Der Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor bzw MOSFET ist ein spannungsgesteuertes Gerät, das mit Anschlüssen wie Source, Drain, Gate und Body konstruiert ist, um Spannungen innerhalb von Schaltkreisen zu verstärken oder zu schalten, und das auch in ICs für digitale Anwendungen häufig verwendet wird. Diese werden auch in analogen Schaltungen wie Verstärkern und Filtern verwendet. MOSFETs sind hauptsächlich darauf ausgelegt, die Nachteile von zu überwinden FAKTEN wie hoher Drain-Widerstand, moderate Eingangsimpedanz und langsamer Betrieb. MOSFETs sind zwei Arten von Anreicherungsmodus und Verarmungsmodus. Dieser Artikel beschreibt nämlich einen der MOSFET-Typen Verarmungsmodus-MOSFET – Typen, Arbeiten mit Anwendungen.
Was ist ein Verarmungsmodus-MOSFET?
Ein MOSFET, der sich normalerweise einschaltet, ohne dass beim Anschließen eine Gate-Spannung angelegt wird, wird als Verarmungs-MOSFET bezeichnet. Bei diesem MOSFET fließt der Strom vom Drain-Anschluss zur Source. Diese Art von MOSFET wird auch als normalerweise auf dem Gerät bezeichnet.
Sobald eine Spannung an den Gate-Anschluss des MOSFET angelegt wird, wird der Drain-zu-Source-Kanal widerstandsfähiger. Wenn die Gate-Source-Spannung stärker ansteigt, verringert sich der Stromfluss vom Drain zur Source, bis der Stromfluss vom Drain zur Source aufhört.
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Verarmungsmodus-MOSFET-Symbol
Die Verarmungsmodus-MOSFET-Symbole für p-Kanal und n-Kanal sind unten gezeigt. Bei diesen MOSFETs repräsentieren die Pfeilsymbole den MOSFET-Typ wie P-Typ oder N-Typ. Wenn das Pfeilsymbol nach innen gerichtet ist, dann ist es ein n-Kanal und wenn das Pfeilsymbol nach außen gerichtet ist, dann ist es ein p-Kanal.
Wie funktioniert ein MOSFET im Verarmungsmodus?
Der Verarmungs-MOSFET ist standardmäßig aktiviert. Hier sind Source- und Drain-Anschlüsse physikalisch verbunden. Um die Funktionsweise des MOSFET zu verstehen, lassen Sie uns die Arten von Verarmungs-MOSFET verstehen.
Arten von MOSFETs im Verarmungsmodus
Das MOSFET-Struktur im Verarmungsmodus variiert je nach Typ. Die MOSFETs sind zwei Typen, p-Kanal-Verarmungsmodus und n-Kanal-Verarmungsmodus. Daher werden im Folgenden alle Arten von MOSFET-Strukturen vom Verarmungstyp und ihre Funktionsweise erörtert.
N-Kanal-Verarmungs-MOSFET
Die Struktur des N-Kanal-Verarmungs-MOSFET ist unten gezeigt. Bei dieser Art von Verarmungs-MOSFET sind Source und Drain durch einen schmalen Streifen eines Halbleiters vom N-Typ verbunden. Das in diesem MOSFET verwendete Substrat ist ein Halbleiter vom P-Typ, und Elektronen sind die Hauptladungsträger in diesem MOSFET-Typ. Hier sind Source & Drain stark dotiert.
Der Aufbau des n-Kanal-MOSFET vom Verarmungstyp ist derselbe wie der des n-Kanal-MOSFET vom Anreicherungsmodus, außer dass seine Funktionsweise unterschiedlich ist. Der Spalt zwischen den Source- und Drain-Anschlüssen besteht aus n-Störstellen.
Wenn wir eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen wie Source und Drain anlegen, fließt Strom durch den gesamten n-Bereich des Substrats. Wenn eine negative Spannung an den Gate-Anschluss dieses MOSFET angelegt wird, werden die Ladungsträger wie Elektronen abgestoßen und innerhalb des n-Bereichs unter der dielektrischen Schicht nach unten bewegt. Es kommt also innerhalb des Kanals zu einer Ladungsträgerverarmung.
Somit wird die Gesamtleitfähigkeit des Kanals verringert. Unter dieser Bedingung wird, sobald die gleiche Spannung an den GATE-Anschluss angelegt wird, der Drain-Strom verringert. Sobald die negative Spannung weiter erhöht wird, erreicht sie die Pinch-Off-Modus .
Hier die Stromverbrauch durch Veränderung der Ladungsträgerverarmung innerhalb des Kanals gesteuert wird, so nennt man dies Verarmungs-MOSFET . Hier liegt der Drain-Anschluss auf einem +ve-Potential, der Gate-Anschluss auf einem –ve-Potential und die Source auf „0“-Potential. Somit ist die Spannungsänderung zwischen Drain und Gate im Vergleich von Source zu Gate hoch, so dass die Breite der Verarmungsschicht zu Drain im Vergleich zum Source-Anschluss hoch ist.
P-Kanal-Verarmungs-MOSFET
Beim P-Kanal-Verarmungs-MOSFET verbindet ein schmaler Halbleiterstreifen vom P-Typ Source und Drain. Source und Drain sind Halbleiter vom P-Typ und das Substrat ist Halbleiter vom N-Typ. Die Mehrzahl der Ladungsträger sind Löcher.
Der p-Kanal-Verarmungs-MOSFET-Aufbau ist dem n-Kanal-Verarmungs-MOSFET ziemlich entgegengesetzt. Dieser MOSFET enthält einen Kanal, der dazwischen hergestellt ist Source- und Drain-Bereich die stark dotiert ist Verunreinigungen vom p-Typ. In diesem MOSFET wird also das Substrat vom n-Typ verwendet und der Kanal ist vom p-Typ, wie im Diagramm gezeigt.
Sobald wir eine +ve-Spannung an den Gate-Anschluss des MOSFET anlegen, werden Minoritätsladungsträger wie Elektronen im p-Typ-Bereich aufgrund elektrostatischer Wirkung angezogen und bilden feste negative Verunreinigungsionen. Innerhalb des Kanals bildet sich also eine Verarmungsregion und folglich wird die Leitfähigkeit des Kanals verringert. Auf diese Weise wird der Drain-Strom durch Anlegen einer +ve-Spannung an den Gate-Anschluss gesteuert.
Sobald wir eine +ve-Spannung an den Gate-Anschluss des MOSFET anlegen, werden Minoritätsladungsträger wie Elektronen im p-Typ-Bereich aufgrund elektrostatischer Wirkung angezogen und bilden feste negative Verunreinigungsionen. Innerhalb des Kanals bildet sich also eine Verarmungsregion und folglich wird die Leitfähigkeit des Kanals verringert. Auf diese Weise wird der Drain-Strom durch Anlegen einer +ve-Spannung an den Gate-Anschluss gesteuert.
Um diese Art von MOSFET vom Verarmungstyp zu aktivieren, muss die Gate-Spannung 0 V betragen und der Drain-Stromwert groß sein, damit sich der Transistor im aktiven Bereich befindet. Um diesen MOSFET noch einmal einzuschalten, wird am Source-Anschluss eine +ve-Spannung angelegt. Wenn also genügend positive Spannung und keine Spannung am Basisanschluss anliegt, befindet sich dieser MOSFET im maximalen Betrieb und hat einen hohen Strom.
Um einen P-Kanal-Verarmungs-MOSFET zu deaktivieren, gibt es zwei Möglichkeiten, wie Sie die positive Vorspannung abschalten können, die den Drain mit Strom versorgt. Andernfalls können Sie eine -ve-Spannung an den Gate-Anschluss anlegen. Sobald eine -ve-Spannung an den Gate-Anschluss angelegt wird, wird der Strom verringert. Wenn die Gate-Spannung negativer wird, verringert sich der Strom bis zum Abschalten, dann befindet sich der MOSFET im „AUS“-Zustand. Dies stoppt also eine große Quelle, um Strom abzuleiten.
Sobald also eine weitere -ve-Spannung an den Gate-Anschluss dieses MOSFET angelegt wird, leitet dieser MOSFET weniger und es fließt weniger Strom über den Source-Drain-Anschluss. Sobald die Gate-Spannung eine bestimmte –ve-Spannungsschwelle erreicht, schaltet sie den Transistor aus. Die -ve-Spannung schaltet also den Transistor aus.
Eigenschaften
Das Drain-MOSFET-Eigenschaften werden unten besprochen.
Drain-Eigenschaften des N-Kanal-Verarmungs-MOSFET
Die Drain-Eigenschaften des n-Kanal-Verarmungs-MOSFET sind unten gezeigt. Diese Eigenschaften sind zwischen VDS und IDSS aufgetragen. Wenn wir den VDS-Wert weiter erhöhen, erhöht sich die ID. Ab einer bestimmten Spannung wird der Drainstrom ID konstant. Der Sättigungsstromwert für Vgs = 0 wird als IDSS bezeichnet.
Immer wenn die angelegte Spannung negativ ist, drückt diese Spannung am Gate-Anschluss die Ladungsträger wie Elektronen auf das Substrat. Und auch Löcher innerhalb dieses Substrats vom p-Typ werden von diesen Elektronen angezogen. Aufgrund dieser Spannung werden die Elektronen innerhalb des Kanals mit Löchern rekombiniert. Die Rate der Rekombination hängt von der angelegten negativen Spannung ab.
Sobald wir diese negative Spannung erhöhen, erhöht sich auch die Rekombinationsrate, wodurch die Nr. verringert wird. der in diesem Kanal verfügbaren Elektronen und reduziert den Stromfluss effektiv.
Wenn wir die obigen Eigenschaften beobachten, ist ersichtlich, dass der Drain-Strom abnimmt, wenn der VGS-Wert negativer wird. Bei einer bestimmten Spannung wird diese negative Spannung Null. Diese Spannung ist als Abschnürspannung bekannt.
Dieser MOSFET arbeitet auch für die positive Spannung. Wenn wir also die positive Spannung am Gate-Anschluss anlegen, werden die Elektronen vom N-Kanal angezogen. Also die Nr. der Elektronen in diesem Kanal wird zunehmen. Der Stromfluss in diesem Kanal wird also zunehmen. Für den positiven Vgs-Wert ist die ID also sogar größer als IDSS.
Übertragungseigenschaften von N-Kanal-Verarmungs-MOSFET
Die Übertragungseigenschaften des N-Kanal-Verarmungs-MOSFET sind unten dargestellt und ähneln JFET. Diese Merkmale definieren die Hauptbeziehung zwischen ID und VGS für den festen VDS-Wert. Für die positiven VGS-Werte können wir auch den ID-Wert erhalten.
Dadurch verlängert sich die Kurve in den Kennlinien nach rechts. Immer wenn der VGS-Wert positiv ist, wird die Nr. der Elektronen innerhalb des Kanals wird zunehmen. Wenn das VGS positiv ist, dann ist diese Region die Verstärkungsregion. Wenn die VGS negativ ist, ist diese Region in ähnlicher Weise als Verarmungsregion bekannt.
Die Hauptbeziehung zwischen ID und Vgs kann durch ID = IDSS (1-VGS/VP)^2 ausgedrückt werden. Durch die Verwendung dieses Ausdrucks können wir den ID-Wert für die Vgs finden.
Drain-Eigenschaften des P-Kanal-Verarmungs-MOSFET
Die Drain-Eigenschaften des P-Kanal-Verarmungs-MOSFET sind unten dargestellt. Hier ist die VDS-Spannung negativ und die Vgs-Spannung positiv. Sobald wir Vgs weiter erhöhen, wird Id (Drainstrom) abnehmen. Bei der Abschnürspannung wird diese Id (Drain-Strom) null. Sobald der VGS negativ ist, ist der ID-Wert sogar noch höher als IDSS.
Übertragungseigenschaften des P-Kanal-Verarmungs-MOSFET
Die Übertragungseigenschaften des P-Kanal-Verarmungs-MOSFET sind unten gezeigt, die ein Spiegelbild der Übertragungseigenschaften des n-Kanal-Verarmungs-MOSFET sind. Hier können wir beobachten, dass der Drainstrom im positiven VGS-Bereich vom Abschaltpunkt bis IDSS ansteigt und dann weiter zunimmt, wenn der negative VGS-Wert zunimmt.
Anwendungen
Die Verarmungs-MOSFET-Anwendungen umfassen die folgenden.
- Dieser Verarmungs-MOSFET kann in Konstantstromquellen- und Linearreglerschaltungen als verwendet werden Transistor passieren .
- Diese werden ausgiebig in einer Start-up-Hilfsstromversorgungsschaltung verwendet.
- Normalerweise werden diese MOSFETs eingeschaltet, wenn keine Spannung angelegt wird, was bedeutet, dass sie unter normalen Bedingungen Strom leiten können. Daher wird dieser in digitalen Logikschaltungen als Lastwiderstand verwendet.
- Diese werden für Flyback-Schaltungen in PWM-ICs verwendet.
- Diese werden in Telekommunikationsschaltern, Halbleiterrelais und vielen mehr verwendet.
- Dieser MOSFET wird in Spannungswobbelschaltungen, Stromüberwachungsschaltungen, LED-Array-Treiberschaltungen usw. verwendet.
Dies ist also ein Überblick über einen Verarmungsmodus MOSFET – funktioniert mit Anwendungen. Hier ist eine Frage an Sie: Was ist ein Anreicherungsmodus-MOSFET?
