Điện Tử Cơ Bản

MOSFET là gì ? Cấu tạo , các loại và hoạt động của nó

MOSFET là gì  : MOSFET về cơ bản là một bóng bán dẫn hiệu ứng trường. MOSFET là viết tắt của Metal Oxide Field Effect Transistor , có một Cực cửa. Điện áp cực cử quyết định độ dẫn điện của thiết bị. Tùy thuộc vào điện áp cực cửa này mà chúng ta có thể thay đổi độ dẫn và do đó chúng ta có thể sử dụng nó như một bộ chuyển mạch hoặc như một bộ khuếch đại giống như chúng ta sử dụng Transistor như một bộ chuyển mạch hoặc như một bộ khuếch đại. Các bạn đã hiểu MOSFET là gì chưa ?

Bipolar Junction Transistor hoặc BJT có cực B, cực E và C, trong khi MOSFET có Cực G, D và S. Khác với cấu hình chân, BJT cần dòng điện để hoạt động và MOSFET cần điện áp.

MOSFET cung cấp trở kháng đầu vào rất cao và rất dễ bị sai lệch. Vì vậy, đối với một bộ khuếch đại tuyến tính nhỏ, MOSFET là một lựa chọn tuyệt vời. Sự khuếch đại tuyến tính xảy ra khi chúng ta đặt MOSFET trong vùng bão hòa là điểm Q cố định ở trung tâm.

Trong hình ảnh bên dưới, cấu trúc bên trong MOSFETs kênh N cơ bản được hiển thị. MOSFET có ba kết nối Drain, Gate và Source. Không có kết nối trực tiếp nào giữa Cực G và các kênh còn lại. Điện cực G được cách điện và do lý do này, nó đôi khi được gọi là IGFET hoặc Transistor hiệu ứng trường với cực cửa cách điện .

Có thể bạn quan tâm

Cấu trúc bên trong MOSFETs kênh N

Đây là hình ảnh của MOSFET IRF530N phổ biến rộng rãi .

Các loại MOSFET – MOSFET là gì 

Dựa trên các chế độ hoạt động, có hai loại MOSFET khác nhau có sẵn. Hai loại này còn có hai loại phụ

  1. Loại cạn kiệt MOSFET hoặc MOSFET với chế độ nghèo
  • N-Channel MOSFET hoặc NMOS
  • P-Channel MOSFET hoặc PMOS
  1. Loại cải tiến MOSFET hoặc MOSFET có chế độ tăng cường
  • N-Channel MOSFET hoặc NMOS
  • P-Channel MOSFET hoặc PMOS

MOSFET loại ngèo

Loại nghèo MOSFET thường BẬT ở điện áp G-S bằng không. Nếu MOSFET là MOSFET kiểu Kênh-N nghèo thì sẽ có một số ngưỡng điện áp cần thiết để tắt mosfet. Ví dụ, MOSFET nghèo kênh N có điện áp ngưỡng là -3V hoặc -5V, G của MOSFET cần được kéo âm -3V hoặc -5V để tắt mosfet. Điện áp ngưỡng này sẽ là Âm đối với kênh N và dương đối với kênh P. Loại MOSFET này thường được sử dụng trong các mạch logic.

Loại MOSFET được cải tiến

Trong loại Nâng cao của MOSFET, mosfet vẫn TẮT ở điện áp G bằng không. Để bật MOSFET, chúng ta phải cung cấp điện áp G-S tối thiểu (điện áp Ngưỡng Vgs). Tuy nhiên, dòng xả phụ thuộc nhiều vào điện áp G-S, nếu Vgs được tăng lên, dòng xả cũng tăng theo . MOSFET loại cải tiến lý tưởng để xây dựng mạch Khuếch đại. Ngoài ra, tương tự như MOSFET nghèo, nó cũng có các kiểu con NMOS và PMOS.

Đặc điểm và đường đặc tuyến của MOSFET – MOSFET là gì ?

Bằng cách cung cấp điện áp ổn định Vgs, chúng ta có thể hiểu đường đặc tuyến I-V của MOSFET. Như đã nêu ở trên, dòng xả phụ thuộc nhiều vào Vgs. Nếu chúng ta thay đổi Vgs, dòng xả cũng sẽ khác nhau.

Hãy xem đường cong I-V của MOSFET.

Trong hình trên, chúng ta có thể thấy độ dốc IV của MOSFET kênh N , dòng xả là 0 khi điện áp Vgs dưới điện áp ngưỡng, trong thời gian này MOSFET ở chế độ cắt. Sau đó, khi điện áp G-S bắt đầu tăng, dòng xả cũng tăng.

Hãy xem một ví dụ thực tế về Đường cong IV của IRF530 MOSFET ,

Đường cong cho thấy khi Vgs là 4,5V, dòng xả tối đa của IRF530 là 1A ở 25 độ C. Nhưng khi chúng tôi tăng Vgs lên 5V, dòng xả gần như 2A và cuối cùng ở 6V Vgs, nó có thể cung cấp 10A của Drain Current.

Định thiên DC của MOSFET và Khuếch đại Nguồn Chung – 

Vâng, bây giờ là lúc sử dụng MOSFET làm Bộ khuếch đại tuyến tính . Đó không phải là một công việc khó khăn nếu chúng ta xác định được cách phân biệt MOSFET và sử dụng nó trong một vùng hoạt động hoàn hảo.

MOSFET hoạt động ở ba chế độ hoạt động : Ohmic, Saturation và Pinch off point. Vùng bão hòa còn được gọi là Vùng tuyến tính. Ở đây chúng tôi vận hành MOSFET trong vùng bão hòa, nó cung cấp điểm Q hoàn hảo.

Nếu chúng tôi cung cấp một tín hiệu nhỏ (thay đổi theo thời gian) và áp dụng phân cực DC ở cực G hoặc đầu vào, thì trong tình huống thích hợp, MOSFET cung cấp khuếch đại tuyến tính.

Trong hình trên, một tín hiệu hình sin nhỏ (V gs ) được áp dụng cho Cực G MOSFET, dẫn đến sự dao động của dòng điện xả đồng bộ với đầu vào hình sin . Đối với tín hiệu nhỏ V gs , chúng ta có thể vẽ một đường thẳng từ điểm Q có hệ số góc là g m = dI d / dVgs.

Độ dốc có thể được nhìn thấy trong hình ảnh trên. Đây là độ dốc của độ dẫn truyền . Nó là một tham số quan trọng cho hệ số khuếch đại. Tại thời điểm này, biên độ dòng cực máng là

ߡ Id = gm x ߡ Vgs

Bây giờ, nếu chúng ta nhìn vào sơ đồ được đưa ra ở trên, điện trở xả R d có thể điều khiển dòng xả cũng như điện áp xả bằng cách sử dụng phương trình

Vds = Vdd - I d x Rd (V = I x R)

Tín hiệu đầu ra AC sẽ là ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g m x ߡ Vgs x Rd

Bây giờ theo các phương trình, Độ lợi sẽ là

Amplified Voltage Gain = -gm x Rd

Vì vậy, độ lợi tổng thể của Bộ khuếch đại MOSFET phụ thuộc nhiều vào độ dẫn điện và điện trở Drain.

Cấu tạo bộ khuếch đại nguồn chung cơ bản với MOSFET đơn – MOSFET là gì 

Để tạo một Bộ khuếch đại nguồn chung đơn giản sử dụng MOSFET đơn kênh N , điều quan trọng là phải đạt được điều kiện xu hướng DC. Để phục vụ mục đích này, một bộ phân áp chung được chế tạo bằng hai điện trở đơn giản: R1 và R2. Cũng cần có thêm hai điện trở là Điện trở xả và Điện trở nguồn.

Để xác định giá trị chúng ta cần tính toán từng bước.

Một MOSFET được cung cấp với trở kháng đầu vào cao, do đó trong điều kiện hoạt động, không có dòng điện đặt bào cực G.

Bây giờ, nếu chúng ta nhìn vào thiết bị, chúng ta sẽ thấy rằng có ba điện trở được kết hợp với VDD (Không có điện trở phân cực). Ba điện trở là Rd, nội trở của MOSFET và Rs. Vì vậy, nếu chúng ta áp dụng định luật Điện áp Kirchoff thì điện áp trên ba điện trở đó bằng VDD.

Bây giờ theo luật Ohms , nếu chúng ta nhân dòng điện với điện trở, chúng tôi sẽ nhận được điện áp như V = I x R. Vì vậy, ở đây dòng điện là là dòng cực D I D . Do đó, điện áp trên Rs là V = I D x Rd, áp dụng tương tự cho Rs vì dòng điện có cùng I D , vì vậy Điện áp trên Rs là Vs = I D x Rs. Đối với MOSFET, Điện áp là V DS hoặc Điện áp xả vào nguồn.

Bây giờ theo KVL,

VDD = ID x Rd + VDS + ID x Rs
VDD = ID (Rd + Rs) + VDS
(Rd + Rs) = VDD – VDS / ID

Chúng tôi có thể đánh giá thêm nó là

Rd = (V DD - V DS / I D ) - R S  
Rs = V S / I D

Hai giá trị điện trở khác có thể được xác định theo công thức V G = V DD (R2 / R1 + R2)

Nếu bạn không có giá trị, bạn có thể lấy nó từ công thức V G = V GS + V S

May mắn thay, các giá trị tối đa có thể có sẵn từ biểu dữ liệu MOSFET. Dựa trên thông số kỹ thuật chúng ta có thể xây dựng mạch.

Hai tụ điện ghép đôi được sử dụng để bù các tần số cắt và để chặn DC từ đầu vào hoặc đến đầu ra cuối cùng. Chúng ta có thể chỉ cần lấy các giá trị bằng cách tìm ra điện trở tương đương của bộ chia phân cực DC và sau đó chọn tần số cắt mong muốn. Công thức sẽ là

C = 1 / 2πf

Đối với thiết kế Bộ khuếch đại công suất cao, trước đây chúng tôi đã chế tạo Bộ khuếch đại công suất 50 Watt sử dụng Hai MOSFET làm cấu hình Push-pull.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button