Un MOSFET (FET de metal-óxido-semiconductor) es un tipo de transistor de efecto de campo con una puerta aislada que se utiliza principalmente para amplificar o conmutar señales. Ahora, en circuitos analógicos y digitales, los MOSFET se usan con más frecuencia en comparación con BJT . Los MOSFET se utilizan principalmente en amplificadores debido a su impedancia de entrada infinita, lo que permite que el amplificador capture casi toda la señal entrante. El principal beneficio de MOSFET en comparación con BJT es que casi no requiere corriente de entrada para controlar la corriente de carga. Los MOSFET se clasifican en dos tipos MOSFET de mejora y MOSFET de agotamiento. Así que este artículo proporciona una breve información sobre el MOSFET de mejora – trabajar con aplicaciones.
¿Qué es un MOSFET de tipo mejorado?
El MOSFET que funciona en modo de mejora se conoce como E-MOSFET o mosfet de mejora. El modo de mejora significa que cada vez que aumenta el voltaje hacia la terminal de la puerta de este MOSFET, el flujo de corriente aumentará más desde el drenaje hasta la fuente hasta que alcance el nivel más alto. Este MOSFET es un dispositivo controlado por voltaje de tres terminales donde los terminales son una fuente, una puerta y un drenaje.
Las características de estos MOSFET son baja disipación de potencia, fabricación simple y geometría pequeña. Entonces, estas características harán que se usen dentro de los circuitos integrados. No hay camino entre el drenaje (D) y la fuente (S) de este MOSFET cuando no se aplica voltaje entre los terminales de puerta y fuente. Por lo tanto, aplicar un voltaje en la puerta a la fuente mejorará el canal, haciéndolo capaz de conducir corriente. Esta propiedad es la principal razón para llamar a este dispositivo un MOSFET en modo mejorado.
Símbolo MOSFET de mejora
Los símbolos MOSFET de mejora para el canal P y el canal N se muestran a continuación. En los siguientes símbolos, podemos notar que una línea discontinua simplemente está conectada desde la fuente al terminal del sustrato, lo que significa el tipo de modo de mejora.
La conductividad en los EMOSFET aumenta al aumentar la capa de óxido, lo que agrega los portadores de carga hacia el canal. Por lo general, esta capa se conoce como la capa de inversión.
El canal en este MOSFET se forma entre D (drenaje) y S (fuente). En el tipo de canal N, se usa el sustrato de tipo P, mientras que en el tipo de canal P, se usa el sustrato de tipo N. Aquí, la conductividad del canal debido a los portadores de carga depende principalmente de los canales de tipo P o tipo N correspondientemente.
Principio de funcionamiento del Mosfet de mejora
Mejora Los MOSFET de tipo normalmente están apagados, lo que significa que cuando se conecta un MOSFET de tipo mejorado, no habrá flujo de corriente desde el drenaje del terminal (D) a la fuente (S) cuando no se suministre voltaje a su terminal de compuerta. Esta es la razón para llamar a este transistor un dispositivo normalmente apagado .
De manera similar, si se le da voltaje a la terminal de puerta de este MOSFET, entonces el canal de fuente de drenaje se volverá muy menos resistivo. Cuando el voltaje de la puerta al terminal fuente aumenta, el flujo de corriente del drenaje al terminal fuente también aumentará hasta que se suministre la corriente más alta desde el terminal de drenaje a la fuente.
Construcción
los construcción de mejora MOSFET se muestra a continuación. Este MOSFET incluye puerta, drenaje y fuente de tres capas. El cuerpo de MOSFET se conoce como un sustrato que está conectado internamente a la fuente. En el MOSFET, la terminal de puerta metálica de la capa semiconductora está aislada a través de una capa de dióxido de silicio, de lo contrario, una capa dieléctrica.
Este EMOSFET está construido con dos materiales como semiconductores tipo P y tipo N. Un sustrato da soporte físico al dispositivo. Una capa delgada de SiO y un excelente aislante eléctrico simplemente cubren la región entre los terminales de fuente y drenaje. Sobre la capa de óxido, una capa metálica forma el electrodo de puerta.
En esta construcción, las dos regiones N están separadas a una distancia de algunos micrómetros sobre un sustrato de tipo p ligeramente dopado. Estas dos regiones N se realizan como los terminales de fuente y drenaje. En la superficie se desarrolla una fina capa aislante que se conoce como dióxido de silicio. Los portadores de carga como agujeros hechos en esta capa establecerán contactos de aluminio tanto para la fuente como para los terminales de drenaje.
Esta capa de conducción funciona como la puerta terminal que se coloca en el SiO2, así como en el área completa del canal. Sin embargo, para la conducción, no contiene ningún canal físico. En este tipo de MOSFET de mejora, el sustrato de tipo p se extiende sobre toda la capa de SiO2.
Laboral
El funcionamiento de EMOSFET es cuando VGS es 0V, entonces no hay ningún canal que conecte la fuente y el drenaje. El sustrato de tipo p tiene solo una pequeña cantidad de portadores de carga minoritarios producidos térmicamente, como electrones libres, por lo que la corriente de drenaje es cero. Por esta razón, este MOSFET estará normalmente APAGADO.
Una vez que la puerta (G) es positiva (+ve), atrae portadores de carga minoritarios como electrones del sustrato p donde estos portadores de carga se combinarán a través de los agujeros debajo de la capa de SiO2. Más VGS aumenta, entonces los electrones tendrán suficiente potencial para superar y enlazar y más portadores de carga, es decir, los electrones se depositan en el canal.
Aquí, el dieléctrico se usa para evitar el movimiento del electrón a través de la capa de dióxido de silicio. Esta acumulación dará como resultado la formación de canales n entre los terminales de drenaje y fuente. Entonces, esto puede conducir al flujo de corriente de drenaje generado en todo el canal. Esta corriente de drenaje es simplemente proporcional a la resistencia del canal que depende además de los portadores de carga atraídos por el terminal +ve de la puerta.
Tipos de MOSFET de tipo de mejora
Están disponibles en dos tipos MOSFET de mejora de canal N y MOSFET de mejora de canal P .
En el tipo de mejora del canal N, se usa el sustrato p ligeramente dopado y dos regiones de tipo n fuertemente dopadas harán las terminales de fuente y drenaje. En este tipo de E-MOSFET, la mayoría de los portadores de carga son electrones. Consulte este enlace para obtener más información sobre: MOSFET de canal N.
En el tipo de canal P, se usa el sustrato N ligeramente dopado y dos regiones de tipo p fuertemente dopadas harán las terminales de fuente y drenaje. En este tipo de E-MOSFET, la mayoría de los portadores de carga son agujeros. Consulte este enlace para obtener más información sobre: MOSFET de canal P .
Características
Las características VI y de drenaje del MOSFET de mejora del canal n y la mejora del canal p se analizan a continuación.
Características de drenaje
los Características de drenaje de mosfet de mejora de canal N se muestran a continuación. En estas características, podemos observar las características de drenaje trazadas entre Id y Vds para diferentes valores de Vgs como se muestra en el diagrama. Como puede ver, cuando se aumenta el valor de Vgs, también aumentará el 'Id' actual.
La curva parabólica de las características mostrará el lugar geométrico de VDS donde la Id (corriente de drenaje) se saturará. En este gráfico, se muestra la región lineal u óhmica. En esta región, el MOSFET puede funcionar como una resistencia controlada por voltaje. Entonces, para el valor fijo de Vds, una vez que cambiamos el valor de voltaje de Vgs, el ancho del canal cambiará o podemos decir que la resistencia del canal cambiará.
La región óhmica es una región donde el 'IDS' actual aumenta con un aumento en el valor de VDS. Una vez que los MOSFET están diseñados para funcionar en la región óhmica, pueden utilizarse como amplificadores .
El voltaje de puerta en el que el transistor se enciende y comienza a fluir corriente a través del canal se conoce como voltaje de umbral (VT o VTH). Para el canal N, este valor de voltaje de umbral oscila entre 0,5 V y 0,7 V, mientras que para los dispositivos de canal P oscila entre -0,5 V y -0,8 V.
Siempre que Vds
En la región de corte, cuando el voltaje Vgs Siempre que el mosfet se opere en el lado derecho del locus, podemos decir que se opera en un región de saturación . Entonces, matemáticamente, siempre que el voltaje Vgs sea > o = Vgs-Vt, entonces está operando en una región de saturación. Entonces, esto se trata de las características de drenaje en diferentes regiones del mosfet de mejora. los características de transferencia del mosfet de mejora del canal N se muestran a continuación. Las características de transferencia muestran la relación entre el voltaje de entrada 'Vgs' y la corriente de drenaje de salida 'Id'. Estas características básicamente muestran cómo cambia el 'Id' cuando cambian los valores de Vgs. Entonces, a partir de estas características, podemos observar que la corriente de drenaje 'Id' es cero hasta el voltaje de umbral. Después de eso, cuando aumentamos el valor de Vgs, el 'Id' aumentará. La relación entre el 'Id' actual y Vgs se puede dar como Id = k(Vgs-Vt)^2. Aquí, la 'K' es la constante del dispositivo que depende de los parámetros físicos del dispositivo. Entonces, al usar esta expresión, podemos encontrar el valor de corriente de drenaje para el valor fijo de Vgs. los Características de drenaje de mosfet de mejora de canal P se muestran a continuación. Aquí, los Vds y Vgs serán negativos. La corriente de drenaje 'Id' se suministrará desde la fuente al terminal de drenaje. Como podemos observar en este gráfico, cuando Vgs se vuelve más negativo, la corriente de drenaje 'Id' también aumentará. Cuando Vgs > VT, entonces este MOSFET operará en la región de corte. De manera similar, si observa las características de transferencia de este MOSFET, será una imagen especular del canal N. En general, el MOSFET de mejora (E-MOSFET) está polarizado con polarización del divisor de voltaje o con polarización de retroalimentación de drenaje. Pero el E-MOSFET no se puede sesgar con autosesgo y cero sesgo. La polarización del divisor de voltaje para el E-MOSFET de canal N se muestra a continuación. La polarización del divisor de voltaje es similar al circuito divisor que usa BJT. De hecho, el MOSFET de mejora de canal N necesita un terminal de puerta que sea más alto que su fuente, al igual que el NPN BJT necesita un voltaje base que sea más alto en comparación con su emisor. En este circuito, las resistencias como R1 y R2 se usan para hacer el circuito divisor para establecer el voltaje de la puerta. Cuando la fuente de E-MOSFET está directamente conectada a GND, entonces VGS = VG. Por lo tanto, el potencial a través de la resistencia R2 debe establecerse por encima de VGS (th) para un funcionamiento adecuado con la ecuación característica E-MOSFET como I D = K (V SG -EN SG (th))^2. Al conocer el valor de VG, se utiliza la ecuación característica de E-MOSFET para establecer la corriente de drenaje. Pero la constante del dispositivo 'K' es el único factor faltante que se puede calcular para cualquier dispositivo en particular dependiendo del par de coordenadas VGS (encendido) e ID (encendido). La constante 'K' se deriva de la ecuación característica de E-MOSFET como K = I D /(EN SG -EN SG (th))^2. k = yo D /(EN SG -EN SG (th))^2. Entonces, este valor se usa para otros puntos de polarización. Esta polarización utiliza el punto de operación 'encendido' en la curva característica mencionada anteriormente. La idea es configurar una corriente de drenaje a través de una selección adecuada de la fuente de alimentación y la resistencia de drenaje. El prototipo del circuito de retroalimentación de drenaje se muestra a continuación. Este es un circuito bastante simple que utiliza algunos componentes básicos. Esta operación se entiende aplicando KVL. EN DD = V RD +V RG +V SG EN DD = yo D R D + yo GRAMO R GRAMO +V SG Aquí, la corriente de la puerta es insignificante, por lo que la ecuación anterior se convertirá en EN DD =yo D R D +V SG y también v DS = EN SG De este modo, EN SG =V SD = V DD − yo D R D Esta ecuación se puede utilizar como base para el diseño del circuito de polarización. La diferencia entre el mosfet de mejora y el mosfet de agotamiento incluye lo siguiente. MOSFET de mejora MOSFET de empobrecimiento Consulte este enlace para obtener más información sobre: MOSFET de modo de agotamiento . los aplicaciones de mejora MOSFET Incluya lo siguiente. Por lo tanto, se trata de una descripción general de una mejora MOSFET-funcionando con aplicaciones. El E-MOSFET se puede obtener en versiones de alta y baja potencia que funcionan solo en modo de mejora. Aquí hay una pregunta para usted, ¿qué es MOSFET de agotamiento? Características de transferencia
MOSFET de mejora de canal P
Aplicaciones
Polarización del MOSFET de mejora
Sesgo del divisor de voltaje
Sesgo de retroalimentación de drenaje
MOSFET de mejora Vs MOSFET de agotamiento
El MOSFET de mejora también se conoce como E-MOSFET.
El MOSFET de empobrecimiento también se conoce como D-MOSFET.
En el modo de mejora, el canal inicialmente no existe y está formado por el voltaje aplicado a la terminal de puerta.
En el modo de agotamiento, el canal se fabrica permanentemente en el momento de la construcción del transistor.
Normalmente, el dispositivo está APAGADO con cero voltaje de puerta (G) a fuente (S).
Normalmente es un dispositivo ENCENDIDO con cero voltaje de puerta (G) a fuente (S).
Este MOSFET no puede conducir corriente en estado APAGADO.
Este MOSFET puede conducir corriente en estado APAGADO.
Para ENCENDER este MOSFET, requiere un voltaje de puerta positivo.
Para ENCENDER este MOSFET, requiere un voltaje de puerta negativo.
Este MOSFET tiene una corriente de difusión y fuga.
Este MOSFET no tiene corriente de difusión y fuga.
No tiene canal permanente.
Tiene un canal permanente.
El voltaje en la terminal de puerta es directamente proporcional a la corriente en la terminal de drenaje.
El voltaje en la puerta es inversamente proporcional a la corriente en el drenaje.
