Zašto se MOSFET-ovi kontroliraju naponom?

MOSFET-ovi (metalni oksid poluvodički tranzistori s efektom polja) nazivaju se naponski upravljanim uređajima uglavnom zato što se njihov princip rada uglavnom oslanja na kontrolu napona vrata (Vgs) preko struje odvoda (Id), umjesto da se oslanja na struju da je kontrolira, jer je slučaj s bipolarnim tranzistorima (kao što su BJT). Slijedi detaljno objašnjenje MOSFET-a kao uređaja kontroliranog naponom:

Princip rada

Kontrola napona vrata:Srce MOSFET-a nalazi se u strukturi između vrata, izvora i odvoda, te izolacijskog sloja (obično silicijevog dioksida) ispod vrata. Kada se napon primijeni na vrata, električno polje se stvara ispod izolacijskog sloja, a to polje mijenja vodljivost područja između izvora i odvoda.

Formiranje vodljivih kanala:Za N-kanalne MOSFET-ove, kada je napon vrata Vgs dovoljno visok (iznad određene vrijednosti koja se naziva napon praga Vt), elektroni u P-tipu supstrata ispod vrata privlače se na donju stranu izolacijskog sloja, tvoreći N- vodljivi kanal tipa koji omogućuje vodljivost između izvora i odvoda. Obrnuto, ako je Vgs niži od Vt, provodni kanal nije formiran i MOSFET je na prekidu.

Kontrola struje odvoda:veličina struje odvoda Id uglavnom je kontrolirana naponom vrata Vgs. Što je veći Vgs, formira se širi provodni kanal i veća je struja odvoda Id. Ovaj odnos omogućuje MOSFET-u da djeluje kao strujni uređaj kontroliran naponom.

Prednosti piezo karakterizacije

Visoka ulazna impedancija:Ulazna impedancija MOSFET-a je vrlo visoka zbog izolacije gejta i područja sors-odvod izolacijskim slojem, a struja gejta je gotovo nula, što ga čini korisnim u krugovima gdje je potrebna visoka ulazna impedancija.

Niska buka:MOSFET-i stvaraju relativno nisku buku tijekom rada, uglavnom zbog svoje visoke ulazne impedancije i unipolarnog mehanizma provođenja nositelja.

Brza brzina prebacivanja:Budući da su MOSFET-ovi uređaji kojima se upravlja naponom, njihova je brzina prebacivanja obično brža od brzine bipolarnih tranzistora, koji moraju proći kroz proces pohranjivanja i oslobađanja naboja tijekom prebacivanja.

Niska potrošnja energije:U uključenom stanju, otpor odvod-izvor (RDS(on)) MOSFET-a je relativno nizak, što pomaže u smanjenju potrošnje energije. Također, u stanju prekida, statička potrošnja energije je vrlo niska jer je struja vrata gotovo nula.

Ukratko, MOSFET-ovi se nazivaju naponski upravljanim uređajima jer se njihov princip rada uvelike oslanja na kontrolu odvodne struje pomoću napona vrata. Ova naponski kontrolirana karakteristika čini MOSFET-e obećavajućim za širok raspon primjena u elektroničkim sklopovima, posebno tamo gdje je potrebna visoka ulazna impedancija, niska buka, velika brzina prebacivanja i niska potrošnja energije.