Prečo sú MOSFETy riadené napätím?

MOSFETy (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Tranzistor) sa nazývajú napäťovo riadené zariadenia hlavne preto, že ich princíp činnosti sa spolieha hlavne na riadenie hradlového napätia (Vgs) nad odtokovým prúdom (Id), a nie na to, aby sa spoliehal na to, že ho riadi, ako napr. je to prípad bipolárnych tranzistorov (ako sú BJT). Nasleduje podrobné vysvetlenie MOSFET ako napäťovo riadeného zariadenia:

Pracovný princíp

Ovládanie napätia brány:Srdcom MOSFETu je štruktúra medzi jeho bránou, zdrojom a odtokom a izolačnou vrstvou (zvyčajne oxid kremičitý) pod bránou. Keď sa na bránu privedie napätie, pod izolačnou vrstvou sa vytvorí elektrické pole a toto pole zmení vodivosť oblasti medzi zdrojom a odtokom.

Tvorba vodivých kanálov:V prípade N-kanálových MOSFETov, keď je hradlové napätie Vgs dostatočne vysoké (nad špecifickou hodnotou nazývanou prahové napätie Vt), elektróny v substráte typu P pod hradlom sú priťahované k spodnej strane izolačnej vrstvy a vytvárajú N- typ vodivého kanála, ktorý umožňuje vodivosť medzi zdrojom a odtokom. Naopak, ak je Vgs nižšie ako Vt, vodivý kanál sa nevytvorí a MOSFET je na hranici.

Ovládanie vypúšťacieho prúdu:veľkosť odtokového prúdu Id je riadená hlavne hradlovým napätím Vgs. Čím vyššie je Vgs, tým širší je vytvorený vodivý kanál a tým väčší je odtokový prúd Id. Tento vzťah umožňuje MOSFET pôsobiť ako napäťovo riadené prúdové zariadenie.

Výhody piezo charakterizácie

Vysoká vstupná impedancia:Vstupná impedancia MOSFET je veľmi vysoká v dôsledku izolácie hradla a oblasti zdroja-odvodu izolačnou vrstvou a hradlový prúd je takmer nulový, čo ho robí užitočným v obvodoch, kde sa vyžaduje vysoká vstupná impedancia.

Nízka hlučnosť:MOSFETy generujú počas prevádzky relatívne nízky hluk, hlavne kvôli ich vysokej vstupnej impedancii a unipolárnemu nosnému vodivému mechanizmu.

Rýchla rýchlosť prepínania:Keďže MOSFETy sú napäťovo riadené zariadenia, ich rýchlosť spínania je zvyčajne vyššia ako u bipolárnych tranzistorov, ktoré musia počas spínania prejsť procesom ukladania a uvoľňovania náboja.

Nízka spotreba energie:V zapnutom stave je odpor zdroja odberu (RDS(on)) MOSFET relatívne nízky, čo pomáha znižovať spotrebu energie. Taktiež v stave odpojenia je statická spotreba energie veľmi nízka, pretože prúd brány je takmer nulový.

Stručne povedané, MOSFETy sa nazývajú napäťovo riadené zariadenia, pretože ich prevádzkový princíp sa vo veľkej miere spolieha na riadenie odtokového prúdu hradlovým napätím. Táto napäťovo riadená charakteristika robí MOSFETy sľubnými pre širokú škálu aplikácií v elektronických obvodoch, najmä tam, kde sa vyžaduje vysoká vstupná impedancia, nízky šum, vysoká rýchlosť spínania a nízka spotreba energie.