- Типи MOSFET
- Характеристики та криві MOSFET
- Зміщення постійного струму MOSFET та підсилення спільного джерела
- Основна побудова підсилювача загального джерела з одним MOSFET
MOSFET - це в основному транзистор, який використовує ефект поля. MOSFET означає польовий транзистор з оксидом металу, який має затвор. Напруга затвора визначає провідність пристрою. Залежно від цієї напруги на затворі ми можемо змінювати провідність і, отже, ми можемо використовувати її як перемикач або як підсилювач, як ми використовуємо транзистор як перемикач або як підсилювач.
Біполярний транзистор з’єднання або BJT має базу, випромінювач та колектор, тоді як MOSFET має з'єднання затвора, стоку та джерела. Крім конфігурації штифтів, BJT потребує струму для роботи, а MOSFET - напруги.
MOSFET забезпечує дуже високий вхідний опір, і його дуже легко змістити. Отже, для лінійного малого підсилювача MOSFET є прекрасним вибором. Лінійне посилення відбувається, коли ми зміщуємо MOSFET в області насичення, яка є централізовано фіксованою точкою Q.
На зображенні нижче показано основну внутрішню конструкцію N-канальних МОП-транзисторів. MOSFET має три з'єднання Drain, Gate і Source. Прямий зв’язок між шлюзом і каналом відсутній. Електрод затвора має електричну ізоляцію, і з цієї причини його іноді називають IGFET або Ізольований транзистор із польовим ефектом затвора.
Ось зображення широко популярного MOSFET IRF530N.
Типи MOSFET
Залежно від режимів роботи доступні два різні типи MOSFET. Ці два типи мають ще два підтипи
- Тип виснаження MOSFET або MOSFET з режимом виснаження
- N-канальний MOSFET або NMOS
- P-канальний MOSFET або PMOS
- Тип розширення MOSFET або MOSFET з режимом розширення
- N-канальний MOSFET або NMOS
- P-канальний MOSFET або PMOS
Тип виснаження MOSFET
Тип виснаження MOSFET, як правило, увімкнений при нульовій напрузі на затворі до джерела. Якщо MOSFET є MOSFET типу з виснаженням N-каналу, тоді буде деяка порогова напруга, яка необхідна для вимкнення пристрою. Наприклад, MOSFET з виснаженням N-каналу з пороговою напругою -3V або -5V, затвор MOSFET потрібно витягнути мінус -3V або -5V, щоб вимкнути пристрій. Ця порогова напруга буде негативною для N-каналу та позитивною для P-каналу. Цей тип MOSFET зазвичай використовується в логічних схемах.
Тип посилення MOSFET
У типі МОП-транзисторів покращення пристрій залишається вимкненим при нульовій напрузі на затворі. Щоб увімкнути MOSFET, ми повинні забезпечити мінімальну напругу затвора до джерела (порогова напруга Vgs). Але струм стоку дуже надійний від цієї напруги від джерела до джерела, якщо Vgs збільшено, струм стоку також збільшується таким же чином. МОП-транзистори типу посилення ідеально підходять для побудови схеми підсилювача. Крім того, подібно до виснаження MOSFET, він також має підтипи NMOS та PMOS.
Характеристики та криві MOSFET
Надаючи стабільну напругу на стоці до джерела, ми можемо зрозуміти IV криву MOSFET. Як зазначено вище, струм стоку дуже надійний від напруги Vgs, напруги затвора до джерела. Якщо ми змінюємо Vgs, ток стоку також буде змінюватися.
Давайте побачимо IV криву MOSFET.
На зображенні вище ми можемо бачити IV нахил N-канального MOSFET, струм стоку дорівнює 0, коли напруга Vgs нижче порогової напруги, протягом цього часу MOSFET знаходиться в режимі відключення. Після цього, коли напруга від затвора до джерела починає зростати, струм стоку також збільшується.
Давайте побачимо практичний приклад IV кривої МОП-транзистора IRF530,
Крива, яка показує, що коли Vgs становить 4,5 В, максимальний струм стоку IRF530 дорівнює 1А при 25 градусах С. Але коли ми збільшуємо Vgs до 5 В, струм стоку майже 2А, і, нарешті, при напрузі 6В, Vgs може забезпечити 10А стоку струму.
Зміщення постійного струму MOSFET та підсилення спільного джерела
Ну, зараз настав час використовувати MOSFET як лінійний підсилювач. Це не складна робота, якщо ми визначаємо, як змістити MOSFET і використовувати його в ідеальному регіоні роботи.
MOSFET працюють у трьох режимах роботи: омічному, насиченні та точці відтиску. Регіон насичення також називають Лінійним регіоном. Тут ми використовуємо MOSFET в області насичення, він забезпечує ідеальну Q-точку.
Якщо ми подаємо невеликий сигнал (змінюється в часі) і застосовуємо зміщення постійного струму на затворі або вході, то при правильній ситуації MOSFET забезпечує лінійне посилення.
На наведеному вище зображенні до затвора MOSFET подається невеликий синусоїдальний сигнал (V gs), що призводить до коливання стоку стоку, синхронного застосованому синусоїдальному входу. Для малого сигналу V gs ми можемо провести пряму лінію з точки Q, яка має нахил g m = dI d / dVgs.
Нахил можна побачити на зображенні вище. Це нахил провідності. Це важливий параметр для коефіцієнта посилення. У цей момент амплітуда стоку стоку становить
ߡ Id = gm x ߡ Vgs
Тепер, якщо ми подивимося на схему, наведену вище, зливний резистор R d може керувати струмом стоку, а також напругою стоку за допомогою рівняння
Vds = Vdd - I d x Rd (як V = I x R)
Вихідним сигналом змінного струму буде ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g m x ߡ Vgs x Rd
Тепер за рівняннями виграш буде
Підсилений коефіцієнт посилення напруги = -g m x Rd
Отже, загальний коефіцієнт підсилення підсилювача MOSFET дуже залежить від провідності та стокового резистора.
Основна побудова підсилювача загального джерела з одним MOSFET
Щоб зробити простий підсилювач із загальним джерелом, використовуючи одноканальний одноканальний MOSFET, важливо досягти умови зміщення постійного струму. Для досягнення цілі загальний дільник напруги побудований з використанням двох простих резисторів: R1 і R2. Ще два резистори також потрібні як зливний резистор і резистор джерела.
Для визначення значення нам потрібен поетапний розрахунок.
MOSFET забезпечений високим вхідним опором, отже, в робочому стані немає струму струму в затворній клеммі.
Тепер, якщо ми розглянемо пристрій, ми виявимо, що існує три резистори, пов’язані з VDD (без зміщуючих резисторів). Три резистори - це Rd, внутрішній опір MOSFET і Rs. Отже, якщо застосувати закон напруги Кірхофа, тоді напруги на цих трьох резисторах дорівнюють VDD.
Тепер, відповідно до закону Ома, якщо помножити струму з резистором ми отримаємо напругу, як V = I х R. Таким чином, тут струм Струм стоку або I D. Таким чином, напруга на Rd дорівнює V = I D x Rd, те саме стосується Rs, оскільки сила струму однакова I D, тому напруга на Rs дорівнює Vs = I D x Rs. Для MOSFET напруга становить V DS або напруга стоку до джерела.
Тепер згідно з 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
Ми можемо далі оцінити це як
Rd = (V DD - V DS / I D) - R S Rs можна обчислити як Rs = V S / I D
Інші два значення резисторів можна визначити за формулою V G = V DD (R2 / R1 + R2)
Якщо у вас немає значення, ви можете отримати його з формули V G = V GS + V S
На щастя, максимальні значення можна отримати в таблиці даних MOSFET. На основі специфікації ми можемо побудувати схему.
Два конденсатори, що з'єднуються, використовуються для компенсації граничних частот і блокування постійного струму, що надходить із входу або потрапляє на кінцевий вихід. Ми можемо просто отримати значення, з’ясувавши еквівалентний опір дільника зміщення постійного струму, а потім вибравши бажану частоту відсічення. Формула буде
C = 1 / 2πf Вимога
Для конструкції підсилювача високої потужності ми попередньо створили підсилювач потужності 50 Вт, використовуючи два MOSFET як конфігурацію push-pull, перейдіть за посиланням для практичного застосування.