Mosfet là gì ?

Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ giới thiệu ngắn gọn về MOSFET, tức là bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại. Chúng ta sẽ tìm hiểu về các loại MOSFET khác nhau (tăng cường và ngèo).

Mosfet là gì

Bóng bán dẫn, phát minh đã thay đổi thế giới. Chúng là các thiết bị bán dẫn hoạt động như một công tắc điều khiển bằng điện hoặc một bộ khuếch đại tín hiệu. Các bóng bán dẫn có nhiều hình dạng, kích thước và thiết kế nhưng về cơ bản, tất cả các bóng bán dẫn thuộc hai họ chính :

  • bóng bán dẫn kết nối lưỡng cực hoặc BJT
  • bóng bán dẫn hiệu ứng trường hoặc FET

Để tìm hiểu thêm về khái niệm cơ bản của bóng bán dẫn và lịch sử của nó, hãy đọc hướng dẫn Giới thiệu về transistor.

Có hai điểm khác biệt chính giữa BJT và FET. Điểm khác biệt đầu tiên là trong BJT, hạt mang đa số và thiểu số mang điện tích đều chịu trách nhiệm dẫn dòng trong khi trong FET, chỉ có hạt mang đa số mang điện tích tham gia.

Sự khác biệt khác và rất quan trọng là BJT về cơ bản là một thiết bị điều khiển bawngfd dòng điện có nghĩa là dòng điện ở chân của bóng bán dẫn xác định lượng dòng điện chạy giữa cực C và cực E. Trong khi FET, điện áp tại cực G (nó tương đương cực B trong BJT) xác định dòng điện giữa hai cực còn lại.

FET lại được chia thành hai loại:

  • bóng bán dẫn hiệu ứng trường tiếp giáp hoặc JFET
  • bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại hoặc MOSFET

Ta sẽ tập trung vào MOSFET trong hướng dẫn này.

FET bán dẫn oxit kim loại

bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại (MOSFET) là một loại bóng bán dẫn FET. Trong các bóng bán dẫn này, cực G được cách điện khỏi kênh mang dòng điện nên nó còn được gọi là cổng cách điện FET (IG-FET). Do cách điện giữa cực G và cực S, điện trở đầu vào của MOSFET có thể rất cao.

Giống như JFET, MOSFET cũng hoạt động như một điện trở điều khiển điện áp khi không có dòng điện nào chạy vào cực G. Điện áp nhỏ ở cực G điều khiển dòng điện chạy qua kênh giữa cực S và cực D. Ngày nay, các bóng bán dẫn MOSFET chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng mạch điện tử thay vì JFET.

MOSFET cũng có cực, đó là Drain (D), Source (S) và Gate (G) và có một cực khác được gọi là cực nền hoặc Thân (B). MOSFET cũng có hai loại, kênh N (NMOS) và kênh P (PMOS). MOSFET về cơ bản được phân loại thành hai dạng. 

  • Loại bóng bán dẫn fet khuyết lập (nghèo)
  • Loại bóng bán dẫn fet tăng cường

Loại Fet khuyết lập (nghèo)

bóng bán dẫn MOSFET loại khuyết lập tương đương với một công tắc “thường đóng”. Loại khuyết lập của bóng bán dẫn yêu cầu điện áp nguồn (V GS ) để TẮT thiết bị.

Các ký hiệu cho MOSFET khuyết lập ở cả hai loại kênh N và kênh P được hiển thị ở trên. Trong các ký hiệu trên, chúng ta có thể quan sát thấy rằng cực thứ tư (chất nền) được kết nối với đất, nhưng trong các MOSFET phân lập, nó được kết nối với cực S. Đường dày liên tục được kết nối giữa cực D và S thể hiện loại khuyết lập. Biểu tượng mũi tên cho biết loại kênh, chẳng hạn như kênh N hoặc kênh P.

Trong loại MOSFET này, một lớp silicon mỏng được lắng xuống bên dưới cực G. Các bóng bán dẫn MOSFET ở chế độ khuyết lập thường BẬT ở điện áp (VGS=0). Độ dẫn của kênh trong MOSFET khuyết lập ít hơn so với loại MOSFET tăng cường.

Loại fet tăng cường

MOSFET tăng cường tương đương với công tắc “Thường mở” và các loại bóng bán dẫn này yêu cầu điện áp G-S để BẬT thiết bị. Ký hiệu của cả MOSFET chế độ tằn cường kênh N và kênh P được hiển thị bên dưới.

Ở đây, chúng ta có thể quan sát thấy một đường đứt đoạn được nối giữa D và S, biểu thị loại chế độ tăng cường. Trong MOSFETs ở chế độ tăng cường, độ dẫn điện tăng lên bằng cách tăng lớp oxit, lớp này thêm các hạt tải điện vào kênh.

Nói chung, lớp oxit này được gọi là ‘Lớp đảo’. Kênh được hình thành giữa D và S theo kiểu ngược lại với chất nền, chẳng hạn như kênh N được tạo với chất nền loại P và kênh P được tạo với chất nền loại N. Độ dẫn của kênh do electron hoặc lỗ trống phụ thuộc vào kênh loại N hoặc loại P tương ứng.

Cấu trúc của MOSFET

Cấu trúc cơ bản của MOSFET được thể hiện trong hình trên. Việc xây dựng MOSFET rất khác khi so sánh với cấu trúc của JFET. Trong cả hai chế độ tăng cường và khuyết lập của MOSFET, một điện trường được tạo ra bởi điện áp cực G, làm thay đổi dòng của các hạt mang điện tích, chẳng hạn như các điện tử đối với kênh N và lỗ trống đối với kênh P.

Ở đây, chúng ta có thể quan sát thấy cực G nằm trên lớp cách điện oxit kim loại mỏng và hai vùng loại N được sử dụng bên dưới cực S và D.

Trong cấu trúc MOSFET ở trên, kênh giữa D và S là loại N, được hình thành đối diện với chất nền loại P. Có thể dễ dàng phân cực G MOSFET cho các cực (+ ve) hoặc (-ve).

Nếu không có phân cực ở cực G, thì MOSFET nói chung ở trạng thái không dẫn điện để các MOSFET này được sử dụng để tạo công tắc và cổng logic. Loại khuyết lập và tăng cường của MOSFET đều có sẵn ở các loại kênh N và kênh P.

Chế độ khuyết lập

MOSFET ở chế độ khuyết lập thường được gọi là thiết bị ‘Switched ON’, bởi vì các bóng bán dẫn này thường được đóng khi không có điện áp phân cực ở cực G. Nếu điện áp tại G dương, thì độ rộng kênh tăng ở chế độ khuyết lập.

Kết quả là dòng I D qua kênh tăng lên. Nếu điện áp G âm, thì độ rộng kênh rất ít và MOSFET có thể đi vào vùng cắt. Chế độ khuyết lập MOSFET là một loại bóng bán dẫn hiếm khi được sử dụng trong các mạch điện tử.

Biểu đồ sau đây cho thấy Đường cong đặc tuyến VI của Chế độ khuyết lập MOSFET.

Các đặc tuyến VI của bóng bán dẫn MOSFET chế độ khuyết lập được đưa ra ở trên. Đặc tuyến này chủ yếu đưa ra mối quan hệ giữa điện áp D-S (V DS ) và dòng xả (I D ). Điện áp nhỏ ở tại cực G sẽ kiểm soát dòng điện chạy qua kênh.

Kênh giữa D và S hoạt động như một dây dẫn tốt với điện áp phân cực bằng không ở cực G. Chiều rộng kênh và dòng xả tăng nếu điện áp cực G là dương và chiều rộng kênh và dòng xả giảm nếu điện áp cực G là âm.

Chế độ tăng cường

Chế độ tăng cường MOSFET là loại bóng bán dẫn thường được sử dụng. Loại MOSFET này tương đương với công tắc thường mở vì nó không dẫn điện khi điện áp cực G bằng không. Nếu điện áp dương (+ V GS ) được đạt tại cực G, thì kênh dẫn và dòng I D chạy qua kênh.

Nếu điện áp phân cực này tăng lên thì độ rộng kênh và dòng I D qua kênh tăng lên. Nhưng nếu điện áp phân cực bằng 0 hoặc âm (-V GS ) thì bóng bán dẫn có thể TẮT và kênh ở trạng thái không dẫn điện. Vì vậy, bây giờ chúng ta có thể nói rằng điện áp cực G của chế độ tăng cường MOSFET tăng cường kênh.

Chế độ tăng cường Các bóng bán dẫn MOSFET hầu hết được sử dụng làm công tắc trong các mạch điện tử vì điện trở thấp khi Bật và điện trở cao khi Tắt. Các bóng bán dẫn này được sử dụng để tạo các cổng logic và trong các mạch chuyển đổi nguồn, chẳng hạn như cổng CMOS, có cả bóng bán dẫn NMOS và PMOS.

Các đặc tính VI của chế độ tăng cường MOSFET được trình bày ở trên cho thấy mối quan hệ giữa dòng xả (ID) và điện áp D-S (VDS). Từ hình trên, chúng tôi đã quan sát hoạt động của MOSFET tăng cường ở các vùng khác nhau, chẳng hạn như ohmic, bão hòa và vùng cắt.

Các bóng bán dẫn MOSFET được chế tạo bằng các vật liệu bán dẫn khác nhau. Các MOSFET này có khả năng hoạt động ở cả chế độ dẫn điện và không dẫn điện tùy thuộc vào điện áp phân cực ở đầu vào. Khả năng này của MOSFET làm cho nó được sử dụng trong chuyển mạch và khuếch đại.

Bộ khuếch đại MOSFET kênh N

Khi so sánh với BJT, MOSFET có độ dẫn điện rất thấp, có nghĩa là độ lợi điện áp sẽ không lớn. Do đó, MOSFET thường không được sử dụng trong các mạch khuếch đại.

Chúng ta hãy xem mạch khuếch đại ‘lớp A’ một tầng sử dụng MOSFET tăng cường Kênh N. Chế độ tăng cường kênh N MOSFET với cấu hình nguồn phổ biến là loại mạch khuếch đại được sử dụng chủ yếu hơn các loại khác. Các bộ khuếch đại MOSFET chế độ khuyết lập rất giống với các bộ khuếch đại JFET.

Điện trở đầu vào của MOSFET được điều khiển bởi điện trở phân cực G được tạo ra bởi các điện trở đầu vào. Tín hiệu đầu ra của mạch khuếch đại này bị đảo ngược vì khi điện áp cực G (V G ) cao, bóng bán dẫn được chuyển sang BẬT và khi điện áp (V G ) thấp thì bóng bán dẫn được chuyển sang TẮT.

Bộ khuếch đại MOSFET S chung được trình bày ở trên. Đây là một bộ khuếch đại của chế độ lớp A. Ở đây bộ chia áp hay phân áp được hình thành bởi các điện trở đầu vào R1 và R2 và điện trở đầu vào cho tín hiệu xoay chiều được cho là Rin = RG = 1MΩ.

Các phương trình để tính toán điện áp cực G và dòng Id cho mạch khuếch đại trên được đưa ra dưới đây.

 V G = (R 2 / (R 1 + R 2 )) * VDD 

 I D = V S / R S 

Ở đây,

V G = điện áp cực G

V S = điện áp nguồn đầu vào

V DD = điện áp cung cấp tại D

R S = điện trở của S

R 1 & R 2 = điện trở đầu vào

Các vùng khác nhau mà MOSFET hoạt động trong tổng hoạt động của chúng được thảo luận dưới đây.

Vùng cắt: Nếu điện áp GS nhỏ hơn điện áp ngưỡng thì chúng ta nói rằng bóng bán dẫn đang hoạt động trong vùng cắt (nghĩa là TẮT hoàn toàn). Trong vùng này, dòng điện Id  bằng 0 và bóng bán dẫn hoạt động như một mạch hở.

 V GS <V TH => I DS = 0 

Vùng Ohmic (Tuyến tính): Nếu điện áp cực G lớn hơn điện áp ngưỡng và điện áp DS nằm giữa VTH và (VGS – VTH) thì chúng ta nói rằng bóng bán dẫn ở vùng tuyến tính và ở trạng thái này bóng bán dẫn hoạt động như một biến điện trở.

 V GS > V TH và V TH <V DS <(V GS .VGS – V TH ) => MOSFET hoạt động như một biến trở 

Vùng bão hòa: Trong vùng này, điện áp cực G lớn hơn nhiều so với điện áp ngưỡng và dòng Id ở giá trị lớn nhất và bóng bán dẫn ở trạng thái BẬT hoàn toàn. Trong vùng này bóng bán dẫn hoạt động như một mạch kín.

 V GS >> V TH và (V GS – V TH ) <V DS <2 (V GS – V TH ) => I DS = Maximum 

điện áp cực G tại đó bóng bán dẫn BẬT và bắt đầu dòng điện chạy qua kênh được gọi là điện áp ngưỡng. Phạm vi giá trị điện áp ngưỡng này đối với loại kênh N nằm trong khoảng từ 0,5V đến 0,7V và đối với loại kênh P nằm trong khoảng -0,5V đến -0,8V.

Hoạt động của bóng bán dẫn MOSFET trong các chế độ khuyết lập và tăng cường tùy thuộc vào điện áp cực G được tóm tắt như sau.

MOSFET TYPEVGS = +VEVGS = 0VGS = -VE
N-Channel Khuyết lậpONONOFF
N-Channel Tăng cườngONOFFOFF
P-Channel khuyết lậpOFFONON
P-Channel tăng cườngOFFOFFON

Các ứng dụng

  • MOSFET được sử dụng trong các mạch tích hợp kỹ thuật số, chẳng hạn như bộ vi xử lý.
  • Được sử dụng trong máy tính.
  • Được sử dụng trong bộ nhớ và trong cổng CMOS logic.
  • Được sử dụng như các công tắc tương tự.
  • Dùng làm bộ khuếch đại.
  • Được sử dụng trong các ứng dụng của điện tử công suất và nguồn cung cấp năng lượng chế độ chuyển mạch.
  • MOSFET được sử dụng như bộ tạo dao động trong hệ thống vô tuyến.
  • Được sử dụng trong hệ thống âm thanh ô tô và trong hệ thống tăng cường âm thanh.

MOSFET dưới dạng công tắc

Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hoạt động của MOSFET như một Switch. Trong hướng dẫn trên về MOSFET ở trên, chúng ta đã thấy những kiến ​​thức cơ bản về MOSFET, các loại, cấu trúc và một số ứng dụng của MOSFET.

Một trong những ứng dụng quan trọng của MOSFET trong lĩnh vực Điện tử Công suất là nó có thể được cấu hình như một bộ chuyển mạch tương tự đơn giản. Với sự trợ giúp của các công tắc tương tự như vậy, các hệ thống kỹ thuật số có thể kiểm soát luồng tín hiệu trong các mạch tương tự.

Chuyển mạch trong Điện tử

Chuyển mạch bán dẫn trong mạch điện tử là một trong những khía cạnh quan trọng. Một thiết bị bán dẫn như BJT hoặc MOSFET thường được vận hành như các công tắc, tức là chúng ở trạng thái BẬT hoặc ở trạng thái TẮT.

Đặc điểm công tắc lý tưởng

Đối với một thiết bị bán dẫn, như MOSFET, để hoạt động như một công tắc lý tưởng, nó phải có các tính năng sau:

  • Trong trạng thái ON, không nên có bất kỳ giới hạn nào về lượng dòng điện qua nó.
  • Ở trạng thái OFF, không nên có bất kỳ giới hạn nào về điện áp.
  • Khi thiết bị ở trạng thái ON, không được giảm điện áp.
  • Điện trở trạng thái OFF nên là vô hạn.
  • Tốc độ hoạt động của thiết bị không có giới hạn.

Đặc điểm công tắc thực tế

Nhưng thực tế không phải là lý tưởng. Trong một tình huống thực tế, một linh kiện bán dẫn như MOSFET có các đặc điểm sau.

  • Trong trạng thái BẬT, khả năng xử lý nguồn bị hạn chế, tức là dòng dẫn hạn chế. Điện áp chặn trong trạng thái TẮT cũng bị hạn chế.
  • Thời gian bật và tắt hữu hạn, giới hạn tốc độ chuyển đổi. Tần suất hoạt động tối đa cũng bị hạn chế.
  • Khi thiết bị BẬT, sẽ có một điện trở hữu hạn trên trạng thái dẫn đến giảm điện áp chuyển tiếp. Cũng sẽ có một điện trở trạng thái tắt hữu hạn dẫn đến dòng điện rò.
  • Một công tắc thực tế cut-off trong trạng thái bật, trạng thái tắt và cả trong trạng thái chuyển đổi (bật sang tắt hoặc tắt sang bật).

Hoạt động của MOSFET như một Switch

Nếu bạn hiểu cách hoạt động của MOSFET và các khu vực hoạt động của nó, bạn có thể đoán cách MOSFET hoạt động như một công tắc. Chúng ta sẽ hiểu hoạt động của MOSFET như một công tắc bằng cách xem xét một mạch ví dụ đơn giản.

Đây là một mạch đơn giản, trong đó MOSFET chế độ tăng cường Kênh N sẽ BẬT hoặc TẮT đèn. Để vận hành MOSFET như một công tắc, nó phải được vận hành trong vùng cắt và tuyến tính (hoặc triode).

Giả sử ban đầu thiết bị đang TẮT. Điện áp trên G và S tức là, V GS dương thích hợp (nói về mặt kỹ thuật, V GS > V TH ), MOSFET đi vào vùng tuyến tính và công tắc BẬT. Điều này làm cho Đèn BẬT.

Nếu điện áp cực G đầu vào là 0V (hoặc về mặt kỹ thuật là <V TH ), MOSFET sẽ chuyển sang trạng thái cắt và tắt. Điều này sẽ làm cho đèn TẮT.

Ví dụ về MOSFET làm Switch

Hãy xem xét một tình huống mà bạn muốn điều khiển kỹ thuật số đèn LED 12W (12V @ 1A) bằng Bộ vi điều khiển. Khi bạn nhấn nút được kết nối với bộ vi điều khiển, đèn LED sẽ BẬT. Khi bạn nhấn lại cùng một nút, đèn LED sẽ TẮT.

Rõ ràng là bạn không thể điều khiển trực tiếp đèn LED với sự trợ giúp của vi điều khiển. Bạn cần một thiết bị thu hẹp khoảng cách giữa vi điều khiển và đèn LED.

Thiết bị này phải nhận tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển (thường điện áp của tín hiệu này nằm trong dải điện áp làm việc của vi điều khiển, ví dụ như 5V) và cấp nguồn cho đèn LED, trong trường hợp này là từ nguồn cung cấp 12V.

Thiết bị mà tôi sẽ sử dụng là MOSFET. Việc thiết lập tình huống nêu trên được hiển thị trong mạch sau.

Khi ở mức logic 1 (giả sử Vi điều khiển 5V, Logic 1 là 5V và Logic 0 là 0V) được cung cấp cho cổng của MOSFET, nó sẽ BẬT và cho phép dòng điện chạy qua. Kết quả là đèn LED được BẬT.

Tương tự, khi Logic 0 được cấp cho cổng MOSFET, nó sẽ TẮT và đến lượt nó sẽ TẮT đèn LED.

Do đó, bạn có thể điều khiển kỹ thuật số một thiết bị công suất cao với sự kết hợp của Vi điều khiển và MOSFET.

Lưu ý quan trọng

Một yếu tố quan trọng cần xem xét là công suất tiêu tán của MOSFET. Hãy xem xét một MOSFET có Điện trở Nguồn là 0,1Ω. Trong trường hợp trên, tức là, đèn LED 12W được điều khiển bởi nguồn 12V sẽ dẫn đến dòng Id 1A.

Do đó công suất do MOSFET tiêu tán là P = I 2 * R = 1 * 0,1 = 0,1W.

Đây có vẻ là một giá trị thấp nhưng nếu bạn điều khiển một động cơ sử dụng cùng một MOSFET, tình hình sẽ khác một chút. Dòng khởi động (còn được gọi là dòng vào) của động cơ sẽ rất cao.

Vì vậy, ngay cả với RDS là 0,1Ω, công suất tiêu hao trong quá trình khởi động động cơ vẫn sẽ cao đáng kể, có thể dẫn đến quá tải nhiệt. Do đó, R DS sẽ là tham số chính để chọn MOSFET cho ứng dụng của bạn.

Ngoài ra, khi điều khiển một động cơ, emf phản kháng là một yếu tố quan trọng phải được xem xét trong khi thiết kế mạch.

Một trong những ưu điểm chính của việc điều khiển động cơ với MOSFET là tín hiệu PWM đầu vào có thể được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ một cách trơn tru.

Sự khác biệt chính giữa BJT và MOSFET

Sự khác biệt chính giữa transistor BJT và MOSFET được thảo luận dưới đây.

  • BJT là một transistor tiếp giáp lưỡng cực trong khi MOSFET là một transistor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại  .
  • Một BJT có 3 cực là B, cực E và cực C, trong khi MOSFET có 3 cực là G,D và S.
  • BJT được sử dụng cho các ứng dụng dòng điện thấp, trong khi MOSFET được sử dụng cho các ứng dụng công suất cao .
  • Ngày nay, trong các mạch tương tự và kỹ thuật số , MOSFET được coi là được sử dụng phổ biến hơn BJTS.
  • Hoạt động của BJT phụ thuộc vào dòng điện tại cực B và hoạt động của MOSFET phụ thuộc vào điện áp tại điện cực G cách điện oxit.
  • BJT là thiết bị điều khiển bởi dòng điện và MOSFET là thiết bị điều khiển bằng điện áp.MOSFET được sử dụng nhiều hơn BJT trong hầu hết các ứng dụng
  • Cấu trúc của MOSFET phức tạp hơn BJT

BJT hoặc MOSFET cái nào tốt hơn ?

Cả BJT và MOSFET đều bao gồm các tính năng độc đáo và những ưu nhược điểm riêng. Tuy nhiên, chúng ta không thể nói cái nào tốt trong BJT & MOSFET vì vấn đề này cực kỳ chủ quan. Nhưng trước khi chọn BJT hoặc MOSFET, có một số yếu tố cần phải xem xét như mức công suất, hiệu suất, điện áp điều khiển, giá cả, tốc độ chuyển mạch, v.v.

Thông thường, MOSFET được sử dụng trong bộ nguồn hiệu quả hơn vì MOSFET hoạt động nhanh hơn do sử dụng oxit kim loại ngoài BJT. Ở đây, BJT phụ thuộc vào sự kết hợp của lỗ trống.

MOSFET hoạt động với công suất thấp khi chuyển đổi ở tần số cao vì nó có tốc độ chuyển mạch nhanh nên dẫn qua hiệu ứng trường được điều khiển bởi ôxít lưới nhưng không thông qua sự tái kết hợp của một điện tử hoặc lỗ trống như BJT. Trong MOSFET, mạch điều khiển rất đơn giản.

Ít mất độ dẫn điện hơn

Một transistor tiếp giáp lưỡng cực bao gồm điện áp bão hòa ổn định như 0,7 V, trong khi MOSFET bao gồm điện trở 0,001 ohm dẫn đến tổn thất điện năng ít hơn.

Trở kháng đầu vào cao

transistor lưỡng cực sử dụng dòng điện cực B thấp để vận hành dòng điện Ic lớn hơn. Và chúng hoạt động giống như một bộ khuếch đại dòng điện. MOSFET là một thiết bị được điều khiển bằng điện áp. Cực G hoạt động giống như một tụ điện và nó là một lợi ích đáng kể trong các ứng dụng chuyển mạch & dòng điện cao vì độ lợi của công suất BJTs có mức trung bình đến thấp, cần dòng Ib cao để tạo ra dòng cao.

Diện tích MOSFET chiếm ít hơn so với BJT khoảng 1/5. Hoạt động BJT không đơn giản như so với MOSFET. Vì vậy FET có thể được thiết kế rất dễ dàng và có thể được sử dụng giống như các phần tử thụ động thay vì bộ khuếch đại.

Tại sao MOSFET tốt hơn BJT?

Có rất nhiều lợi ích khi sử dụng MOSFET thay vì BJT như sau.

MOSFET rất nhạy so với BJT vì phần lớn các sóng mang điện tích trong MOSFET là dòng điện. Vì vậy, thiết bị này kích hoạt rất nhanh so với BJT. Vì vậy, điều này chủ yếu được sử dụng để chuyển đổi công suất của SMPS(Nguồn điện).

MOSFET không trải qua những thay đổi lớn trong khi trong BJT, dòng Ic sẽ thay đổi do sự thay đổi nhiệt độ, điện áp cực B và độ lợi dòng điện. Tuy nhiên, thay đổi lớn này không được tìm thấy trong MOSFET.

Trở kháng đầu vào của MOSFET rất cao khoảng megohms trong khi phạm vi trở kháng đầu vào của BJT trong phạm vi kiloohms. Do đó, việc chế tạo MOSFET cực kỳ hoàn hảo cho các mạch dựa trên bộ khuếch đại.

So với BJT, MOSFET có ít nhiễu hơn. Ở đây nhiễu có thể được định nghĩa là sự xâm nhập ngẫu nhiên trong một tín hiệu. Một khi transistor được sử dụng để khuếch đại tín hiệu, thì quá trình bên trong của transistor sẽ bắt đầu một số nhiễu thông thường này. Nói chung, BJT đưa vào tín hiệu nhiễu rất lớn so với MOSFET. Vì vậy MOSFETs thích hợp để xử lý tín hiệu khác với bộ khuếch đại điện áp.

Kích thước của MOSFET rất nhỏ so với BJT. Vì vậy, việc sắp xếp có thể được thực hiện trong không gian ít hơn. Vì lý do này, MOSFET được sử dụng trong bộ vi xử lý của máy tính và chip. Vì vậy, thiết kế của MOSFET rất đơn giản so với BJT.

Hệ số nhiệt độ của BJT & FET

Hệ số nhiệt độ của MOSFET là dương với điện trở và điều này sẽ làm cho hoạt động song song của MOSFET trở nên rất đơn giản dễ dàng. Về cơ bản, nếu MOSFET truyền dòng điện khuếch đại, nó rất dễ nóng lên, tăng điện trở và khiến dòng điện này di chuyển song song đến các thiết bị khác.

Hệ số nhiệt độ của BJT là âm, vì vậy điện trở là thiết yếu trong suốt quá trình song song của transistor tiếp giáp lưỡng cực.

Sự cố thứ cấp của MOSFET không xảy ra vì hệ số nhiệt độ của điều này là dương. Tuy nhiên, các transistor tiếp giáp lưỡng cực có hệ số nhiệt độ âm nên nó dẫn đến đánh thủng thứ cấp.

Ưu điểm của BJT so với MOSFET

Những lợi thế của BJT so với MOSFET bao gồm những điều sau đây.

  • BJT hoạt động tốt hơn trong điều kiện tải cao và với tần số cao hơn so với MOSFETS
  • BJT có độ trung thực cao hơn và độ lợi tốt hơn trong các vùng tuyến tính như được đánh giá với MOSFET.
  • So với MOSFETS, BJTS nhanh hơn vì điện dung thấp trên chân điều khiển. Nhưng MOSFET có khả năng chịu nhiệt tốt hơn và có thể mô phỏng một điện trở tốt.
  • BJT là một lựa chọn rất tốt cho các ứng dụng điện áp và công suất thấp

Những nhược điểm của BJT bao gồm những điều sau đây.

  • Nó ảnh hưởng bởi bức xạ
  • Nó tạo ra nhiều nhiễu hơn
  • Nó có độ ổn định nhiệt kém hơn
  • Kiểm soát B của BJT là rất phức tạp
  • Tần số chuyển mạch thấp và điều khiển phức tạp cao
  • Thời gian chuyển mạch của BJT thấp so với điện áp và dòng điện có tần số xoay chiều cao.

Ưu điểm và nhược điểm của MOSFET

Những lợi thế của MOSFET bao gồm những điều sau đây.

  • Kích thước nhỏ hơn
  • Sản xuất đơn giản
  • Trở kháng đầu vào cao so với JFET
  • Nó hỗ trợ hoạt động tốc độ cao
  • Tiêu thụ điện năng thấp để có thể cho phép nhiều linh kiện hơn cho mỗi chip bên ngoài khu vực
  • MOSFET với loại tăng cường được sử dụng trong mạch kỹ thuật số
  • Nó không có diode ở cực G, vì vậy nó có thể hoạt động thông qua điện áp G dương, ngược lại là điện áp G âm
  • Nó được sử dụng rộng rãi so với JFET
  • Điện trở xả của MOSFET cao vì điện trở kênh thấp

Những nhược điểm của MOSFET bao gồm những điều sau đây.

  • Những nhược điểm của MOSFET bao gồm những điều sau đây.
  • Tuổi thọ của MOSFET thấp
  • Cần hiệu chuẩn thường xuyên để đo liều lượng chính xác
  • Chúng rất dễ bị quá tải điện áp; do đó việc xử lý đặc biệt là cần thiết .

Hiệu ứng Miller trong mosfet

Luôn có  một điện dung giữa cực G và D nó là một vấn đề khá đau đầu. Ta xem xét MOSFET phổ biến là FQP30N06L (MOSFET kênh N 60V LOGIC). nó có các số liệu điện dung sau: –

  • Điện dung đầu vào 1040 pF (G vào S)
  • Điện dung đầu ra 350 pF (D vào S)
  • Điện dung  miller 65 pF (D ra G)

Đối với MOSFET, điện dung đầu vào thường là lớn nhất trong số ba vì để có được thông lượng tốt (thay đổi dòng Id để thay đổi điện áp GS),  lớp cách điện cực G phải rất mỏng và điều này làm tăng điện dung GS.

Điện dung Miller (điện dung chuyển ngược) thường nhỏ nhất nhưng nó có thể có ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất.

Hãy xem xét MOSFET ở trên với tải 10A từ điện áp cung cấp là 50V. Nếu điểu khiển điện áp qua G để bật  mosfet thì điện áp trền D có thể sẽ giảm từ 50V xuống 0V trong vòng vài trăm nano giây. Thật không may, điện áp cực D giảm nhanh chóng (khi mosfet bật) sẽ loại bỏ điện tích tại cực G thông qua điện dung miller và điều này có thể tắt mosfet- nó được gọi là phản hồi âm và có thể dẫn đến thời gian chuyển đổi (bật và tắt) ít hơn lý tưởng. Nói chung hiệu ứng này làm cho bật tắt mosfet một cách không đúng dẫn đến mạch sẽ k hoạt động một cách lý tưởng.

Như ta đã biết luôn có điện dung trong mosfet hãy xem hình dưới :

Quá trình điều khiển cổng MOSFET có thể hiểu đơn giản là quá trình nạp và xả của nguồn điều khiển đến điện dung đầu vào của MOSFET (chủ yếu là Cgs ); khi Cgs đạt đến điện áp ngưỡng, MOSFET chuyển sang trạng thái bật; khi MOSFET được bật  Vds bắt đầu giảm và Id bắt đầu tăng. Lúc này MOSFET đã đi vào vùng bão hòa. Tuy nhiên, do hiệu ứng Miller, Vgs sẽ tiếp tục tăng trong một khoảng thời gian, lúc này Id đã đạt cực đại, và Vds tiếp tục giảm cho đến khi tụ Miller sạc đầy, Vgs lại tăng đến giá trị của điện áp điều khiển. Lúc này, MOSFET đi vào vùng kháng cự. Tại thời điểm này, Vds hoàn toàn được hạ xuống và quá trình bật đã hoàn tất.

Bởi vì điện dung Miller ngăn cản sự gia tăng của Vgs và do đó sự suy giảm của Vds, điều này sẽ làm tăng thời gian mất mát.

Vậy làm sao để giảm hiệu ứng Miller

Đây là các hiểu đơn giản nhất : Đó là chúng ta ứng dụng mạch Cascode Vì nó khá khó hiểu mình sẽ tóm tắt lại nha , dưới đây là mạch cascose :

Nó đơn giản là mạch B chung( ở trên) và E chung (ở dưới) được kết nối với nhau :

Độ lợi tổng sẽ sấp xỉ bằng độ lợi của bộ E chung.

Như ta đã biết trong transistor hay mosfet có mộ tụ điện như hình

Khi điện áp Vin tăng lên ta tính toán được :

Vậy giá trị tụ điện sẽ phụ thuộc vào độ lợi nếu độ lợi cằng tăng thì C miller càng lớn. Vậy ta phải kết nối thêm một trans mắc theo kiểu E chung lú đó độ lợi của trans trên không bị ảnh hưởng.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button