A MOSFET a félvezetőipar egyik legalapvetőbb összetevője.Az elektronikus áramkörökben a MOSFET-et általában teljesítményerősítő áramkörökben vagy kapcsolóüzemű áramkörökben használják, és széles körben használják.Lent,OLUKEYrészletesen elmagyarázza a MOSFET működési elvét, és elemzi a MOSFET belső szerkezetét.
Mi aMOSFET
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 szennyezőkoncentrációjú 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 közötti 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, nem szabad egy pillanat alatt megvalósítani.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!
Feladás időpontja: 2023. december 16
