Zakaj so MOSFET-ji krmiljeni z napetostjo?

MOSFET (polprevodniški polprevodniški tranzistorji s kovinskim oksidom) se imenujejo napetostno krmiljene naprave predvsem zato, ker je njihov princip delovanja odvisen predvsem od nadzora napetosti vrat (Vgs) nad odtočnim tokom (Id), namesto da bi se zanašal na tok za nadzor, kot tako je pri bipolarnih tranzistorjih (kot so BJT). Sledi podrobna razlaga MOSFET kot napetostno krmiljene naprave:

Načelo delovanja

Nadzor napetosti vrat:Srce MOSFET-a je v strukturi med njegovimi vrati, izvorom in odtokom ter izolacijsko plastjo (običajno iz silicijevega dioksida) pod vrati. Ko se na vrata dovede napetost, se pod izolacijsko plastjo ustvari električno polje, ki spremeni prevodnost območja med izvorom in odtokom.

Tvorba prevodnega kanala:Pri N-kanalnih MOSFET, ko je napetost vrat Vgs dovolj visoka (nad določeno vrednostjo, imenovano mejna napetost Vt), se elektroni v substratu tipa P pod vrati pritegnejo na spodnjo stran izolacijske plasti in tvorijo N- tip prevodnega kanala, ki omogoča prevodnost med izvorom in odtokom. Nasprotno, če je Vgs nižji od Vt, prevodni kanal ni oblikovan in MOSFET je na izklopu.

Nadzor odvodnega toka:velikost odvodnega toka Id je v glavnem nadzorovana z napetostjo vrat Vgs. Višji kot je Vgs, širši je prevodni kanal in večji je odvodni tok Id. To razmerje omogoča, da MOSFET deluje kot napetostno krmiljena tokovna naprava.

Prednosti piezo karakterizacije

Visoka vhodna impedanca:Vhodna impedanca MOSFET-a je zelo visoka zaradi izolacije vrat in območja izvora-odvoda z izolacijsko plastjo, tok vrat pa je skoraj enak nič, zaradi česar je uporaben v vezjih, kjer je potrebna visoka vhodna impedanca.

Nizek hrup:MOSFET-ji ustvarjajo razmeroma nizek hrup med delovanjem, predvsem zaradi visoke vhodne impedance in unipolarnega mehanizma prevodnosti nosilca.

Hitra hitrost preklopa:Ker so MOSFET naprave z napetostnim krmiljenjem, je njihova preklopna hitrost običajno hitrejša od hitrosti bipolarnih tranzistorjev, ki morajo iti skozi proces shranjevanja in sproščanja naboja med preklopom.

Nizka poraba energije:V stanju vklopa je upor odtok-izvir (RDS(on)) MOSFET-a relativno nizek, kar pomaga zmanjšati porabo energije. Prav tako je v stanju izklopa statična poraba energije zelo nizka, ker je tok vrat skoraj enak nič.

Če povzamemo, se MOSFET-ji imenujejo napetostno krmiljene naprave, ker je njihov princip delovanja močno odvisen od nadzora odtočnega toka z napetostjo vrat. Zaradi te napetostno nadzorovane lastnosti so MOSFET-ji obetavni za široko paleto aplikacij v elektronskih vezjih, zlasti tam, kjer so potrebni visoka vhodna impedanca, nizek hrup, hitra preklopna hitrost in nizka poraba energije.