MOSFET pagrindai: dabartinis srautas, puslaidininkių principai ir grandinės elgsena

MOSFET, trumpai metalo oksido puslaidininkio lauko efekto tranzistoriui, yra pagrindinis šiuolaikinės elektronikos elementas, sutrumpintas kartais kaip FET.Kaip elektroninis inžinierius, jūs greičiausiai atpažįstate „Mosfets“, tačiau ar jūs pasinerėte į pakankamai giliai, kad įvaldytumėte jų painiavą?Šiame straipsnyje mes ištirsime dabartinio srauto ir puslaidininkių esmę, pasinerkite į „Mosfets“ konstrukciją ir vaizdavimą ir iššifruokite jų grandinės simbolius.

Katalogas

Dabartinio srauto pagrindai

Pradėkime nuo užklausos: Ar gerai suprantate srovės ir elektronų judėjimą grandinėje?

1 paveikslas: Įžvalga

Elektrinis laukas, kaip parodyta 1 paveiksle, keliauja nuo teigiamo akumuliatoriaus iki neigiamo elektrodo.Ir atvirkščiai, elektronų kelionė priešais lauką, pradedant nuo neigiamo elektrodo ir judant link teigiamo.

Puslaidininkių ir mosfetų pagrindai

MOSFET yra kilusios iš puslaidininkių medžiagų, tokių kaip silicis, kuris užpildo tarpą tarp laidžių ir izoliacinių savybių.Kūrinio dirigento kūrimas apima priemaišų įvedimą į grynus kristalus.Pentavalentinės priemaišos puslaidininkius paverčia N tipo, kuriame vyrauja elektronų nešikliai.Ir atvirkščiai, dėl trivalenčių priemaišų gaunamas P tipo puslaidininkis, kur skylės karaliauja kaip daugumos krūvio nešiotojai.

2 paveikslas: paaiškinta

2 paveiksle, jungiant N tipo ir P tipo puslaidininkius, elektronai užpildo p tipo skylutes sankryžoje, sudarydami išeikvojimo zoną.P-tipo prijungimas prie teigiamo akumuliatoriaus gnybto ir N-tipo su neigiama sumažina šią zoną į priekį.Atvirkštinis poliškumas sustiprina išeikvojimo zoną, taip sukuriant atvirkštinį paklaidą.

Mosfetų tipai

MOSFET yra suskirstytos į du pagrindinius tipus: patobulinimas ir išeikvojimas, dar labiau suskaidyti į N kanalą ir P kanalą.

Mūsų dėmesys yra „N-kanalo MOSFET“, ypač patobulinimo režimas.Čia prasideda jo veiklos principas.

3 paveikslas: MOSFET struktūra

3 paveiksle stebėkite MOSFET kompoziciją: geltonos spalvos n-tipo, mėlyno P tipo puslaidininkio ir jų jungčių.Pradinis taškas yra mėlynojo substrato terminalas.Iš geltonos pusės terminalai skiriasi į šaltinį ir nutekėja.Šiuos komponentus susikerta plonu izoliaciniu sluoksniu, viršuje vartų gnybte, kaip parodyta toliau 4 paveiksle.

4 paveikslas: MOSFET struktūra

Pažymėtina, kad dėl simetriško pobūdžio „Mosfets“ leidžia pakeisti šaltinio nuvalymą.Kai šaltinis yra pririštas prie substrato, mūsų stebėjimas sumažėja iki trijų gnybtų esant vienodam potencialui, blokuojančiai substrato šaltinio srovę.

Siekiant optimalaus srovės srauto iš kanalizacijos į šaltinį MOSFET, akumuliatorius sujungia šiuos gnybtus, apibrėžiančius VD.

5 paveikslas: Dinaminis ryšys tarp kanalizacijos srovės ir VDS

MOSFET veiklos principai

Teigiamas akumuliatoriaus galas padidina kanalizacijos gnybto įtampą, padidindamas kanalizacijos ir substrato išeikvojimą, slopindamas srovės srautą - OFF būsenos ar ribos sritį.

Konstrukcija kanalu, esminis kanalizacijos srovės srauto srautui, apima nedidelį įtampos šaltinį tarp vartų ir substrato, būsimų 6 paveiksle.

6 paveikslas: Kanalo nustatymas

Užtikrindami vartus į teigiamą akumuliatoriaus galą, vadinami VGS, lauko forma.Vyrauja p tipo substrato skylės, kuriose yra nedaug laisvųjų elektronų.Šis elektrinis laukas skatina elektronus link vartų tinklelio, suvaržytas dėl izoliatoriaus buvimo, kaupiantis netoliese.

Palyginti su kondensatorių elektrinio krūvio saugojimo galimybėmis, MOSFET izoliatorius padidina krūvio buvimą, pritraukdamas daugiau elektronų.

7 paveikslas: Analizė

7 paveiksle parodyta skylės voidinė raudonos dėžutės plotas, užpildytas elektronais, paverčiant regioną į N tipo puslaidininkį.Šaltinio ir kanalizacijos jungiamasis ryšys sudaro kanalą, leidžiantį tranzituoti elektroną.Vartų įtampos koregavimai modifikuoja kanalo plotį, darydami įtaką slenksčio įtampai ir kanalo storui.

8 paveikslas: indėlis

Sukūrimas po kanalo, 8 paveiksle pavaizduotas dabartinis bėgimas iš kanalizacijos į šaltinį, kurį lemia kanalizacijos surinkti elektronai šaltiniu.Šis kryptinis srautas pagrindžia įvardijimo konvencijas: šaltinis ir nutekėjimas.

Ohmio regione Mosfetai atitinka OHM įstatymus, suderindami dabartinį augimą su įtampos padidėjimu.Vis dėlto padidėjusi įtampa praplečia išeikvojimo zoną, ypač kai kanalų elektronai nukrenta link teigiamo potencialo.Šis dabartinis redukcija baigiasi prispaudimo efektu, tačiau praktiškai elektronų tūris stabilizuoja srautą, palaikydamas prisotinimo srovę be nutraukimo-taigi įvedant soties zoną.

MOSFET yra dubliuojami įtaiso kontroliuojami įtaisai, kuriems suteikiama Vartų įtampos vaidmuo valdant dabartinį srautą.Vartai išlieka be srovės.

9 paveikslas: charakteristikos

9 paveiksle kairėje pusėje aprašomos kanalizacijos charakteristikos atsižvelgiant į perdavimo charakteristiką, esant pastoviam VD, dešinėje.

Išeikvojimo režimo „Mosfets“, nors ir panašūs į sustiprinimą, iš esmės turi kanalą po disko.Jų veikimas atkartoja tobulinimo tipus, nors ir skiriasi didesniu numatytuoju suvartojimu.Skirtingai nuo uždaro patobulinimo tipo, jie yra atidaryti pagal numatytuosius nustatymus ir uždaryti po neigiama vartų įtampa.

10 paveikslas: grandinės simbolis

10 paveiksle pavaizduoti tradiciniai MOSFET simboliai: keturi gnybtai, susidedantys iš šaltinio, vartų, kanalizacijos ir substrato, su vidiniu šaltinio ir substrato jungtimi.N kanalams rodyklės nukreipta į substratą;P kanalams jie skiriasi nuo vartų.

Dažnai užduodami klausimai [DUK]

1. JFET prieš MOSFET: Kas juos išskiria?

„JFET“ patenkina nedidelį signalo apdorojimą, kontrastuodamas „MOSFET“ vaidmenį tiesiniame ir jungiklio modelio maitinimo šaltiniuose.„JFETS“ susuka į N-kanalą ir P kanalą, o MOSFET diversifikuoja į keturias skirtingas kategorijas: N-kanalo ir P-kanalo, tiek patobulinimo, tiek išeikvojimo veislėse.MOSFET toliau segmentuoja laidumu į vertikalius ir šoninius kanalus, kurių pogrupiai yra tokie kaip VMOSFET, DMOSFET ir UMOSFET.

2. Apibrėžkite perjungimo MOSFET.

MOSFETS perjungimas šviečia aukšto dažnio programose, ir tai gali pasigirti mažu pasipriešinimu, kai aktyvi ir maža vartų talpa.Skirtingai nuo tipiškų FET, jie puikiai tinka perjungiant operacijas, kuriose nėra tiesiškumo apribojimų.Daugiausia rodoma maitinimo šaltinio grandinėse.

3. MOSFET elektrodo ryšys

N-kanalo mosfetėms su rodyklėmis į vidų prijunkite kanalizaciją iki aukšto lygio (g), vartų teigiamų ir šaltinio neigiami.Jei VGS pralenkia prispaudimo slenkstį (kartais apie 1 V), D ir S suaktyvėja, nukreipdami srovę iš D į S. prilipimą prie G saugios įtampos diapazono (iki 30 V, paprastai apie 10 V), o DS įtampos ir transklstoktyvumo įvertinimas yra svarbiausia (pvz., 2N60B IDS = 2A, VD = 600 V).