- Types de MOSFET
- Caractéristiques et courbes du MOSFET
- Biasing DC du MOSFET et amplification de source commune
- Construction d'amplificateur de source commune de base avec un seul MOSFET
MOSFET est essentiellement un transistor qui utilise un effet de champ. MOSFET signifie transistor à effet de champ à oxyde métallique, qui a une grille. La tension de grille détermine la conductivité de l'appareil. En fonction de cette tension de grille, nous pouvons changer la conductivité et ainsi nous pouvons l'utiliser comme interrupteur ou comme amplificateur comme nous utilisons Transistor comme interrupteur ou comme amplificateur.
Le transistor à jonction bipolaire ou BJT a une base, un émetteur et un collecteur, tandis qu'un MOSFET a une connexion de grille, de drain et de source. Autre que la configuration des broches, BJT a besoin de courant pour fonctionner et MOSFET a besoin de tension.
Le MOSFET fournit une impédance d'entrée très élevée et il est très facile à polariser. Ainsi, pour un petit amplificateur linéaire, le MOSFET est un excellent choix. L'amplification linéaire se produit lorsque nous polarisons le MOSFET dans la région de saturation qui est un point Q fixé au centre.
Dans l'image ci-dessous, une construction interne de base de MOSFET à canal N est représentée. Le MOSFET a trois connexions Drain, Gate et Source. Il n'y a pas de connexion directe entre la porte et le canal. L'électrode de grille est électriquement isolée et pour cette raison, elle est parfois appelée IGFET ou transistor à effet de champ à grille isolée.
Voici l'image du MOSFET IRF530N très populaire.
Types de MOSFET
En fonction des modes de fonctionnement, deux types différents de MOSFET sont disponibles. Ces deux types ont en outre deux sous-types
- Type d'épuisement MOSFET ou MOSFET avec mode de déplétion
- MOSFET canal N ou NMOS
- MOSFET ou PMOS à canal P
- Type d'amélioration MOSFET ou MOSFET avec mode d'amélioration
- MOSFET canal N ou NMOS
- MOSFET ou PMOS à canal P
Type de déplétion MOSFET
Le type d'appauvrissement du MOSFET est normalement activé à une tension de porte à source nulle. Si le MOSFET est un MOSFET de type N-Channel Depletion, alors il y aura des seuils de tension, qui sont nécessaires pour que le dispositif s'éteigne. Par exemple, un MOSFET à appauvrissement de canal N avec une tension de seuil de -3V ou -5V, la grille du MOSFET doit être tirée en négatif -3V ou -5V pour éteindre l'appareil. Cette tension de seuil sera négative pour le canal N et positive en cas de canal P. Ce type de MOSFET est généralement utilisé dans les circuits logiques.
Type d'amélioration MOSFET
Dans le type d'amélioration des MOSFET, l'appareil reste éteint à une tension de porte nulle. Pour activer le MOSFET, nous devons fournir une tension minimale de porte à source (tension de seuil Vgs). Mais, le courant de drain est très fiable sur cette tension grille-source, si le Vgs est augmenté, le courant de drain augmente également de la même manière. Les MOSFET de type amélioration sont idéaux pour construire un circuit amplificateur. De même, comme le MOSFET de déplétion, il possède également les sous-types NMOS et PMOS.
Caractéristiques et courbes du MOSFET
En fournissant la tension stable entre le drain et la source, nous pouvons comprendre la courbe IV d'un MOSFET. Comme indiqué ci-dessus, le courant de drain est hautement fiable sur la tension Vgs, grille à source. Si nous faisons varier le Vgs, le courant de vidange variera également.
Voyons la courbe IV d'un MOSFET.
Dans l'image ci-dessus, nous pouvons voir la pente IV d'un MOSFET à canal N, le courant de drain est de 0 lorsque la tension Vgs est inférieure à la tension de seuil, pendant ce temps, le MOSFET est en mode de coupure. Après cela, lorsque la tension grille-source commence à augmenter, le courant de drain augmente également.
Voyons un exemple pratique de la courbe IV de l'IRF530 MOSFET,
La courbe montrant que lorsque le Vgs est de 4,5V, le courant de drain maximal de l'IRF530 est de 1A à 25 degrés C.Mais quand on augmente le Vgs à 5V, le courant de drain est presque 2A, et enfin à 6V Vgs, il peut fournir 10A du courant de vidange.
Biasing DC du MOSFET et amplification de source commune
Eh bien, il est maintenant temps d'utiliser un MOSFET comme amplificateur linéaire. Ce n'est pas un travail difficile si nous déterminons comment polariser le MOSFET et l'utiliser dans une région de fonctionnement parfaite.
Le MOSFET fonctionne dans trois modes de fonctionnement: ohmique, saturation et point de pincement. La région de saturation également appelée région linéaire. Ici, nous opérons le MOSFET dans la région de saturation, il fournit un point Q parfait.
Si nous fournissons un petit signal (variable dans le temps) et appliquons la polarisation CC à la porte ou à l'entrée, alors dans la bonne situation, le MOSFET fournit une amplification linéaire.
Dans l'image ci-dessus, un petit signal sinusoïdal (V gs) est appliqué à la porte MOSFET, ce qui entraîne une fluctuation du courant de drain synchrone à l'entrée sinusoïdale appliquée. Pour le petit signal V gs, on peut tracer une droite à partir du point Q qui a une pente de g m = dI d / dVgs.
La pente peut être vue dans l'image ci-dessus. C'est la pente de transconductance. C'est un paramètre important pour le facteur d'amplification. À ce stade, l'amplitude du courant de drain est
ߡ Id = gm x ߡ Vgs
Maintenant, si nous regardons le schéma donné ci-dessus, la résistance de drain R d peut contrôler le courant de drain ainsi que la tension de drain en utilisant l'équation
Vds = Vdd - I d x Rd (comme V = I x R)
Le signal de sortie CA sera ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g m x ߡ Vgs x Rd
Maintenant par les équations, le gain sera
Gain de tension amplifié = -g m x Rd
Ainsi, le gain global de l'amplificateur MOSFET est hautement fiable sur la transconductance et la résistance Drain.
Construction d'amplificateur de source commune de base avec un seul MOSFET
Pour créer un amplificateur de source commune simple à l'aide d'un MOSFET unique à canal N, l'important est d'obtenir une condition de polarisation CC. Pour atteindre cet objectif, un diviseur de tension générique est construit à l'aide de deux résistances simples: R1 et R2. Deux autres résistances sont également nécessaires en tant que résistance de drainage et résistance de source.
Pour déterminer la valeur, nous avons besoin d'un calcul étape par étape.
Un MOSFET est doté d'une impédance d'entrée élevée, donc en état de fonctionnement, il n'y a pas de flux de courant présent dans la borne de grille.
Maintenant, si nous regardons dans le dispositif, nous verrons qu'il y a trois résistances associées à VDD (sans les résistances de polarisation). Les trois résistances sont Rd, la résistance interne du MOSFET et Rs. Donc, si nous appliquons la loi de tension de Kirchoff, les tensions à travers ces trois résistances sont égales au VDD.
Maintenant, selon la loi Ohms, si l' on multiplie le courant avec une résistance, nous aurons tension V = I x R. Donc, voici le courant est le courant de drain ou I D. Ainsi, la tension aux bornes de Rd est V = I D x Rd, il en va de même pour les Rs car le courant est le même I D, donc la tension aux bornes de Rs est Vs = I D x Rs. Pour le MOSFET, la tension est V DS ou tension drain-source.
Maintenant selon le KVL, 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
Nous pouvons en outre l'évaluer comme
Rd = (V DD - V DS / I D) - R S Rs peut être calculé comme Rs = V S / I D
Les autres valeurs de deux résistances peuvent être déterminées par la formule V G = V DD (R2 / R1 + R2)
Si vous n'avez pas la valeur, vous pouvez l'obtenir à partir de la formule V G = V GS + V S
Heureusement, les valeurs maximales peuvent être disponibles à partir de la fiche technique MOSFET. Sur la base de la spécification, nous pouvons construire le circuit.
Deux condensateurs de couplage sont utilisés pour compenser les fréquences de coupure et pour bloquer le courant continu provenant de l'entrée ou atteignant la sortie finale. Nous pouvons simplement obtenir les valeurs en trouvant la résistance équivalente du diviseur de polarisation CC, puis en sélectionnant la fréquence de coupure souhaitée. La formule sera
C = 1 / 2πf Exigence
Pour la conception d'amplificateurs haute puissance, nous construisons précédemment un amplificateur de puissance de 50 watts en utilisant deux MOSFET comme configuration push-pull, suivez le lien pour une application pratique.