Ho lavorato con il miglioramento MOSFET per molto tempo. Ma non ho mai visto alcun circuito usando un MOSFET a svuotamento.

Quali sono alcuni casi d'uso tipici dell'esaurimento-MOSFET?

In effetti, non sono molto utilizzati, ma hanno ancora qualche motivo per essere disponibili.

Come dispositivi discreti:

Come semplice fonte di corrente costante

se metti un resistore tra sorgente e gate, crei una sorgente di corrente costante:

Se la corrente aumenta, aumenta la caduta di tensione attraverso il resistore e quindi riduce la tensione di gate, il che spegne leggermente il mosfet. Se la corrente diminuisce, il mosfet si accende leggermente. Questo troverà sempre equilibrio e quindi avrai una sorgente di corrente con solo due componenti, la cui corrente dipende esclusivamente dalla resistenza e dalla soglia di gate (non molto precisa, però).

Come parte del circuito di avvio per forniture SMPS

Questi materiali di consumo utilizzano un chip controller sul lato primario (220 V o 110 V). Il chip ha bisogno di un po 'di bassa tensione per funzionare (solitamente 10 V) e questa tensione può essere fornita da un avvolgimento ausiliario sul trasformatore per essere efficiente (se si alimenta il chip facendo cadere l'alta tensione sul primario con uno zener, si' Sprecherò un po 'di energia che diventa significativa a basso carico). Questo va bene, ma quando inizia l'alimentazione, non c'è ancora tensione sull'avvolgimento ausiliario, quindi il controller non può essere alimentato e non si avvia mai.

Quindi, in qualche modo, devi alimentare il controller facendo cadere l'alta tensione, almeno durante l'avvio. Ma, una volta avviato, e il controller può essere alimentato con l'avvolgimento aux, ti piacerebbe tagliare questo percorso attuale che spreca energia. Se lo fai con un fet di svuotamento, è molto semplice: in pratica, devi solo impostare la sua sorgente sul pin di alimentazione del controller, il gate a terra del controller e il drain sull'alta tensione (questo è una vista semplificata):

In questo modo, quando il controller non è alimentato, l'alta tensione alimenta il controller (nessuna tensione al gate) e, una volta alimentato il controller, il percorso dell'alta tensione viene interrotto (tensione negativa al gate). Ogni altro modo di farlo con un feto in modalità enhacement sarebbe meno efficiente (più componenti, più complesso, più potenza sprecata). Questo è il motivo per cui la maggior parte dei feti in modalità di esaurimento standard che puoi trovare sono in realtà parti ad alta tensione.

Come elemento di protezione da sovratensione

Questa applicazione è limitata alla protezione dei segnali o delle forniture a bassa corrente, poiché i fets di svuotamento di solito hanno un RDSon molto elevato. Questo è il circuito tipico:

Anche se la tensione del segnale aumenta troppo, il gate verrà mantenuto alla tensione di zener. L'output non sarà quindi in grado di andare oltre Vz + VGSthreshold, perché il mosfet smetterebbe di condurre. In realtà funziona come un regolatore e blocca il segnale. È possibile proteggere gli ingressi IC con questo, l'unica conseguenza nel caso nominale è l'RDSon del mosfet (impedenza inferiore rispetto a un solo resistore e uno zener).

Notare come il circuito sopra sembra un semplice regolatore NPN. C'è una grande differenza, però: con il regolatore NPN, la tensione di uscita è a Vz-0,6 V. Con l'esaurimento FET, la tensione di uscita è Vz + VGSth. L'uscita bloccata è sopra il riferimento.

Un altro esempio di utilizzo della protezione da sovratensione, con un regolatore:

Il principio è lo stesso sopra, tranne per il fatto che stiamo usando l'uscita del regolatore direttamente come riferimento alimentato al gate (lo zener può essere evitato). È qui che è utile il fatto che l'uscita del FET sia superiore al riferimento: il riferimento è il 5V regolato, sai che avrai VGSth consentito per l'abbandono del regolatore.

Pertanto, poiché i FET di svuotamento possono essere facilmente ottenuti per valori nominali di alta tensione, è possibile creare un regolatore in grado di resistere facilmente a diverse centinaia di volt (utile per la tensione di rete). Ancora una volta, tieni presente che questo può essere fatto solo per basse correnti (poche decine di mA).

All'interno dei circuiti integrati:

Sono stati usati anche in circuiti integrati logici alla volta (primi anni '80).

Fondamentalmente, sono stati utilizzati come elemento di passaggio di alto livello, invece del FET di tipo P ora utilizzato nei circuiti integrati CMOS. Ha agito principalmente come una resistenza di pull-up il cui valore è diventato più elevato quando l'uscita era bassa, per ridurre il consumo di energia e avere ancora bassa impedenza allo stato di alto livello. Esempio con un gate dell'inverter:

Vedi la voce di Wikipedia "depletion-load_NMOS_logic" .

Risorse addizionali

Sono disponibili diverse note sull'app per ulteriori informazioni:

• da Infineon , descrivendo gli utilizzi FET di esaurimento generico (l'esempio del circuito di avvio SMPS proviene da questo documento).
• da IXYS , descrivendo l'utilizzo di molte fonti correnti. (La protezione da sovratensione con circuito di esempio 7805 proviene da questo documento).
• da Maxim , descrivendo la protezione da sovratensione per i segnali.
• da ALD , che fornisce anche informazioni sulla costruzione di FET in modalità di esaurimento.

I feti in modalità di svuotamento sono utili nella raccolta di energia dove si desidera un funzionamento a bassissima tensione. Un feto in modalità di svuotamento tipico supererà un Si BJT e farà anche meglio di un Ge BJT. Certi mosfet in modalità di svuotamento sono un po 'rari ma dal punto di vista della produzione lo sono meno indesiderabile dei Ge BJT. Un altro uso è la sostituzione della valvola quando si ripristinano le radio vintage. Le valvole audio sono facilmente reperibili ma le valvole radio sono talvolta non ottanio. I piccoli mosfet in modalità di esaurimento ad alta tensione hanno una bassa capacità di gate che li rende potenziali candidati per RF / IF / Mixer.

Che ne dici di un dispositivo che non è né potenziamento né modalità di svuotamento? O è ambiguamente l'uno o l'altro?

Molti processi CMOS hanno transistor "nativi" al loro interno. Si tratta di transistor in cui alcuni impianti non sono stati applicati e per questo hanno tensioni di soglia molto basse. In alcuni processi questa soglia diventa negativa (per NMOS) e quindi è un dispositivo di svuotamento.

Questi sono presenti in modo da poter essere utilizzati in circuiti di polarizzazione, pull up / down che vanno ai binari e in amplificatori operazionali per il funzionamento Rail to Rail (RR). Sebbene non sia necessario disporre di transistor nativi per ottenere l'operazione RR.

In un circuito di polarizzazione sono molto utili in modo da poter avere un controllo attivo durante l'accensione (questi circuiti prendono vita prima) e anche così puoi aumentare il raggio operativo, ad esempio un mirror di corrente classico non funziona vicino alle rotaie (sotto Vth) . È possibile utilizzare un dispositivo ative per controllare un dispositivo normale nella sua area operativa sotto soglia.

Quindi anche nel mondo di oggi questi dispositivi sono molto più comuni di quanto si possa sospettare.

Come nota, la voce di Wikipedia su questi dispositivi è errata nell'affermare che ci sono impianti aggiuntivi. Sebbene possa essere vero in alcuni casi, in circa 5 diverse fonderie di cui sono a conoscenza, a questi dispositivi sono state rimosse le fasi del processo .