Comprendere il principio di funzionamento del MOSFET e applicare i componenti elettronici in modo più efficiente

Comprendere i principi operativi dei MOSFET (transistor a effetto di campo a semiconduttore di ossido di metallo) è fondamentale per utilizzare in modo efficace questi componenti elettronici ad alta efficienza. I MOSFET sono elementi indispensabili nei dispositivi elettronici e comprenderli è essenziale per i produttori.

In pratica, ci sono produttori che potrebbero non apprezzare appieno le funzioni specifiche dei MOSFET durante la loro applicazione. Tuttavia, comprendendo i principi di funzionamento dei MOSFET nei dispositivi elettronici e i loro ruoli corrispondenti, è possibile selezionare strategicamente il MOSFET più adatto, tenendo conto delle sue caratteristiche uniche e dei tratti specifici del prodotto. Questo metodo migliora le prestazioni del prodotto, rafforzandone la competitività sul mercato.

MOSFET del pacchetto WINSOK SOT-23-3

Principi di funzionamento dei MOSFET

Quando la tensione gate-source (VGS) del MOSFET è zero, anche con l'applicazione di una tensione drain-source (VDS), è sempre presente una giunzione PN con polarizzazione inversa, con conseguente assenza di canale conduttivo (e assenza di corrente) tra lo scarico e la sorgente del MOSFET. In questo stato, la corrente di drain (ID) del MOSFET è zero. L'applicazione di una tensione positiva tra gate e source (VGS > 0) crea un campo elettrico nello strato isolante SiO2 tra il gate del MOSFET e il substrato di silicio, diretto dal gate verso il substrato di silicio di tipo P. Dato che lo strato di ossido è isolante, la tensione applicata al gate, VGS, non può generare corrente nel MOSFET. Invece, forma un condensatore attraverso lo strato di ossido.

Man mano che la VGS aumenta gradualmente, il condensatore si carica, creando un campo elettrico. Attratti dalla tensione positiva al gate, numerosi elettroni si accumulano sull'altro lato del condensatore, formando un canale conduttivo di tipo N dal drain alla source nel MOSFET. Quando VGS supera la tensione di soglia VT (tipicamente intorno a 2 V), il canale N del MOSFET conduce, avviando il flusso della corrente di drain ID. La tensione gate-source alla quale il canale inizia a formarsi viene definita tensione di soglia VT. Controllando l'entità del VGS, e di conseguenza il campo elettrico, è possibile modulare la dimensione della corrente di drain ID nel MOSFET.

MOSFET del pacchetto WINSOK DFN5x6-8

Applicazioni MOSFET

Il MOSFET è rinomato per le sue eccellenti caratteristiche di commutazione, che portano alla sua vasta applicazione in circuiti che richiedono interruttori elettronici, come gli alimentatori a commutazione. Nelle applicazioni a bassa tensione che utilizzano un'alimentazione a 5 V, l'uso delle strutture tradizionali comporta una caduta di tensione attraverso l'emettitore base di un transistor a giunzione bipolare (circa 0,7 V), lasciando solo 4,3 V per la tensione finale applicata al gate di il MOSFET. In tali scenari, optare per un MOSFET con una tensione di gate nominale di 4,5 V introduce alcuni rischi. Questa sfida si manifesta anche nelle applicazioni che coinvolgono alimentatori da 3 V o altri alimentatori a bassa tensione.