Trabalho com o MOSFET de aprimoramento há muito tempo. Mas nunca vi nenhum circuito usando um MOSFET de depleção.

Quais são alguns casos de uso típicos do MOSFET de depleção?

Na verdade, eles não são muito utilizados, mas ainda têm alguns motivos para estarem disponíveis.

Como dispositivos discretos:

Como uma fonte simples de corrente constante

se você colocar um resistor entre a fonte e a porta, criará uma fonte de corrente constante:

Se a corrente aumentar, aumenta a queda de tensão no resistor e, portanto, diminui a tensão do portão, o que desativará um pouco o mosfet. Se a corrente diminuir, o mosfet liga um pouco. Isso sempre encontrará equilíbrio e, portanto, você tem uma fonte de corrente com apenas dois componentes, cuja corrente depende apenas do resistor e do limiar da porta (embora não seja muito preciso).

Como parte do circuito de inicialização de suprimentos SMPS

Esses suprimentos usam um chip controlador no lado primário (220V ou 110V). O chip precisa de baixa voltagem para funcionar (geralmente 10V), e essa voltagem pode ser fornecida por um enrolamento auxiliar no transformador para ser eficiente (se você ligar o chip, baixando a alta voltagem no primário com um zener, você ' desperdiçará alguma energia que se tornará significativa em baixa carga). Isso é bom, mas quando a alimentação é iniciada, ainda não há tensão no enrolamento auxiliar; portanto, o controlador não pode ser ligado e nunca é iniciado.

Então, de alguma forma, você precisa ligar o controlador reduzindo a alta tensão, pelo menos durante a inicialização. Mas, uma vez iniciado, e o controlador pode ser alimentado com o enrolamento auxiliar, você deseja cortar esse caminho atual que desperdiça energia. Se você fizer isso com um empobrecimento, é muito fácil: basicamente, basta definir sua fonte no pino de alimentação do controlador, na porta no chão do controlador e no dreno na alta tensão (isto é, uma visão simplificada):

Dessa forma, quando o controlador está desligado, a alta tensão alimenta o controlador (sem tensão no portão) e, uma vez que o controlador é ligado, o caminho de alta tensão é interrompido (tensão negativa no portão). Qualquer outra maneira de fazê-lo com um fet de modo de aprimoramento seria menos eficiente (mais componentes, mais complexo, mais energia desperdiçada). É por isso que a maioria das buscas no modo de esgotamento padrão que você encontra são realmente peças de alta tensão.

Como elemento de proteção contra sobretensão

Esse aplicativo é limitado à proteção de sinais ou suprimentos de baixa corrente, porque os níveis de exaustão geralmente têm um RDSon muito alto. Este é o circuito típico:

Mesmo se a tensão do sinal for muito alta, o gate será mantido na tensão zener. Portanto, a saída não poderá ir acima de Vz + VGSthreshold, porque o mosfet deixaria de ser conduzido. Na verdade, funciona como um regulador e prende o sinal. Você pode proteger as entradas de IC com isso, a única conseqüência no caso nominal é o RDSon do mosfet (impedância mais baixa do que apenas um resistor e um zener).

Observe como o circuito acima se parece com um simples regulador NPN. Porém, há uma grande diferença: com o regulador NPN, a tensão de saída é de Vz-0,6V. Com o esgotamento do FET, a tensão de saída é Vz + VGSth. A saída presa está acima da referência.

Outro exemplo de uso de proteção contra sobretensão, com um regulador:

O princípio é o mesmo que acima, exceto que estamos usando a saída do regulador diretamente como a referência fornecida ao portão (o zener pode ser evitado). É aqui que o fato de a saída do FET estar acima da referência é útil: sendo a referência os 5V regulados, você sabe que terá VGSth permitido para a interrupção do regulador.

Portanto, como o FETS de exaustão pode ser facilmente obtido para classificações de alta tensão, você pode tornar um regulador capaz de suportar várias centenas de volts facilmente (útil para a tensão da rede elétrica). Mais uma vez, lembre-se de que isso pode ser feito apenas para correntes baixas (algumas dezenas de mA).

Dentro de circuitos integrados:

Eles também foram usados ​​em CIs lógicos por vez (início dos anos 80).

Basicamente, eles foram usados ​​como o elemento de passagem de alto nível, em vez do FET do tipo P agora usado nos ICs do CMOS. Ele agia principalmente como um resistor pull-up cujo valor se tornava mais alto quando a saída era baixa, para reduzir o consumo de energia e ainda ter baixa impedância no estado de alto nível. Exemplo com um portão inversor:

Consulte a entrada da Wikipedia "depletion-load_NMOS_logic" .

Recursos adicionais

Existem várias notas de aplicativos disponíveis para mais informações:

• da Infineon , descrevendo os usos FET genéricos de depleção (o exemplo do circuito de inicialização SMPS vem deste documento).
• do IXYS , descrevendo o uso de muitas fontes atuais. (A proteção contra sobretensão com o circuito de exemplo 7805 é fornecida neste documento).
• da Maxim , descrevendo a proteção contra sobretensão para sinais.
• da ALD , que também fornece informações sobre a construção de FETs no modo de depleção.

Os fets do modo de depleção são úteis na coleta de energia, onde é necessária uma operação de voltagem muito baixa. Um modo típico de modo de depleção supera um Si BJT e ainda se sai melhor do que um Ge BJT. Outro uso é a substituição de válvulas ao restaurar rádios Vintage. As válvulas de áudio podem ser facilmente encontradas, mas as válvulas de rádio às vezes são unobtanium. Os pequenos mosfets de modo de depleção de alta tensão têm baixa capacitância de porta, tornando-os candidatos potenciais para RF / IF / Mixer.

Que tal um dispositivo que não esteja no modo de aprimoramento nem esgotamento? Ou é ambiguamente um ou outro?

Muitos processos do CMOS possuem transistores "nativos". Estes são transistores nos quais certos implantes não foram aplicados e, por causa disso, apresentam tensões limiares muito baixas. Em alguns processos, esse limite é negativo (para NMOS) e, portanto, é um dispositivo de depleção.

Eles estão presentes para que possam ser usados ​​em circuitos de polarização, pull ups / downs que vão para os trilhos e em amplificadores operacionais para operação Rail to Rail (RR). Embora não seja necessário ter transistores nativos para obter a operação RR.

Em um circuito polarizado, eles são muito úteis para que você possa ter controle ativo durante a inicialização (esses circuitos ganham vida primeiro) e também para aumentar o alcance operacional, por exemplo, um espelho de corrente clássico não opera perto dos trilhos (abaixo de Vth) . Você pode usar um dispositivo ativo para controlar um dispositivo normal em sua região de sublimiar de operação.

Assim, mesmo no mundo de hoje, esses dispositivos são muito mais comuns do que se poderia suspeitar.

Como uma observação, a entrada da Wikipedia nesses dispositivos está errada ao afirmar que existem implantes adicionais. Embora isso possa ser verdade em alguns casos, em cerca de 5 fundições diferentes que eu conheço, esses dispositivos têm etapas do processo removidas .