MOSFET on yksi puolijohdeteollisuuden peruskomponenteista. Elektroniikkapiireissä MOSFETiä käytetään yleensä tehovahvistinpiireissä tai hakkuriteholähdepiireissä, ja sitä käytetään laajalti. Alla,OLUKEYantaa sinulle yksityiskohtaisen selvityksen MOSFETin toimintaperiaatteesta ja analysoi MOSFETin sisäisen rakenteen.
Mikä onMOSFET
MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor (MOSFET). Se on kenttätransistori, jota voidaan käyttää laajasti analogisissa ja digitaalisissa piireissä. Sen "kanavan" (työskentelyn kantoaallon) napaisuuseron mukaan se voidaan jakaa kahteen tyyppiin: "N-tyyppi" ja "P-tyyppi", joita kutsutaan usein NMOS:ksi ja PMOS:ksi.
MOSFETin toimintaperiaate
MOSFET voidaan jakaa tehostustyyppiin ja tyhjennystyyppiin työtilan mukaan. Lisäystyyppi viittaa MOSFETiin, kun esijännitettä ei käytetä eikä vaihtoa oleduktiivinen kanava. Tyhjennystyyppi viittaa MOSFETiin, kun esijännitettä ei käytetä. Johtava kanava tulee näkyviin.
Varsinaisissa sovelluksissa on vain N-kanavan parannustyypin ja P-kanavan parannustyypin MOSFETit. Koska NMOSFETeillä on pieni on-state-vastus ja ne on helppo valmistaa, NMOS on yleisempi kuin PMOS todellisissa sovelluksissa.
Lisävarustetila MOSFET
Parannustilan MOSFETin nielun D ja lähteen S välillä on kaksi peräkkäistä PN-liitosta. Kun hilalähdejännite VGS = 0, vaikka nielulähdejännite VDS lisättäisiin, PN-liitos on aina käänteisessä esijännitetilassa, eikä nielun ja lähteen välillä ole johtavaa kanavaa (ei kulje virtaa ). Siksi tyhjennysvirta ID=0 tällä hetkellä.
Tällä hetkellä, jos lähtöjännite lisätään hilan ja lähteen väliin. Toisin sanoen VGS>0, silloin hilaelektrodin ja piisubstraatin väliseen Si02-eristyskerrokseen muodostuu sähkökenttä hilan ollessa kohdakkain P-tyypin piisubstraatin kanssa. Koska oksidikerros on eristävä, hilaan syötetty jännite VGS ei voi tuottaa virtaa. Oksidikerroksen molemmille puolille syntyy kondensaattori, ja VGS-ekvivalenttipiiri lataa tämän kondensaattorin (kondensaattorin). Ja generoi sähkökenttä, kun VGS nousee hitaasti portin positiivisen jännitteen vetämänä. Suuri määrä elektroneja kerääntyy tämän kondensaattorin (kondensaattorin) toiselle puolelle ja muodostaa N-tyypin johtavan kanavan valumasta lähteeseen. Kun VGS ylittää putken käynnistysjännitteen VT (yleensä noin 2 V), N-kanavainen putki alkaa juuri johtaa ja tuottaa tyhjennysvirran ID:n. Kutsumme hilalähdejännitteeksi, kun kanava alkaa ensimmäisen kerran tuottaa käynnistysjännitettä. Yleisesti ilmaistuna VT.
Hilajännitteen VGS koon säätäminen muuttaa sähkökentän voimakkuutta tai heikkoutta ja voidaan saavuttaa nieluvirran ID koon ohjauksen vaikutus. Tämä on myös tärkeä ominaisuus MOSFETeissä, jotka käyttävät sähkökenttiä virran ohjaamiseen, joten niitä kutsutaan myös kenttätransistoreiksi.
MOSFETin sisäinen rakenne
P-tyypin piisubstraatille, jolla on pieni epäpuhtauspitoisuus, valmistetaan kaksi N+-aluetta, joissa on korkea epäpuhtauspitoisuus, ja kaksi elektrodia vedetään metallialumiinista toimimaan nieluna d ja lähteenä s. Sitten puolijohteen pinta päällystetään erittäin ohuella piidioksidia (SiO2) eristekerroksella ja eristekerroksen päälle viemärin ja lähteen väliin asennetaan alumiinielektrodi toimimaan porttina g. Substraatille vedetään myös elektrodi B, jolloin muodostuu N-kanavainen parannusmoodi MOSFET. Sama pätee P-kanavan parannustyyppisten MOSFETien sisäiseen muodostukseen.
N-kanavan MOSFET- ja P-kanavan MOSFET-piirisymbolit
Yllä olevassa kuvassa näkyy MOSFETin piirisymboli. Kuvassa D on viemäri, S on lähde, G on portti ja nuoli keskellä edustaa alustaa. Jos nuoli osoittaa sisäänpäin, se osoittaa N-kanavaista MOSFETiä, ja jos nuoli osoittaa ulospäin, se osoittaa P-kanavaista MOSFETiä.
Kaksois-N-kanavainen MOSFET-, kaksi-P-kanavainen MOSFET- ja N+P-kanavainen MOSFET-piirisymbolit
Itse asiassa MOSFET-valmistusprosessin aikana substraatti yhdistetään lähteeseen ennen kuin se lähtee tehtaalta. Siksi symboliikkasäännöissä substraattia edustava nuolisymboli on myös liitettävä lähteeseen, jotta se erottaa viemärin ja lähteen. MOSFETin käyttämän jännitteen napaisuus on samanlainen kuin perinteisellä transistorillamme. N-kanava on samanlainen kuin NPN-transistori. Nielu D on kytketty positiiviseen elektrodiin ja lähde S on kytketty negatiiviseen elektrodiin. Kun hilalla G on positiivinen jännite, muodostuu johtava kanava ja N-kanavainen MOSFET alkaa toimia. Samoin P-kanava on samanlainen kuin PNP-transistori. Nielu D kytketään negatiiviseen elektrodiin, lähde S on kytketty positiiviseen elektrodiin ja kun hilalla G on negatiivinen jännite, muodostuu johtava kanava ja P-kanava MOSFET alkaa toimia.
MOSFET-kytkentähäviöperiaate
Olipa kyseessä NMOS tai PMOS, sen päälle kytkemisen jälkeen syntyy sisäinen johtumisvastus, joten virta kuluttaa energiaa tällä sisäisellä resistanssilla. Tätä osaa kulutetusta energiasta kutsutaan johtumiskulutukseksi. Jos valitset MOSFETin, jolla on pieni johtumisvastus, se vähentää tehokkaasti johtavuuden kulutusta. Pienitehoisten MOSFETien virran sisäinen resistanssi on yleensä kymmenien milliohmien luokkaa, ja niitä on myös useita milliohmeja.
Kun MOS kytketään päälle ja lopetetaan, se ei saa toteutua hetkessä. MOS:n molemmilla puolilla oleva jännite laskee tehokkaasti ja sen läpi kulkeva virta kasvaa. Tänä aikana MOSFETin häviö on jännitteen ja virran tulo, joka on kytkentähäviö. Yleisesti ottaen kytkentähäviöt ovat paljon suurempia kuin johtavuushäviöt, ja mitä nopeampi kytkentätaajuus, sitä suuremmat häviöt.
Jännitteen ja virran tulo johtamishetkellä on erittäin suuri, mikä johtaa erittäin suuriin häviöihin. Kytkentähäviöitä voidaan vähentää kahdella tavalla. Yksi on lyhentää kytkentäaikaa, mikä voi tehokkaasti vähentää häviötä jokaisen käynnistyksen aikana; toinen on vähentää kytkentätaajuutta, mikä voi vähentää kytkimien määrää aikayksikköä kohti.
Yllä oleva on yksityiskohtainen selitys MOSFETin toimintaperiaatekaaviosta ja MOSFETin sisäisen rakenteen analyysi. Jos haluat lisätietoja MOSFETistä, ota yhteyttä OLUKEY:hen, joka tarjoaa MOSFET-teknistä tukea!
Postitusaika: 16.12.2023
