MOSFET on pooljuhtide tööstuse üks põhilisi komponente. Elektroonilistes ahelates kasutatakse MOSFET-i üldiselt võimsusvõimendi ahelates või lülitustoiteahelates ja seda kasutatakse laialdaselt. allpool,OLUKEYannab teile üksikasjaliku selgituse MOSFETi tööpõhimõtte kohta ja analüüsib MOSFETi sisemist struktuuri.
Mis onMOSFET
MOSFET, metalloksiid-pooljuhtefektiga transistor (MOSFET). See on väljatransistor, mida saab laialdaselt kasutada analoog- ja digitaalahelates. Selle "kanali" (töökandja) polaarsuse erinevuse järgi võib selle jagada kahte tüüpi: "N-tüüp" ja "P-tüüp", mida sageli nimetatakse NMOS-iks ja PMOS-iks.
MOSFETi tööpõhimõte
MOSFETi saab vastavalt töörežiimile jagada täiustustüübiks ja tühjenemistüübiks. Täiendustüüp viitab MOSFET-ile, kui eelpinget ei rakendata ja lülitus puudubjuhtkanal. Tühjenemise tüüp viitab MOSFET-ile, kui eelpinget ei rakendata. Ilmub juhtiv kanal.
Tegelikes rakendustes on ainult N-kanaliga täiustustüüpi ja P-kanali täiustustüüpi MOSFET-id. Kuna NMOSFET-idel on väike olekutakistus ja neid on lihtne valmistada, on NMOS tegelikes rakendustes tavalisem kui PMOS.
Täiustusrežiim MOSFET
Täiustusrežiimi MOSFET-i äravoolu D ja allika S vahel on kaks PN-ühendust. Kui paisuallika pinge VGS = 0, on isegi äravooluallika pinge VDS lisamisel alati PN-siirde pöördpingestusega olekus ning äravoolu ja allika vahel pole juhtivat kanalit (vool ei voola ). Seetõttu on äravooluvool ID=0 sel ajal.
Sel ajal, kui värava ja allika vahele lisatakse päripinge. See tähendab, et VGS> 0, siis genereeritakse paisuelektroodi ja ränisubstraadi vahelises SiO2 isolatsioonikihis elektriväli, mille värav on joondatud P-tüüpi ränisubstraadiga. Kuna oksiidikiht on isoleeriv, ei saa väravale rakendatav pinge VGS voolu tekitada. Oksiidkihi mõlemal küljel genereeritakse kondensaator ja VGS-i ekvivalentskeem laeb seda kondensaatorit (kondensaatorit). Ja genereerida elektriväli, kui VGS aeglaselt tõuseb, mida tõmbab värava positiivne pinge. Selle kondensaatori (kondensaatori) teisele küljele koguneb suur hulk elektrone ja loob N-tüüpi juhtiva kanali äravoolust allikani. Kui VGS ületab toru sisselülituspinge VT (tavaliselt umbes 2 V), hakkab N-kanaliga toru lihtsalt juhtima, tekitades äravooluvoolu ID. Paisuallika pingeks nimetatakse seda siis, kui kanal hakkab esimest korda sisselülituspinget genereerima. Üldiselt väljendatakse VT-na.
Paisupinge VGS suuruse reguleerimine muudab elektrivälja tugevust või nõrkust ning on võimalik saavutada äravoolu voolu ID suuruse reguleerimise efekt. See on ka oluline funktsioon MOSFET-idel, mis kasutavad voolu juhtimiseks elektrivälju, mistõttu neid nimetatakse ka väljatransistoriteks.
MOSFETi sisemine struktuur
Madala lisandikontsentratsiooniga P-tüüpi ränisubstraadil tehakse kaks kõrge lisandikontsentratsiooniga N+ piirkonda ja metallalumiiniumist tõmmatakse välja kaks elektroodi, mis toimivad vastavalt äravoolu d ja allikana s. Seejärel kaetakse pooljuhi pind üliõhukese ränidioksiidi (SiO2) isolatsioonikihiga ning äravoolu ja allika vahelisele isolatsioonikihile paigaldatakse alumiiniumelektrood, mis toimib väravana g. Aluspinnale tõmmatakse välja ka elektrood B, moodustades N-kanaliga parendusrežiimi MOSFET. Sama kehtib ka P-kanali täiustustüüpi MOSFET-ide sisemise moodustamise kohta.
N-kanaliga MOSFET- ja P-kanaliga MOSFET-ahela sümbolid
Ülaltoodud pildil on MOSFETi vooluringi sümbol. Pildil D on äravool, S on allikas, G on värav ja keskel olev nool tähistab substraati. Kui nool on suunatud sissepoole, näitab see N-kanaliga MOSFET-i ja kui nool väljapoole, siis P-kanaliga MOSFET-i.
Kahe N-kanaliga MOSFET-i, kahe P-kanaliga MOSFET-i ja N+P-kanaliga MOSFET-ahela sümbolid
Tegelikult ühendatakse MOSFETi tootmisprotsessi käigus põhimik enne tehasest lahkumist allikaga. Seetõttu tuleb sümboolikareeglites äravoolu ja allika eristamiseks ühendada ka substraati tähistav noolesümbol allikaga. MOSFET-i kasutatava pinge polaarsus on sarnane meie traditsioonilise transistoriga. N-kanal on sarnane NPN-transistoriga. Äravool D on ühendatud positiivse elektroodiga ja allikas S on ühendatud negatiivse elektroodiga. Kui paisul G on positiivne pinge, moodustub juhtiv kanal ja N-kanaliga MOSFET hakkab tööle. Samamoodi on P-kanal sarnane PNP-transistoriga. Dren D on ühendatud negatiivse elektroodiga, allikas S on ühendatud positiivse elektroodiga ja kui paisul G on negatiivne pinge, tekib juhtiv kanal ja P-kanaliga MOSFET hakkab tööle.
MOSFET-i lülituskadude põhimõte
Olenemata sellest, kas see on NMOS või PMOS, pärast selle sisselülitamist tekib juhtivuse sisetakistus, nii et vool tarbib selle sisemise takistuse pealt energiat. Seda osa tarbitud energiast nimetatakse juhtivustarbimiseks. Väikese juhtivuse sisetakistusega MOSFETi valimine vähendab tõhusalt juhtivuse tarbimist. Väikese võimsusega MOSFET-ide praegune sisetakistus on üldiselt kümnete millioomide ringis ja seal on ka mitu millioomi.
Kui MOS on sisse lülitatud ja lõpetatud, ei tohi seda hetkega realiseerida. MOS-i mõlemal küljel olev pinge väheneb tõhusalt ja seda läbiv vool suureneb. Sel perioodil on MOSFET-i kadu pinge ja voolu korrutis, mis on lülituskadu. Üldiselt on lülituskaod palju suuremad kui juhtivuskaod ja mida kiirem on lülitussagedus, seda suuremad on kaod.
Pinge ja voolu korrutis juhtivuse hetkel on väga suur, mille tulemuseks on väga suured kaod. Lülituskadusid saab vähendada kahel viisil. Üks on lülitusaja lühendamine, mis võib tõhusalt vähendada kadu iga sisselülitamise ajal; teine on lülitussageduse vähendamine, mis võib vähendada lülitite arvu ajaühikus.
Ülaltoodud on MOSFET-i tööpõhimõtte diagrammi üksikasjalik selgitus ja MOSFET-i sisestruktuuri analüüs. MOSFETi kohta lisateabe saamiseks pöörduge OLUKEY poole, et pakkuda teile MOSFETi tehnilist tuge!
Postitusaeg: 16. detsember 2023
