Tranzistor sa efektom polja metal-oksid-poluprovodnik (MOSFET) je ključna komponenta u modernoj elektronici, koja se široko koristi u različitim aplikacijama kao što su pojačala snage, digitalna kola i regulatori napona. Razumijevanje njegovog modela malog signala je ključno za analizu i dizajniranje kola koja uključuju MOSFET-ove. Kao dobavljač MOS-a, dobro sam upućen u zamršenosti MOSFET-a i njihovih modela malog signala, i uzbuđen sam što mogu podijeliti ovo znanje s vama.
Osnovna struktura i rad MOSFET-a
Prije nego što uđemo u model malog signala, hajde da ukratko pregledamo osnovnu strukturu i rad MOSFET-a. MOSFET se sastoji od izvora, odvoda, kapije i tijela. Gejt je izolovan od kanala tankim slojem oksida, koji omogućava kontrolu struje kanala bez značajnog protoka struje u terminal gejta.
Postoje dva glavna tipa MOSFET-a: n-kanalni i p-kanalni. U n-kanalnom MOSFET-u, glavni nosioci u kanalu su elektroni, dok su u p-kanalnom MOSFET-u većinski nosioci rupe. Rad MOSFET-a zasniva se na modulaciji provodljivosti kanala naponom primijenjenom na terminal gejta. Kada se pozitivni napon primeni na kapiju n-kanalnog MOSFET-a (u odnosu na izvor), električno polje se stvara preko oksidnog sloja, koje privlači elektrone iz regiona izvora i drena u kanal, formirajući provodnu stazu između izvora i drena.
DC biasing i analiza malog signala
U analizi kola, analizu često delimo na dva dela: DC pristrasnost i analiza malog signala. DC biasing se koristi za uspostavljanje radne tačke (Q-tačke) MOSFET-a, koja određuje DC struje i napone u kolu. Kada se Q-tačka uspostavi, možemo izvršiti analizu malog signala da bismo proučavali ponašanje kola kao odgovor na male varijacije ulaznog signala oko Q-tačke.
Model malog signala MOSFET-a je linearizirano ekvivalentno kolo koje predstavlja ponašanje MOSFET-a za male varijacije ulaznog signala. Zasnovan je na pretpostavci da su varijacije u ulaznom signalu dovoljno male da MOSFET radi u linearnom području oko Q-tačke.
Komponente modela malog signala
Model malog signala MOSFET-a obično uključuje sljedeće komponente:
Transprovodljivost (gm)
Transkonduktivnost (g_m) je mjera odnosa između promjene struje odvoda (\Delta i_D) i promjene napona gejt-izvor (\Delta v_{GS}) pri konstantnom naponu drejn-izvor (v_{DS}). Matematički se definiše kao:
[g_m=\frac{\partial i_D}{\partial v_{GS}}\big|{v{DS}=konstanta}]
Transconductance (g_m) je važan parametar u modelu malog signala jer određuje koliko se mijenja struja odvoda kao odgovor na malu promjenu napona gejt-izvor. Može se izračunati korištenjem različitih formula ovisno o radnom području MOSFET-a. Na primjer, u području zasićenja n-kanalnog MOSFET-a, struja odvoda je data kao:
[i_D = \frac{1}{2}\mu_nC_{ox}\frac{W}{L}(v_{GS}-V_{TH})^2]
gdje je (\mu_n) pokretljivost elektrona, (C_{ox}) je oksidni kapacitet po jedinici površine, (W) je širina kanala, (L) je dužina kanala, i (V_{TH}) je granični napon. Uzimajući derivaciju (i_D) u odnosu na (v_{GS}), dobijamo:
[g_m=\mu_nC_{ox}\frac{W}{L}(v_{GS}-V_{TH})]
Izlazni otpor ((r_o))
Izlazni otpor (r_o) predstavlja otpor koji se vidi na drejn terminalu MOSFET-a kada se primeni mala promena napona drejn-izvor (\Delta v_{DS}), dok se napon gejt-izvor (v_{GS}) održava konstantnim. Definiše se kao:
[r_o=\frac{\partial v_{DS}}{\partial i_D}\big|{v{GS}=stalna}]
Izlazni otpor (r_o) objašnjava neidealno ponašanje MOSFET-a, kao što je efekat modulacije dužine kanala. U području zasićenja, struja odvoda je data kao:
[i_D=\frac{1}{2}\mu_nC_{ox}\frac{W}{L}(v_{GS}-V_{TH})^2(1 + \lambda v_{DS})]
gdje je (\lambda) parametar modulacije dužine kanala. Uzimajući derivaciju (v_{DS}) u odnosu na (i_D), dobijamo:
[r_o=\frac{1}{\lambda i_D}]
Kapaciteti
U visokofrekventnim aplikacijama, kapaciteti povezani sa MOSFET-om postaju važni. Glavni kapaciteti u MOSFET-u su kapacitivnost gejta - izvora (C_{gs}), kapacitivnost gejta - drena (C_{gd}) i kapacitivnost drena - izvora (C_{ds}). Ovi kapaciteti utiču na frekvencijski odziv MOSFET-a i mogu ograničiti njegove performanse na visokim frekvencijama.
Ekvivalentno kolo malog signala
Na osnovu gornjih komponenti, može se nacrtati ekvivalentno kolo za mali signal MOSFET-a. Za konfiguraciju zajedničkog izvora, ekvivalentno kolo malog signala sastoji se od izvora struje kontroliranog naponom (g_mv_{gs}) paralelno sa izlaznim otporom (r_o). Ulazni signal (v_{gs}) se primjenjuje između gejta i terminala izvora, a izlazna struja (i_d) teče kroz drenažni terminal.
Ekvivalentno kolo malog signala nam omogućava da analiziramo MOSFET kolo koristeći tehnike analize linearnih kola, kao što su Kirchhoffovi zakoni i Ohmov zakon. Na primjer, možemo izračunati pojačanje napona, ulazni otpor i izlazni otpor MOSFET pojačala.
Primjena modela malog signala
Model malog signala MOSFET-a se široko koristi u dizajnu i analizi kola baziranih na MOSFET-u. Neke od uobičajenih aplikacija uključuju:
Dizajn pojačala
U dizajnu pojačala, model malog signala se koristi za izračunavanje pojačanja napona, ulaznog otpora i izlaznog otpora pojačala. Odabirom odgovarajućih vrijednosti (g_m) i (r_o), možemo dizajnirati pojačala s različitim karakteristikama pojačanja, ulaza i izlaza. Na primjer, pojačalo sa zajedničkim izvorom može obezbijediti visoko pojačanje napona, dok pojačalo sa zajedničkim odvodom (takođe poznato kao sljedbenik izvora) može pružiti visok ulazni otpor i nizak izlazni otpor.
Analiza frekvencijskog odziva
Model malog signala, uključujući kapacitete, koristi se za analizu frekvencijskog odziva MOSFET kola. Uzimajući u obzir uticaj kapacitivnosti na ekvivalentno kolo malog signala, možemo izračunati granične frekvencije, propusni opseg i fazni pomak kola. Ovo je važno u aplikacijama kao što su radiofrekventna (RF) pojačala i filteri.
Naša MOSFET ponuda
Kao dobavljač MOS-a, nudimo širok spektar visokokvalitetnih MOSFET-ova sa različitim specifikacijama i karakteristikama performansi. Naši MOSFET-ovi su dizajnirani da zadovolje potrebe različitih aplikacija, od digitalnih kola male snage do aplikacija za prebacivanje velike snage. Takođe pružamo detaljnu tehničku podršku i dokumentaciju kako bismo pomogli našim klijentima da razumeju i efikasno koriste naše proizvode.
Ako ste zainteresirani da saznate više o našim MOSFET proizvodima, posjetite našu web stranicune. U ponudi imamo i druge srodne proizvode kao nprKvasni polisaharidiKvasac obogaćen cinkom, što može biti korisno u vašim aplikacijama.
Kontaktirajte nas za nabavku
Ako ste zainteresirani za kupovinu naših MOSFET-ova ili imate bilo kakva pitanja o našim proizvodima, slobodno nas kontaktirajte radi nabavke i poslovnih razgovora. Naš tim stručnjaka spreman je da Vam pomogne u pronalaženju pravih proizvoda za Vaše specifične potrebe.
Reference
- Sedra, AS, & Smith, KC (2015). Mikroelektronska kola. Oxford University Press.
- Razavi, B. (2017). Osnove mikroelektronike. Wiley.
- Grey, PR, Hurst, PJ, Lewis, SH, & Meyer, RG (2009). Analiza i projektovanje analognih integrisanih kola. Wiley.
