Ich arbeite schon lange mit Enhancement MOSFET. Aber ich habe noch nie eine Schaltung mit einem Verarmungs-MOSFET gesehen.

Was sind einige typische Anwendungsfälle des Depletion-MOSFET?

In der Tat sind sie nicht sehr weit verbreitet, haben aber noch einige Gründe, verfügbar zu sein.

Als diskrete Geräte:

Als einfache Konstantstromquelle

Wenn Sie einen Widerstand zwischen Source und Gate setzen, erstellen Sie eine Konstantstromquelle:

Wenn der Strom ansteigt, erhöht sich der Spannungsabfall über dem Widerstand und senkt daher die Gate-Spannung, wodurch der Mosfet ein wenig ausgeschaltet wird. Wenn der Strom abnimmt, schaltet sich der Mosfet ein wenig ein. Dies stellt immer ein Gleichgewicht her und Sie haben daher eine Stromquelle mit nur zwei Komponenten, deren Strom ausschließlich von der Widerstands- und Gate-Schwelle abhängt (allerdings nicht sehr genau).

Im Rahmen der Anlaufschaltung für SMPS-Versorgungen

Diese Versorgungen verwenden einen Controller-Chip auf der Primärseite (220 V oder 110 V). Der Chip benötigt zum Betrieb eine niedrige Spannung (normalerweise 10 V). Diese Spannung kann durch eine Hilfswicklung am Transformator bereitgestellt werden, um effizient zu sein. Verschwenden Sie etwas Strom, der bei niedriger Last erheblich wird. Dies ist in Ordnung, aber wenn die Versorgung beginnt, liegt noch keine Spannung an der Hilfswicklung an, sodass die Steuerung nicht mit Strom versorgt werden kann und niemals startet.

Sie müssen den Controller also irgendwie mit Strom versorgen, indem Sie die Hochspannung zumindest während des Startvorgangs abschalten. Sobald es jedoch hochgefahren ist und die Steuerung mit der Hilfswicklung versorgt werden kann, möchten Sie diesen Strompfad unterbrechen, der Strom verschwendet. Wenn Sie es mit einem Erschöpfungs - Fet machen, ist es sehr einfach: Im Grunde müssen Sie nur seine Source auf den Versorgungs - Pin des Controllers, das Gate auf die Masse des Controllers und den Drain auf die Hochspannung einstellen (das ist eine vereinfachte Ansicht):

Auf diese Weise versorgt die Hochspannung den Controller im stromlosen Zustand (keine Spannung am Gate), und sobald der Controller mit Strom versorgt wird, wird der Hochspannungspfad unterbrochen (negative Spannung am Gate). Jeder andere Weg, dies mit einem Enhacement-Mode-Fet zu tun, wäre weniger effizient (mehr Komponenten, komplexer, mehr Energieverschwendung). Aus diesem Grund sind die meisten Standard-Depletion-Mode-Fets Hochspannungsteile.

Als Überspannungsschutzelement

Diese Anwendung ist auf den Schutz von Signalen oder Schwachstromversorgungen beschränkt, da die Verarmungs-Fets normalerweise einen sehr hohen RDSon haben. Dies ist die typische Schaltung:

Selbst wenn die Signalspannung zu hoch wird, bleibt das Gate auf der Zenerspannung. Der Ausgang kann daher Vz + VGSthreshold nicht überschreiten, da der Mosfet dann aufhören würde zu leiten. Es funktioniert tatsächlich wie ein Regler und klemmt das Signal. Damit können Sie IC-Eingänge schützen. Die einzige Konsequenz im Nominalfall ist der RDSon des MOSFET (niedrigere Impedanz als nur ein Widerstand und ein Zener).

Beachten Sie, wie die obige Schaltung wie ein einfacher NPN-Regler aussieht. Es gibt jedoch einen großen Unterschied: Beim NPN-Regler liegt die Ausgangsspannung bei Vz-0,6V. Mit dem Verarmungs-FET beträgt die Ausgangsspannung Vz + VGSth. Der geklemmte Ausgang liegt über der Referenz.

Ein weiteres Beispiel für die Verwendung des Überspannungsschutzes mit einem Regler:

Das Prinzip ist das gleiche wie oben, außer dass wir den Reglerausgang direkt als Referenz für das Gate verwenden (der Zener kann vermieden werden). Hier ist die Tatsache nützlich, dass der Ausgang des FET über der Referenz liegt: Die Referenz ist die geregelte 5-V-Spannung. Sie wissen, dass Sie VGSth für den Ausfall des Reglers zulassen.

Da daher für Hochspannungswerte Verarmungs-FETS leicht erhalten werden können, können Sie einen Regler so gestalten, dass er mehreren hundert Volt problemlos standhält (nützlich für die Netzspannung). Denken Sie auch hier daran, dass dies nur für niedrige Ströme (einige zehn mA) möglich ist.

Innerhalb von integrierten Schaltkreisen:

Sie wurden zu einer Zeit auch in Logik-ICs verwendet (Anfang der 80er Jahre).

Grundsätzlich wurden sie anstelle des jetzt in CMOS-ICs verwendeten FET vom P-Typ als Hochpegel-Durchlasselement verwendet. Es wirkte hauptsächlich als Pull-up-Widerstand, dessen Wert bei niedrigem Ausgang höher wurde, um den Stromverbrauch zu verringern und im Hochpegelzustand immer noch eine niedrige Impedanz zu haben. Beispiel mit einem Inverter-Gate:

Siehe Wikipedia-Eintrag "depletion-load_NMOS_logic" .

Zusätzliche Ressourcen

Für weitere Informationen stehen verschiedene App-Hinweise zur Verfügung:

• von Infineon , in dem die allgemeinen Verarmungs-FET-Verwendungen beschrieben werden (SMPS-Startschaltungsbeispiel stammt aus diesem Dokument).
• von IXYS , das die Verwendung vieler aktueller Quellen beschreibt. (Überspannungsschutz mit 7805-Beispielschaltung stammt aus diesem Dokument).
• von Maxim , der den Überspannungsschutz für Signale beschreibt.
• von ALD , das auch Informationen zum Aufbau von Depletion-Mode-FETs liefert.

Depletion-Mode-Fets sind nützlich bei der Energiegewinnung, wenn ein Betrieb mit sehr niedriger Spannung gewünscht wird. Ein typischer Depletion-Mode-Fet übertrifft einen Si-BJT und ist sogar besser als ein Ge-BJT. Sicher, dass Depletion-Mode-Mosfets etwas selten sind, aber vom Produktionsstandpunkt aus gesehen Weniger unerwünscht als Ge-BJTs. Eine andere Verwendung ist das Ersetzen von Ventilen bei der Wiederherstellung von Vintage-Radios. Audioventile können leicht gefunden werden, aber Funkventile sind manchmal nicht aus Titan. Kleine Mosfets mit Hochspannungsverarmungsmodus haben eine niedrige Gate-Kapazität und sind daher potenzielle Kandidaten für RF / IF / Mixer.

Wie wäre es mit einem Gerät, das weder im Erweiterungs- noch im Verarmungsmodus ist? Oder ist der eine oder andere mehrdeutig?

Viele CMOS-Prozesse enthalten "native" Transistoren. Hierbei handelt es sich um Transistoren, bei denen bestimmte Implantate nicht angewendet wurden und daher sehr niedrige Schwellenspannungen aufweisen. In einigen Prozessen wird diese Schwelle negativ (für NMOS) und ist somit eine Erschöpfungsvorrichtung.

Diese sind vorhanden, damit sie in Bias-Schaltkreisen, Pull-Ups / Downs auf den Schienen und in Operationsverstärkern für den Rail-to-Rail-Betrieb (RR) verwendet werden können. Obwohl es nicht notwendig ist, native Transistoren zu haben, um einen RR-Betrieb zu erhalten.

In einer Vorspannungsschaltung sind sie sehr praktisch, damit Sie während des Einschaltens eine aktive Steuerung haben können (diese Schaltungen werden zuerst lebendig) und auch, damit Sie die Betriebsreichweite erhöhen können, zum Beispiel, wenn ein klassischer Stromspiegel nicht in der Nähe der Schienen arbeitet (unter Vth). . Sie können ein aktives Gerät verwenden, um ein normales Gerät in seinem Unterschwellen-Betriebsbereich zu steuern.

Selbst in der heutigen Welt sind diese Geräte weitaus häufiger als man vermuten würde.

Hinweis: Der Wikipedia-Eintrag auf diesen Geräten besagt fälschlicherweise, dass zusätzliche Implantate vorhanden sind. Obwohl es in einigen Fällen wahr sein kann, wurden bei diesen Geräten in ungefähr 5 verschiedenen mir bekannten Gießereien Prozessschritte entfernt .