Γιατί ελέγχεται η τάση των MOSFET;

Τα MOSFET (Τρανζίστορ φαινομένου πεδίου ημιαγωγού μεταλλικού οξειδίου) ονομάζονται συσκευές ελεγχόμενης τάσης κυρίως επειδή η αρχή λειτουργίας τους βασίζεται κυρίως στον έλεγχο της τάσης πύλης (Vgs) στο ρεύμα αποστράγγισης (Id), αντί να βασίζεται στο ρεύμα για τον έλεγχό του, όπως είναι η περίπτωση με τα διπολικά τρανζίστορ (όπως τα BJT). Ακολουθεί μια λεπτομερής εξήγηση του MOSFET ως συσκευής ελεγχόμενης τάσης:

Αρχή Εργασίας

Έλεγχος τάσης πύλης:Η καρδιά ενός MOSFET βρίσκεται στη δομή μεταξύ της πύλης, της πηγής και της αποχέτευσης, και ενός μονωτικού στρώματος (συνήθως διοξείδιο του πυριτίου) κάτω από την πύλη. Όταν εφαρμόζεται τάση στην πύλη, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο κάτω από το μονωτικό στρώμα και αυτό το πεδίο αλλάζει την αγωγιμότητα της περιοχής μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης.

Σχηματισμός αγώγιμου καναλιού:Για τα MOSFET N καναλιών, όταν η τάση πύλης Vgs είναι αρκετά υψηλή (πάνω από μια συγκεκριμένη τιμή που ονομάζεται τάση κατωφλίου Vt), τα ηλεκτρόνια στο υπόστρωμα τύπου P κάτω από την πύλη έλκονται στην κάτω πλευρά του μονωτικού στρώματος, σχηματίζοντας ένα N- τύπου αγώγιμο κανάλι που επιτρέπει την αγωγιμότητα μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης. Αντίθετα, εάν το Vgs είναι χαμηλότερο από το Vt, το αγώγιμο κανάλι δεν σχηματίζεται και το MOSFET βρίσκεται στην αποκοπή.

Έλεγχος ρεύματος αποστράγγισης:το μέγεθος του ρεύματος αποστράγγισης Id ελέγχεται κυρίως από την τάση πύλης Vgs. Όσο υψηλότερο είναι το Vgs, τόσο ευρύτερο σχηματίζεται το αγώγιμο κανάλι και τόσο μεγαλύτερο είναι το Id ρεύματος αποστράγγισης. Αυτή η σχέση επιτρέπει στο MOSFET να λειτουργεί ως συσκευή ρεύματος ελεγχόμενης τάσης.

Πλεονεκτήματα χαρακτηρισμού Piezo

Υψηλή αντίσταση εισόδου:Η σύνθετη αντίσταση εισόδου του MOSFET είναι πολύ υψηλή λόγω της απομόνωσης της πύλης και της περιοχής πηγής-αποχέτευσης από ένα μονωτικό στρώμα και το ρεύμα πύλης είναι σχεδόν μηδενικό, γεγονός που το καθιστά χρήσιμο σε κυκλώματα όπου απαιτείται υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου.

Χαμηλός θόρυβος:Τα MOSFET παράγουν σχετικά χαμηλό θόρυβο κατά τη λειτουργία, σε μεγάλο βαθμό λόγω της υψηλής σύνθετης αντίστασης εισόδου και του μονοπολικού μηχανισμού αγωγιμότητας του φορέα.

Γρήγορη ταχύτητα εναλλαγής:Δεδομένου ότι τα MOSFET είναι συσκευές ελεγχόμενης τάσης, η ταχύτητα μεταγωγής τους είναι συνήθως μεγαλύτερη από αυτή των διπολικών τρανζίστορ, τα οποία πρέπει να περάσουν από τη διαδικασία αποθήκευσης και απελευθέρωσης φορτίου κατά τη μεταγωγή.

Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας:Στην κατάσταση ενεργοποίησης, η αντίσταση της πηγής αποστράγγισης (RDS(on)) του MOSFET είναι σχετικά χαμηλή, γεγονός που συμβάλλει στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Επίσης, στην κατάσταση διακοπής, η κατανάλωση στατικής ισχύος είναι πολύ χαμηλή επειδή το ρεύμα πύλης είναι σχεδόν μηδενικό.

Συνοπτικά, τα MOSFET ονομάζονται συσκευές ελεγχόμενης τάσης επειδή η αρχή λειτουργίας τους βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στον έλεγχο του ρεύματος αποστράγγισης από την τάση πύλης. Αυτό το ελεγχόμενο από τάση χαρακτηριστικό κάνει τα MOSFET πολλά υποσχόμενα για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σε ηλεκτρονικά κυκλώματα, ειδικά όπου απαιτείται υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου, χαμηλός θόρυβος, γρήγορη ταχύτητα μεταγωγής και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.