- Vrste MOSFET-jev
- Značilnosti in krivulje MOSFET-a
- DC pristranskost MOSFET-a in ojačevalnika skupnega vira
- Osnovna konstrukcija skupnega ojačevalnika z enim MOSFET-om
MOSFET je v bistvu tranzistor, ki uporablja poljski učinek. MOSFET pomeni tranzistor s poljskimi učinki iz kovinskega oksida, ki ima vrata. Napetost vrat določa prevodnost naprave. Glede na to napetost vrat lahko spremenimo prevodnost in jo tako uporabimo kot stikalo ali ojačevalnik, kot tranzistor kot stikalo ali ojačevalnik.
Bipolarni križni tranzistor ali BJT ima bazo, oddajnik in kolektor, medtem ko ima MOSFET vrata, odtok in vir. Poleg konfiguracije zatiča BJT za delovanje potrebuje tok, MOSFET pa napetost.
MOSFET zagotavlja zelo visoko vhodno impedanco in je zelo enostavno pristranskosti. Torej, za linearni majhen ojačevalnik je MOSFET odlična izbira. Linearno ojačanje se pojavi, če MOSFET nastavimo v nasičeno območje, ki je centralno pritrjena točka Q.
Na spodnji sliki je prikazana osnovna notranja konstrukcija N-kanalnih MOSFET-jev. MOSFET ima tri povezave Drain, Gate in Source. Med vrati in kanalom ni neposredne povezave. Vhodna elektroda je električno izolirana in se zaradi tega včasih imenuje IGFET ali Izolirani tranzistor s poljskim učinkom.
Tu je slika zelo priljubljenega MOSFET-a IRF530N.
Vrste MOSFET-jev
Glede na načine delovanja sta na voljo dve različni vrsti MOSFET-jev. Ti dve vrsti imata še dve podtipi
- Vrsta izčrpavanja MOSFET ali MOSFET z načinom izpraznitve
- N-kanalni MOSFET ali NMOS
- P-Channel MOSFET ali PMOS
- Vrsta dodatne opreme MOSFET ali MOSFET z načinom izboljšave
- N-kanalni MOSFET ali NMOS
- P-Channel MOSFET ali PMOS
Tip izčrpavanja MOSFET
Vrsta izpraznitve MOSFET je običajno vklopljena pri ničelni napetosti od vrat do vira. Če je MOSFET MOSFET tipa N z izpraznjenim kanalom, bo nekaj pragov napetosti, ki je potrebna za izklop naprave. Na primer, MOSFET z izčrpanjem N-kanala s pragom napetosti -3V ali -5V, je treba vrata MOSFET-a potegniti negativno -3V ali -5V, da izklopite napravo. Ta mejna napetost bo za kanal N negativna, v primeru kanala P pa pozitivna. Ta vrsta MOSFET-a se običajno uporablja v logičnih vezjih.
Tip dodatne opreme MOSFET
Pri tipih MOSFET-ov za izboljšanje naprava ostane izklopljena pri ničelni napetosti vrat. Če želite vklopiti MOSFET, moramo zagotoviti minimalno napetost od prehoda do vira (napetost praga Vgs). Toda odtočni tok je zelo odvisen od napetosti od vrat do vira, če se Vgs poveča, se odtočni tok prav tako poveča na enak način. MOSFET-ti za izboljšanje so idealni za izdelavo ojačevalnega vezja. Podobno kot MOSFET z izčrpavanjem ima tudi podtipa NMOS in PMOS.
Značilnosti in krivulje MOSFET-a
Z zagotavljanjem stabilne napetosti na odtoku do vira lahko razumemo IV krivuljo MOSFET-a. Kot je navedeno zgoraj, je odtočni tok zelo odvisen od napetosti Vgs, od vrat do vira. Če spremenimo Vgs, se bo spreminjal tudi odtočni tok.
Poglejmo IV krivuljo MOSFET-a.
Na zgornji sliki lahko vidimo IV naklon N-kanalnega MOSFET-a, odtočni tok je 0, ko je napetost Vgs pod mejno napetostjo, v tem času je MOSFET v načinu izklopa. Po tem, ko se napetost od vrat do vira začne povečevati, se poveča tudi odtočni tok.
Oglejmo si praktičen primer IV krivulje IRF530 MOSFET-a,
Krivulja kaže, da je pri Vgs 4,5V največji odtočni tok IRF530 1A pri 25 stopinjah C. Ko pa Vgs povečamo na 5V, je odtočni tok skoraj 2A in končno pri 6V Vgs lahko 10A odtočnega toka.
DC pristranskost MOSFET-a in ojačevalnika skupnega vira
No, zdaj je čas, da MOSFET uporabimo kot linearni ojačevalnik. Če določimo, kako prilagoditi MOSFET in ga uporabiti v popolnem območju delovanja, ni težko delo.
MOSFET deluje v treh načinih delovanja: ohmic, Saturation in Pinch off point. Območje nasičenja se imenuje tudi Linearno območje. Tu upravljamo MOSFET v območju nasičenja in zagotavlja popolno Q-točko.
Če damo majhen signal (časovno spremenljiv) in uporabimo enosmerno pristranskost na vratih ali vhodu, potem MOSFET v pravem primeru zagotavlja linearno ojačenje.
Na zgornji sliki se na vrata MOSFET aplicira majhen sinusni signal (V gs), kar povzroči nihanje odtočnega toka, sinhrono uporabljenemu sinusnemu vhodu. Za majhen signal V gs lahko iz točke Q narišemo ravno črto, ki ima naklon g m = dI d / dVgs.
Nagib je viden na zgornji sliki. To je naklon prevodnosti. Je pomemben parameter za ojačevalni faktor. Na tej točki je amplituda odtočnega toka
ߡ Id = gm x ߡ Vgs
Zdaj, če pogledamo shemo, navedeno zgoraj, lahko odvodni upor R d nadzira tako odvodni tok kot tudi odtočno napetost z enačbo
Vds = Vdd - I d x Rd (kot V = I x R)
Izhodni signal izmeničnega toka bo ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g m x ߡ Vgs x Rd
Zdaj po enačbah bo dobiček
Ojačano povečanje napetosti = -g m x Rd
Skupni dobiček ojačevalnika MOSFET je torej zelo odvisen od prevodnosti in odtočnega upora.
Osnovna konstrukcija skupnega ojačevalnika z enim MOSFET-om
Za izdelavo preprostega skupnega virskega ojačevalnika z uporabo N-kanalnega enojnega MOSFET-a je pomembno doseči stanje pristranskosti enosmernega toka. V ta namen je generični delilnik napetosti zgrajen z uporabo dveh preprostih uporov: R1 in R2. Kot odtočni upor in izvorni upor sta potrebna še dva upora.
Za določitev vrednosti potrebujemo izračun po korakih.
MOSFET je opremljen z visoko vhodno impedanco, tako da v obratovalnem stanju ni nobenega toka toka v priključku vrat.
Če zdaj pogledamo napravo, bomo ugotovili, da so z VDD povezani trije upori (brez pristranskih uporov). Trije upori so Rd, MOSFET-ov notranji upor in Rs. Torej, če uporabimo Kirchoffov zakon o napetosti, so napetosti na teh treh uporih enake VDD.
Zdaj kot na pravo Ohmov, če pomnožimo tok z uporom bomo dobili napetost kot V = I x R. Torej, tukaj tok Drain tok ali pa D. Tako je napetost na Rd V = I D x Rd, enako velja za Rs, saj je tok enak I D, zato je napetost na Rs Vs = I D x Rs. Za MOSFET je napetost V DS ali napetost odtoka do vira.
Zdaj po 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
Lahko ga še ocenimo kot
Rd = (V DD - V DS / I D) - R S Rs se lahko izračunajo kot Rs = V S / I D
Vrednosti drugih dveh uporov lahko določimo s formulo V G = V DD (R2 / R1 + R2)
Če vrednosti nimate, jo lahko dobite iz formule V G = V GS + V S
Na srečo so v podatkovnem listu MOSFET na voljo največje vrednosti. Na podlagi specifikacije lahko sestavimo vezje.
Dva sklopna kondenzatorja se uporabljata za kompenzacijo mejnih frekvenc in za blokiranje enosmernega toka, ki prihaja iz vhoda ali pride do končnega izhoda. Vrednosti lahko preprosto dobimo tako, da ugotovimo enakovreden upor enosmernega delilnika pristranskosti in nato izberemo želeno mejno frekvenco. Formula bo
C = 1 / 2πf Zahteva
Za zasnovo ojačevalnika z visoko močjo predhodno izdelamo ojačevalnik moči 50 W z uporabo dveh MOSFET-jev kot konfiguracijo Push-pull, za praktično uporabo sledite povezavi.