- Tipus de MOSFET
- Característiques i corbes de MOSFET
- Polarització CC de MOSFET i amplificació de fonts comunes
- Construcció bàsica d'amplificador de font comú amb un sol MOSFET
MOSFET és bàsicament un transistor que utilitza efectes de camp. MOSFET significa transistor d'efecte de camp d'òxid de metall, que té una porta. La tensió de la porta determina la conductivitat del dispositiu. Depenent d'aquesta tensió de la porta, podem canviar la conductivitat i, per tant, la podem utilitzar com a interruptor o com a amplificador, com si fem servir el transistor com a interruptor o com a amplificador.
El transistor de connexió bipolar o BJT té base, emissor i col·lector, mentre que un MOSFET té connexió de porta, drenatge i font. A part de la configuració del pin, el BJT necessita corrent per al funcionament i el MOSFET necessita tensió.
MOSFET proporciona una impedància d'entrada molt alta i és molt fàcil de polaritzar. Per tant, per a un petit amplificador lineal, MOSFET és una opció excel·lent. L’amplificació lineal es produeix quan es polaritza el MOSFET a la regió de saturació que és un punt Q fixat centralment.
A la imatge següent, es mostra una construcció interna bàsica de MOSFET de canal N. El MOSFET té tres connexions Drain, Gate i Source. No hi ha cap connexió directa entre la porta i el canal. L'elèctrode de la porta està aïllat elèctricament i, per aquest motiu, de vegades es coneix com IGFET o transistor d'efecte de camp de porta aïllat.
Aquí teniu la imatge del MOSFET IRF530N, molt popular.
Tipus de MOSFET
En funció dels modes de funcionament, hi ha disponibles dos tipus diferents de MOSFET. Aquests dos tipus tenen, a més, dos subtipus
- Tipus d’esgotament MOSFET o MOSFET amb mode d’esgotament
- MOSFET de canal N o NMOS
- Canal MOSFET o PMOS
- Tipus de millora MOSFET o el MOSFET amb mode de millora
- MOSFET de canal N o NMOS
- Canal MOSFET o PMOS
Tipus d'esgotament MOSFET
El tipus d’esgotament del MOSFET normalment està activat a zero voltatge de porta a font. Si el MOSFET és un MOSFET de tipus N-Channel Depletion, hi haurà alguns llindars de tensió, que són necessaris per apagar el dispositiu. Per exemple, un MOSFET d’esgotament de canal N amb una tensió llindar de -3V o -5V, la porta del MOSFET ha de ser negativa de -3V o -5V per apagar el dispositiu. Aquest voltatge llindar serà negatiu per al canal N i positiu en el cas del canal P. Aquest tipus de MOSFET s'utilitza generalment en circuits lògics.
Tipus de millora MOSFET
Al tipus de millora dels MOSFET, el dispositiu es manté APAGAT a zero voltatge de porta. Per activar el MOSFET, hem de proporcionar un voltatge mínim de porta a la font (tensió Vgs Threshold). Però, el corrent de drenatge és molt fiable en aquest voltatge de porta a font, si augmenta el Vgs, el corrent de drenatge també augmenta de la mateixa manera. Els MOSFET de tipus millora són ideals per construir un circuit amplificador. A més, de manera similar a MOSFET d’esgotament, també té els subtipus NMOS i PMOS.
Característiques i corbes de MOSFET
En proporcionar una tensió estable a través del drenatge fins a la font, podem entendre la corba IV d’un MOSFET. Com s'ha indicat anteriorment, el corrent de drenatge és molt fiable en relació amb el Vgs, que porta a la tensió de la font. Si variam els Vgs, el corrent de drenatge també variarà.
Vegem la corba IV d’un MOSFET.
A la imatge anterior, podem veure el pendent IV d’un MOSFET de canal N, el corrent de drenatge és 0 quan la tensió Vgs està per sota del voltatge llindar, durant aquest temps el MOSFET es troba en mode de tall. Després d'això, quan el voltatge de porta a font comença a augmentar, el corrent de drenatge també augmenta.
Vegem un exemple pràctic de la IV Corba d’IRF530 MOSFET,
La corba que mostra que quan el Vgs és de 4,5 V, el corrent màxim de drenatge de l'IRF530 és 1A a 25 graus C. Però quan augmentem el Vgs a 5V, el corrent de drenatge és gairebé 2A i, finalment, a 6V Vgs, pot proporcionar 10A de corrent de drenatge.
Polarització CC de MOSFET i amplificació de fonts comunes
Bé, ara és el moment d’utilitzar un MOSFET com a amplificador lineal. No és una feina difícil si decidim com esbiaixar el MOSFET i utilitzar-lo en una regió de funcionament perfecte.
El MOSFET funciona en tres modes de funcionament: òhmic, saturació i pinch off point. La regió de saturació també anomenada regió lineal. Aquí operem el MOSFET a la regió de saturació, proporciona un punt Q perfecte.
Si proporcionem un petit senyal (variable en el temps) i apliquem el biaix de CC a la porta o a l’entrada, en la situació adequada, el MOSFET proporciona una amplificació lineal.
A la imatge anterior, s’aplica un petit senyal sinusoidal (V gs) a la porta MOSFET, resultant en una fluctuació del corrent de drenatge sincrònica a l’entrada sinusoidal aplicada. Per al petit senyal V gs, podem traçar una línia recta des del punt Q que té un pendent de g m = dI d / dVgs.
El pendent es pot veure a la imatge anterior. Aquest és el pendent de transconductància. És un paràmetre important per al factor d'amplificació. En aquest punt l’amplitud del corrent de drenatge és
ߡ Id = gm x ߡ Vgs
Ara, si observem l’esquema donat anteriorment, la resistència de drenatge R d pot controlar el corrent de drenatge i la tensió de drenatge mitjançant l’equació
Vds = Vdd - I d x Rd (com V = I x R)
El senyal de sortida de CA serà ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g m x ߡ Vgs x Rd
Ara per les equacions, el guany serà
Guany de tensió amplificat = -g m x Rd
Per tant, el guany global de l’amplificador MOSFET és altament fiable en la transconductància i la resistència de drenatge.
Construcció bàsica d'amplificador de font comú amb un sol MOSFET
Per fabricar un amplificador de font comú senzill que utilitza un canal N MOSFET, l'important és aconseguir una condició de polarització de CC. Per complir aquest propòsit, es construeix un divisor de tensió genèric utilitzant dues resistències simples: R1 i R2. També es necessiten dues resistències més com a resistència de drenatge i resistència de font.
Per determinar el valor necessitem un càlcul pas a pas.
Es proporciona un MOSFET amb alta impedància d’entrada, de manera que, en condicions de funcionament, no hi ha flux de corrent present al terminal de la porta.
Ara, si examinem el dispositiu, veurem que hi ha tres resistències associades a VDD (sense les resistències de polarització). Els tres resistors són Rd, la resistència interna de MOSFET i Rs. Per tant, si apliquem la llei de tensió de Kirchoff, les tensions en aquestes tres resistències són iguals a la VDD.
Ara segons la llei d'Ohm, si multipliquem el corrent amb resistència obtindrem tensió com V = I x R. Així doncs, aquí el corrent és el corrent de drenatge o I D. Per tant, la tensió a través de Rd és V = I D x Rd, el mateix s'aplica a Rs ja que el corrent és el mateix I D, de manera que la tensió a través de Rs és Vs = I D x Rs. Per al MOSFET, la tensió és V DS o tensió de drenatge a font.
Ara segons el 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
Podem avaluar-lo com a
Rd = (V DD - V DS / I D) - R S Rs es pot calcular com Rs = V S / I D
Altres dos valors de resistències es poden determinar mitjançant la fórmula V G = V DD (R2 / R1 + R2)
Si no teniu el valor, el podeu obtenir a partir de la fórmula V G = V GS + V S
Afortunadament, es poden obtenir valors màxims al full de dades MOSFET. Basant-nos en l’especificació podem construir el circuit.
S'utilitzen dos condensadors d'acoblament per compensar les freqüències de tall i per bloquejar la corrent continu procedent de l'entrada o arribant a la sortida final. Simplement podem obtenir els valors esbrinant la resistència equivalent del divisor de polarització de CC i després seleccionant la freqüència de tall desitjada. La fórmula serà
C = 1 / 2πf Requisit
Per al disseny d’amplificadors d’alta potència, prèviament vam crear un amplificador de potència de 50 watts amb dos MOSFET com a configuració Push-pull, seguiu l’enllaç per a una aplicació pràctica.