Pourquoi la tension des MOSFET est-elle contrôlée ?

Les MOSFET (Transistors à effet de champ à oxyde métallique) sont appelés dispositifs contrôlés en tension principalement parce que leur principe de fonctionnement repose principalement sur le contrôle de la tension de grille (Vgs) sur le courant de drain (Id), plutôt que sur le courant pour le contrôler, comme c'est le cas des transistors bipolaires (tels que les BJT). Ce qui suit est une explication détaillée du MOSFET en tant que dispositif contrôlé en tension :

Principe de fonctionnement

Contrôle de tension de porte :Le cœur d'un MOSFET réside dans la structure située entre sa grille, sa source et son drain, ainsi que dans une couche isolante (généralement du dioxyde de silicium) située sous la grille. Lorsqu'une tension est appliquée à la grille, un champ électrique est créé sous la couche isolante et ce champ modifie la conductivité de la zone située entre la source et le drain.

Formation de canaux conducteurs :Pour les MOSFET à canal N, lorsque la tension de grille Vgs est suffisamment élevée (au-dessus d'une valeur spécifique appelée tension de seuil Vt), les électrons du substrat de type P situé sous la grille sont attirés vers la face inférieure de la couche isolante, formant un réseau N- type canal conducteur qui permet la conductivité entre la source et le drain. A l'inverse, si Vgs est inférieur à Vt, le canal conducteur n'est pas formé et le MOSFET est à la coupure.

Contrôle du courant de drain :la taille du courant de drain Id est principalement contrôlée par la tension de grille Vgs. Plus Vgs est élevé, plus le canal conducteur est large et plus le courant de drain Id est grand. Cette relation permet au MOSFET d'agir comme un dispositif de courant contrôlé en tension.

Avantages de la caractérisation piézoélectrique

Impédance d'entrée élevée :L'impédance d'entrée du MOSFET est très élevée en raison de l'isolation de la grille et de la région source-drain par une couche isolante, et le courant de grille est presque nul, ce qui le rend utile dans les circuits où une impédance d'entrée élevée est requise.

Faible bruit :Les MOSFET génèrent un bruit relativement faible pendant le fonctionnement, en grande partie en raison de leur impédance d'entrée élevée et de leur mécanisme de conduction de porteuse unipolaire.

Vitesse de commutation rapide :Étant donné que les MOSFET sont des dispositifs contrôlés en tension, leur vitesse de commutation est généralement plus rapide que celle des transistors bipolaires, qui doivent passer par le processus de stockage et de libération de charge pendant la commutation.

Faible consommation d'énergie :À l'état passant, la résistance drain-source (RDS(on)) du MOSFET est relativement faible, ce qui contribue à réduire la consommation d'énergie. De plus, à l’état de coupure, la consommation d’énergie statique est très faible car le courant de grille est presque nul.

En résumé, les MOSFET sont appelés dispositifs contrôlés en tension car leur principe de fonctionnement repose fortement sur le contrôle du courant de drain par la tension de grille. Cette caractéristique contrôlée en tension rend les MOSFET prometteurs pour une large gamme d'applications dans les circuits électroniques, en particulier lorsqu'une impédance d'entrée élevée, un faible bruit, une vitesse de commutation rapide et une faible consommation d'énergie sont requis.