Podrobna razlaga diagrama principa delovanja MOSFET | Analiza notranje strukture FET

MOSFET je ena najosnovnejših komponent v industriji polprevodnikov. V elektronskih vezjih se MOSFET običajno uporablja v tokokrogih močnostnih ojačevalnikov ali stikalnih napajalnih tokokrogih in se pogosto uporablja. Spodaj,OLUKEYvam bo podrobno razložil princip delovanja MOSFET-a in analiziral notranjo strukturo MOSFET-a.

Kaj jeMOSFET

MOSFET, polprevodniški tranzistor s kovinskim oksidom (MOSFET). To je tranzistor z učinkom polja, ki se lahko široko uporablja v analognih in digitalnih vezjih. Glede na razliko polarnosti njegovega "kanala" (delovnega nosilca) ga lahko razdelimo na dve vrsti: "N-tip" in "P-tip", ki se pogosto imenujeta NMOS in PMOS.

MOSFET princip delovanja

MOSFET lahko razdelimo na vrsto izboljšave in vrsto izčrpanosti glede na delovni način. Vrsta izboljšave se nanaša na MOSFET, ko ni uporabljene prednapetosti in ni conprevodni kanal. Vrsta osiromašenja se nanaša na MOSFET, ko ni uporabljene prednapetosti. Pojavil se bo prevodni kanal.

V dejanskih aplikacijah obstajajo le MOSFET-ji N-kanalnega tipa izboljšave in P-kanalnega tipa izboljšave. Ker imajo NMOSFET majhen upor v stanju vklopljenega stanja in jih je enostavno izdelati, je NMOS pogostejši kot PMOS v dejanskih aplikacijah.

Način izboljšave MOSFET

Med odvodom D in izvorom S MOSFET-a v načinu izboljšave sta dva vzporedna PN spoja. Ko je napetost vrat-izvor VGS=0, tudi če je dodana napetost odvod-izvor VDS, vedno obstaja PN spoj v reverzno prednapetem stanju in med odvodom in izvorom ni prevodnega kanala (tok ne teče ). Zato je odvodni tok ID=0 v tem trenutku.

V tem času, če je dodana napetost naprej med vrati in virom. To pomeni, da je VGS>0, potem bo v izolacijski plasti SiO2 med elektrodo vrat in silicijevim substratom ustvarjeno električno polje z vrati, poravnanimi s silicijevim substratom tipa P. Ker je plast oksida izolacijska, napetost VGS, ki se uporablja za vrata, ne more proizvesti toka. Kondenzator se ustvari na obeh straneh oksidne plasti in ekvivalentno vezje VGS napolni ta kondenzator (kondenzator). In ustvari električno polje, ko se VGS počasi dviguje, privlači ga pozitivna napetost vrat. Veliko število elektronov se kopiči na drugi strani tega kondenzatorja (kondenzatorja) in ustvarja prevodni kanal tipa N od odtoka do izvora. Ko VGS preseže vklopno napetost VT cevi (običajno približno 2 V), začne N-kanalna cev prevajati in ustvari ID odtočnega toka. Napetost vrat-izvor imenujemo, ko kanal prvič začne ustvarjati vklopno napetost. Na splošno izraženo kot VT.

Krmiljenje velikosti napetosti vrat VGS spremeni jakost ali šibkost električnega polja in mogoče je doseči učinek nadzora velikosti odtočnega toka ID. To je tudi pomembna značilnost MOSFET-jev, ki uporabljajo električna polja za krmiljenje toka, zato jih imenujemo tudi tranzistorji s efektom polja.

Notranja struktura MOSFET

Na silicijevem substratu tipa P z nizko koncentracijo nečistoč sta izdelani dve regiji N+ z visoko koncentracijo nečistoč, dve elektrodi pa sta izvlečeni iz kovinskega aluminija, da služita kot odtok d oziroma vir s. Nato je površina polprevodnika prekrita z izredno tanko izolacijsko plastjo iz silicijevega dioksida (SiO2), na izolacijsko plast med odtokom in izvorom pa je nameščena aluminijasta elektroda, ki služi kot vrata g. Na substrat je izvlečena tudi elektroda B, ki tvori N-kanalni MOSFET v načinu izboljšave. Enako velja za notranjo tvorbo MOSFET-jev tipa izboljšave P-kanala.

Simboli vezja N-kanalni MOSFET in P-kanalni MOSFET

Zgornja slika prikazuje simbol vezja MOSFET. Na sliki je D odtok, S izvor, G vrata, puščica na sredini pa substrat. Če puščica kaže navznoter, označuje N-kanalni MOSFET, če pa puščica kaže navzven, označuje P-kanalni MOSFET.

Dvojni N-kanalni MOSFET, dvojni P-kanalni MOSFET in N+P-kanalni MOSFET simboli vezja

Pravzaprav je med proizvodnim procesom MOSFET substrat povezan z virom, preden zapusti tovarno. Zato mora biti v pravilih simbologije simbol puščice, ki predstavlja substrat, prav tako povezan z virom, da se razlikuje odtok in vir. Polarnost napetosti, ki jo uporablja MOSFET, je podobna našemu tradicionalnemu tranzistorju. N-kanal je podoben tranzistorju NPN. Odtok D je povezan s pozitivno elektrodo, vir S pa z negativno elektrodo. Ko imajo vrata G pozitivno napetost, se oblikuje prevodni kanal in N-kanalni MOSFET začne delovati. Podobno je P-kanal podoben tranzistorju PNP. Odtok D je povezan z negativno elektrodo, izvor S je povezan s pozitivno elektrodo in ko ima vrata G negativno napetost, se oblikuje prevodni kanal in P-kanalni MOSFET začne delovati.

Načelo preklopne izgube MOSFET

Ne glede na to, ali gre za NMOS ali PMOS, po vklopu nastane prevodni notranji upor, tako da bo tok porabil energijo na tem notranjem uporu. Ta del porabljene energije se imenuje prevodna poraba. Izbira MOSFET-a z majhnim prevodnim notranjim uporom bo učinkovito zmanjšala prevodno porabo. Trenutni notranji upor nizkoenergetskih MOSFET-ov je običajno okrog deset miliohmov, obstaja pa tudi več miliohmov.

Ko se MOS vklopi in prekine, se ne sme realizirati v trenutku. Napetost na obeh straneh MOS se bo dejansko zmanjšala, tok, ki teče skozi njo, pa se bo povečal. V tem obdobju je izguba MOSFET-a produkt napetosti in toka, kar je preklopna izguba. Na splošno so preklopne izgube veliko večje od prevodnih izgub in večja kot je preklopna frekvenca, večje so izgube.

Produkt napetosti in toka v trenutku prevajanja je zelo velik, kar povzroči zelo velike izgube. Preklopne izgube je mogoče zmanjšati na dva načina. Eden je zmanjšanje časa preklopa, kar lahko učinkovito zmanjša izgubo med vsakim vklopom; drugi je zmanjšanje frekvence preklopov, kar lahko zmanjša število preklopov na časovno enoto.

Zgoraj je podrobna razlaga diagrama principa delovanja MOSFET-a in analiza notranje strukture MOSFET-a. Če želite izvedeti več o MOSFET, se obrnite na OLUKEY, da vam zagotovi tehnično podporo za MOSFET!