MOSFET з'яўляецца адным з самых асноўных кампанентаў у паўправадніковай прамысловасці. У электронных схемах MOSFET звычайна выкарыстоўваецца ў схемах узмацняльніка магутнасці або імпульсных крыніцах харчавання і шырока выкарыстоўваецца. ніжэй,ОЛУКЕЙдасць вам падрабязнае тлумачэнне прынцыпу працы MOSFET і прааналізуе ўнутраную структуру MOSFET.
Што ёсцьMOSFET
MOSFET, металааксідны паўправадніковы транзістар (MOSFET). Гэта палявы транзістар, які можна шырока выкарыстоўваць у аналагавых і лічбавых схемах. Па рознасці палярнасці яго «канала» (працоўнай носьбіта) яго можна падзяліць на два тыпу: «N-тып» і «P-тып», якія часта называюць NMOS і PMOS.
Прынцып працы MOSFET
MOSFET можна падзяліць на тып паляпшэння і тып знясілення ў залежнасці ад рэжыму працы. Тып паляпшэння адносіцца да МАП-транзістара, калі напружанне зрушэння не прымяняецца і адсутнічае конкандуктыўны канал. Тып знясілення адносіцца да MOSFET, калі напружанне зрушэння не падаецца. З'явіцца токаправодны канал.
У рэальных прылажэннях існуюць толькі МАП-транзістары N-канальнага палепшанага тыпу і P-канальнага тыпу пашырэння. Паколькі NMOSFET маюць невялікае супраціўленне ў адкрытым стане і простыя ў вытворчасці, NMOS больш распаўсюджаны, чым PMOS, у рэальных праграмах.
Рэжым паляпшэння MOSFET
Паміж сцёкам D і крыніцай S МАП-транзістара ў рэжыме паляпшэння ёсць два PN-пераходы спіна да спіны. Калі напружанне затвор-выток VGS = 0, нават калі дадаецца напружанне сток-выток VDS, заўсёды ёсць PN-пераход у стане зваротнага зрушэння, і паміж сцёкам і вытокам няма праводзіць канала (ток не цячэ ). Такім чынам, ток сцёку ID=0 у гэты час.
У гэты час, калі прамое напружанне дадаецца паміж засаўкай і крыніцай. Гэта значыць, VGS>0, тады ў ізаляцыйным пласце SiO2 паміж электродам засаўкі і крамянёвай падкладкай будзе стварацца электрычнае поле з затворам, выраўнаваным з крэмніевай падкладкай P-тыпу. Паколькі аксідны пласт з'яўляецца ізаляцыйным, напружанне VGS, якое падаецца на затвор, не можа выклікаць ток. Кандэнсатар генеруецца з абодвух бакоў аксіднага пласта, і эквівалентная схема VGS зараджае гэты кандэнсатар (кандэнсатар). І генераваць электрычнае поле, калі VGS павольна падымаецца, прыцягнуты станоўчым напружаннем засаўкі. Вялікая колькасць электронаў назапашваецца на другім баку гэтага кандэнсатара (кандэнсатара) і стварае праводзіць канал N-тыпу ад сцёку да крыніцы. Калі VGS перавышае напружанне ўключэння VT трубкі (як правіла, каля 2 В), N-канальная трубка проста пачынае праводзіць, генеруючы ток сцёку ID. Мы называем напружаннем затвор-выток, калі канал упершыню пачынае генераваць напружанне ўключэння. Звычайна выяўляецца як VT.
Кіраванне памерам напружання засаўкі VGS змяняе напружанасць або слабасць электрычнага поля, і можа быць дасягнуты эфект кантролю памеру току сцёку ID. Гэта таксама важная асаблівасць MOSFET, якія выкарыстоўваюць электрычныя палі для кіравання токам, таму іх таксама называюць палявымі транзістарамі.
MOSFET ўнутраная структура
На крэмніевай падкладцы P-тыпу з нізкай канцэнтрацыяй прымешак зроблены дзве вобласці N+ з высокай канцэнтрацыяй прымешак, а два электроды выцягнуты з металічнага алюмінія, каб служыць сцёкам d і крыніцай s адпаведна. Затым паверхня паўправадніка пакрываецца вельмі тонкім ізаляцыйным пластом з дыяксіду крэмнію (SiO2), а алюмініевы электрод усталёўваецца на ізаляцыйны пласт паміж сцёкам і крыніцай, які служыць засаўкай g. Электрод B таксама выцягнуты на падкладцы, утвараючы MOSFET у рэжыме паляпшэння N-канала. Тое ж самае дакладна і для ўнутранага фарміравання МАП-транзістораў пашыранага тыпу P-канала.
Сімвалы схем N-канальнага MOSFET і P-канальнага MOSFET
На малюнку вышэй паказаны сімвал схемы MOSFET. На малюнку D - сток, S - крыніца, G - засаўка, а стрэлка пасярэдзіне - падкладка. Калі стрэлка паказвае ўнутр, гэта азначае N-канальны MOSFET, а калі стрэлка паказвае вонкі, гэта паказвае на P-канальны MOSFET.
Двайны N-канальны MOSFET, двайны P-канальны MOSFET і N+P-канальны MOSFET сімвалы схемы
Фактычна, падчас вытворчага працэсу MOSFET падкладка падключаецца да крыніцы перад выхадам з завода. Такім чынам, у правілах сімволікі сімвал стрэлкі, які прадстаўляе падкладку, таксама павінен быць злучаны з крыніцай, каб адрозніць сцёк і крыніцу. Палярнасць напружання, якое выкарыстоўваецца MOSFET, падобная на наш традыцыйны транзістар. N-канал падобны на транзістар NPN. Сток D злучаны з станоўчым электродам, а крыніца S - з адмоўным. Калі затвор G мае станоўчае напружанне, утвараецца які праводзіць канал і пачынае працаваць N-канальны MOSFET. Аналагічным чынам P-канал падобны на транзістар PNP. Сцёк D падключаецца да адмоўнага электрода, крыніца S падключаецца да станоўчага электрода, і калі затвор G мае адмоўнае напружанне, утвараецца які праводзіць канал, і MOSFET з P-каналам пачынае працаваць.
Прынцып страт пры пераключэнні MOSFET
Няхай гэта будзе NMOS або PMOS, пасля яго ўключэння ўзнікае ўнутранае супраціўленне праводнасці, так што ток будзе спажываць энергію на гэтым унутраным супраціўленні. Гэтая частка спажыванай энергіі называецца спажываннем праводнасці. Выбар MOSFET з невялікім унутраным супраціўленнем праводнасці эфектыўна знізіць спажыванне электраправоднасці. Бягучае ўнутранае супраціўленне маламагутных MOSFET звычайна складае каля дзясяткаў міліом, а ёсць і некалькі міліом.
Калі MOS уключаецца і спыняецца, гэта не павінна быць рэалізавана ў адно імгненне. Напружанне з абодвух бакоў MOS будзе эфектыўна памяншацца, а ток, які праходзіць праз яго, павялічвацца. У гэты перыяд страты MOSFET з'яўляюцца творам напружання і току, што з'яўляецца стратай пры пераключэнні. Наогул кажучы, страты пры пераключэнні значна большыя, чым страты пры праводнасці, і чым вышэй частата пераключэння, тым большыя страты.
Прадукт напружання і току ў момант праводнасці вельмі вялікі, што прыводзіць да вельмі вялікіх страт. Страты пры пераключэнні можна паменшыць двума спосабамі. Адным з іх з'яўляецца скарачэнне часу пераключэння, што можа эфектыўна паменшыць страты падчас кожнага ўключэння; другі - паменшыць частату пераключэнняў, што можа паменшыць колькасць пераключэнняў у адзінку часу.
Вышэй прыведзена падрабязнае тлумачэнне прынцыповай схемы працы MOSFET і аналіз унутранай структуры MOSFET. Каб даведацца больш пра MOSFET, запрашаем звярнуцца да OLUKEY, каб аказаць вам тэхнічную падтрымку MOSFET!
Час публікацыі: 16 снежня 2023 г
