Control de tensión e fluxo de corrente en transistores MOSFET

Un transistor MOSFET (transistor de efectos de campo-óxido metálico) é un compoñente básico nos sistemas electrónicos modernos, coñecidos polas súas capacidades de conmutación e amplificación eficientes.Construído sobre un substrato de silicio, inclúe tres terminais: duración, drenaxe e porta, permitindo un control preciso da corrente mediante a regulación de tensión.Este artigo explora a estrutura interna, os modos operativos, as características eléctricas e as rexións funcionais de MOSFETs, xunto aos seus roles en circuítos analóxicos, ofrecendo aos enxeñeiros unha visión detallada do deseño, control e aplicación de tecnoloxías baseadas en MOSFET.

Catálogo

A estrutura dos dispositivos MOSFET

Un MOSFET, recoñecido como unha variante do transistor de efecto de campo (FET), presenta xeralmente unha forma rectangular e está deseñada nunha base de semicondutores, construída principalmente a partir de silicio.

A anatomía dun mosfet con capa de óxido de silicio

Explora o esquema anterior.Observarás que un MOSFET comprende tres dispositivos terminais cruciais: a fonte (s), a fuga (d) e a porta (g).

Papel dos terminais en Mosfet

Estes terminais son integrantes do substrato de Mosfet.Actuando como base, o substrato facilita a canle que permite o fluxo de corrente no transistor.Esta dinámica debe as súas orixes aos terminais de orixe e drenaxe, fundamental para dirixir os transportistas de carga, incorporando o fluxo de corrente.

Lei de Ohm en acción

Esta operación está guiada pola lei de Ohm, que articula a correlación entre o percorrido actual a un condutor e a diferenza de potencial entre os seus terminais, baixo temperatura estable e condicións físicas.

Movemento de electróns e corrente

Cando se introduce a tensión, os electróns e o avance da corrente desde a fonte ata a fuga dentro do MOSFET.Segundo a lei de Ohm: V = IR, onde V significa a tensión aplicada e eu representa a corrente que viaxa polo MOSFET.Por conseguinte, a tensión elevada dá como resultado unha corrente aumentada.

Mecanismo de control da porta

O compoñente da porta do MOSFET exerce o control sobre o fluxo de corrente que se estende desde a fonte ata a fuga.

Variacións de MOSFETs

O MOSFET atopa a súa existencia en dúas formas distintas:

- Modo de esgotamento MOSFET

- Modo de mellora Mosfet

Modo de esgotamento MOSFET

Os mosfets en modo de esgotamento pódense clasificar en:

- esgotamento da canle N Mosfet

- esgotamento de canle P Mosfet

Investigando o modelo da canle N, descubrimos unha canle de material tipo N encerrada dentro dun substrato de tipo P.A canle N alberga conexións ao desaugadoiro e á fonte, mentres que a porta permanece illada debido a unha barreira SIO2.

Aplicar unha tensión positiva (VGS) esperta a tensión do limiar (VT), permitindo que unha corrente atravese desde a fonte ata a drenaxe.Este fluxo enerxético continúa ata que todos os transportistas libres na fonte participan no baile de electróns, obtendo unha corrente estabilizada.A curiosa natureza da corrente convencional oponse a este baile.

Pola contra, introducir unha tensión negativa guía electróns desde o substrato da porta, atraendo os buracos do substrato cara a eles.Unha tensión negativa intensificada esgota a canle N de electróns libres, diminuíndo o fluxo de corrente a través dela.

O esgotamento da canle P MOSFET é o contrario da canle N.Neste caso, o MOSFET está formado por un material semiconductor da canle P e o substrato é tipo N.

Oposto na configuración, o esgotamento da canle P MOSFET incorpora unha canle de tipo P cun substrato de tipo N.Cunha tensión positiva (VGS), os buracos migran cara ao substrato de tipo N a medida que os electróns converxen na canle p, diminuíndo a corrente.Pola contra, a tensión negativa atrae buracos e corrente cara ao terminal negativo do MOSFET.

Modo de mellora MOSFET

Este modelo reflicte a dobre categorización do modo de esgotamento:

- mellora da canle N Mosfet

- P-canle Mellor Mosfet

Destacado no deseño da canle N é un substrato de tipo P que flanqueando a canle N na fuga e na fonte.A corrente está durmida en VGS = 0;Non obstante, aplicar unha tensión positiva axítaa á vida.Os electróns ansian o terminal da porta, empuxando os buracos ao substrato.A escalada de VGS solicita a aparición de condicións de pinchazo, caracterizada por unha corrente de drenaxe saturada e a aparición da tensión de saturación (VDS).

A diferenza da súa contrapartida da canle N, o MOSFET de mellora da canle P esixe un VGS negativo para a formación de canles.Aquí, o pinch-off transcorre cando a relación de magnitude | VDS |= | Vgs |-| Vt |cóntase.

A distinción entre o esgotamento e a mellora MOSFETS depende de que, en VGS = 0, só o esgotamento dos MOSFETs conduce a corrente.

Trazos intrigantes de mosfets

Mosfets posúe varios trazos intrigantes:

- Estes dispositivos son de tensión con tensión, transformando sinais eléctricos sutís con precisión.

- Exhiben unha alta impedancia de entrada, permitindo a detección sensible dos cambios de entrada.

- Os MOSFET caracterízanse pola súa unipolaridade, manipulando os transportistas de carga dun só tipo.

- Con tres terminais, ofrecen opcións de conectividade versátiles para varios deseños de circuítos.

Dinámica de transferencia de Mosfets

Esta gráfica dinámica mostra como VDS varía en resposta a cambios na corrente de drenaxe (ID) e na tensión de fonte de porta (VGS).

Ilustrativamente, o gráfico seguinte describe a dinámica de transferencia tanto para os modos de esgotamento como para mellorar:

A curva ascende, revelando rexións influenciadas polos VG.Un VGS positivo sitúache no dominio da mellora, mentres que VGS negativo leva a esgotamento.

A interacción entre corrente de drenaxe e VGS delimítase do seguinte xeito:

- , onde VP representa a tensión de pinch.

- Alternativamente, , onde "k" denota a constante do dispositivo.

Principios de funcionamento de Mosfet

O MOSFET opera dentro de tres rexións distintas, cada unha cumpre unha función única no seu comportamento:

- rexión ohmica

- Rexión de saturación

- Rexión de corte

Rexión ohmica

Normalmente denominada rexión lineal, esta fase caracterízase pola relación íntima entre a tensión de fonte de drenaxe e a corrente de drenaxe, suxerindo unha sinerxía única.A medida que a tensión de fonte de porta (VGS) flutúa, estimula indirectamente os cambios na corrente de drenaxe (ID), facendo eco do comportamento similar á resistencia de MOSFET.

Matemáticamente, este baile intrincado é capturado como:

Rexión de saturación

Coñecido nalgúns círculos como a rexión activa, aquí, o encanto de Mosfet é a súa capacidade para estabilizar a corrente.Unha vez que a tensión de fonte de drenaxe (VDS) supera o limiar de pinchazo (VP), a corrente presenta unha firmeza tranquila.

O comportamento desta rexión pódese expresar de xeito elegante como:

Rexión de corte

Na zona de corte, o MOSFET abraza a soidade, actuando como un circuíto aberto sen fluxo de corrente.Aquí, é un espectador, que reside na condición de pinchazo e permite que a serenidade prevaleza sobre a súa canle.

Fonte da imaxe: Pabido práctico

O papel de MOSFET nos circuítos integrados analóxicos

Mosfet serve como un compoñente esencial dentro de circuítos integrados analóxicos, contribuíndo a diversas funcionalidades que atenden ás necesidades e desexos humanos como a estabilidade, a eficiencia e a creatividade.Abarca as seguintes aplicacións:

- Facilitar o deseño de amplificadores analóxicos

- Habilitar a conmutación da tensión de saída

- Formular os amplificadores operativos

- Modulación do rendemento do motor DC

- interpretando e procesando sinais analóxicos

- Desenvolver osciladores dentro de cadros analóxicos

- Supervisar os procesos de carga e descarga dos condensadores