A MOSFET | működési elvi diagramjának részletes magyarázata A FET belső szerkezetének elemzése

A MOSFET a félvezetőipar egyik legalapvetőbb összetevője. Az elektronikus áramkörökben a MOSFET-et általában teljesítményerősítő áramkörökben vagy kapcsolóüzemű áramkörökben használják, és széles körben használják. Alatt,OLUKEYrészletesen elmagyarázza a MOSFET működési elvét, és elemzi a MOSFET belső szerkezetét.

Mi azMOSFET

MOSFET, fém-oxid félvezető hatású tranzisztor (MOSFET). Ez egy térhatású tranzisztor, amely széles körben használható analóg és digitális áramkörökben. A "csatornája" (működő hordozója) polaritáskülönbsége szerint két típusra osztható: "N-típusra" és "P-típusra", amelyeket gyakran NMOS-nak és PMOS-nak neveznek.

MOSFET működési elv

A MOSFET a működési mód szerint felosztható javítási és kimerítési típusra. A bővítés típusa a MOSFET-re vonatkozik, amikor nincs előfeszítő feszültség és nincs konduktív csatorna. A kimerülés típusa a MOSFET-re vonatkozik, ha nincs előfeszítő feszültség. Egy vezetőképes csatorna jelenik meg.

A tényleges alkalmazásokban csak N-csatornás bővítési típusú és P-csatornás bővítési típusú MOSFET-ek léteznek. Mivel az NMOSFET-ek kis bekapcsolási ellenállással rendelkeznek, és könnyen gyárthatók, az NMOS gyakoribb, mint a PMOS a tényleges alkalmazásokban.

Javító mód MOSFET

A bővített módú MOSFET D leeresztője és S forrása között két egymásra épülő PN csomópont található. Ha a kapu-forrás feszültség VGS=0, még akkor is, ha a VDS leeresztő-forrás feszültséget hozzáadjuk, mindig van egy PN átmenet fordított előfeszítésű állapotban, és nincs vezető csatorna a csatorna és a forrás között (nem folyik áram) ). Ezért a leeresztőáram ID=0 jelenleg.

Ekkor, ha előremenő feszültséget adunk a kapu és a forrás közé. Vagyis VGS>0, akkor a kapuelektróda és a szilícium szubsztrát közötti SiO2 szigetelőrétegben elektromos mező jön létre, ahol a kapu a P típusú szilícium hordozóhoz igazodik. Mivel az oxidréteg szigetelő, a kapura adott VGS feszültség nem tud áramot termelni. Az oxidréteg mindkét oldalán kondenzátor keletkezik, és a VGS egyenértékű áramkör ezt a kondenzátort (kondenzátort) tölti fel. És generáljon elektromos mezőt, miközben a VGS lassan emelkedik, vonzza a kapu pozitív feszültsége. Ennek a kondenzátornak (kondenzátornak) a másik oldalán nagyszámú elektron halmozódik fel, és N-típusú vezető csatornát hoz létre a lefolyótól a forrásig. Amikor a VGS meghaladja a cső VT bekapcsolási feszültségét (általában körülbelül 2 V), az N-csatornás cső éppen vezetni kezd, és egy leeresztőáramot generál. Kapu-forrás feszültségnek nevezzük, amikor a csatorna először kezdi el generálni a bekapcsolási feszültséget. Általában VT-ként fejezik ki.

A VGS kapufeszültség méretének szabályozása megváltoztatja az elektromos tér erősségét vagy gyengeségét, és a leeresztőáram ID méretének szabályozási hatása érhető el. Ez a MOSFET-ek fontos jellemzője is, amelyek elektromos mezőt használnak az áram szabályozására, ezért ezeket térhatású tranzisztoroknak is nevezik.

MOSFET belső szerkezet

Egy alacsony szennyezőanyag-koncentrációjú P-típusú szilícium hordozón két nagy szennyeződéskoncentrációjú N+ régiót készítenek, és fémalumíniumból két elektródát húznak ki, amelyek rendre d drénként, illetve forrásként szolgálnak. Ezután a félvezető felületet rendkívül vékony szilícium-dioxid (SiO2) szigetelőréteggel vonják be, a lefolyó és a forrás közé eső szigetelőrétegre pedig egy alumínium elektródát szerelnek, amely kapuként szolgál g. A B elektródát szintén kihúzzák a hordozóra, és egy N-csatornás fokozási módú MOSFET-et képeznek. Ugyanez igaz a P-csatorna bővítő típusú MOSFET-ek belső kialakítására is.

N-csatornás MOSFET és P-csatornás MOSFET áramkör szimbólumok

A fenti képen a MOSFET áramköri szimbóluma látható. A képen D a lefolyó, S a forrás, G a kapu, a középső nyíl pedig a szubsztrátot jelöli. Ha a nyíl befelé mutat, az N-csatornás MOSFET-et jelez, ha pedig a nyíl kifelé, akkor P-csatornás MOSFET-et.

Kettős N-csatornás MOSFET, kettős P-csatornás MOSFET és N+P-csatornás MOSFET áramkör szimbólumok

Valójában a MOSFET gyártási folyamata során a hordozót a gyár elhagyása előtt csatlakoztatják a forráshoz. Ezért a szimbolikus szabályokban a szubsztrátot jelző nyíl szimbólumot is a forráshoz kell kapcsolni, hogy megkülönböztessük a lefolyót és a forrást. A MOSFET által használt feszültség polaritása hasonló a hagyományos tranzisztorunkéhoz. Az N-csatorna hasonló az NPN tranzisztorhoz. A D leeresztő a pozitív elektródához, az S forrás pedig a negatív elektródához csatlakozik. Ha a G kapu pozitív feszültségű, akkor egy vezető csatorna jön létre, és az N-csatornás MOSFET elkezd működni. Hasonlóképpen, a P-csatorna hasonló a PNP tranzisztorhoz. A D leeresztő a negatív elektródára, az S forrás a pozitív elektródára csatlakozik, és amikor a G kapu negatív feszültségű, akkor egy vezető csatorna jön létre, és a P-csatornás MOSFET elkezd működni.

MOSFET kapcsolási veszteség elve

Legyen szó NMOS-ról vagy PMOS-ról, a bekapcsolás után belső vezetési ellenállás keletkezik, így az áram ezen a belső ellenálláson fogyaszt energiát. Az elfogyasztott energia ezen részét vezetési fogyasztásnak nevezzük. A kis vezetési belső ellenállású MOSFET kiválasztása hatékonyan csökkenti a vezetési fogyasztást. A kis teljesítményű MOSFET-ek jelenlegi belső ellenállása általában tíz milliohm körül van, és több milliohm is van.

Amikor a MOS be van kapcsolva és le van állítva, annak nem szabad egy pillanat alatt megvalósulnia. A MOS mindkét oldalán a feszültség hatékonyan csökken, a rajta átfolyó áram pedig növekedni fog. Ebben az időszakban a MOSFET vesztesége a feszültség és az áram szorzata, ami a kapcsolási veszteség. Általánosságban elmondható, hogy a kapcsolási veszteségek sokkal nagyobbak, mint a vezetési veszteségek, és minél gyorsabb a kapcsolási frekvencia, annál nagyobb a veszteség.

A feszültség és az áram szorzata a vezetés pillanatában nagyon nagy, ami nagyon nagy veszteségeket eredményez. A kapcsolási veszteségek kétféleképpen csökkenthetők. Az egyik a kapcsolási idő csökkentése, ami hatékonyan csökkentheti a veszteséget minden egyes bekapcsoláskor; a másik a kapcsolási frekvencia csökkentése, amivel csökkenthető az egységnyi időre eső kapcsolások száma.

A fentiek a MOSFET működési elvi diagramjának részletes magyarázata és a MOSFET belső szerkezetének elemzése. Ha többet szeretne megtudni a MOSFET-ről, kérjük, forduljon az OLUKEY-hoz, hogy MOSFET műszaki támogatást nyújtson!