă ne uităm la schema dată mai sus, rezistorul de scurgere R d poate controla curentul de scurgere, precum și tensiunea de scurgere folosind ecuația
Vds = Vdd - I d x Rd (ca V = I x R)
Semnalul de ieșire AC va fi ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g m x ߡ Vgs x Rd
Acum, prin ecuații, câștigul va fi
Câștig de tensiune amplificată = -g m x Rd
Deci, câștigul general al amplificatorului MOSFET este extrem de fiabil de transconductanță și rezistorul de scurgere.
Construcție de bază a amplificatorului sursă comună cu un singur MOSFET
Pentru a face un amplificator de sursă comună simplă care utilizează un singur MOSFET cu canal N, important este să obțineți o condiție de polarizare DC. Pentru a îndeplini acest scop, un divizor de tensiune generic este construit folosind două rezistențe simple: R1 și R2. Mai sunt necesare încă două rezistențe ca rezistență de scurgere și rezistor de sursă.
Pentru a determina valoarea avem nevoie de calcul pas cu pas.
Un MOSFET este prevăzut cu o impedanță mare de intrare, astfel, în condiții de funcționare, nu există flux de curent prezent în terminalul porții.
Acum, dacă ne uităm la dispozitiv, vom descoperi că există trei rezistențe asociate cu VDD (Fără rezistențe de polarizare). Cele trei rezistențe sunt Rd, rezistența internă a MOSFET și Rs. Deci, dacă aplicăm legea tensiunii lui Kirchoff, atunci tensiunile celor trei rezistențe sunt egale cu VDD.
Acum, conform legii Ohmi, dacă vom multiplica curent cu rezistor vom primi tensiune ca V = I x R. Deci, aici curentul este curent de scurgere sau I D. Astfel, tensiunea pe Rd este V = I D x Rd, același lucru se aplică pentru Rs, deoarece curentul este același I D, deci Tensiunea pe Rs este Vs = I D x Rs. Pentru MOSFET, tensiunea este V DS sau tensiune de scurgere la sursă.
Acum, conform 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
O putem evalua în continuare ca
Rd = (V DD - V DS / I D) - R S Rs se poate caluca ca Rs = V S / I D
Alte două valori ale rezistențelor pot fi determinate de formula V G = V DD (R2 / R1 + R2)
Dacă nu aveți această valoare, o puteți obține din formula V G = V GS + V S
Din fericire, valorile maxime pot fi disponibile din fișa tehnică MOSFET. Pe baza specificațiilor putem construi circuitul.
Două condensatoare de cuplare sunt utilizate pentru a compensa frecvențele de tăiere și pentru a bloca curentul continuu care vine de la intrare sau ajunge la ieșirea finală. Putem obține pur și simplu valorile aflând rezistența echivalentă a divizorului de polarizare DC și apoi selectând frecvența de întrerupere dorită. Formula va fi
C = 1 / 2πf Cerință
Pentru proiectarea amplificatorului de mare putere, am construit anterior un amplificator de putere de 50 de wați folosind Two MOSFET ca configurație Push-pull, urmați linkul pentru aplicații practice.