Waarom zijn MOSFET's spanningsgestuurd?

MOSFET's (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) worden spanningsgestuurde apparaten genoemd, voornamelijk omdat hun werkingsprincipe voornamelijk berust op de regeling van de poortspanning (Vgs) over de drainstroom (Id), in plaats van te vertrouwen op de stroom om deze te regelen, zoals is het geval bij bipolaire transistors (zoals BJT's). Hieronder volgt een gedetailleerde uitleg van de MOSFET als een spanningsgestuurd apparaat:

Werkingsprincipe

Poortspanningsregeling:Het hart van een MOSFET ligt in de structuur tussen de gate, source en drain, en een isolerende laag (meestal siliciumdioxide) onder de gate. Wanneer er spanning op de gate wordt gezet, ontstaat er een elektrisch veld onder de isolatielaag, en dit veld verandert de geleidbaarheid van het gebied tussen de source en de drain.

Geleidende kanaalvorming:Voor N-kanaal MOSFET's worden, wanneer de poortspanning Vgs hoog genoeg is (boven een specifieke waarde die de drempelspanning Vt wordt genoemd), elektronen in het P-type substraat onder de poort aangetrokken naar de onderkant van de isolatielaag, waardoor een N- type geleidend kanaal dat geleidbaarheid tussen de bron en de afvoer mogelijk maakt. Omgekeerd, als Vgs lager is dan Vt, wordt het geleidende kanaal niet gevormd en bevindt de MOSFET zich op het punt van afsnijden.

Afvoerstroomregeling:de grootte van de afvoerstroom Id wordt voornamelijk bepaald door de poortspanning Vgs. Hoe hoger de Vgs, hoe breder het geleidende kanaal wordt gevormd, en hoe groter de afvoerstroom Id. Door deze relatie kan de MOSFET fungeren als een spanningsgestuurd stroomapparaat.

Voordelen van piëzo-karakterisering

Hoge ingangsimpedantie:De ingangsimpedantie van de MOSFET is zeer hoog vanwege de isolatie van de poort en het source-drain-gebied door een isolatielaag, en de poortstroom is bijna nul, wat hem bruikbaar maakt in circuits waar een hoge ingangsimpedantie vereist is.

Laag geluidsniveau:MOSFET's genereren tijdens bedrijf relatief weinig ruis, grotendeels vanwege hun hoge ingangsimpedantie en unipolaire draaggolfgeleidingsmechanisme.

Snelle schakelsnelheid:Omdat MOSFET's spanningsgestuurde apparaten zijn, is hun schakelsnelheid meestal sneller dan die van bipolaire transistors, die tijdens het schakelen het proces van ladingsopslag en -afgifte moeten doorlopen.

Laag stroomverbruik:In de ingeschakelde toestand is de drain-source-weerstand (RDS(on)) van de MOSFET relatief laag, wat helpt het stroomverbruik te verminderen. Bovendien is het statische energieverbruik in de afgesneden toestand zeer laag omdat de poortstroom bijna nul is.

Samenvattend worden MOSFET's spanningsgestuurde apparaten genoemd omdat hun werkingsprincipe sterk afhankelijk is van de regeling van de afvoerstroom door de poortspanning. Deze spanningsgestuurde eigenschap maakt MOSFET's veelbelovend voor een breed scala aan toepassingen in elektronische circuits, vooral waar een hoge ingangsimpedantie, weinig ruis, een hoge schakelsnelheid en een laag stroomverbruik vereist zijn.