Detalizēts MOSFET darbības principa diagrammas skaidrojums | FET iekšējās struktūras analīze

MOSFET ir viena no visvienkāršākajām sastāvdaļām pusvadītāju nozarē. Elektroniskajās shēmās MOSFET parasti izmanto jaudas pastiprinātāju ķēdēs vai komutācijas barošanas ķēdēs, un to plaši izmanto. Zemāk,OLUKEYsniegs detalizētu skaidrojumu par MOSFET darbības principu un analizēs MOSFET iekšējo struktūru.

Kas irMOSFET

MOSFET, metāla oksīda pusvadītāju efekta tranzistors (MOSFET). Tas ir lauka efekta tranzistors, ko var plaši izmantot analogajās shēmās un digitālajās shēmās. Saskaņā ar tā "kanāla" (darba nesēja) polaritātes atšķirībām to var iedalīt divos veidos: "N-tipa" un "P-tipa", kurus bieži sauc par NMOS un PMOS.

MOSFET darbības princips

MOSFET var iedalīt uzlabošanas veidā un izsīkšanas veidā atbilstoši darba režīmam. Uzlabojuma veids attiecas uz MOSFET, ja netiek pielietots nobīdes spriegums un nav konskanāls kanāls. Iztukšošanās veids attiecas uz MOSFET, ja netiek pielietots nobīdes spriegums. Parādīsies vadošs kanāls.

Faktiskajās lietojumprogrammās ir tikai N-kanālu uzlabošanas tipa un P-kanāla uzlabošanas tipa MOSFET. Tā kā NMOSFET ir maza ieslēgšanas pretestība un tos ir viegli ražot, NMOS ir biežāk sastopams nekā PMOS faktiskajos lietojumos.

Uzlabošanas režīms MOSFET

Starp uzlabošanas režīma MOSFET noteci D un avotu S ir divi savstarpēji saistīti PN savienojumi. Ja vārtu avota spriegums VGS = 0, pat ja tiek pievienots drenāžas avota spriegums VDS, vienmēr ir PN pāreja apgrieztā nobīdes stāvoklī un starp drenāžu un avotu nav vadoša kanāla (strāva neplūst ). Tāpēc drenāžas strāva ID = 0 šajā laikā.

Šajā laikā, ja starp vārtiem un avotu tiek pievienots tiešais spriegums. Tas ir, VGS>0, tad SiO2 izolācijas slānī starp vārtu elektrodu un silīcija substrātu tiks ģenerēts elektriskais lauks ar vārtiem, kas ir saskaņoti ar P-veida silīcija substrātu. Tā kā oksīda slānis ir izolējošs, vārtiem pievienotais spriegums VGS nevar radīt strāvu. Abās oksīda slāņa pusēs tiek ģenerēts kondensators, un VGS ekvivalentā ķēde uzlādē šo kondensatoru (kondensatoru). Un ģenerējiet elektrisko lauku, VGS lēnām paceļoties, ko piesaista vārtu pozitīvais spriegums. Liels skaits elektronu uzkrājas šī kondensatora (kondensatora) otrā pusē un veido N tipa vadošu kanālu no aizplūšanas līdz avotam. Kad VGS pārsniedz caurules ieslēgšanas spriegumu VT (parasti aptuveni 2 V), N-kanāla caurule tikai sāk vadīt, radot drenāžas strāvas ID. Mēs saucam par vārtu avota spriegumu, kad kanāls pirmo reizi sāk ģenerēt ieslēgšanas spriegumu. Parasti izteikts kā VT.

Vārstu sprieguma VGS lieluma kontrole maina elektriskā lauka stiprumu vai vājumu, un var sasniegt drenāžas strāvas ID lieluma kontroles efektu. Šī ir arī svarīga MOSFET iezīme, kas izmanto elektriskos laukus, lai kontrolētu strāvu, tāpēc tos sauc arī par lauka efekta tranzistoriem.

MOSFET iekšējā struktūra

Uz P-veida silīcija substrāta ar zemu piemaisījumu koncentrāciju tiek izveidoti divi N+ apgabali ar augstu piemaisījumu koncentrāciju, un divi elektrodi tiek izvilkti no metāla alumīnija, lai kalpotu attiecīgi kā drenāža d un avots s. Tad pusvadītāja virsma tiek pārklāta ar īpaši plānu silīcija dioksīda (SiO2) izolācijas slāni, un uz izolācijas slāņa starp noteku un avotu tiek uzstādīts alumīnija elektrods, kas kalpo kā vārti g. Uz pamatnes tiek izvilkts arī elektrods B, veidojot N-kanāla uzlabošanas režīma MOSFET. Tas pats attiecas uz P-kanāla uzlabošanas tipa MOSFET iekšējo veidošanu.

N-kanāla MOSFET un P-kanāla MOSFET shēmas simboli

Augšējā attēlā redzams MOSFET ķēdes simbols. Attēlā D ir noteka, S ir avots, G ir vārti, un bultiņa vidū apzīmē substrātu. Ja bultiņa ir vērsta uz iekšu, tā norāda uz N-kanāla MOSFET, un, ja bultiņa ir vērsta uz āru, tā norāda uz P-kanāla MOSFET.

Divu N-kanālu MOSFET, divu P-kanālu MOSFET un N+P-kanālu MOSFET shēmas simboli

Faktiski MOSFET ražošanas procesā substrāts tiek savienots ar avotu pirms rūpnīcas izvešanas. Tāpēc simbololoģijas noteikumos bultiņas simbolam, kas apzīmē substrātu, arī jābūt savienotam ar avotu, lai atšķirtu noteci un avotu. MOSFET izmantotā sprieguma polaritāte ir līdzīga mūsu tradicionālajam tranzistoram. N-kanāls ir līdzīgs NPN tranzistoram. Drenāža D ir savienota ar pozitīvo elektrodu, un avots S ir savienots ar negatīvo elektrodu. Kad vārtiem G ir pozitīvs spriegums, veidojas vadošs kanāls un sāk darboties N-kanāla MOSFET. Līdzīgi P-kanāls ir līdzīgs PNP tranzistoram. Drenāža D ir savienota ar negatīvo elektrodu, avots S ir pievienots pozitīvajam elektrodam, un, kad vārtiem G ir negatīvs spriegums, veidojas vadošs kanāls un sāk darboties P-kanāla MOSFET.

MOSFET komutācijas zuduma princips

Neatkarīgi no tā, vai tā ir NMOS vai PMOS, pēc tā ieslēgšanas tiek ģenerēta vadīšanas iekšējā pretestība, tāpēc strāva patērēs enerģiju uz šo iekšējo pretestību. Šo patērētās enerģijas daļu sauc par vadīšanas patēriņu. Izvēloties MOSFET ar mazu vadītspējas iekšējo pretestību, tiks efektīvi samazināts vadītspējas patēriņš. Mazjaudas MOSFET pašreizējā iekšējā pretestība parasti ir aptuveni desmiti miliomi, un ir arī vairāki miliomi.

Kad MOS ir ieslēgts un pārtraukts, to nedrīkst realizēt vienā mirklī. Spriegums abās MOS pusēs efektīvi samazināsies, un caur to plūstošā strāva palielināsies. Šajā periodā MOSFET zudums ir sprieguma un strāvas reizinājums, kas ir pārslēgšanas zudums. Vispārīgi runājot, pārslēgšanas zudumi ir daudz lielāki nekā vadītspējas zudumi, un jo ātrāka ir pārslēgšanas frekvence, jo lielāki zaudējumi.

Sprieguma un strāvas reizinājums vadīšanas brīdī ir ļoti liels, kā rezultātā rodas ļoti lieli zudumi. Pārslēgšanas zudumus var samazināt divos veidos. Viens no tiem ir samazināt pārslēgšanās laiku, kas var efektīvi samazināt zaudējumus katras ieslēgšanas laikā; otrs ir samazināt pārslēgšanas frekvenci, kas var samazināt slēdžu skaitu laika vienībā.

Iepriekš ir detalizēts MOSFET darbības principa diagrammas skaidrojums un MOSFET iekšējās struktūras analīze. Lai uzzinātu vairāk par MOSFET, laipni lūdzam sazināties ar OLUKEY, lai sniegtu jums MOSFET tehnisko atbalstu!