Я давно работаю с улучшением MOSFET. Но я никогда не видел ни одной схемы, использующей МОП-транзистор с обеднением.

Каковы некоторые типичные случаи использования истощения-MOSFET?

Действительно, они не очень широко используются, но все же имеют несколько причин быть доступными.

В качестве дискретных устройств:

Как простой источник постоянного тока

если вы поместите резистор между источником и затвором, то вы создадите источник постоянного тока:

Если ток увеличивается, это увеличивает падение напряжения на резисторе и, следовательно, снижает напряжение на затворе, что немного отключает mosfet. Если ток уменьшается, то мосфет немного включается. Это всегда будет находить равновесие, и поэтому у вас есть источник тока только с двумя компонентами, ток которого зависит исключительно от резистора и порога затвора (хотя и не очень точный).

Как часть схемы запуска для поставок SMPS

Эти источники используют чип контроллера на первичной стороне (220 В или 110 В). Для работы микросхемы требуется некоторое низкое напряжение (обычно 10 В), и это напряжение может быть обеспечено вспомогательной обмоткой на трансформаторе, чтобы быть эффективной (если вы подаете питание на микросхему, понижая высокое напряжение на первичной обмотке с помощью стабилитрона, вы ' потрачу немного энергии, которая становится значительной при низкой нагрузке). Это нормально, но когда начинается питание, на вспомогательной обмотке еще нет напряжения, поэтому контроллер не может быть включен и никогда не запускается.

Так или иначе, вы должны включить контроллер, сбросив высокое напряжение, по крайней мере, во время запуска. Но, как только он запустится, и контроллер сможет получать питание от вспомогательной обмотки, вы захотите обрезать этот путь тока, который тратит впустую энергию. Если вы сделаете это с фидом истощения, это очень просто: в основном, вам просто нужно установить его источник на вывод питания контроллера, затвор на землю контроллера и сток на высокое напряжение (это упрощенный вид):

Таким образом, когда контроллер не подключен к питанию, на контроллер подается высокое напряжение (напряжение на затворе отсутствует), а когда на контроллер подается питание, путь высокого напряжения прерывается (отрицательное напряжение на затворе). Любой другой способ сделать это с помощью режима улучшения будет менее эффективным (больше компонентов, более сложный, больше потраченной энергии). Вот почему большинство стандартных фотов режима обеднения, которые вы можете найти, на самом деле являются частями высокого напряжения.

Как элемент защиты от перенапряжения

Это приложение ограничено защитой сигналов или слаботочных источников, потому что истощающие столы обычно имеют очень высокий RDSon. Это типичная схема:

Даже если напряжение сигнала становится слишком высоким, затвор будет оставаться при напряжении стабилитрона. Поэтому выходной сигнал не сможет превысить пороговое значение Vz + VGS, потому что после этого mosfet перестанет проводить. Это на самом деле работает как регулятор и зажимает сигнал. Вы можете защитить входы микросхемы этим, единственное последствие в номинальном случае - это RDSon от mosfet (более низкий импеданс, чем у резистора и стабилитрона).

Обратите внимание, как вышеприведенная схема выглядит как простой регулятор NPN. Однако есть одно существенное отличие: с помощью регулятора NPN выходное напряжение составляет Vz-0,6 В. При истощении FET выходное напряжение составляет Vz + VGSth. Зафиксированный выход выше эталона.

Еще один пример использования защиты от перенапряжения с регулятором:

Принцип тот же, что и выше, за исключением того, что мы используем выход регулятора непосредственно в качестве эталона, подаваемого на затвор (можно избежать стабилизации). Вот где полезен тот факт, что выход FET выше эталона: эталоном является регулируемое 5 В, вы знаете, что VGSth будет разрешен для отключения регулятора.

Таким образом, поскольку истощающие полевые транзисторы могут быть легко получены для номиналов высокого напряжения, вы можете сделать регулятор, способный легко выдерживать несколько сотен вольт (полезно для сетевого напряжения). Еще раз, просто имейте в виду, что это может быть сделано только для низких токов (несколько десятков мА).

Внутри интегральных схем:

Они также использовались в логических микросхемах (начало 80-х).

По сути, они использовались в качестве высокочастотного проходного элемента вместо полевого транзистора P-типа, который сейчас используется в микросхемах CMOS. Он действовал главным образом как подтягивающий резистор, значение которого становилось выше, когда выходной сигнал был низким, чтобы снизить энергопотребление и при этом иметь низкий импеданс в состоянии высокого уровня. Пример с инверторным затвором:

Смотрите запись "depletion-load_NMOS_logic" в Википедии .

Дополнительные ресурсы

Есть несколько заметок приложения, доступных для получения дополнительной информации:

• от Infineon , описывающего общее истощение FET использования (пример схемы запуска SMPS происходит из этого документа).
• из IXYS , описывая использование многих текущих источников. (Защита от перенапряжения с примером схемы 7805 взята из этого документа).
• от Максима , описывающего защиту от перенапряжения для сигналов.
• из ALD , который также дает информацию относительно построения полевых транзисторов в режиме обеднения.

Футы в режиме истощения полезны при сборе энергии, когда требуется работа при очень низком напряжении. Типичный фет в режиме истощения будет превосходить Si BJT и даже лучше, чем Ge BJT. Конечно, мосфы в режиме истощения немного редки, но с точки зрения производства они менее нежелателен, чем Ge BJT. Другим применением является замена клапана при восстановлении винтажных радиоприемников. Аудиоклапаны могут быть легко найдены, но радиоклапаны иногда бывают необтаниевыми. Небольшие затухающие режимы высокого напряжения имеют низкую ёмкость затвора, что делает их потенциальными кандидатами на ВЧ / ПЧ / смеситель.

Как насчет устройства, которое не работает ни в режиме улучшения, ни в режиме истощения? Или это неоднозначно одно или другое?

Многие процессы CMOS имеют «родные» транзисторы. Это транзисторы, в которых определенные имплантаты не были применены, и поэтому имеют очень низкие пороговые напряжения. В некоторых процессах этот порог становится отрицательным (для NMOS) и, таким образом, является устройством истощения.

Они присутствуют для того, чтобы их можно было использовать в цепях смещения, повышающих / понижающих напряжениях, которые идут на рельсы, и в операционных усилителях для работы от Rail to Rail (RR). Хотя для работы RR необязательно иметь собственные транзисторы.

В цепи смещения они очень удобны, так что вы можете иметь активный контроль при включении питания (эти цепи сначала оживают), а также вы можете увеличить рабочий диапазон, например, классическое токовое зеркало не работает близко к рельсам (ниже Vth) , Вы можете использовать активное устройство для управления обычным устройством в его подпороговой области работы.

Так что даже в современном мире эти устройства встречаются гораздо чаще, чем можно было бы предположить.

Как примечание, запись в Википедии на этих устройствах неверна, поскольку она указывает на наличие дополнительных имплантатов. Хотя в некоторых случаях это может быть правдой, примерно на 5 различных литейных заводах, о которых я знаю, на этих устройствах удалены этапы процесса .