He estado trabajando con MOSFET de mejora durante mucho tiempo. Pero nunca he visto ningún circuito usando un MOSFET de agotamiento.

¿Cuáles son algunos casos de uso típicos del MOSFET de agotamiento?

De hecho, no son muy utilizados, pero aún tienen algunas razones para estar disponibles.

Como dispositivos discretos:

Como una fuente simple de corriente constante

Si coloca una resistencia entre la fuente y la puerta, entonces crea una fuente de corriente constante:

Si la corriente aumenta, aumenta la caída de voltaje a través de la resistencia y, por lo tanto, reduce el voltaje de la puerta, lo que apagará un poco el mosfet. Si la corriente disminuye, el mosfet se enciende un poco. Esto siempre encontrará el equilibrio y, por lo tanto, tiene una fuente de corriente con solo dos componentes, cuya corriente depende únicamente de la resistencia y el umbral de la puerta (aunque no es muy precisa).

Como parte del circuito de inicio para suministros SMPS

Estos suministros usan un chip controlador en el lado primario (220V o 110V). El chip necesita algo de voltaje bajo para funcionar (generalmente 10 V), y este voltaje puede ser proporcionado por un devanado auxiliar en el transformador para ser eficiente (si alimenta el chip dejando caer el alto voltaje en el primario con un zener, usted ' desperdiciará algo de energía que se vuelve significativa con poca carga). Esto está bien, pero cuando se inicia el suministro, todavía no hay voltaje en el devanado auxiliar, por lo que el controlador no se puede alimentar y nunca se inicia.

Entonces, de alguna manera, debe alimentar el controlador bajando el alto voltaje, al menos durante el inicio. Pero, una vez que se ha iniciado, y el controlador se puede alimentar con el devanado auxiliar, le gustaría cortar esta ruta de corriente que desperdicia energía. Si lo hace con un fet de agotamiento, es muy fácil: básicamente, solo tiene que establecer su fuente en el pin de suministro del controlador, la puerta a la tierra del controlador y el drenaje a la alta tensión (esto es una vista simplificada):

De esta manera, cuando el controlador no tiene alimentación, el alto voltaje alimenta al controlador (sin voltaje en la puerta), y una vez que el controlador se alimenta, la ruta de alto voltaje se interrumpe (voltaje negativo en la puerta). Cualquier otra forma de hacerlo con un modo de mejora fet sería menos eficiente (más componentes, más complejo, más energía desperdiciada). Esta es la razón por la cual la mayoría de los pies de modo de agotamiento estándar que puede encontrar son en realidad piezas de alto voltaje.

Como elemento de protección contra sobretensiones

Esta aplicación se limita a la protección de señales o suministros de baja corriente, porque los pies de agotamiento generalmente tienen un RDSon muy alto. Este es el circuito típico:

Incluso si el voltaje de la señal sube demasiado, la puerta se mantendrá al voltaje zener. Por lo tanto, la salida no podrá superar el umbral Vz + VGS, porque el mosfet dejaría de conducir. Realmente funciona como un regulador y sujeta la señal. Puede proteger las entradas de IC con esto, la única consecuencia en el caso nominal es el RDSon del mosfet (menor impedancia que solo una resistencia y un zener).

Observe cómo el circuito anterior se parece a un simple regulador NPN. Sin embargo, hay una gran diferencia: con el regulador NPN, el voltaje de salida está en Vz-0.6V. Con el agotamiento FET, el voltaje de salida es Vz + VGSth. La salida sujeta está por encima de la referencia.

Otro ejemplo de uso de protección contra sobretensiones, con un regulador:

El principio es el mismo que el anterior, excepto que estamos utilizando la salida del regulador directamente como la referencia alimentada a la puerta (se puede evitar el zener). Aquí es útil el hecho de que la salida del FET está por encima de la referencia: la referencia es el 5V regulado, usted sabe que tendrá VGSth permitido para la caída del regulador.

Por lo tanto, dado que los FETS de agotamiento se pueden obtener fácilmente para clasificaciones de alto voltaje, puede hacer que un regulador pueda soportar varios cientos de voltios fácilmente (útil para el voltaje de red). Una vez más, solo tenga en cuenta que esto se puede hacer solo para bajas corrientes (unas pocas decenas de mA).

Dentro de los circuitos integrados:

También se han utilizado en circuitos integrados lógicos a la vez (principios de los 80).

Básicamente, se usaron como el elemento de paso de alto nivel, en lugar del FET tipo P que ahora se usa en los circuitos integrados CMOS. Actuó principalmente como una resistencia pull-up cuyo valor se hizo más alto cuando la salida era baja, para reducir el consumo de energía y aún tener baja impedancia en el estado de alto nivel. Ejemplo con una puerta de inversor:

Vea la entrada de Wikipedia "depletion-load_NMOS_logic" .

Recursos adicionales

Hay varias notas de aplicaciones disponibles para obtener más información:

• de Infineon , que describe los usos de FET de agotamiento genérico (el ejemplo del circuito de inicio SMPS proviene de este documento).
• de IXYS , que describe el uso de muchas fuentes actuales. (La protección contra sobretensiones con el circuito de ejemplo 7805 proviene de este documento).
• de Maxim , que describe la protección contra sobretensiones para señales.
• de ALD , que también brinda información sobre la construcción de FET en modo de agotamiento.

Los fets en modo de agotamiento son útiles en la recolección de energía donde se desea una operación de muy bajo voltaje. Un fet de modo de agotamiento típico superará a un Si BJT e incluso será mejor que un Ge BJT. menos indeseable que los Ge BJT. Otro uso es el reemplazo de la válvula al restaurar radios Vintage. Las válvulas de audio se pueden encontrar fácilmente, pero las válvulas de radio a veces no son obtanicas.

¿Qué tal un dispositivo que no es modo de mejora ni de agotamiento? ¿O es ambiguamente uno u otro?

Muchos procesos CMOS tienen transistores "nativos" en ellos. Estos son transistores en los que ciertos implantes no se han aplicado y por eso tienen voltajes de umbral muy bajos. En algunos procesos, este umbral se vuelve negativo (para NMOS) y, por lo tanto, es un dispositivo de agotamiento.

Estos están presentes para que puedan usarse en circuitos de polarización, subidas / bajadas que van a los rieles y en amplificadores operacionales para la operación de riel a riel (RR). Aunque no es necesario tener transistores nativos para obtener la operación RR.

En un circuito de polarización son muy útiles para que pueda tener un control activo durante el encendido (estos circuitos cobran vida primero) y también para que pueda aumentar el rango operativo, por ejemplo, un espejo de corriente clásico no funciona cerca de los rieles (debajo de Vth) . Puede usar un dispositivo activo para controlar un dispositivo normal en su región de operación por debajo del umbral.

Entonces, incluso en el mundo de hoy, estos dispositivos son mucho más comunes de lo que uno sospecha.

Como nota, la entrada de Wikipedia en estos dispositivos es incorrecta al afirmar que hay implantes adicionales. Si bien puede ser cierto en algunos casos, en aproximadamente 5 fundiciones diferentes que conozco, estos dispositivos tienen pasos de proceso eliminados .