Kuinka MOSFETit toimivat

MOSFETin toimintaperiaate perustuu pääasiassa sen ainutlaatuisiin rakenteellisiin ominaisuuksiin ja sähkökenttävaikutuksiin. Seuraavassa on yksityiskohtainen selitys MOSFETien toiminnasta:

I. MOSFETin perusrakenne

MOSFET koostuu pääasiassa portista (G), lähteestä (S), nielusta (D) ja substraatista (B, joskus yhdistetty lähteeseen kolminapaisen laitteen muodostamiseksi). N-kanavaisissa parannus-MOSFETeissä substraatti on yleensä vähän seostettua P-tyypin piimateriaalia, jolle valmistetaan kaksi voimakkaasti seostettua N-tyypin aluetta toimimaan lähteenä ja viemärinä, vastaavasti. P-tyypin substraatin pinta on päällystetty eristekerroksena erittäin ohuella oksidikalvolla (piidioksidi) ja hilaksi vedetään elektrodi. Tämä rakenne eristää portin P-tyyppisestä puolijohdesubstraatista, viemäristä ja lähteestä, ja siksi sitä kutsutaan myös eristetyn hilan kenttävaikutelmaputkeksi.

II. Toimintaperiaate

MOSFETit toimivat käyttämällä hilalähdejännitettä (VGS) ohjaamaan tyhjennysvirtaa (ID). Erityisesti, kun käytetty positiivinen hilalähdejännite VGS on suurempi kuin nolla, ylempi positiivinen ja alempi negatiivinen sähkökenttä ilmestyy oksidikerrokseen hilan alla. Tämä sähkökenttä vetää puoleensa vapaita elektroneja P-alueella, jolloin ne kerääntyvät oksidikerroksen alle ja hylkivät samalla P-alueen reikiä. VGS:n kasvaessa sähkökentän voimakkuus kasvaa ja vetäytyneiden vapaiden elektronien pitoisuus kasvaa. Kun VGS saavuttaa tietyn kynnysjännitteen (VT), alueelle kerääntyneiden vapaiden elektronien pitoisuus on riittävän suuri muodostamaan uuden N-tyypin alueen (N-kanava), joka toimii nielun ja lähteen yhdistävänä sillana. Tässä vaiheessa, jos nielun ja lähteen välillä on tietty käyttöjännite (VDS), nieluvirran ID alkaa virrata.

III. Johtavan kanavan muodostuminen ja vaihto

Johtavan kanavan muodostus on avain MOSFETin toimintaan. Kun VGS on suurempi kuin VT, johtava kanava muodostetaan ja sekä VGS että VDS vaikuttavat nieluvirran ID:hen. VGS vaikuttaa ID:hen säätämällä johtavan kanavan leveyttä ja muotoa, kun taas VDS vaikuttaa ID:hen suoraan käyttöjännitteenä. On tärkeää huomata, että jos johtavaa kanavaa ei ole muodostettu (eli VGS on pienempi kuin VT), vaikka VDS olisi olemassa, nieluvirran tunnus ei näy.

IV. MOSFETien ominaisuudet

Korkea tuloimpedanssi:MOSFETin tuloimpedanssi on erittäin korkea, lähellä ääretöntä, koska hilan ja lähde-nielualueen välissä on eristyskerros ja vain heikko hilavirta.

Matala lähtöimpedanssi:MOSFETit ovat jänniteohjattuja laitteita, joissa lähde-tyhjennysvirta voi muuttua tulojännitteen mukana, joten niiden lähtöimpedanssi on pieni.

Jatkuva virtaus:Käytettäessä kyllästysalueella MOSFETin virtaan ei käytännössä vaikuta lähde-nielujännitteen muutokset, mikä tarjoaa erinomaisen vakiovirran.

Hyvä lämmönkestävyys:MOSFETeillä on laaja käyttölämpötila-alue -55°C - noin +150°C.

V. Sovellukset ja luokitukset

MOSFETejä käytetään laajalti digitaalisissa piireissä, analogisissa piireissä, tehopiireissä ja muilla aloilla. Toimintatyypin mukaan MOSFETit voidaan luokitella tehostus- ja tyhjennystyyppeihin; Johtavan kanavan tyypin mukaan ne voidaan luokitella N-kanavaan ja P-kanavaan. Näillä erilaisilla MOSFET-tyypeillä on omat etunsa erilaisissa sovellusskenaarioissa.

Yhteenvetona MOSFETin toimintaperiaate on ohjata johtavan kanavan muodostumista ja muutosta hilalähdejännitteen kautta, mikä puolestaan ​​ohjaa nieluvirran virtausta. Sen korkea tuloimpedanssi, alhainen lähtöimpedanssi, vakiovirta- ja lämpötilavakaus tekevät MOSFETeista tärkeän komponentin elektronisissa piireissä.