Dlaczego tranzystory MOSFET są sterowane napięciem?

Tranzystory MOSFET (tranzystory polowe z tlenkiem metalu i półprzewodnikami) nazywane są urządzeniami sterowanymi napięciem głównie dlatego, że ich zasada działania opiera się głównie na kontroli napięcia bramki (Vgs) nad prądem drenu (Id), a nie na kontrolowaniu go przez prąd, jak ma to miejsce w przypadku tranzystorów bipolarnych (takich jak BJT). Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie MOSFET-u jako urządzenia sterowanego napięciem:

Zasada działania

Kontrola napięcia bramki:Sercem tranzystora MOSFET jest struktura pomiędzy bramką, źródłem i drenem oraz warstwą izolacyjną (zwykle dwutlenkiem krzemu) pod bramką. Po przyłożeniu napięcia do bramki pod warstwą izolacyjną wytwarza się pole elektryczne, które zmienia przewodność obszaru pomiędzy źródłem a drenem.

Tworzenie kanału przewodzącego:W przypadku tranzystorów MOSFET z kanałem N, gdy napięcie bramki Vgs jest wystarczająco wysokie (powyżej określonej wartości zwanej napięciem progowym Vt), elektrony w podłożu typu P poniżej bramki są przyciągane do spodniej strony warstwy izolacyjnej, tworząc N- typ kanału przewodzącego, który umożliwia przewodnictwo między źródłem a drenem. I odwrotnie, jeśli Vgs jest niższe niż Vt, kanał przewodzący nie jest utworzony i MOSFET znajduje się w punkcie odcięcia.

Kontrola prądu drenu:wielkość prądu drenu Id jest kontrolowana głównie przez napięcie bramki Vgs. Im wyższe Vgs, tym szerszy jest utworzony kanał przewodzący i tym większy jest prąd drenu Id. Dzięki tej zależności MOSFET może działać jako urządzenie prądowe sterowane napięciem.

Zalety charakteryzacji piezoelektrycznej

Wysoka impedancja wejściowa:Impedancja wejściowa tranzystora MOSFET jest bardzo wysoka ze względu na izolację bramki i obszaru źródło-dren przez warstwę izolacyjną, a prąd bramki jest prawie zerowy, co czyni go przydatnym w obwodach, w których wymagana jest wysoka impedancja wejściowa.

Niski poziom hałasu:Tranzystory MOSFET generują stosunkowo niski poziom szumów podczas pracy, głównie ze względu na ich wysoką impedancję wejściową i unipolarny mechanizm przewodzenia nośnej.

Szybka prędkość przełączania:Ponieważ tranzystory MOSFET są urządzeniami sterowanymi napięciem, ich prędkość przełączania jest zwykle większa niż w przypadku tranzystorów bipolarnych, które podczas przełączania muszą przejść proces magazynowania i uwalniania ładunku.

Niskie zużycie energii:W stanie włączenia rezystancja dren-źródło (RDS(on)) tranzystora MOSFET jest stosunkowo niska, co pomaga zmniejszyć zużycie energii. Ponadto w stanie odcięcia statyczny pobór mocy jest bardzo niski, ponieważ prąd bramki jest prawie zerowy.

Podsumowując, tranzystory MOSFET nazywane są urządzeniami sterowanymi napięciem, ponieważ ich zasada działania w dużym stopniu opiera się na kontroli prądu drenu przez napięcie bramki. Ta charakterystyka sterowana napięciem sprawia, że ​​tranzystory MOSFET są obiecujące w szerokim zakresie zastosowań w obwodach elektronicznych, szczególnie tam, gdzie wymagana jest wysoka impedancja wejściowa, niski poziom szumów, duża prędkość przełączania i niskie zużycie energii.