Proč jsou MOSFETy řízeny napětím?

MOSFETy (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Tranzistors) se nazývají napěťově řízená zařízení hlavně proto, že jejich princip činnosti spoléhá hlavně na řízení hradlového napětí (Vgs) nad vypouštěcím proudem (Id), spíše než na proud, který jej řídí, jako je případ bipolárních tranzistorů (jako jsou BJT). Následuje podrobné vysvětlení MOSFETu jako zařízení řízeného napětím:

Pracovní princip

Ovládání napětí brány:Srdce MOSFETu leží ve struktuře mezi jeho bránou, zdrojem a odtokem a izolační vrstvou (obvykle oxid křemičitý) pod bránou. Když se na bránu přivede napětí, pod izolační vrstvou se vytvoří elektrické pole a toto pole změní vodivost oblasti mezi zdrojem a odtokem.

Tvorba vodivých kanálů:U N-kanálových MOSFETů, když je hradlové napětí Vgs dostatečně vysoké (nad specifickou hodnotou nazývanou prahové napětí Vt), jsou elektrony v substrátu typu P pod hradlem přitahovány ke spodní straně izolační vrstvy a tvoří N- typ vodivého kanálu, který umožňuje vodivost mezi zdrojem a odtokem. Naopak, pokud je Vgs nižší než Vt, vodivý kanál se nevytvoří a MOSFET je na hranici.

Ovládání vypouštěcího proudu:velikost odtokového proudu Id je řízena především hradlovým napětím Vgs. Čím vyšší je Vgs, tím širší je vytvořen vodivý kanál a tím větší je odtokový proud Id. Tento vztah umožňuje MOSFETu fungovat jako proudové zařízení řízené napětím.

Výhody piezo charakterizace

Vysoká vstupní impedance:Vstupní impedance MOSFETu je velmi vysoká díky izolaci hradla a oblasti zdroje a svodu izolační vrstvou a hradlový proud je téměř nulový, což jej činí užitečným v obvodech, kde je vyžadována vysoká vstupní impedance.

Nízká hlučnost:MOSFETy generují během provozu relativně nízký hluk, z velké části kvůli jejich vysoké vstupní impedanci a mechanismu unipolární nosné vodivosti.

Rychlá rychlost přepínání:Protože MOSFETy jsou napěťově řízená zařízení, je jejich spínací rychlost obvykle vyšší než u bipolárních tranzistorů, které musí během spínání projít procesem ukládání a uvolňování náboje.

Nízká spotřeba energie:V zapnutém stavu je odpor zdroje proudu (RDS(on)) MOSFETu relativně nízký, což pomáhá snižovat spotřebu energie. Také ve stavu cutoff je statická spotřeba energie velmi nízká, protože hradlový proud je téměř nulový.

Souhrnně se MOSFETy nazývají napěťově řízená zařízení, protože jejich provozní princip se do značné míry spoléhá na řízení svodového proudu hradlovým napětím. Tato charakteristika řízená napětím činí MOSFETy slibnými pro širokou škálu aplikací v elektronických obvodech, zejména tam, kde je vyžadována vysoká vstupní impedance, nízká hlučnost, vysoká rychlost přepínání a nízká spotřeba energie.