Detaljno objašnjenje dijagrama principa rada MOSFET-a | Analiza unutarnje strukture FET-a

MOSFET je jedna od najosnovnijih komponenti u industriji poluvodiča. U elektroničkim krugovima, MOSFET se općenito koristi u krugovima pojačala snage ili sklopnim krugovima napajanja i široko je korišten. Ispod,OLUKEYdetaljno će vam objasniti princip rada MOSFET-a i analizirati unutarnju strukturu MOSFET-a.

Što jeMOSFET

MOSFET, tranzistor s efektom metalnog oksida poluvodiča (MOSFET). To je tranzistor s efektom polja koji se može široko koristiti u analognim i digitalnim krugovima. Prema razlici polariteta njegovog "kanala" (radnog nosača), može se podijeliti u dvije vrste: "N-tip" i "P-tip", koji se često nazivaju NMOS i PMOS.

Princip rada MOSFET-a

MOSFET se može podijeliti na tip poboljšanja i tip osiromašenja prema načinu rada. Vrsta poboljšanja odnosi se na MOSFET kada se ne primjenjuje prednapon i nema konduktivni kanal. Vrsta osiromašenja odnosi se na MOSFET kada se ne primjenjuje prednapon. Pojavit će se vodljivi kanal.

U stvarnim primjenama, postoje samo N-kanalni tip poboljšanja i P-kanalni tip MOSFET-a. Budući da NMOSFET-ovi imaju mali otpor u uključenom stanju i jednostavni su za proizvodnju, NMOS je češći od PMOS-a u stvarnim primjenama.

Način poboljšanja MOSFET

Postoje dva uzastopna PN spoja između odvoda D i izvora S MOSFET-a poboljšanog načina rada. Kada je napon vrata-izvora VGS=0, čak i ako se doda napon odvod-izvor VDS, uvijek postoji PN spoj u reverzno-prednaponom stanju i nema vodljivog kanala između odvoda i izvora (nema struje ). Prema tome, struja odvoda ID=0 u ovom trenutku.

U ovom trenutku, ako se doda napon naprijed između vrata i izvora. To jest, VGS>0, tada će se električno polje s vratima poravnatim sa silicijskom podlogom P-tipa generirati u SiO2 izolacijskom sloju između elektrode vrata i silicijske podloge. Budući da je oksidni sloj izolacijski, napon VGS primijenjen na vrata ne može proizvesti struju. Kondenzator se stvara s obje strane oksidnog sloja, a VGS ekvivalentni krug puni ovaj kondenzator (kondenzator). I generirajte električno polje, dok VGS polako raste, privučen pozitivnim naponom vrata. Velik broj elektrona nakuplja se na drugoj strani ovog kondenzatora (kondenzatora) i stvara vodljivi kanal N-tipa od odvoda do izvora. Kada VGS prijeđe napon uključivanja VT cijevi (općenito oko 2 V), N-kanalna cijev tek počinje provoditi, generirajući odvodnu struju ID. Napon vrata-izvor nazivamo kada kanal prvi put počne generirati napon uključivanja. Općenito se izražava kao VT.

Kontrola veličine napona vrata VGS mijenja jakost ili slabost električnog polja, i može se postići učinak kontrole veličine struje odvoda ID. Ovo je također važna značajka MOSFET-a koji koriste električna polja za upravljanje strujom, pa se nazivaju i tranzistori s efektom polja.

Unutarnja struktura MOSFET-a

Na silicijskoj podlozi P-tipa s niskom koncentracijom nečistoća, napravljena su dva N+ područja s visokom koncentracijom nečistoća, a dvije elektrode su izvučene iz metalnog aluminija da služe kao odvod d i izvor s. Tada je površina poluvodiča prekrivena izuzetno tankim izolacijskim slojem od silicijevog dioksida (SiO2), a aluminijska elektroda postavljena je na izolacijski sloj između odvoda i izvora kako bi služila kao vrata g. Elektroda B je također izvučena na podlogu, tvoreći N-kanalni MOSFET u modu poboljšanja. Isto vrijedi i za internu formaciju MOSFET-a tipa poboljšanja P-kanala.

N-kanalni MOSFET i P-kanalni MOSFET simboli kola

Gornja slika prikazuje simbol kruga MOSFET-a. Na slici je D odvod, S izvor, G vrata, a strelica u sredini predstavlja supstrat. Ako strelica pokazuje prema unutra, označava N-kanalni MOSFET, a ako strelica pokazuje prema van, označava P-kanalni MOSFET.

Dvostruki N-kanalni MOSFET, dvostruki P-kanalni MOSFET i N+P-kanalni MOSFET simboli kola

Zapravo, tijekom procesa proizvodnje MOSFET-a, supstrat je spojen na izvor prije nego napusti tvornicu. Stoga, u pravilima simbologije, simbol strelice koji predstavlja supstrat također mora biti povezan s izvorom kako bi se razlikovali odvod i izvor. Polaritet napona koji koristi MOSFET sličan je našem tradicionalnom tranzistoru. N-kanal je sličan NPN tranzistoru. Odvod D spojen je na pozitivnu elektrodu, a sors S na negativnu elektrodu. Kada vrata G imaju pozitivan napon, formira se vodljivi kanal i N-kanalni MOSFET počinje raditi. Slično tome, P-kanal je sličan PNP tranzistoru. Odvod D je spojen na negativnu elektrodu, sors S je spojen na pozitivnu elektrodu, a kada gejt G ima negativan napon, formira se vodljivi kanal i P-kanalni MOSFET počinje raditi.

Princip prekidačkih gubitaka MOSFET-a

Bilo da se radi o NMOS ili PMOS, postoji unutarnji otpor vodljivosti koji se stvara nakon uključivanja, tako da će struja trošiti energiju na tom unutarnjem otporu. Ovaj dio potrošene energije naziva se kondukcijska potrošnja. Odabir MOSFET-a s malim unutarnjim otporom vodljivosti učinkovito će smanjiti potrošnju vodljivosti. Trenutni unutarnji otpor MOSFET-a male snage općenito je oko desetak miliohma, a postoji i nekoliko miliohma.

Kada se MOS uključi i prekine, ne smije se realizirati u trenu. Napon na obje strane MOS-a će se efektivno smanjiti, a struja koja teče kroz njega će se povećati. Tijekom tog razdoblja, gubitak MOSFET-a je produkt napona i struje, što je gubitak pri preklapanju. Općenito govoreći, gubici preklapanja mnogo su veći od gubitaka provođenja, a što je veća frekvencija preklapanja, gubici su veći.

Umnožak napona i struje u trenutku provođenja je vrlo velik, što rezultira vrlo velikim gubicima. Preklopni gubici mogu se smanjiti na dva načina. Jedan je smanjiti vrijeme prebacivanja, što može učinkovito smanjiti gubitak tijekom svakog uključivanja; drugi je smanjiti frekvenciju prebacivanja, što može smanjiti broj sklopki po jedinici vremena.

Gore je detaljno objašnjenje dijagrama principa rada MOSFET-a i analiza unutarnje strukture MOSFET-a. Kako biste saznali više o MOSFET-u, dobrodošli ste konzultirati OLUKEY da vam pruži MOSFET tehničku podršku!