¿Qué es el modo de agotamiento MOSFET: funcionamiento y sus aplicaciones?

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El transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor o MOSFET es un dispositivo controlado por voltaje que se construye con terminales como fuente, drenaje, compuerta y cuerpo para amplificar o cambiar voltajes dentro de los circuitos y también se usa ampliamente en circuitos integrados para aplicaciones digitales. Estos también se utilizan en circuitos analógicos como amplificadores y filtros. Los MOSFET están diseñados principalmente para superar los inconvenientes de HECHO como alta resistencia al drenaje, impedancia de entrada moderada y funcionamiento lento. Los MOSFET son dos tipos, modo de mejora y modo de agotamiento. Este artículo analiza uno de los tipos de MOSFET, a saber modo de agotamiento MOSFET – tipos, trabajando con aplicaciones.


¿Qué es el MOSFET de modo de agotamiento?

Un MOSFET que normalmente se ENCIENDE sin aplicar ningún voltaje de puerta cuando se conecta se conoce como MOSFET de modo de agotamiento. En este MOSFET, el flujo de corriente es desde el terminal de drenaje hasta la fuente. Este tipo de MOSFET también se conoce como normalmente en el dispositivo.



Una vez que se aplica un voltaje en la terminal de puerta del MOSFET, el drenaje al canal fuente se volverá más resistente. Cuando el voltaje de la fuente de la puerta aumenta más, el flujo de corriente del drenaje a la fuente se reducirá hasta que se detenga el flujo de corriente del drenaje a la fuente.

Por favor, consulte este enlace para saber más sobre MOSFET como interruptor



Símbolo MOSFET de modo de agotamiento

Los símbolos MOSFET del modo de agotamiento para el canal p y el canal n se muestran a continuación. En estos MOSFET, los símbolos de flecha representan el tipo de MOSFET como tipo P o tipo N. Si el símbolo de la flecha está en la dirección interior, entonces es el canal n y si el símbolo de la flecha está en el exterior, entonces es el canal p.

  Símbolos MOSFET de agotamiento
Símbolos MOSFET de agotamiento

¿Cómo funciona el MOSFET en modo de agotamiento?

El MOSFET de agotamiento está activado por defecto. Aquí, los terminales de fuente y drenaje están conectados físicamente. Para comprender el funcionamiento del MOSFET, comprendamos los tipos de MOSFET de agotamiento.

Tipos de MOSFET de modo de agotamiento

los Estructura MOSFET de modo de agotamiento varía según el tipo. Los MOSFET son de dos tipos, modo de agotamiento de canal p y modo de agotamiento de canal n. Por lo tanto, cada tipo de estructura MOSFET de modo de agotamiento y su funcionamiento se analizan a continuación.

MOSFET de agotamiento de canal N

La estructura del MOSFET de agotamiento del canal N se muestra a continuación. En este tipo de MOSFET de empobrecimiento, la fuente y el drenaje están conectados por una pequeña tira de semiconductor tipo N. El sustrato utilizado en este MOSFET es un semiconductor de tipo P y los electrones son los portadores de carga mayoritarios en este tipo de MOSFET. Aquí, la fuente y el drenaje están fuertemente dopados.

La construcción del MOSFET de modo de empobrecimiento de canal N es la misma que la del MOSFET de canal n de modo de mejora, excepto que su funcionamiento es diferente. El espacio entre los terminales de fuente y drenaje está compuesto de impurezas de tipo n.

  MOSFET de agotamiento de canal N
MOSFET de agotamiento de canal N

Cuando aplicamos una diferencia de potencial entre ambos terminales, como fuente y drenaje, la corriente fluye a lo largo de toda la región n del sustrato. Cuando se aplica un voltaje negativo en la terminal de la puerta de este MOSFET, los portadores de carga, como los electrones, serán repelidos y movidos hacia abajo dentro de la región n debajo de la capa dieléctrica. Por lo tanto, el agotamiento del portador de carga ocurrirá dentro del canal.

Por lo tanto, la conductividad total del canal se reduce. En esta condición, una vez que se aplica el mismo voltaje en la terminal GATE, la corriente de drenaje disminuirá. Una vez que el voltaje negativo aumenta aún más, alcanza el modo de pellizco .

Aquí el corriente de drenaje se controla cambiando el agotamiento de los portadores de carga dentro del canal, por lo que esto se llama MOSFET de agotamiento . Aquí, la terminal de drenaje está en un potencial +ve, la terminal de puerta está en un potencial -ve y la fuente está en un potencial '0'. Por lo tanto, la variación de voltaje entre el drenaje y la puerta es alta en comparación con la fuente y la puerta, por lo que el ancho de la capa de agotamiento es alto para el drenaje en comparación con el terminal de la fuente.

MOSFET de agotamiento de canal P

En el MOSFET de agotamiento del canal P, una pequeña tira de semiconductor de tipo P conecta la fuente y el drenaje. La fuente y el drenaje son de semiconductor tipo P y el sustrato es de semiconductor tipo N. La mayoría de los portadores de carga son agujeros.

La construcción del MOSFET de agotamiento del canal p es bastante opuesta al MOSFET del modo de agotamiento del canal n. Este MOSFET incluye un canal que se hace entre el región de origen y drenaje que está fuertemente dopado con impurezas tipo p. Entonces, en este MOSFET, se usa el sustrato de tipo n y el canal es de tipo p como se muestra en el diagrama.

  MOSFET de agotamiento del canal P
MOSFET de agotamiento del canal P

Una vez que aplicamos un voltaje +ve en la terminal de la puerta del MOSFET, los portadores de carga minoritarios, como los electrones en la región de tipo p, se atraerán debido a la acción electrostática y formarán iones de impureza negativos fijos. Entonces, se formará una región de agotamiento dentro del canal y, en consecuencia, la conductividad del canal se reducirá. De esta manera, la corriente de drenaje se controla aplicando voltaje +ve en la terminal de puerta.

Una vez que aplicamos un voltaje +ve en la terminal de la puerta del MOSFET, los portadores de carga minoritarios, como los electrones en la región de tipo p, se atraerán debido a la acción electrostática y formarán iones de impureza negativos fijos. Entonces, se formará una región de agotamiento dentro del canal y, en consecuencia, la conductividad del canal se reducirá. De esta manera, la corriente de drenaje se controla aplicando voltaje +ve en la terminal de puerta.

Para activar este tipo de MOSFET de agotamiento, el voltaje de la puerta debe ser de 0 V y el valor de la corriente de drenaje es grande para que el transistor esté en la región activa. Entonces, una vez más para encender este MOSFET, se proporciona un voltaje +ve en la terminal de origen. Entonces, con suficiente voltaje positivo y sin voltaje aplicado en la terminal base, este MOSFET estará en funcionamiento máximo y tiene una corriente alta.

Para desactivar un MOSFET de agotamiento del canal P, hay dos formas de cortar el voltaje positivo de polarización, que alimenta el drenaje; de ​​lo contrario, puede aplicar un voltaje -ve a la terminal de la puerta. Una vez que se proporciona un voltaje -ve a la terminal de puerta, la corriente disminuirá. A medida que el voltaje de la puerta se vuelve más negativo, la corriente se reduce hasta el corte, luego el MOSFET estará en la condición de 'APAGADO'. Entonces, esto detiene una gran fuente para drenar la corriente.

Entonces, una vez que se proporciona más voltaje -ve a la terminal de puerta de este MOSFET, entonces este MOSFET conducirá menos y habrá menos corriente a través de la terminal de fuente-drenaje. Una vez que el voltaje de la puerta alcanza un cierto umbral de voltaje, apaga el transistor. Entonces, -ve voltaje apaga el transistor.

Características

los Características del MOSFET de drenaje se discuten a continuación.

Características de drenaje del MOSFET de agotamiento del canal N

Las características de drenaje del MOSFET de empobrecimiento de canal n se muestran a continuación. Estas características se trazan entre el VDS y el IDSS. Cuando seguimos aumentando el valor de VDS, la ID aumentará. Después de cierto voltaje, la ID de corriente de drenaje se volverá constante. El valor de corriente de saturación para Vgs = 0 se llama IDSS.

Siempre que el voltaje aplicado sea negativo, este voltaje en el terminal de la puerta empujará los portadores de carga como electrones hacia el sustrato. Y también los agujeros dentro de este sustrato de tipo p serán atraídos por estos electrones. Entonces, debido a este voltaje, los electrones dentro del canal se recombinarán con huecos. La velocidad de la recombinación dependerá del voltaje negativo aplicado.

  Características de drenaje del MOSFET de canal N
Características de drenaje del MOSFET de canal N

 

Una vez que aumentamos este voltaje negativo, la tasa de recombinación también aumentará, lo que disminuirá el no. de electrones disponibles dentro de este canal y reducirá el flujo de corriente de manera efectiva.

cuando observamos las características anteriores, se ve que cuando el valor de VGS se vuelve más negativo, la corriente de drenaje disminuye. A un cierto voltaje, este voltaje negativo se convertirá en cero. Este voltaje se conoce como voltaje pinch-off.

Este MOSFET también funciona para el voltaje positivo, por lo que cuando aplicamos el voltaje positivo en el terminal de la puerta, los electrones serán atraídos al canal N. Así que el no. de electrones dentro de este canal aumentará. Entonces, el flujo de corriente dentro de este canal aumentará. Entonces, para el valor positivo de Vgs, la ID será incluso más que IDSS.

Características de transferencia del MOSFET de agotamiento del canal N

Las características de transferencia del MOSFET de agotamiento del canal N se muestran a continuación, que es similar al JFET. Estas características definen la relación principal entre el ID y VGS para el valor fijo de VDS. Para los valores positivos de VGS, también podemos obtener el valor de ID.

Entonces, debido a eso, la curva en las características se extenderá hacia el lado derecho. Siempre que el valor de VGS sea positivo, el no. de electrones dentro del canal aumentará. Cuando el VGS es positivo, esta región es la región de mejora. De manera similar, cuando el VGS es negativo, esta región se conoce como región de agotamiento.

  Agotamiento MOSFET N canal Características de transferencia
Características de transferencia del MOSFET de agotamiento del canal N

La principal relación entre ID y Vgs se puede expresar mediante ID = IDSS (1-VGS/VP)^2. Al usar esta expresión, podemos encontrar el valor de ID para Vgs.

Características de drenaje del MOSFET de agotamiento del canal P

Las características de drenaje del MOSFET de agotamiento del canal P se muestran a continuación. Aquí, el voltaje VDS es negativo y el voltaje Vgs es positivo. Una vez que sigamos aumentando los Vgs, la Id (corriente de drenaje) disminuirá. En el voltaje de pellizco, este Id (corriente de drenaje) se convertirá en cero. Una vez que el VGS es negativo, el valor de ID será incluso más alto que IDSS.

Características de transferencia del MOSFET de agotamiento del canal P

Las características de transferencia del MOSFET de agotamiento del canal P se muestran a continuación, que es una imagen especular de las características de transferencia del MOSFET de agotamiento del canal n. Aquí podemos observar que la corriente de drenaje aumenta en la región VGS positiva desde el punto de corte hasta IDSS, y luego continúa aumentando cuando aumenta el valor VGS negativo.

  Características de drenaje y transferencia del MOSFET de agotamiento del canal P
Características de drenaje y transferencia del MOSFET de agotamiento del canal P

Aplicaciones

Las aplicaciones MOSFET de empobrecimiento incluyen lo siguiente.

  • Este MOSFET de agotamiento se puede utilizar en circuitos reguladores lineales y de fuente de corriente constante como un transistor de paso .
  • Estos se utilizan ampliamente en un circuito de suministro de energía auxiliar de puesta en marcha.
  • Normalmente, estos MOSFET se encienden cuando no se aplica voltaje, lo que significa que pueden conducir corriente en condiciones normales. Por lo tanto, esto se usa en circuitos lógicos digitales como resistencia de carga.
  • Estos se utilizan para circuitos flyback dentro de circuitos integrados PWM.
  • Estos se utilizan en conmutadores de telecomunicaciones, relés de estado sólido y muchos más.
  • Este MOSFET se utiliza en circuitos de barrido de voltaje, circuitos de monitoreo de corriente, circuitos de controlador de matriz de LED, etc.

Por lo tanto, esta es una descripción general de un modo de agotamiento MOSFET-funcionando con aplicaciones. Aquí hay una pregunta para usted, ¿qué es un MOSFET de modo de mejora?