మోస్ఫెట్ అంటే ఏమిటి: దాని నిర్మాణం, రకాలు మరియు పని

MOSFET ప్రాథమికంగా క్షేత్ర ప్రభావాన్ని ఉపయోగించే ట్రాన్సిస్టర్. మోస్ఫెట్ అంటే మెటల్ ఆక్సైడ్ ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్, దీనికి గేట్ ఉంది. గేట్ వోల్టేజ్ పరికరం యొక్క వాహకతను నిర్ణయిస్తుంది. ఈ గేట్ వోల్టేజ్ మీద ఆధారపడి మనం వాహకతను మార్చవచ్చు మరియు అందువల్ల మనం దానిని స్విచ్ గా లేదా యాంప్లిఫైయర్ గా ట్రాన్సిస్టర్ ను స్విచ్ గా లేదా యాంప్లిఫైయర్ గా వాడవచ్చు.

బైపోలార్ జంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్ లేదా బిజెటికి బేస్, ఉద్గారిణి మరియు కలెక్టర్ ఉన్నాయి, అయితే మోస్‌ఫెట్‌లో గేట్, డ్రెయిన్ మరియు సోర్స్ కనెక్షన్ ఉన్నాయి. పిన్ కాన్ఫిగరేషన్ కాకుండా, BJT ఆపరేషన్ కోసం కరెంట్ అవసరం మరియు MOSFET కి వోల్టేజ్ అవసరం.

MOSFET చాలా ఎక్కువ ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ను అందిస్తుంది మరియు ఇది పక్షపాతానికి చాలా సులభం. కాబట్టి, సరళ చిన్న యాంప్లిఫైయర్ కోసం, MOSFET ఒక అద్భుతమైన ఎంపిక. కేంద్రీకృత స్థిర Q పాయింట్ అయిన సంతృప్త ప్రాంతంలో మేము MOSFET ను పక్షపాతం చేసినప్పుడు సరళ విస్తరణ జరుగుతుంది.

దిగువ చిత్రంలో, ప్రాథమిక N- ఛానల్ MOSFET ల అంతర్గత నిర్మాణం చూపబడుతుంది. మోస్ఫెట్ డ్రెయిన్, గేట్ మరియు సోర్స్ అనే మూడు కనెక్షన్లను కలిగి ఉంది. గేట్ మరియు ఛానెల్ మధ్య ప్రత్యక్ష సంబంధం లేదు. గేట్ ఎలక్ట్రోడ్ ఎలక్ట్రికల్ ఇన్సులేట్ చేయబడింది మరియు ఈ కారణంగా, దీనిని కొన్నిసార్లు IGFET లేదా ఇన్సులేటెడ్ గేట్ ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్ అని పిలుస్తారు.

విస్తృతంగా ప్రాచుర్యం పొందిన MOSFET IRF530N యొక్క చిత్రం ఇక్కడ ఉంది.

MOSFET ల రకాలు

ఆపరేటింగ్ మోడ్‌ల ఆధారంగా, రెండు రకాల MOSFET లు అందుబాటులో ఉన్నాయి. ఈ రెండు రకాలు ఇంకా రెండు ఉప రకాలను కలిగి ఉంటాయి

1. క్షీణత మోడ్‌తో క్షీణత రకం MOSFET లేదా MOSFET

• N- ఛానల్ MOSFET లేదా NMOS
• P- ఛానల్ MOSFET లేదా PMOS

1. వృద్ధి రకం MOSFET లేదా వృద్ధి మోడ్‌తో MOSFET

• N- ఛానల్ MOSFET లేదా NMOS
• P- ఛానల్ MOSFET లేదా PMOS

క్షీణత రకం MOSFET

MOSFET యొక్క క్షీణత రకం సాధారణంగా సున్నా గేట్ నుండి మూల వోల్టేజ్ వద్ద ఉంటుంది. MOSFET N- ఛానల్ క్షీణత-రకం MOSFET అయితే కొన్ని పరిమితుల వోల్టేజ్ ఉంటుంది, ఇది పరికరాన్ని ఆపివేయడానికి అవసరం. ఉదాహరణకు, -3V లేదా -5V యొక్క థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ ఉన్న N- ఛానల్ క్షీణత MOSFET, పరికరాన్ని ఆపివేయడానికి MOSFET యొక్క గేట్ ప్రతికూల -3V లేదా -5V లాగాలి. ఈ ప్రవేశ వోల్టేజ్ N ఛానెల్‌కు ప్రతికూలంగా ఉంటుంది మరియు పి ఛానెల్ విషయంలో సానుకూలంగా ఉంటుంది. ఈ రకమైన MOSFET సాధారణంగా లాజిక్ సర్క్యూట్లలో ఉపయోగించబడుతుంది.

వృద్ధి రకం MOSFET

MOSFET ల యొక్క మెరుగుదల రకంలో, పరికరం సున్నా గేట్ వోల్టేజ్ వద్ద ఆఫ్‌లో ఉంటుంది. MOSFET ను ఆన్ చేయడానికి, మేము కనీస గేట్ టు సోర్స్ వోల్టేజ్ (Vgs థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్) ను అందించాలి. కానీ, డ్రెయిన్ కరెంట్ ఈ గేట్-టు-సోర్స్ వోల్టేజ్ మీద ఎక్కువగా ఆధారపడుతుంది, Vgs పెరిగితే, డ్రెయిన్ కరెంట్ కూడా అదే పద్ధతిలో పెరుగుతుంది. విస్తరణ రకం MOSFET లు యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్‌ను నిర్మించడానికి అనువైనవి. అలాగే, క్షీణత MOSFET లాగా, దీనికి NMOS మరియు PMOS ఉప రకాలు కూడా ఉన్నాయి.

MOSFET యొక్క లక్షణాలు మరియు వక్రతలు

మూలానికి కాలువ అంతటా స్థిరమైన వోల్టేజ్‌ను అందించడం ద్వారా, మేము ఒక మోస్‌ఫెట్ యొక్క IV వక్రతను అర్థం చేసుకోవచ్చు. పైన చెప్పినట్లుగా, కాలువ ప్రవాహం Vgs, గేట్ టు సోర్స్ వోల్టేజ్ మీద ఎక్కువగా ఆధారపడుతుంది. మేము Vgs ను మారుస్తే డ్రెయిన్ కరెంట్ కూడా మారుతూ ఉంటుంది.

MOSFET యొక్క IV వక్రతను చూద్దాం.

పై చిత్రంలో, మేము N- ఛానల్ MOSFET యొక్క IV వాలును చూడవచ్చు, Vgs వోల్టేజ్ థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు కాలువ ప్రవాహం 0, ఈ సమయంలో MOSFET కట్-ఆఫ్ మోడ్‌లో ఉంటుంది. ఆ తరువాత గేట్-టు-సోర్స్ వోల్టేజ్ పెరగడం ప్రారంభించినప్పుడు, డ్రెయిన్ కరెంట్ కూడా పెరుగుతుంది.

IRF530 MOSFET యొక్క IV కర్వ్ యొక్క ఆచరణాత్మక ఉదాహరణను చూద్దాం,

Vgs 4.5V అయినప్పుడు, IRF530 యొక్క గరిష్ట కాలువ ప్రవాహం 25 డిగ్రీల C వద్ద 1A అని చూపించే వక్రత. కాని మనం Vgs ను 5V కి పెంచినప్పుడు, డ్రెయిన్ కరెంట్ దాదాపు 2A, చివరకు 6V Vgs వద్ద, ఇది 10A ను అందిస్తుంది కాలువ కరెంట్.

మోస్ఫెట్ మరియు కామన్-సోర్స్ యాంప్లిఫికేషన్ యొక్క DC బయాసింగ్

బాగా, ఇప్పుడు MOSFET ను సరళ యాంప్లిఫైయర్‌గా ఉపయోగించాల్సిన సమయం వచ్చింది. MOSFET ను ఎలా పక్షపాతం చేయాలో మరియు దానిని ఖచ్చితమైన ఆపరేషన్ ప్రాంతంలో ఎలా ఉపయోగించాలో మేము నిర్ణయిస్తే అది కఠినమైన పని కాదు.

MOSFET మూడు ఆపరేషన్ మోడ్‌లలో పనిచేస్తుంది: ఓహ్మిక్, సంతృప్తత మరియు చిటికెడు ఆఫ్ పాయింట్. సంతృప్త ప్రాంతాన్ని లీనియర్ రీజియన్ అని కూడా పిలుస్తారు. ఇక్కడ మేము MOSFET ని సంతృప్త ప్రాంతంలో నిర్వహిస్తాము, ఇది ఖచ్చితమైన Q- పాయింట్‌ను అందిస్తుంది.

మేము ఒక చిన్న సిగ్నల్ (సమయం-మారుతూ) అందించి, గేట్ లేదా ఇన్పుట్ వద్ద DC బయాస్‌ను వర్తింపజేస్తే, సరైన పరిస్థితిలో MOSFET సరళ విస్తరణను అందిస్తుంది.

పై చిత్రంలో, MOSFET గేట్‌కు ఒక చిన్న సైనూసోయిడల్ సిగ్నల్ (V _gs) వర్తించబడుతుంది, దీని ఫలితంగా అనువర్తిత సైనూసోయిడల్ ఇన్‌పుట్‌కు సింక్రోనస్ కాలువ కరెంట్ యొక్క హెచ్చుతగ్గులు ఏర్పడతాయి. చిన్న సిగ్నల్ V _{gs కొరకు}, g _m = dI _d / dVgs యొక్క వాలు ఉన్న Q పాయింట్ నుండి మనం సరళ రేఖను గీయవచ్చు.

పై చిత్రంలో వాలు చూడవచ్చు. ఇది ట్రాన్స్‌కండక్టన్స్ వాలు. యాంప్లిఫికేషన్ కారకానికి ఇది ఒక ముఖ్యమైన పరామితి. ఈ సమయంలో కాలువ ప్రస్తుత వ్యాప్తి

Id = gm x Vgs

ఇప్పుడు, పైన ఇచ్చిన స్కీమాటిక్ ను పరిశీలిస్తే, డ్రెయిన్ రెసిస్టర్ R _d సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి కాలువ ప్రవాహాన్ని అలాగే కాలువ వోల్టేజ్‌ను నియంత్రించగలదు.

Vds = Vdd - I _d x Rd (V = I x R గా)

AC అవుట్పుట్ సిగ్నల్ ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g _m x ߡ Vgs x Rd అవుతుంది

ఇప్పుడు సమీకరణాల ద్వారా, లాభం ఉంటుంది

విస్తరించిన వోల్టేజ్ లాభం = -g _m x Rd

కాబట్టి, MOSFET యాంప్లిఫైయర్ యొక్క మొత్తం లాభం ట్రాన్స్‌కండక్టెన్స్ మరియు డ్రెయిన్ రెసిస్టర్‌పై ఎక్కువగా ఆధారపడుతుంది.

సింగిల్ మోస్‌ఫెట్‌తో బేసిక్ కామన్ సోర్స్ యాంప్లిఫైయర్ నిర్మాణం

టు N ఛానెల్లో ఒకే MOSFET ఉపయోగించి యాంప్లిఫైయర్ సులభమైన సాధారణ మూలం, ముఖ్యమైన విషయం DC బయాస్ పరిస్థితి సాధించడానికి ఉంది. ప్రయోజనం కోసం, జెనరిక్ వోల్టేజ్ డివైడర్ రెండు సాధారణ రెసిస్టర్‌లను ఉపయోగించి నిర్మించబడింది: R1 మరియు R2. డ్రెయిన్ రెసిస్టర్ మరియు సోర్స్ రెసిస్టర్‌గా మరో రెండు రెసిస్టర్లు అవసరం.

విలువను నిర్ణయించడానికి దశల వారీ లెక్క అవసరం.

MOSFET అధిక ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్‌తో అందించబడుతుంది, తద్వారా ఆపరేటింగ్ స్థితిలో, గేట్ టెర్మినల్‌లో ప్రస్తుత ప్రవాహం లేదు.

ఇప్పుడు, మేము పరికరాన్ని పరిశీలిస్తే, VDD తో సంబంధం ఉన్న మూడు రెసిస్టర్లు ఉన్నాయని మేము కనుగొంటాము (బయాసింగ్ రెసిస్టర్లు లేకుండా). మూడు రెసిస్టర్లు Rd, MOSFET యొక్క అంతర్గత నిరోధకత మరియు రూ. కాబట్టి, మేము కిర్చోఫ్ యొక్క వోల్టేజ్ చట్టాన్ని వర్తింపజేస్తే, ఆ మూడు రెసిస్టర్‌లలోని వోల్టేజీలు VDD కి సమానం.

ఇప్పుడు ఓంలు చట్టం ప్రకారం, మేము గుణకారం నిరోధకం ప్రస్తుత V = నేను x వంటి R. కాబట్టి మేము వోల్టేజ్ పొందుతారు, ఇక్కడ విద్యుత్తు లేదా నేను కాలువ ఉంది _D. ఈ విధంగా, Rd అంతటా వోల్టేజ్ V = I _D x Rd, ప్రస్తుతము అదే I _D అయినందున ఇది Rs కి వర్తిస్తుంది, కాబట్టి రూ. అంతటా వోల్టేజ్ Vs = I _D x Rs. MOSFET కోసం, వోల్టేజ్ V _DS లేదా డ్రెయిన్-టు-సోర్స్ వోల్టేజ్.

ఇప్పుడు కెవిఎల్ ప్రకారం, VDD = I _D x Rd + V _DS + I _D x Rs VDD = I _D (Rd + Rs) + V _DS (Rd + Rs) = V _DD - V _DS / I _D

మేము దానిని మరింతగా అంచనా వేయవచ్చు

Rd = (V _DD - V _DS / I _D) - R _S Rs రూ = V _S / I _D గా లెక్కించవచ్చు

V _G = V _DD (R2 / R1 + R2) సూత్రం ద్వారా ఇతర రెండు రెసిస్టర్‌ల విలువలను నిర్ణయించవచ్చు.

మీకు విలువ లేకపోతే, మీరు దానిని V _G = V _GS + V _S ఫార్ములా నుండి పొందవచ్చు

అదృష్టవశాత్తూ, MOSFET డేటాషీట్ నుండి గరిష్ట విలువలు అందుబాటులో ఉంటాయి. స్పెసిఫికేషన్ ఆధారంగా మేము సర్క్యూట్ను నిర్మించగలము.

కట్-ఆఫ్ పౌన encies పున్యాలను భర్తీ చేయడానికి మరియు ఇన్పుట్ నుండి వచ్చే DC ని నిరోధించడానికి లేదా తుది ఉత్పత్తికి రావడానికి రెండు కలపడం కెపాసిటర్లు ఉపయోగించబడతాయి. DC బయాస్ డివైడర్ యొక్క సమానమైన ప్రతిఘటనను కనుగొని, కావలసిన కటాఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీని ఎంచుకోవడం ద్వారా మనం విలువలను పొందవచ్చు. ఫార్ములా ఉంటుంది

C = 1 / 2πf అవసరం

హై పవర్ యాంప్లిఫైయర్ డిజైన్ కోసం, మేము గతంలో 50 వాట్ల పవర్ యాంప్లిఫైయర్‌ను రెండు మోస్‌ఫెట్ ఉపయోగించి పుష్-పుల్ కాన్ఫిగరేషన్‌గా నిర్మిస్తాము, ప్రాక్టికల్ అప్లికేషన్ కోసం లింక్‌ను అనుసరించండి.