In der Tat sind sie nicht sehr weit verbreitet, haben aber dennoch 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 er den 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 wird immer ein Gleichgewicht finden und Sie haben daher eine Stromquelle mit nur zwei Komponenten, deren Strom ausschließlich von der Widerstands- und Gate-Schwelle abhängt (allerdings nicht sehr genau).

Als Teil der Anlaufschaltung für SMPS-Versorgungen

Diese Netzteile verwenden einen Controller-Chip auf der Primärseite (220 V oder 110 V). Der Chip benötigt zum Betrieb eine niedrige Spannung (normalerweise 10 V), und diese Spannung kann von einer Hilfswicklung am Transformator bereitgestellt werden, um effizient zu sein (wenn Sie den Chip mit Strom versorgen, indem Sie die Hochspannung auf der Primärseite mit einem Zener absenken, wird etwas Strom verschwendet, was bei niedriger Last erheblich wird). Das 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 nie startet.

Also müssen Sie den Controller irgendwie mit Strom versorgen, indem Sie die Hochspannung zumindest während des Starts absenken. Aber sobald es gestartet ist und der Controller mit der Aux-Wicklung mit Strom versorgt werden kann, möchten Sie diesen Strompfad unterbrechen, der Strom verschwendet. Wenn Sie es mit einem Depletion Fet machen, ist es sehr einfach: Sie müssen im Grunde nur seine Source auf den Versorgungspin des Controllers, das Gate auf die Masse des Controllers und den Drain auf die Hochspannung legen (dies ist eine vereinfachte Ansicht):

Auf diese Weise versorgt die Hochspannung den Controller, wenn der Controller nicht mit Strom versorgt wird (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 Verbesserungsmodus-FET zu tun, wäre weniger effizient (mehr Komponenten, komplexer, mehr verschwendete Energie). Aus diesem Grund sind die meisten Standard-Fets im Verarmungsmodus, die Sie finden können, eigentlich 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, wird das Gate auf der Zenerspannung gehalten. Der Ausgang kann daher nicht über Vz + VGSthreshold gehen, 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 Folge im Nominalfall ist der RDSon des Mosfets (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. Beim Verarmungs-FET ist die Ausgangsspannung Vz + VGSth. Der geklemmte Ausgang liegt über der Referenz.

Ein weiteres Beispiel für die Verwendung von Überspannungsschutz mit einem Regler:

Das Prinzip ist das gleiche wie oben, außer dass wir den Reglerausgang direkt als Referenz verwenden, die dem Gate zugeführt wird (der Zener kann vermieden werden). Hier ist die Tatsache nützlich, dass der Ausgang des FET über der Referenz liegt: Da die Referenz die geregelten 5 V sind, wissen Sie, dass VGSth für den Reglerausfall zulässig ist.

Da Verarmungs-FETs für hohe Nennspannungen leicht erhältlich sind, können Sie einen Regler herstellen, der problemlos mehreren hundert Volt standhält (nützlich für Netzspannung). Denken Sie noch einmal daran, dass dies nur für niedrige Ströme (einige zehn mA) möglich ist.

Innerhalb integrierter Schaltkreise:

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

Im Grunde wurden sie als High-Level-Durchgangselement anstelle des P-Typ-FET verwendet, der jetzt in CMOS-ICs verwendet wird. Es fungierte hauptsächlich als Pull-up-Widerstand, dessen Wert höher wurde, wenn der Ausgang niedrig war, um den Stromverbrauch zu reduzieren und im High-Level-Zustand immer noch eine niedrige Impedanz zu haben. Beispiel mit einem Inverter-Gate:

Siehe den Wikipedia-Eintrag "depletion-load_NMOS_logic" .

Zusätzliche Ressourcen

Für weitere Informationen stehen mehrere App-Hinweise zur Verfügung:

• von Infineon , die generische Verarmungs-FET-Verwendungen beschreibt (SMPS-Startschaltungsbeispiel stammt aus diesem Dokument).
• von IXYS , die die Verwendung vieler aktueller Quellen beschreibt. (Überspannungsschutz mit 7805-Beispielschaltung stammt aus diesem Dokument).
• von Maxim , beschreibt den Überspannungsschutz für Signale.
• von ALD , die auch Informationen über den Aufbau von FETs vom Verarmungstyp gibt.

Fets im Verarmungsmodus sind bei der Energiegewinnung nützlich, wenn ein Betrieb mit sehr niedriger Spannung erwünscht ist. Ein typischer Fet im Verarmungsmodus übertrifft einen Si-BJT und ist sogar besser als ein Ge-BJT. Sichere Mosfets im Verarmungsmodus sind etwas selten, aber aus Produktionssicht sind sie es weniger unerwünscht als Ge BJTs. Eine weitere Verwendung ist der Ventilersatz bei der Restaurierung von Vintage-Radios. Audioventile können leicht gefunden werden, aber Radioventile sind manchmal Unobtanium. Kleine Mosfets mit Hochspannungsverarmungsmodus haben eine niedrige Gate-Kapazität, was sie zu potenziellen Kandidaten für HF/ZF/Mixer macht.

Wie wäre es mit einem Gerät, das weder im Enhancement- noch im Depletion-Modus ist? Oder ist das eine oder das andere mehrdeutig?

Viele CMOS-Prozesse enthalten "native" Transistoren. Dies sind Transistoren, bei denen bestimmte Implantate nicht angewendet wurden und die deshalb sehr niedrige Schwellenspannungen haben. In einigen Prozessen wird dieser Schwellenwert negativ (für NMOS) und ist somit ein Verarmungsgerät.

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

In einer Vorspannungsschaltung sind sie sehr praktisch, damit Sie beim Einschalten eine aktive Kontrolle haben können (diese Schaltungen werden zuerst lebendig) und auch den Betriebsbereich erhöhen können, z. B. arbeitet ein klassischer Stromspiegel nicht in der Nähe der Schienen (unter Vth). . Sie können ein aktives Gerät verwenden, um ein normales Gerät in seinem unterschwelligen Betriebsbereich zu steuern.

Sogar in der heutigen Welt sind diese Geräte weit verbreiteter, als man vermuten würde.

Als Hinweis, der Wikipedia-Eintrag zu diesen Geräten gibt falsch an, dass es zusätzliche Implantate gibt. Es mag zwar in einigen Fällen zutreffen, aber in etwa 5 verschiedenen Herstellern, die mir bekannt sind, wurden bei diesen Geräten Prozessschritte entfernt .