เหตุใดแรงดันไฟฟ้าของ MOSFET จึงถูกควบคุม?

MOSFET (ทรานซิสเตอร์สนามผลเซมิคอนดักเตอร์ของเมทัลออกไซด์) เรียกว่าอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าส่วนใหญ่เนื่องจากหลักการทำงานของอุปกรณ์นั้นขึ้นอยู่กับการควบคุมแรงดันเกต (Vgs) เหนือกระแสเดรน (Id) เป็นหลัก แทนที่จะอาศัยกระแสในการควบคุม เนื่องจาก เป็นกรณีของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ (เช่น BJT) ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายโดยละเอียดของ MOSFET ในฐานะอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า:

หลักการทำงาน

การควบคุมแรงดันไฟฟ้าประตู:หัวใจของ MOSFET อยู่ที่โครงสร้างระหว่างเกต แหล่งกำเนิด และท่อระบายน้ำ และชั้นฉนวน (โดยปกติคือซิลิคอนไดออกไซด์) ใต้เกต เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกจ่ายไปที่ประตู จะมีการสร้างสนามไฟฟ้าขึ้นใต้ชั้นฉนวน และสนามนี้จะเปลี่ยนค่าการนำไฟฟ้าของพื้นที่ระหว่างแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำ

การสร้างช่องทางสื่อกระแสไฟฟ้า:สำหรับ N-channel MOSFET เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกต Vgs สูงเพียงพอ (เหนือค่าเฉพาะที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ Vt) อิเล็กตรอนในซับสเตรตประเภท P ใต้เกตจะถูกดึงดูดไปที่ด้านล่างของชั้นฉนวน ทำให้เกิด N- ประเภทช่องนำไฟฟ้าที่ช่วยให้นำไฟฟ้าระหว่างแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำได้ ในทางกลับกัน ถ้า Vgs ต่ำกว่า Vt ช่องนำไฟฟ้าจะไม่เกิดขึ้น และ MOSFET อยู่ที่จุดตัด

การควบคุมกระแสไฟระบาย:ขนาดของ Id กระแสเดรนส่วนใหญ่จะถูกควบคุมโดยแรงดันเกต Vgs ยิ่ง Vgs สูงเท่าไร ช่องนำไฟฟ้าก็จะยิ่งกว้างขึ้น และ Id กระแสเดรนก็จะมากขึ้นตามไปด้วย ความสัมพันธ์นี้ทำให้ MOSFET ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน

ข้อดีของการกำหนดคุณลักษณะแบบ Piezo

ความต้านทานอินพุตสูง:อิมพีแดนซ์อินพุตของ MOSFET นั้นสูงมากเนื่องจากการแยกเกตและบริเวณแหล่งระบายออกด้วยชั้นฉนวน และกระแสเกตเกือบเป็นศูนย์ ซึ่งทำให้มีประโยชน์ในวงจรที่ต้องการอิมพีแดนซ์อินพุตสูง

เสียงรบกวนต่ำ:MOSFET สร้างสัญญาณรบกวนค่อนข้างต่ำระหว่างการทำงาน สาเหตุหลักมาจากอิมพีแดนซ์อินพุตสูงและกลไกการนำพาพาหะแบบขั้วเดียว

ความเร็วในการเปลี่ยนที่รวดเร็ว:เนื่องจาก MOSFET เป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า ความเร็วในการเปลี่ยนจึงมักจะเร็วกว่าทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ ซึ่งจะต้องผ่านกระบวนการจัดเก็บประจุและปล่อยระหว่างการสลับ

การใช้พลังงานต่ำ:ในสถานะเปิด ความต้านทานเดรน-ซอร์ส (RDS(on)) ของ MOSFET ค่อนข้างต่ำ ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงาน นอกจากนี้ ในสถานะตัดกระแสไฟฟ้า การใช้พลังงานคงที่จะต่ำมาก เนื่องจากกระแสเกตเกือบเป็นศูนย์

โดยสรุป MOSFET เรียกว่าอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากหลักการทำงานของอุปกรณ์นั้นขึ้นอยู่กับการควบคุมกระแสเดรนอย่างมากด้วยแรงดันเกต คุณลักษณะที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้านี้ทำให้ MOSFET มีแนวโน้มการใช้งานที่หลากหลายในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องการอิมพีแดนซ์อินพุตสูง สัญญาณรบกวนต่ำ ความเร็วในการสลับที่รวดเร็ว และการใช้พลังงานต่ำ