Perché i MOSFET sono controllati in tensione?

I MOSFET (transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo) sono chiamati dispositivi controllati in tensione principalmente perché il loro principio di funzionamento si basa principalmente sul controllo della tensione di gate (Vgs) sulla corrente di drain (Id), anziché fare affidamento sulla corrente per controllarla, come è il caso dei transistor bipolari (come i BJT). Quella che segue è una spiegazione dettagliata del MOSFET come dispositivo controllato in tensione:

Principio di funzionamento

Controllo della tensione del cancello:Il cuore di un MOSFET risiede nella struttura tra gate, source e drain e uno strato isolante (solitamente biossido di silicio) sotto il gate. Quando viene applicata una tensione al gate, viene creato un campo elettrico sotto lo strato isolante e questo campo modifica la conduttività dell'area tra source e drain.

Formazione di canali conduttivi:Per i MOSFET a canale N, quando la tensione di gate Vgs è sufficientemente elevata (sopra un valore specifico chiamato tensione di soglia Vt), gli elettroni nel substrato di tipo P sotto il gate vengono attratti dalla parte inferiore dello strato isolante, formando un N- canale conduttivo di tipo che consente la conduttività tra sorgente e scarico. Viceversa, se Vgs è inferiore a Vt, il canale conduttore non si forma e il MOSFET è al cutoff.

Controllo della corrente di scarico:l'entità della corrente di drain Id è controllata principalmente dalla tensione di gate Vgs. Quanto più alto è il valore Vgs, tanto più ampio è il canale conduttore e maggiore è la corrente di drenaggio Id. Questa relazione consente al MOSFET di agire come un dispositivo di corrente controllato in tensione.

Vantaggi della caratterizzazione piezoelettrica

Alta impedenza di ingresso:L'impedenza di ingresso del MOSFET è molto elevata a causa dell'isolamento del gate e della regione source-drain mediante uno strato isolante, e la corrente di gate è quasi zero, il che lo rende utile nei circuiti in cui è richiesta un'elevata impedenza di ingresso.

Basso rumore:I MOSFET generano un rumore relativamente basso durante il funzionamento, in gran parte a causa della loro elevata impedenza di ingresso e del meccanismo di conduzione della portante unipolare.

Velocità di commutazione rapida:Poiché i MOSFET sono dispositivi controllati in tensione, la loro velocità di commutazione è solitamente più veloce di quella dei transistor bipolari, che devono passare attraverso il processo di accumulo e rilascio della carica durante la commutazione.

Basso consumo energetico:Nello stato acceso, la resistenza drain-source (RDS(on)) del MOSFET è relativamente bassa, il che aiuta a ridurre il consumo energetico. Inoltre, nello stato di interruzione, il consumo di energia statica è molto basso perché la corrente di gate è quasi pari a zero.

In sintesi, i MOSFET sono chiamati dispositivi controllati in tensione perché il loro principio di funzionamento si basa fortemente sul controllo della corrente di drain da parte della tensione di gate. Questa caratteristica di controllo della tensione rende i MOSFET promettenti per un'ampia gamma di applicazioni nei circuiti elettronici, in particolare dove sono richiesti elevata impedenza di ingresso, basso rumore, elevata velocità di commutazione e basso consumo energetico.