- MOSFET-tyyppityypit
- MOSFETin ominaisuudet ja käyrät
- DC-esijännitys MOSFET: lle ja Common-Source Amplification
- Yhteisen lähdevahvistimen perusrakenne yhdellä MOSFETillä
MOSFET on periaatteessa transistori, joka käyttää kenttäefektiä. MOSFET tarkoittaa metallioksidikenttätransistoria, jolla on portti. Hilajännite määrää laitteen johtavuuden. Tästä hilajännitteestä riippuen voimme muuttaa johtavuutta ja siten käyttää sitä kytkimenä tai vahvistimena, kuten käytämme transistoria kytkimenä tai vahvistimena.
Bipolaarisella liitäntätransistorilla tai BJT: llä on pohja, emitteri ja kollektori, kun taas MOSFET: ssä on portti-, tyhjennys- ja lähdeliitäntä. Muu kuin nastakokoonpano, BJT tarvitsee virtaa käyttöä varten ja MOSFET tarvitsee jännitettä.
MOSFET tarjoaa erittäin korkean tuloimpedanssin ja se on erittäin helppo puolueellinen. Joten lineaariselle pienvahvistimelle MOSFET on erinomainen valinta. Lineaarinen vahvistus tapahtuu, kun esijännitämme MOSFETiä kyllästysalueella, joka on keskitetysti kiinteä Q-piste.
Alla olevassa kuvassa on esitetty N-kanavan MOSFETin perusrakenne. MOSFETissä on kolme liitäntää Drain, Gate ja Source. Portin ja kanavan välillä ei ole suoraa yhteyttä. Hilaelektrodi on sähköeristetty ja tästä syystä sitä kutsutaan joskus IGFETiksi tai eristetyksi porttikenttitransistoriksi.
Tässä on kuva yleisesti suositusta MOSFET IRF530N: stä.
MOSFET-tyyppityypit
Käyttötilojen perusteella on saatavana kaksi erityyppistä MOSFET-laitetta. Näillä kahdella tyypillä on lisäksi kaksi alatyyppiä
- Tyhjennystyyppi MOSFET tai MOSFET tyhjentämistilassa
- N-kanavainen MOSFET tai NMOS
- P-kanavan MOSFET tai PMOS
- Parannustyyppi MOSFET tai MOSFET Enhancement-tilalla
- N-kanavainen MOSFET tai NMOS
- P-kanavan MOSFET tai PMOS
Tyhjennystyyppi MOSFET
MOSFETin tyhjennystyyppi on normaalisti PÄÄLLÄ nolla-Lähde-jännitteellä. Jos MOSFET on N-Channel Depletion -tyyppinen MOSFET, on olemassa joitain kynnysjännitteitä, joita tarvitaan laitteen sammuttamiseen. Esimerkiksi N-Channel Depletion MOSFET, jonka kynnysjännite on -3V tai -5V, MOSFETin portti on vedettävä negatiiviseksi -3V tai -5V laitteen sammuttamiseksi. Tämä kynnysjännite on negatiivinen N-kanavalle ja positiivinen P-kanavan tapauksessa. Tämän tyyppistä MOSFETiä käytetään yleensä logiikkapiireissä.
Parannustyyppi MOSFET
MOSFET-laitteiden parannustyypeissä laite pysyy POIS PÄÄLTÄ nollaporttijännitteellä. MOSFETin käynnistämiseksi meidän on annettava vähintään Gate to Source -jännite (Vgs Threshold -jännite). Mutta tyhjennysvirta on erittäin luotettava tästä portista lähteeseen -jännitteestä, jos Vgs: ää kasvatetaan, myös tyhjennysvirta kasvaa samalla tavalla. Parannustyyppiset MOSFETit ovat ihanteellisia vahvistinpiirin rakentamiseen. Samoin kuin tyhjentävä MOSFET, sillä on myös NMOS- ja PMOS-alatyypit.
MOSFETin ominaisuudet ja käyrät
Tarjoamalla vakaa jännite viemäristä lähteeseen voimme ymmärtää MOSFETin IV-käyrän. Kuten edellä todettiin, tyhjennysvirta on erittäin luotettava Vgs: stä, portista lähteeseen -jännitteeseen. Jos vaihdamme Vgs: tä, myös tyhjennysvirta vaihtelee.
Katsotaanpa MOSFETin IV-käyrä.
Yllä olevasta kuvasta voimme nähdä N-kanavan MOSFETin IV-kaltevuuden, tyhjennysvirta on 0, kun Vgs-jännite on alle kynnysjännitteen, tänä aikana MOSFET on katkaisutilassa. Sen jälkeen kun portista lähteeseen-jännite alkaa kasvaa, myös tyhjennysvirta kasvaa.
Katsotaanpa käytännön esimerkki IRF530 MOSFETin IV-käyrästä,
Käyrä osoittaa, että kun Vgs on 4.5V, IRF530: n suurin tyhjennysvirta on 1A 25 ° C: ssa. Mutta kun nostamme Vgs: n 5V: ksi, tyhjennysvirta on melkein 2A ja lopuksi 6V Vgs: llä se voi tuottaa 10A tyhjennysvirrasta.
DC-esijännitys MOSFET: lle ja Common-Source Amplification
No, nyt on aika käyttää MOSFET-lineaarista vahvistinta. Se ei ole kovaa työtä, jos päätämme, miten MOSFET on puolueellinen ja käytetään sitä täydellisellä toiminta-alueella.
MOSFET toimii kolmessa toimintatilassa: ohminen, kylläisyys ja nipistyspiste. Saturaatioaluetta kutsutaan myös lineaariseksi alueeksi. Täällä käytämme MOSFETiä kyllästysalueella, se tarjoaa täydellisen Q-pisteen.
Jos annamme pienen signaalin (aika vaihtelee) ja käytämme DC-esijännitettä portissa tai tulossa, MOSFET tarjoaa oikeassa tilanteessa lineaarisen vahvistuksen.
Yllä olevassa kuvassa pieni sinimuotoinen signaali (Vgs) syötetään MOSFET-porttiin, mikä johtaa tyhjennysvirran vaihteluun, joka on synkroninen sovelletun sinimuotoisen tulon kanssa. Pienelle signaalille V gs voimme piirtää suoran linjan Q-pisteestä, jonka kaltevuus on g m = dI d / dVgs.
Kaltevuus näkyy yllä olevassa kuvassa. Tämä on transkonduktanssin kaltevuus. Se on tärkeä parametri vahvistuskertoimelle. Tässä vaiheessa tyhjennysvirran amplitudi on
ߡ Id = gm x ߡ Vgs
Jos nyt tarkastellaan yllä olevaa kaaviota, tyhjennysvastus R d voi ohjata tyhjennysvirtaa ja tyhjennysjännitettä yhtälön avulla
Vds = Vdd - I d x Rd (kuten V = I x R)
AC-lähtösignaali on be Vds =-= Id x Rd = -g m x ߡ Vgs x Rd
Nyt yhtälöiden mukaan voitto tulee olemaan
Vahvistettu jännitteen vahvistus = -g m x Rd
Joten MOSFET-vahvistimen kokonaisvahvistus on erittäin luotettava transkonduktanssista ja tyhjennysvastuksesta.
Yhteisen lähdevahvistimen perusrakenne yhdellä MOSFETillä
Ja tehdä yksinkertainen yhteinen lähde vahvistin käyttämällä N-kanava yhdellä MOSFET, tärkeintä on saavuttaa DC painottaminen kunnossa. Tätä tarkoitusta varten rakennetaan yleinen jännitteenjakaja käyttämällä kahta yksinkertaista vastusta: R1 ja R2. Kaksi muuta vastusta tarvitaan myös tyhjennysvastuksena ja lähdevastuksena.
Tarvittavan arvon määrittämiseksi tarvitsemme askel askeleelta.
MOSFET on varustettu korkealla tuloimpedanssilla, joten käyttöolosuhteissa porttipäätteessä ei ole virtavirtaa.
Jos nyt tarkastelemme laitetta, huomaamme, että VDD: hen liittyy kolme vastusta (ilman esijännitysvastuksia). Kolme vastusta ovat Rd, MOSFETin sisäinen vastus ja Rs. Joten jos sovellamme Kirchoffin jännitelakia, näiden kolmen vastuksen jännitteet ovat yhtä suuret kuin VDD.
Nyt kohti Ohmin laki, jos kerromme nykyisen kanssa vastus saamme jännite V = I x R. Joten, tässä nykyinen on viemärin nykyisen tai I D. Siten jännite Rd: n yli on V = I D x Rd, sama pätee Rs: ille, koska virta on sama I D, joten Rs: n jännite on Vs = I D x Rs. MOSFETin jännite on V DS tai tyhjennystä lähteeseen -jännite.
Nyt KVL: n mukaan, 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
Voimme arvioida sitä edelleen
Rd = (V DD - V DS / I D) - R S Rs voidaan laskea Rs = V S / I D
Kaksi muuta vastuksen arvoa voidaan määrittää kaavalla V G = V DD (R2 / R1 + R2)
Jos sinulla ei ole arvoa, saat sen kaavasta V G = V GS + V S
Onneksi enimmäisarvot voivat olla saatavana MOSFET-tietolomakkeesta. Määrittelyn perusteella voimme rakentaa piirin.
Kahta kytkentäkondensaattoria käytetään katkaisutaajuuksien kompensointiin ja tulosta tulevan tai lopulliseen lähtöön tulevan tasavirran estämiseen. Voimme yksinkertaisesti saada arvot selvittämällä DC-esijännitteen jakajan vastaavan resistanssin ja valitsemalla sitten halutun rajataajuuden. Kaava on
C = 1 / 2πf Vaatimus
Suuritehoisen vahvistimen suunnittelua varten rakennamme aikaisemmin 50 watin tehovahvistimen käyttämällä kahta MOSFETiä Push-pull-kokoonpanona. Seuraa käytännön linkkiä.