โหมดพร่อง MOSFET คืออะไร : การทำงานและแอปพลิเคชัน

ทรานซิสเตอร์สนามเอฟเฟกต์ของโลหะออกไซด์ - เซมิคอนดักเตอร์หรือ MOSFET เป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นด้วยขั้วต่อต่างๆ เช่น แหล่งจ่าย ท่อระบายน้ำ ประตูและตัวเครื่อง เพื่อขยายหรือเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าภายในวงจร และยังใช้กันอย่างแพร่หลายในไอซีสำหรับการใช้งานดิจิทัล สิ่งเหล่านี้ยังใช้ในวงจรแอนะล็อกเช่นแอมพลิฟายเออร์และฟิลเตอร์ MOSFET ได้รับการออกแบบมาเป็นหลักเพื่อเอาชนะข้อเสียของ ข้อเท็จจริง เช่น ความต้านทานการระบายน้ำสูง อิมพีแดนซ์อินพุตปานกลาง และการทำงานช้า MOSFET เป็นโหมดเพิ่มประสิทธิภาพสองประเภทและโหมดพร่อง บทความนี้กล่าวถึง MOSFET ประเภทใดประเภทหนึ่ง ได้แก่ โหมดพร่อง MOSFET – ประเภทการทำงานกับแอพพลิเคชั่น

โหมดพร่อง MOSFET คืออะไร?

MOSFET ที่ปกติเปิดโดยไม่ใช้แรงดันเกทเมื่อคุณเชื่อมต่อเรียกว่าโหมดพร่อง MOSFET ใน MOSFET นี้ กระแสจะไหลจากขั้วระบายไปยังแหล่งจ่าย MOSFET ประเภทนี้เรียกอีกอย่างว่าปกติในอุปกรณ์

เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเกทของ MOSFET การระบายไปยังช่องสัญญาณต้นทางจะมีความต้านทานมากขึ้น เมื่อแรงดันเกต-ซอร์สเพิ่มขึ้น การไหลของกระแสจากท่อระบายน้ำไปยังแหล่งกำเนิดจะลดลงจนกว่ากระแสจากท่อระบายน้ำไปยังแหล่งจ่ายจะหยุดลง

โปรดดูที่ลิงค์นี้เพื่อทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ MOSFET เป็นสวิตช์

โหมดพร่องสัญลักษณ์ MOSFET

สัญลักษณ์ MOSFET โหมดพร่องสำหรับ p-channel และ n-channel แสดงอยู่ด้านล่าง ใน MOSFET เหล่านี้ สัญลักษณ์ลูกศรแสดงถึงประเภทของ MOSFET เช่น P-type หรือ N-type หากสัญลักษณ์ลูกศรอยู่ในทิศทาง แสดงว่าเป็น n-channel และหากสัญลักษณ์ลูกศรอยู่ภายนอก แสดงว่าเป็น p-channel

โหมดพร่อง MOSFET ทำงานอย่างไร

การพร่อง MOSFET ถูกเปิดใช้งานโดยค่าเริ่มต้น ที่นี่ ขั้วต่อต้นทางและท่อระบายมีการเชื่อมต่อทางกายภาพ เพื่อให้เข้าใจการทำงานของ MOSFET ให้เข้าใจประเภทของ Depletion MOSFET

ประเภทของโหมดพร่อง MOSFET

ดิ โหมดพร่องโครงสร้าง MOSFET แตกต่างกันไปตามประเภท MOSFET เป็นโหมด p-channel depletion สองประเภทและ n-channel depletion mode ดังนั้น โครงสร้าง MOSFET ของโหมดพร่องแต่ละประเภทและการทำงานของมันจึงได้อธิบายไว้ด้านล่าง

N-ช่องพร่องMOSFET

โครงสร้างของ N-Channel Depletion MOSFET แสดงไว้ด้านล่าง ใน MOSFET แบบพร่องประเภทนี้ แหล่งจ่ายและการระบายน้ำจะเชื่อมต่อกันด้วยแถบเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N ขนาดเล็ก ซับสเตรตที่ใช้ใน MOSFET นี้คือเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P และอิเล็กตรอนเป็นตัวพาประจุส่วนใหญ่ใน MOSFET ประเภทนี้ ที่นี่แหล่งที่มา & การระบายน้ำถูกเจืออย่างหนัก

การสร้าง MOSFET โหมดการพร่อง N-channel จะเหมือนกันเมื่อเปรียบเทียบกับโหมดการเพิ่มประสิทธิภาพ n ช่อง MOSFET ยกเว้นการทำงานจะแตกต่างกัน ช่องว่างระหว่างต้นทางและขั้วต่อท่อระบายน้ำประกอบด้วยสิ่งเจือปนประเภท n

เมื่อเราใช้ความต่างศักย์ระหว่างเทอร์มินัลทั้งสองอย่างเช่น แหล่งจ่าย & การระบายน้ำ กระแสจะไหลไปทั่วทั้ง n-ภูมิภาคของซับสเตรต เมื่อใช้แรงดันลบที่ขั้วเกทของ MOSFET นี้ ตัวพาประจุเช่นอิเล็กตรอนจะถูกผลักและเคลื่อนลงมาภายใน n-region ภายใต้ชั้นไดอิเล็กตริก ดังนั้นการหมดของผู้ให้บริการชาร์จจะเกิดขึ้นภายในช่องสัญญาณ

ดังนั้นการนำของช่องสัญญาณโดยรวมจะลดลง ในสภาวะนี้ เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าเดียวกันที่ขั้ว GATE กระแสไฟที่ระบายออกจะลดลง เมื่อแรงดันลบเพิ่มขึ้นอีกก็จะถึง โหมดบีบออก .

ที่นี่ ระบายกระแส ถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนการหมดประจุของตัวพาประจุภายในช่องสัญญาณจึงเรียกว่า พร่องMOSFET . ที่นี่เทอร์มินอลระบายน้ำอยู่ในศักย์ +ve เทอร์มินอลเกทอยู่ในศักย์ -ve & แหล่งที่มาอยู่ที่ศักย์ '0' ดังนั้นความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าระหว่างการระบายน้ำไปยังเกตจึงสูงเมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งกำเนิดไปยังเกต ดังนั้นความกว้างของชั้นการพร่องจึงสูงในการระบายน้ำเมื่อเปรียบเทียบกับเทอร์มินัลต้นทาง

P-ช่องพร่อง MOSFET

ใน P Channel depletion MOSFET แถบเซมิคอนดักเตอร์ขนาดเล็กประเภท P เชื่อมต่อแหล่งที่มาและท่อระบายน้ำ แหล่งที่มาและท่อระบายน้ำเป็นของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P และพื้นผิวเป็นของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N ผู้ให้บริการชาร์จส่วนใหญ่เป็นรู

การสร้าง MOSFET ของ p channel depletion ค่อนข้างตรงข้ามกับ n channel depletion mode MOSFET MOSFET นี้รวมถึงช่องที่ทำขึ้นระหว่าง แหล่งที่มาและภูมิภาคระบายน้ำ ซึ่งเจือหนักด้วย สิ่งสกปรกประเภท p ดังนั้น ใน MOSFET นี้ จะใช้ซับสเตรตชนิด n และแชนเนลเป็นแบบ p ตามที่แสดงในแผนภาพ

เมื่อเราใช้แรงดัน +ve ที่ขั้วเกทของ MOSFET แล้ว ตัวพาประจุส่วนน้อยเช่นอิเล็กตรอนในพื้นที่ประเภท p จะถูกดึงดูดเนื่องจากการกระทำของไฟฟ้าสถิตและสร้างไอออนลบมลทินแบบคงที่ ดังนั้นขอบเขตการพร่องจะเกิดขึ้นภายในช่องสัญญาณ & ดังนั้น การนำไฟฟ้าของช่องสัญญาณจะลดลง ด้วยวิธีนี้ กระแสระบายจะถูกควบคุมโดยการใช้แรงดัน +ve ที่ขั้วเกท

เมื่อเราใช้แรงดัน +ve ที่ขั้วเกทของ MOSFET แล้ว ตัวพาประจุส่วนน้อยเช่นอิเล็กตรอนในพื้นที่ประเภท p จะถูกดึงดูดเนื่องจากการกระทำของไฟฟ้าสถิตและสร้างไอออนลบมลทินแบบคงที่ ดังนั้นขอบเขตการพร่องจะเกิดขึ้นภายในช่องสัญญาณ & ดังนั้น การนำไฟฟ้าของช่องสัญญาณจะลดลง ด้วยวิธีนี้ กระแสระบายจะถูกควบคุมโดยการใช้แรงดัน +ve ที่ขั้วเกท

ในการเปิดใช้ MOSFET ประเภทพร่องประเภทนี้ แรงดันเกตจะต้องเป็น 0V และค่ากระแสระบายออกมีขนาดใหญ่เพื่อให้ทรานซิสเตอร์อยู่ในบริเวณที่ทำงานอยู่ ดังนั้น อีกครั้งเพื่อเปิด MOSFET นี้ +ve แรงดันไฟฟ้าจะได้รับที่เทอร์มินัลต้นทาง ดังนั้นเมื่อมีแรงดันบวกเพียงพอและไม่มีแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วฐาน MOSFET นี้จะใช้งานได้สูงสุดและมีกระแสไฟสูง

ในการปิดใช้งาน MOSFET แบบพร่อง P-channel มีสองวิธีที่คุณสามารถตัดแรงดันบวกอคติออก ซึ่งจะจ่ายไฟให้กับท่อระบายน้ำ มิฉะนั้น คุณสามารถใช้แรงดัน -ve กับเทอร์มินัลเกทได้ เมื่อแรงดัน -ve ถูกจ่ายให้กับขั้วเกท กระแสไฟจะลดลง เมื่อแรงดันเกตเปลี่ยนเป็นค่าลบมากขึ้น กระแสไฟจะลดลงจนถึงจุดตัด จากนั้น MOSFET จะอยู่ในสภาวะ 'ปิด' ดังนั้นสิ่งนี้จะหยุดแหล่งจ่ายกระแสขนาดใหญ่

ดังนั้น เมื่อมีการจ่ายแรงดัน -ve อีกครั้งให้กับขั้วเกทของ MOSFET นี้ จากนั้น MOSFET นี้จะนำกระแสไฟที่น้อยลงและน้อยลงผ่านขั้วแหล่งจ่ายน้ำ เมื่อแรงดันเกทถึงระดับแรงดัน –ve แล้ว ทรานซิสเตอร์จะปิดตัวลง ดังนั้น -ve แรงดันจะปิดทรานซิสเตอร์

ลักษณะเฉพาะ

ดิ ระบายลักษณะ MOSFET มีการกล่าวถึงด้านล่าง

ลักษณะการระบายน้ำของช่อง N หมด MOSFET

ลักษณะการระบายน้ำของ MOSFET การพร่องช่อง n แสดงไว้ด้านล่าง ลักษณะเหล่านี้ถูกพล็อตระหว่าง VDS และ IDSS เมื่อเราเพิ่มค่า VDS ต่อไป ID จะเพิ่มขึ้น หลังจากแรงดันไฟหนึ่ง ID กระแสไฟระบายจะกลายเป็นค่าคงที่ ค่าปัจจุบันของความอิ่มตัวของ Vgs = 0 เรียกว่า IDSS

เมื่อใดก็ตามที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้เป็นลบ จากนั้นแรงดันไฟฟ้านี้ที่ขั้วเกทจะผลักตัวพาประจุเช่นอิเล็กตรอนไปที่พื้นผิว และรูภายในซับสเตรตชนิด p นี้จะถูกดึงดูดโดยอิเล็กตรอนเหล่านี้ ดังนั้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้านี้ อิเล็กตรอนภายในช่องจะถูกรวมตัวกับรูอีกครั้ง อัตราการรวมตัวกันใหม่จะขึ้นอยู่กับแรงดันลบที่ใช้

เมื่อเราเพิ่มแรงดันลบนี้ อัตราการรวมตัวกันใหม่ก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งจะลดจำนวนลง ของอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในช่องนี้และจะลดการไหลของกระแสได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เมื่อเราสังเกตลักษณะข้างต้น จะเห็นได้ว่าเมื่อค่า VGS เป็นลบมากขึ้น กระแสระบายจะลดลง ที่แรงดันไฟหนึ่ง แรงดันลบนี้จะกลายเป็นศูนย์ แรงดันไฟฟ้านี้เรียกว่าแรงดันหนีบ

MOSFET นี้ยังใช้งานได้กับแรงดันบวกด้วย ดังนั้นเมื่อเราใส่แรงดันบวกที่ขั้วเกท อิเลคตรอนจะถูกดึงดูดไปยังช่อง N ดังนั้นไม่มี ของอิเล็กตรอนภายในช่องนี้จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นกระแสไฟภายในช่องนี้จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นสำหรับค่า Vgs ที่เป็นบวก ID จะมากกว่า IDSS

ลักษณะการถ่ายโอนของช่อง N พร่อง MOSFET

ลักษณะการถ่ายโอนของ N channel depletion MOSFET แสดงไว้ด้านล่างซึ่งคล้ายกับ JFET ลักษณะเหล่านี้กำหนดความสัมพันธ์หลักระหว่าง ID และ VGS สำหรับค่า VDS คงที่ สำหรับค่า VGS ที่เป็นบวก เราสามารถรับค่า ID ได้เช่นกัน

ด้วยเหตุนี้เส้นโค้งในลักษณะจะขยายไปทางด้านขวามือ เมื่อใดก็ตามที่ค่า VGS เป็นบวก จะไม่มี ของอิเล็กตรอนภายในช่องจะเพิ่มขึ้น เมื่อ VGS เป็นบวก แสดงว่าภูมิภาคนี้เป็นภูมิภาคที่มีการเพิ่มประสิทธิภาพ ในทำนองเดียวกัน เมื่อ VGS เป็นลบ พื้นที่นี้จะเรียกว่าพื้นที่พร่อง

ความสัมพันธ์หลักระหว่าง ID และ Vgs สามารถแสดงผ่าน ID = IDSS (1-VGS/VP)^2 โดยใช้นิพจน์นี้ เราสามารถค้นหาค่า ID สำหรับ Vgs

ลักษณะการระบายน้ำของช่องสัญญาณพร่อง MOSFET

ลักษณะการระบายน้ำของ P channel depletion MOSFET แสดงไว้ด้านล่าง ที่นี่แรงดัน VDS เป็นลบและแรงดัน Vgs เป็นบวก เมื่อเราเพิ่ม Vgs ต่อไป Id (กระแสระบาย) จะลดลง ที่แรงดันไฟหนีบ Id (กระแสไฟไหลออก) นี้จะกลายเป็นศูนย์ เมื่อ VGS เป็นค่าลบ ค่า ID จะสูงกว่า IDSS

ลักษณะการถ่ายโอนของช่องสัญญาณพร่อง MOSFET

ลักษณะการถ่ายโอนของ MOSFET การลดช่องสัญญาณ P แสดงอยู่ด้านล่างซึ่งเป็นภาพสะท้อนของลักษณะการถ่ายโอน MOSFET ของการทำให้หมดช่องสัญญาณ n ที่นี่เราสามารถสังเกตได้ว่ากระแสการระบายเพิ่มขึ้นในพื้นที่ VGS บวกจากจุดตัดจนถึง IDSS จากนั้นจะเพิ่มขึ้นต่อไปเมื่อค่า VGS ติดลบเพิ่มขึ้น

แอปพลิเคชั่น

แอปพลิเคชั่น MOSFET ที่พร่องมีดังต่อไปนี้

• MOSFET พร่องนี้สามารถใช้ในแหล่งกระแสคงที่ & วงจรควบคุมเชิงเส้นเป็น a ผ่านทรานซิสเตอร์ .
• สิ่งเหล่านี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในวงจรจ่ายไฟเสริมสำหรับสตาร์ทอัพ
• โดยปกติ MOSFET เหล่านี้จะเปิดใช้งานเมื่อไม่มีการใช้แรงดันไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าสามารถนำกระแสไฟในสภาวะปกติได้ ดังนั้นจึงใช้ในวงจรลอจิกดิจิทัลเป็นตัวต้านทานโหลด
• สิ่งเหล่านี้ใช้สำหรับวงจรฟลายแบ็คภายใน PWM IC
• สิ่งเหล่านี้ใช้ในสวิตช์เทเลคอม โซลิดสเตตรีเลย์ และอื่นๆ อีกมากมาย
• MOSFET นี้ใช้ภายในวงจรกวาดแรงดัน วงจรมอนิเตอร์กระแสไฟ วงจรขับ LED อาเรย์ ฯลฯ

ดังนั้น นี่คือภาพรวมของโหมดการพร่อง MOSFET – ทำงาน ด้วยแอพพลิเคชั่น นี่คือคำถามสำหรับคุณ อะไรคือโหมดเพิ่มประสิทธิภาพ MOSFET?