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 silicijeva 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 spojen je na negativnu elektrodu, sors S je spojen na pozitivnu elektrodu, a kada gejt G ima negativan napon, formira se vodljivi kanal i počinje raditi P-kanalni MOSFET.
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!
Vrijeme objave: 16. prosinca 2023
