Kuidas MOSFET-id töötavad

MOSFETi tööpõhimõte põhineb peamiselt selle ainulaadsetel struktuursetel omadustel ja elektrivälja mõjul. Järgmine on MOSFET-ide töö üksikasjalik selgitus:

I. MOSFETi põhistruktuur

MOSFET koosneb peamiselt väravast (G), allikast (S), äravoolust (D) ja substraadist (B, mõnikord ühendatud allikaga, et moodustada kolme terminaliga seade). N-kanaliga täiustatud MOSFET-ides on substraadiks tavaliselt madala legeeritud P-tüüpi ränimaterjal, millele valmistatakse kaks tugevalt legeeritud N-tüüpi piirkonda, mis toimivad vastavalt allika ja äravooluna. P-tüüpi substraadi pind kaetakse isolatsioonikihina väga õhukese oksiidkilega (ränidioksiid), väravaks on tõmmatud elektrood. See struktuur muudab värava isoleeritud P-tüüpi pooljuhtsubstraadist, äravoolust ja allikast ning seetõttu nimetatakse seda ka isoleeritud värava väljaefektiga toruks.

II. Toimimispõhimõte

MOSFET-id kasutavad äravooluvoolu (ID) juhtimiseks väravaallika pinget (VGS). Täpsemalt, kui rakendatud positiivne paisuallika pinge VGS on suurem kui null, ilmuvad paisu all olevale oksiidikihile ülemine positiivne ja alumine negatiivne elektriväli. See elektriväli meelitab P-piirkonnas vabu elektrone, põhjustades nende kogunemise oksiidikihi alla, tõrjudes samal ajal P-piirkonnas olevaid auke. Kui VGS suureneb, suureneb elektrivälja tugevus ja suureneb ligitõmbatavate vabade elektronide kontsentratsioon. Kui VGS saavutab teatud lävipinge (VT), on piirkonda kogunenud vabade elektronide kontsentratsioon piisavalt suur, et moodustada uus N-tüüpi piirkond (N-kanal), mis toimib kui äravoolu ja allikat ühendav sild. Kui äravoolu ja allika vahel on teatud juhtimispinge (VDS), hakkab sel hetkel voolama äravoolu voolu ID.

III. Juhtiva kanali kujunemine ja muutumine

Juhtiva kanali moodustamine on MOSFETi töö võti. Kui VGS on suurem kui VT, luuakse juhtiv kanal ja äravoolu voolu ID-d mõjutavad nii VGS kui ka VDS. VGS mõjutab ID-d, reguleerides juhtiva kanali laiust ja kuju, samas kui VDS mõjutab ID-d otse juhtimispingena. Oluline on märkida, et kui juhtiv kanal ei ole loodud (st VGS on väiksem kui VT), siis isegi kui VDS on olemas, ei kuvata äravoolu voolu ID-d.

IV. MOSFETide omadused

Kõrge sisendtakistus:MOSFETi sisendtakistus on väga kõrge, lõpmatuse lähedal, kuna paisu ja allika äravoolu piirkonna vahel on isolatsioonikiht ja ainult nõrk paisuvool.

Madal väljundtakistus:MOSFET-id on pingega juhitavad seadmed, milles allika äravoolu vool võib muutuda koos sisendpingega, mistõttu on nende väljundtakistus väike.

Pidev vool:Küllastuspiirkonnas töötades ei mõjuta MOSFETi voolu allika äravoolu pinge muutused praktiliselt, tagades suurepärase konstantse voolu.

Hea temperatuuri stabiilsus:MOSFET-idel on lai töötemperatuurivahemik -55°C kuni umbes +150°C.

V. Rakendused ja klassifikatsioonid

MOSFETe kasutatakse laialdaselt digitaalahelates, analoogskeemides, toiteahelates ja muudes valdkondades. Vastavalt operatsiooni tüübile saab MOSFET-id liigitada täiustamise ja tühjenemise tüüpideks; juhtiva kanali tüübi järgi võib need liigitada N-kanaliteks ja P-kanaliteks. Nendel erinevat tüüpi MOSFET-idel on erinevates rakendusstsenaariumides oma eelised.

Kokkuvõtvalt võib öelda, et MOSFETi tööpõhimõte on juhtida juhtiva kanali moodustumist ja muutumist läbi paisuallika pinge, mis omakorda juhib äravooluvoolu voolu. Selle kõrge sisendtakistus, madal väljundtakistus, konstantne vool ja temperatuuri stabiilsus muudavad MOSFET-id elektrooniliste vooluahelate oluliseks komponendiks.