Tại sao MOSFET được điều khiển điện áp?

MOSFET (Transitor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại) được gọi là thiết bị điều khiển điện áp chủ yếu vì nguyên lý hoạt động của chúng chủ yếu dựa vào việc điều khiển điện áp cổng (Vgs) trên dòng thoát (Id), thay vì dựa vào dòng điện để điều khiển nó, như đó là trường hợp của các bóng bán dẫn lưỡng cực (chẳng hạn như BJT). Sau đây là giải thích chi tiết về MOSFET như một thiết bị điều khiển điện áp:

Nguyên tắc làm việc

Kiểm soát điện áp cổng:Trái tim của MOSFET nằm ở cấu trúc giữa cổng, nguồn và cống của nó và một lớp cách điện (thường là silicon dioxide) bên dưới cổng. Khi đặt điện áp vào cổng, một điện trường được tạo ra bên dưới lớp cách điện và trường này làm thay đổi độ dẫn điện của khu vực giữa nguồn và cống.

Hình thành kênh dẫn điện:Đối với MOSFET kênh N, khi điện áp cổng Vgs đủ cao (trên một giá trị cụ thể gọi là điện áp ngưỡng Vt), các electron trong chất nền loại P bên dưới cổng bị hút vào mặt dưới của lớp cách điện, tạo thành một N- loại kênh dẫn điện cho phép dẫn điện giữa nguồn và cống. Ngược lại, nếu VSS thấp hơn Vt, kênh dẫn điện không được hình thành và MOSFET ở trạng thái cắt.

Kiểm soát dòng xả:kích thước của dòng thoát Id chủ yếu được điều khiển bởi điện áp cổng VSS. VSS càng cao thì kênh dẫn được hình thành càng rộng và Id dòng thoát càng lớn. Mối quan hệ này cho phép MOSFET hoạt động như một thiết bị điều khiển dòng điện bằng điện áp.

Ưu điểm đặc tính Piezo

Trở kháng đầu vào cao:Trở kháng đầu vào của MOSFET rất cao do sự cách ly giữa cổng và vùng nguồn-cống bằng một lớp cách điện và dòng điện cổng gần như bằng 0, điều này rất hữu ích trong các mạch yêu cầu trở kháng đầu vào cao.

Tiếng ồn thấp:MOSFET tạo ra tiếng ồn tương đối thấp trong quá trình hoạt động, phần lớn là do trở kháng đầu vào cao và cơ chế dẫn sóng mang đơn cực.

Tốc độ chuyển đổi nhanh:Vì MOSFET là thiết bị được điều khiển bằng điện áp nên tốc độ chuyển mạch của chúng thường nhanh hơn so với các bóng bán dẫn lưỡng cực vốn phải trải qua quá trình tích trữ và giải phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch.

Tiêu thụ điện năng thấp:Ở trạng thái bật, điện trở nguồn thoát (RDS(on)) của MOSFET tương đối thấp, giúp giảm mức tiêu thụ điện năng. Ngoài ra, ở trạng thái cắt, mức tiêu thụ điện năng tĩnh rất thấp vì dòng điện cổng gần như bằng 0.

Tóm lại, MOSFET được gọi là thiết bị điều khiển bằng điện áp vì nguyên lý hoạt động của chúng phụ thuộc rất nhiều vào việc điều khiển dòng thoát bằng điện áp cổng. Đặc tính điều khiển điện áp này làm cho MOSFET có triển vọng cho nhiều ứng dụng trong mạch điện tử, đặc biệt khi cần có trở kháng đầu vào cao, độ ồn thấp, tốc độ chuyển mạch nhanh và mức tiêu thụ điện năng thấp.