- Tipos de MOSFETs
- Características e curvas do MOSFET
- Polarização DC de MOSFET e amplificação de fonte comum
- Construção de amplificador de fonte comum básico com MOSFET único
O MOSFET é basicamente um transistor que usa efeito de campo. MOSFET significa Metal Oxide Field Effect Transistor, que tem uma porta. A tensão da porta determina a condutividade do dispositivo. Dependendo da tensão dessa porta, podemos mudar a condutividade e, portanto, podemos usá-la como uma chave ou como um amplificador, como usamos o transistor como uma chave ou como um amplificador.
O transistor de junção bipolar ou BJT tem base, emissor e coletor, enquanto um MOSFET tem porta, dreno e conexão de fonte. Além da configuração do pino, o BJT precisa de corrente para operar e o MOSFET precisa de tensão.
O MOSFET fornece impedância de entrada muito alta e é muito fácil de polarizar. Portanto, para um pequeno amplificador linear, o MOSFET é uma excelente escolha. A amplificação linear ocorre quando polarizamos o MOSFET na região de saturação, que é um ponto Q fixo centralmente.
Na imagem abaixo, uma construção interna básica de MOSFETs de canal N é mostrada. O MOSFET tem três conexões Drain, Gate e Source. Não há nenhuma conexão direta presente entre o portão e o canal. O eletrodo da porta é eletricamente isolado e, por esse motivo, às vezes é chamado de IGFET ou Transistor de efeito de campo de porta isolada.
Aqui está a imagem do MOSFET IRF530N amplamente popular.
Tipos de MOSFETs
Com base nos modos de operação, existem dois tipos diferentes de MOSFETs disponíveis. Esses dois tipos têm ainda dois subtipos
- Tipo de esgotamento MOSFET ou MOSFET com modo de esgotamento
- MOSFET N-Channel ou NMOS
- MOSFET de canal P ou PMOS
- MOSFET de tipo de aprimoramento ou o MOSFET com modo de aprimoramento
- MOSFET N-Channel ou NMOS
- MOSFET de canal P ou PMOS
MOSFET do tipo de esgotamento
O tipo de esgotamento do MOSFET é normalmente LIGADO em zero Gate para a tensão da fonte. Se o MOSFET for MOSFET do tipo N-Channel Depleção, haverá alguns limites de tensão, que são necessários para fazer o dispositivo desligar. Por exemplo, um MOSFET de esgotamento de canal N com uma tensão de limite de -3 V ou -5 V, a porta do MOSFET precisa ser puxada para -3 V ou -5 V negativo para desligar o dispositivo. Esta tensão limite será Negativa para o canal N e positiva no caso do canal P. Este tipo de MOSFET é geralmente usado em circuitos lógicos.
Tipo de aprimoramento MOSFET
No tipo de aprimoramento de MOSFETs, o dispositivo permanece DESLIGADO na tensão zero do Gate. Para ligar o MOSFET, devemos fornecer uma tensão mínima de Gate to Source (tensão Vgs Threshold). Mas, a corrente de dreno é altamente confiável nesta tensão porta-fonte, se o Vgs for aumentado, a corrente de dreno também aumenta da mesma maneira. Os MOSFETs do tipo aprimoramento são ideais para construir um circuito amplificador. Além disso, da mesma forma como o MOSFET de depleção, ele também possui os subtipos NMOS e PMOS.
Características e curvas do MOSFET
Ao fornecer a tensão estável do dreno à fonte, podemos entender a curva IV de um MOSFET. Como afirmado acima, a corrente de dreno é altamente confiável no Vgs, da porta à tensão da fonte. Se variarmos os Vgs, a corrente de drenagem também variará.
Vamos ver a curva IV de um MOSFET.
Na imagem acima, podemos ver a inclinação IV de um MOSFET de Canal N, a corrente de dreno é 0 quando a tensão Vgs está abaixo da tensão limite, durante este tempo o MOSFET está no modo de corte. Depois disso, quando a tensão porta-fonte começa a aumentar, a corrente de dreno também aumenta.
Vamos ver um exemplo prático da curva IV do MOSFET IRF530,
A curva mostra que quando o Vgs é 4,5 V, a corrente de drenagem máxima do IRF530 é 1A a 25 graus C. Mas quando aumentamos o Vgs para 5V, a corrente de drenagem é quase 2A e, finalmente, a 6V Vgs, pode fornecer 10A da corrente de drenagem.
Polarização DC de MOSFET e amplificação de fonte comum
Bem, agora é a hora de usar um MOSFET como um amplificador linear. Não é um trabalho difícil se determinarmos como polarizar o MOSFET e usá-lo em uma região de operação perfeita.
O MOSFET funciona em três modos de operação: Óhmico, Saturação e Ponto de desconexão. A região de saturação também chamada de Região Linear. Aqui operamos o MOSFET na região de saturação, ele fornece Q-point perfeito.
Se fornecermos um pequeno sinal (variável no tempo) e aplicarmos a polarização DC na porta ou na entrada, então, na situação certa, o MOSFET fornece amplificação linear.
Na imagem acima, um pequeno sinal sinusoidal (V gs) é aplicado à porta MOSFET, resultando em uma flutuação da corrente de drenagem síncrona à entrada senoidal aplicada. Para o sinal pequeno V gs, podemos traçar uma linha reta do ponto Q que tem uma inclinação de g m = dI d / dVgs.
A inclinação pode ser vista na imagem acima. Esta é a inclinação da transcondutância. É um parâmetro importante para o fator de amplificação. Neste ponto, a amplitude da corrente de drenagem é
ߡ Id = gm x ߡ Vgs
Agora, se olharmos para o esquema dado acima, o resistor de dreno R d pode controlar a corrente de dreno, bem como a tensão de dreno usando a equação
Vds = Vdd - I d x Rd (como V = I x R)
O sinal de saída CA será ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g m x ߡ Vgs x Rd
Agora, pelas equações, o ganho será
Ganho de tensão amplificada = -g m x Rd
Portanto, o ganho geral do Amplificador MOSFET é altamente confiável na transcondutância e no resistor de drenagem.
Construção de amplificador de fonte comum básico com MOSFET único
Para fazer um amplificador de fonte comum simples usando um único MOSFET de canal N, o importante é atingir a condição de polarização DC. Para atender ao propósito, um divisor de tensão genérico é construído usando dois resistores simples: R1 e R2. Mais dois resistores também são necessários como resistor de drenagem e resistor de fonte.
Para determinar o valor, precisamos de um cálculo passo a passo.
Um MOSFET é fornecido com alta impedância de entrada, portanto, em condição de operação, não há fluxo de corrente presente no terminal da porta.
Agora, se olharmos para o dispositivo, descobriremos que existem três resistores associados ao VDD (sem os resistores de polarização). Os três resistores são Rd, resistência interna do MOSFET e Rs. Portanto, se aplicarmos a lei de tensão de Kirchoff, as tensões nesses três resistores serão iguais ao VDD.
Agora de acordo com a lei Ohms, se multiplicarmos a corrente com resistência teremos tensão como V = I x R. Então, aqui a corrente é Escorra atual ou I D. Assim, a tensão em Rd é V = I D x Rd, o mesmo se aplica para Rs, pois a corrente é a mesma I D, então a tensão em Rs é Vs = I D x Rs. Para o MOSFET, a tensão é V DS ou tensão drenar para a fonte.
Agora, de acordo com o 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
Podemos avaliar ainda mais como
Rd = (V DD - V DS / I D) - R S Rs pode ser calculado como Rs = V S / I D
Outros dois valores de resistores podem ser determinados pela fórmula V G = V DD (R2 / R1 + R2)
Se você não tiver o valor, pode obtê-lo na fórmula V G = V GS + V S
Felizmente, os valores máximos podem estar disponíveis na folha de dados do MOSFET. Com base na especificação, podemos construir o circuito.
Dois capacitores de acoplamento são usados para compensar as frequências de corte e para bloquear a CC que vem da entrada ou chega à saída final. Podemos simplesmente obter os valores descobrindo a resistência equivalente do divisor de polarização DC e, em seguida, selecionando a frequência de corte desejada. A fórmula será
Requisito C = 1 / 2πf
Para design de amplificador de alta potência, construímos anteriormente um amplificador de potência de 50 Watt usando dois MOSFET como configuração Push-pull, siga o link para aplicação prática.