Pagpapahusay ng MOSFET : Paggawa, Mga Pagkakaiba at Mga Aplikasyon Nito

Ang MOSFET (metal–oxide–semiconductor FET) ay isang uri ng field-effect transistor na may insulated gate na pangunahing ginagamit para sa pagpapalakas o pagpapalit ng mga signal. Ngayon sa mga analog at digital na circuit, ang mga MOSFET ay mas madalas na ginagamit kumpara sa Mga BJT . Ang mga MOSFET ay pangunahing ginagamit sa mga amplifier dahil sa kanilang walang katapusang input impedance kaya pinapayagan nito ang amplifier na makuha ang halos lahat ng papasok na signal. Ang pangunahing benepisyo ng MOSFET kumpara sa BJT ay, na ito ay nangangailangan ng halos walang input kasalukuyang para sa pagkontrol ng load kasalukuyang. Ang mga MOSFET ay inuri sa dalawang uri ng pagpapahusay na MOSFET at pagkaubos ng MOSFET. Kaya ang artikulong ito ay nagbibigay ng maikling impormasyon sa pagpapahusay ng MOSFET – nagtatrabaho sa mga aplikasyon.

Ano ang Enhancement Type MOSFET?

Ang MOSFET na gumagana sa enhancement mode ay kilala bilang E-MOSFET o enhancement mosfet. Ang ibig sabihin ng Enhancement mode, na sa tuwing tumataas ang boltahe patungo sa gate terminal ng MOSFET na ito, ang kasalukuyang daloy ay tataas pa mula sa drain patungo sa source hanggang sa maabot nito ang pinakamataas na antas. Ang MOSFET na ito ay isang three-terminal voltage-controlled device kung saan ang mga terminal ay isang source, gate, at drain.

Ang mga tampok ng mga MOSFET na ito ay ang mababang power dissipation, simpleng pagmamanupaktura, at maliit na geometry. Kaya't ang mga tampok na ito ay gagamitin ang mga ito sa loob ng mga integrated circuit. Walang pathway sa pagitan ng drain (D) at source (S) ng MOSFET na ito kapag walang boltahe na inilapat sa pagitan ng gate at source terminal. Kaya, ang paglalapat ng boltahe sa gate-to-source ay magpapahusay sa channel, na ginagawa itong may kakayahang magsagawa ng kasalukuyang. Ang ari-arian na ito ang pangunahing dahilan upang tawagan ang device na ito na isang enhancement-mode na MOSFET.

Pagpapahusay na Simbolo ng MOSFET

Ang pagpapahusay na mga simbolo ng MOSFET para sa parehong P-channel at N-channel ay ipinapakita sa ibaba. Sa mga simbolo sa ibaba, mapapansin natin na ang isang putol na linya ay konektado lamang mula sa pinagmulan patungo sa terminal ng substrate, na nagpapahiwatig ng uri ng enhancement mode.

Ang kondaktibiti sa mga EMOSFET ay nagpapabuti sa pamamagitan ng pagtaas ng layer ng oxide, na nagdaragdag ng mga carrier ng singil patungo sa channel. Karaniwan, ang layer na ito ay kilala bilang ang Inversion layer.

Ang channel sa MOSFET na ito ay nabuo sa pagitan ng D (drain) at S (source). Sa uri ng N-channel, ang P-type na substrate ay ginagamit samantalang sa uri ng P-channel, ang N-type na substrate ay ginagamit. Dito ang kondaktibiti ng channel dahil sa mga carrier ng singil ay higit sa lahat ay nakasalalay sa P-type o N-type na mga channel nang naaayon.

Pagpapahusay sa Prinsipyo ng Paggawa ng Mosfet

Pagpapahusay Ang uri ng MOSFET ay karaniwang naka-off na nangangahulugang kapag ang isang enhancement-type na MOSFET ay konektado, walang daloy ng kasalukuyang mula sa terminal drain (D) patungo sa source (S) kapag walang ibinigay na boltahe sa gate terminal nito. Ito ang dahilan kung bakit tinawag itong transistor na a karaniwang naka-off ang device .

Katulad nito, kung ang boltahe ay ibibigay sa gate terminal ng MOSFET na ito, ang drain-source channel ay magiging napakababang resistive. Kapag tumaas ang boltahe mula sa gate hanggang sa source terminal, tataas din ang daloy ng current mula sa drain papunta sa source terminal hanggang sa ang pinakamataas na current ay ibinibigay mula sa drain terminal patungo sa source.

Konstruksyon

Ang pagbuo ng pagpapahusay ng MOSFET ay ipinapakita sa ibaba. Kasama sa MOSFET na ito ang tatlong layer na gate, drain, at source. Ang katawan ng MOSFET ay kilala bilang isang substrate na panloob na konektado sa pinagmulan. Sa MOSFET, ang metallic gate terminal mula sa semiconductor layer ay insulated sa pamamagitan ng isang silicon dioxide layer kung hindi ay isang dielectric layer.

Ang EMOSFET na ito ay ginawa gamit ang dalawang materyales tulad ng P-type at N-type semiconductors. Ang isang substrate ay nagbibigay ng pisikal na suporta sa device. Ang isang manipis na layer ng SiO at isang namumukod-tanging electrical insulator ay sumasaklaw lamang sa rehiyon sa pagitan ng pinagmulan at mga terminal ng drain. Sa layer ng oxide, isang metal na layer ang bumubuo sa gate electrode.

Sa konstruksiyon na ito, ang dalawang rehiyon ng N ay pinaghihiwalay sa pamamagitan ng ilang micrometers na distansya sa isang bahagyang doped na p-type na substrate. Ang dalawang N-rehiyon na ito ay ginagawa tulad ng source at drain terminal. Sa ibabaw, nabuo ang isang manipis na layer ng pagkakabukod na kilala bilang silicon dioxide. Ang mga carrier ng singil tulad ng mga butas na ginawa sa layer na ito ay magtatatag ng mga aluminum contact para sa pinagmulan at sa mga drain terminal.

Gumagana ang layer ng pagpapadaloy na ito tulad ng terminal gate na nakalagay sa SiO2 pati na rin ang kumpletong lugar ng channel. Gayunpaman para sa pagpapadaloy, hindi ito naglalaman ng anumang pisikal na channel Sa ganitong uri ng pagpapahusay na MOSFET, ang p-type na substrate ay pinalawak sa buong layer ng SiO2.

Nagtatrabaho

Ang gumagana ng EMOSFET ay kapag ang VGS ay 0V tapos walang channel na magkokonekta sa source at drain. Ang p-type na substrate ay mayroon lamang isang maliit na bilang ng mga thermally produced minority charge carrier tulad ng mga libreng electron kaya ang drain current ay zero. Dahil sa kadahilanang ito, ang MOSFET na ito ay karaniwang OFF.

Kapag ang gate (G) ay positibo (+ve), pagkatapos ay umaakit ito ng minority charge carrier tulad ng mga electron mula sa p–substrate kung saan ang mga charge carrier na ito ay magsasama-sama sa mga butas sa ilalim ng layer ng SiO2. Ang karagdagang VGS ay tataas at ang mga electron ay magkakaroon ng sapat na potensyal na lumampas at mag-bonding  at  mas marami pang charge carrier i.e. ang mga electron ay magdedeposito sa channel.

Dito, ginagamit ang dielectric upang pigilan ang paggalaw ng elektron sa layer ng silicon dioxide. Ang akumulasyon na ito ay magreresulta sa pagbuo ng n-channel sa pagitan ng Drain at Source terminal. Kaya maaari itong humantong sa nabuong daloy ng kasalukuyang alisan ng tubig sa buong channel. Ang drain current na ito ay proporsyonal lang sa resistensya ng channel na higit na nakadepende sa mga charge carrier na naaakit sa +ve terminal ng gate.

Mga Uri ng Enhancement Type MOSFET

Available ang mga ito sa dalawang uri N Channel Enhancement MOSFET at P Channel Enhancement MOSFET .

Sa uri ng pagpapahusay ng channel ng N, ang lightly doped na p-substrate ay ginagamit at dalawang mabigat na doped n-types na rehiyon ang gagawa ng source at drain terminal. Sa ganitong uri ng E-MOSFET, ang karamihan sa mga carrier ng singil ay mga electron. Mangyaring sumangguni sa link na ito upang malaman ang higit pa tungkol sa - N-channel MOSFET.

Sa uri ng P channel, ginagamit ang lightly doped na N-substrate at dalawang rehiyon na may mabigat na doped na p-type ang gagawa ng source at drain terminal. Sa ganitong uri ng E-MOSFET, ang karamihan sa mga carrier ng singil ay mga butas. Mangyaring sumangguni sa link na ito upang malaman ang higit pa tungkol sa - P-channel MOSFET .

Mga katangian

Ang VI at drain na katangian ng n channel enhancement MOSFET at p channel enhancement ay tinatalakay sa ibaba.

Mga Katangian ng Drain

Ang N channel enhancement mosfet drain na mga katangian ay ipinapakita sa ibaba. Sa mga katangiang ito, maaari nating obserbahan ang mga katangian ng drain na naka-plot sa pagitan ng Id at Vds para sa iba't ibang mga halaga ng Vgs tulad ng ipinapakita sa diagram, Tulad ng makikita mo na kapag ang halaga ng Vgs ay nadagdagan, ang kasalukuyang 'Id' ay tataas din.

Ang parabolic curve sa mga katangian ay magpapakita ng locus ng VDS kung saan ang Id(drain current) ay magiging saturated. Sa graph na ito, ipinapakita ang linear o ohmic na rehiyon. Sa rehiyong ito, ang MOSFET ay maaaring gumana bilang isang risistor na kinokontrol ng boltahe. Kaya, para sa nakapirming halaga ng Vds, kapag binago natin ang halaga ng boltahe ng Vgs, ang lapad ng channel ay mababago o maaari nating sabihin na ang resistensya ng channel ay magbabago.

Ang rehiyon ng ohmic ay isang rehiyon kung saan tumataas ang kasalukuyang 'IDS' na may pagtaas sa halaga ng VDS. Kapag ang mga MOSFET ay idinisenyo upang gumana sa ohmic na rehiyon, maaari silang magamit bilang mga amplifier .

Ang boltahe ng gate kung saan naka-ON ang transistor at nagsisimulang dumaloy sa buong channel ay kilala bilang threshold voltage (VT o VTH). Para sa N-channel, ang halaga ng threshold na boltahe na ito ay mula 0.5V – 0.7V samantalang para sa mga P-channel na device ay mula -0.5V hanggang -0.8V.

Sa tuwing ang Vds Vt pagkatapos, sa kasong ito, ang MOSFET ay gagana sa isang linear na rehiyon. Kaya sa rehiyong ito, maaari itong gumana bilang isang risistor na kinokontrol ng boltahe .

Sa cut-off na rehiyon, kapag ang boltahe Vgs

Sa tuwing ang mosfet ay pinapatakbo sa kanang bahagi ng locus, maaari nating sabihin na ito ay pinapatakbo sa isang rehiyon ng saturation . Kaya, sa matematika, sa tuwing ang boltahe ng Vgs ay > o = Vgs-Vt pagkatapos ito ay tumatakbo sa isang rehiyon ng saturation. Kaya ito ay tungkol sa mga katangian ng drain sa iba't ibang rehiyon ng enhancement mosfet.

Mga Katangian ng Paglipat

Ang paglipat ng mga katangian ng N channel enhancement mosfet ay ipinapakita sa ibaba. Ang mga katangian ng paglilipat ay nagpapakita ng kaugnayan sa pagitan ng input boltahe na 'Vgs' at output drain kasalukuyang 'Id'. Ang mga katangiang ito ay karaniwang nagpapakita kung paano nagbabago ang 'Id' kapag nagbabago ang mga halaga ng Vgs. Kaya mula sa mga katangiang ito, mapapansin natin na ang kasalukuyang drain na 'Id' ay zero hanggang sa boltahe ng threshold. Pagkatapos nito, kapag tinaasan natin ang halaga ng Vgs, tataas ang 'Id'.

Ang kaugnayan sa pagitan ng kasalukuyang 'Id' at Vgs ay maaaring ibigay bilang Id = k(Vgs-Vt)^2. Dito, ang 'K' ay ang device constant na nakadepende sa mga pisikal na parameter ng device. Kaya sa pamamagitan ng paggamit ng expression na ito, malalaman natin ang kasalukuyang halaga ng alisan ng tubig para sa nakapirming halaga ng Vgs.

P Channel Enhancement MOSFET

Ang P channel enhancement mosfet drain na mga katangian ay ipinapakita sa ibaba. Dito, magiging negatibo ang Vds at Vgs. Ang drain current na 'Id' ay magsu-supply mula sa source papunta sa drain terminal. Gaya ng mapapansin natin mula sa graph na ito, kapag naging mas negatibo ang Vgs, tataas din ang drain current na 'Id'.

Kapag ang Vgs >VT, ang MOSFET na ito ay gagana sa cut-off na rehiyon. Katulad nito, kung mapapansin mo ang mga katangian ng paglipat ng MOSFET na ito, ito ay magiging isang mirror na imahe ng N-channel.

Mga aplikasyon

Pagkiling ng Pagpapahusay ng MOSFET

Sa pangkalahatan, ang Enhancement MOSFET (E-MOSFET) ay biased alinman sa bias divider ng boltahe kung hindi man ay drain ang feedback bias. Ngunit ang E-MOSFET hindi maaaring maging bias sa self-bias at zero bias.

Bias ng Divider ng Boltahe

Ang bias ng divider ng boltahe para sa N channel E-MOSFET ay ipinapakita sa ibaba. Ang bias ng divider ng boltahe ay katulad ng circuit ng divider gamit ang mga BJT. Sa katunayan, ang N-channel enhancement MOSFET ay nangangailangan ng gate terminal na mas mataas kaysa sa pinagmulan nito tulad ng NPN BJT na nangangailangan ng base voltage na mas mataas kumpara sa emitter nito.

Sa circuit na ito, ang mga resistors tulad ng R1 at R2 ay ginagamit upang gawin ang divider circuit para sa pagtatatag ng boltahe ng gate.

Kapag ang pinagmulan ng E-MOSFET ay direktang konektado sa GND pagkatapos ay VGS = VG. Kaya, ang potensyal sa buong risistor R2 ay kailangang itakda sa itaas ng VGS(th) para sa tamang operasyon na may E-MOSFET na katangian na equation tulad ng I _D = K (V _GS -SA _GS (ika))^2.

Sa pamamagitan ng pag-alam sa halaga ng VG, ang katangian na equation ng E-MOSFET ay ginagamit upang maitatag ang kasalukuyang alisan ng tubig. Ngunit ang device constant na 'K' ay ang tanging nawawalang factor na maaaring kalkulahin para sa anumang partikular na device depende sa VGS (on), at ID (on) coordinate pair.

Ang pare-parehong 'K' ay nagmula sa katangiang equation ng E-MOSFET tulad ng K = I _D /(SA _GS -SA _GS (ika))^2.

K = ako _D /(SA _GS -SA _GS (ika))^2.

Kaya, ang halagang ito ay ginagamit para sa iba pang mga punto ng pagkiling.

Patuyuin ang Feedback Bias

Ang biasing na ito ay gumagamit ng 'on' operating point sa katangian na curve na binanggit sa itaas. Ang ideya ay mag-set up ng drain current sa pamamagitan ng angkop na seleksyon ng power supply at drain resistor. Ang drain feedback circuit prototype ay ipinapakita sa ibaba.

Ito ay isang medyo simpleng circuit na gumagamit ng ilang mga pangunahing bahagi. Nauunawaan ang operasyong ito sa pamamagitan ng paglalapat ng KVL.

SA _DD = V _RD + V _RG + V _GS

SA _DD = ako _D R _D + Ako _G R _G + V _GS

Dito, ang kasalukuyang Gate ay hindi gaanong mahalaga kaya ang equation sa itaas ay magiging

SA _DD =I _D R _D +V _GS

at pati si V _{DS =} SA _GS

kaya,

SA _GS =V _DS = V _DD − ako _D R _D

Ang equation na ito ay maaaring gamitin bilang batayan para sa disenyo ng bias circuit.

Pagpapahusay ng MOSFET Kumpara sa Pagkaubos ng MOSFET

Ang pagkakaiba sa pagitan ng enhancement mosfet at depletion mosfet ay kinabibilangan ng mga sumusunod.

Mangyaring sumangguni sa link na ito upang malaman ang higit pa tungkol sa - Depletion Mode MOSFET .

Ang mga aplikasyon ng Enhancement MOSFET isama ang mga sumusunod.

• Sa pangkalahatan, ginagamit ang mga enhancement na MOSFET sa switching, amplifier, at inverter circuit.
• Ginagamit ang mga ito sa iba't ibang driver ng motor, digital controller, at power electronics IC.
• Ito ay ginagamit sa digital electronics.

Kaya, ito ay tungkol sa isang pangkalahatang-ideya ng isang Pagpapahusay MOSFET – gumagana kasama ang mga aplikasyon. Ang E-MOSFET ay makukuha sa parehong high at low-power na bersyon na gumagana sa enhancement mode lamang. Narito ang isang tanong para sa iyo, ano ang depletion MOSFET?