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Introduzione ai MOSFET
Il MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) è un transistor a effetto di campo (FET) utilizzato in elettronica per applicazioni di commutazione e amplificazione. Grazie alla sua elevata efficienza, velocità e bassa dissipazione di potenza, il MOSFET è il componente principale nei circuiti di alimentazione, conversione di potenza e microelettronica.
Struttura del MOSFET
Il MOSFET è costituito da tre terminali principali:
✅ Gate (G) → Controlla il flusso di corrente.
✅ Drain (D) → Terminale di uscita dove la corrente fluisce.
✅ Source (S) → Terminale di ingresso da cui parte la corrente.La caratteristica fondamentale del MOSFET è la presenza di un isolante (ossido di silicio) tra il gate e il canale, che consente di pilotare il transistor con una tensione e non con una corrente, riducendo così il consumo energetico rispetto ai transistor bipolari (BJT).
Tipologie di MOSFET
🔹 MOSFET a Canale N
- Più utilizzato per la sua bassa resistenza di conduzione.
- Il canale si attiva con una tensione positiva applicata al gate.
🔹 MOSFET a Canale P
- Utilizzato in applicazioni complementari ai MOSFET a canale N.
- Il canale si attiva con una tensione negativa applicata al gate.
🔹 MOSFET a Deplezione e a Enrichment
- Deplezione: Il canale è già conduttivo a riposo e si chiude con una tensione negativa.
- Enrichment (arricchimento): Il canale si forma solo se viene applicata una tensione al gate (la modalità più comune).
Principio di Funzionamento
Il MOSFET è un dispositivo a controllo di tensione. Il funzionamento si divide in tre regioni:
✔ Regione di Cut-off: Nessuna corrente tra Drain e Source (MOSFET spento).
✔ Regione Lineare: Il MOSFET si comporta come una resistenza variabile, utile per applicazioni analogiche.
✔ Regione di Saturazione: Il MOSFET è completamente acceso e si comporta come un interruttore.Vantaggi del MOSFET
✅ Alta efficienza → Consuma poca potenza rispetto ai transistor bipolari (BJT).
✅ Alta velocità di commutazione → Ideale per applicazioni a frequenza elevata.
✅ Elevata impedenza di ingresso → Richiede pochissima corrente per essere pilotato.
✅ Bassa resistenza di conduzione → Riduce le perdite di potenza.Applicazioni dei MOSFET
⚡ Elettronica di potenza → Convertitori DC-DC, inverter, alimentatori switching.
🎛 Circuiti di amplificazione → MOSFET utilizzati in audio Hi-Fi e strumentazione.
🤖 Automazione e Robotica → Controllo di motori e attuatori.
📡 Telecomunicazioni → Utilizzati nei circuiti RF e nelle trasmissioni dati.Grazie alle sue caratteristiche, il MOSFET è oggi il transistor più diffuso in elettronica di potenza ed è il componente base dei microprocessori e dei circuiti digitali moderni.
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Il MOSFET è un tipo di dispositivo a semiconduttore chiamato transistor ad effetto di campo a gate isolato. La sua struttura è costituita dalla sovrapposizione di strati di metallo, ossido e semiconduttore (MOS = metal - oxide -semiconductor).
E' molto semplice da realizzare e questo permette un grado di miniaturizzazione maggiore rispetto al BJT.
Il MOSFET è costituito da due zone di semiconduttore drogate dello stesso tipo, che si chiamano drain e source, potenzialmente collegabili tra loro tramite un canale costituito dai portatori di carica. Tramite la tensione applicata ad un terzo terminale chiamato gate si può creare il canale e regolarne la sua profondità.
Il MOSFET è un transistor controllato in tensione e differisce da un JFET in quanto ha il terminale di Gate che è isolato elettricamente dal canale del semiconduttore principale da uno strato molto sottile di materiale isolante (solitamente biossido di silicio). Tale caratteristica permette di considerare il gate come la piastra di un condensatore. L'isolamento del gate di controllo fa sì che la resistenza di ingresso del MOSFET sia estremamente alta nell'ordine dei Mega-ohm ( MΩ ), rendendola così quasi infinita.
Poiché il terminale di gate è isolato elettricamente dal canale principale che trasporta la corrente tra il drain e il source, "NESSUNA corrente scorre nel gate" e proprio come il JFET, il MOSFET agisce anche come un resistore controllato in tensione in cui la corrente che scorre attraverso il canale principale è proporzionale alla tensione di ingresso.
Avendo una resistenza di ingresso molto elevata, il MOSFET può facilmente accumulare grandi quantità di carica statica con il risultato che può venire facilmente danneggiato se non maneggiato o protetto con cura.
Esistono due strutture di MOS: ad arricchimento (enhancement) o a svuotamento (depletion). Inoltre, a seconda del tipo di portatori di carica, si distinguono MOS a canale N (NMOS) e MOS a canale P (PMOS).
Anche i MOSFET possono essere fatti lavorare come amplificatori oppure come interruttori.
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