Shpjegim i detajuar i diagramit të parimit të punës së MOSFET | Analiza e strukturës së brendshme të FET

MOSFET është një nga komponentët më themelorë në industrinë e gjysmëpërçuesve. Në qarqet elektronike, MOSFET përdoret përgjithësisht në qarqet e amplifikatorëve të fuqisë ose qarqet e furnizimit me energji komutuese dhe përdoret gjerësisht. Më poshtë,OLUKEYdo t'ju japë një shpjegim të detajuar të parimit të punës së MOSFET dhe do të analizojë strukturën e brendshme të MOSFET.

Çfarë ështëMOSFET

MOSFET, Transistor me efekt gjysmëpërçues me oksid metali (MOSFET). Është një transistor me efekt në terren që mund të përdoret gjerësisht në qarqet analoge dhe qarqet dixhitale. Sipas ndryshimit të polaritetit të "kanalit" të tij (bartësit të punës), ai mund të ndahet në dy lloje: "N-lloj" dhe "P-lloj", të cilat shpesh quhen NMOS dhe PMOS.

Parimi i punës së MOSFET

MOSFET mund të ndahet në llojin e përmirësimit dhe llojin e zbrazjes sipas mënyrës së punës. Lloji i përmirësimit i referohet MOSFET-it kur nuk aplikohet tension paragjykim dhe nuk ka konkanal kanalizues. Lloji i zbrazjes i referohet MOSFET-it kur nuk aplikohet tension paragjykim. Do të shfaqet një kanal përçues.

Në aplikacionet aktuale, ekzistojnë vetëm MOSFET të tipit të përmirësimit me kanal N dhe të tipit të përmirësimit të kanalit P. Meqenëse NMOSFET-ët kanë rezistencë të vogël në gjendje dhe janë të lehtë për t'u prodhuar, NMOS është më i zakonshëm se PMOS në aplikimet aktuale.

Modaliteti i përmirësimit MOSFET

Ekzistojnë dy kryqëzime PN të njëpasnjëshme midis kullimit D dhe burimit S të MOSFET-it të modalitetit të përmirësimit. Kur tensioni i burimit të portës VGS=0, edhe nëse shtohet tensioni i burimit të kullimit VDS, ka gjithmonë një kryqëzim PN në një gjendje të kundërt dhe nuk ka asnjë kanal përçues midis kullimit dhe burimit (nuk rrjedh rrymë ). Prandaj, rryma e shkarkimit ID=0 në këtë moment.

Në këtë kohë, nëse një tension përpara shtohet midis portës dhe burimit. Kjo do të thotë, VGS>0, atëherë një fushë elektrike me portën e lidhur me nënshtresën e silikonit të tipit P do të gjenerohet në shtresën izoluese të SiO2 midis elektrodës së portës dhe nënshtresës së silikonit. Për shkak se shtresa e oksidit është izoluese, voltazhi VGS i aplikuar në portë nuk mund të prodhojë rrymë. Një kondensator gjenerohet në të dy anët e shtresës së oksidit, dhe qarku ekuivalent VGS e ngarkon këtë kondensator (kondensator). Dhe gjeneroni një fushë elektrike, ndërsa VGS ngrihet ngadalë, e tërhequr nga voltazhi pozitiv i portës. Një numër i madh elektronesh grumbullohen në anën tjetër të këtij kondensatori (kondensatori) dhe krijojnë një kanal përçues të tipit N nga kullimi në burim. Kur VGS tejkalon tensionin e ndezjes VT të tubit (në përgjithësi rreth 2V), tubi i kanalit N sapo fillon të përçojë, duke gjeneruar një ID të rrymës së shkarkimit. Ne e quajmë tensionin e burimit të portës kur kanali fillimisht fillon të gjenerojë tensionin e ndezjes. Në përgjithësi shprehet si VT.

Kontrolli i madhësisë së tensionit të portës VGS ndryshon fuqinë ose dobësinë e fushës elektrike dhe mund të arrihet efekti i kontrollit të madhësisë së ID-së së rrymës së kullimit. Kjo është gjithashtu një veçori e rëndësishme e MOSFET-ve që përdorin fusha elektrike për të kontrolluar rrymën, kështu që quhen edhe transistorë të efektit të fushës.

Struktura e brendshme e MOSFET

Në një substrat silikoni të tipit P me një përqendrim të ulët papastërtie, bëhen dy zona N+ me një përqendrim të lartë papastërtie dhe dy elektroda janë nxjerrë nga metali alumini për të shërbyer si kullues d dhe burim s përkatësisht. Pastaj sipërfaqja gjysmëpërçuese mbulohet me një shtresë izoluese jashtëzakonisht të hollë të dioksidit të silikonit (SiO2) dhe një elektrodë alumini është instaluar në shtresën izoluese midis kullimit dhe burimit për të shërbyer si porta g. Një elektrodë B është tërhequr gjithashtu në nënshtresë, duke formuar një MOSFET të modalitetit të përmirësimit të kanalit N. E njëjta gjë është e vërtetë për formimin e brendshëm të MOSFET-ve të tipit të përmirësimit të kanalit P.

Simbolet e qarkut MOSFET me kanal N dhe MOSFET me kanal P

Fotografia e mësipërme tregon simbolin e qarkut të MOSFET. Në foto, D është kullimi, S është burimi, G është porta dhe shigjeta në mes përfaqëson nënshtresën. Nëse shigjeta drejtohet nga brenda, tregon një MOSFET me kanal N dhe nëse shigjeta drejtohet nga jashtë, tregon një MOSFET me kanal P.

Simbolet e qarkut MOSFET me dy kanale N, MOSFET me dy kanale P dhe MOSFET me kanal N+P

Në fakt, gjatë procesit të prodhimit të MOSFET, nënshtresa lidhet me burimin përpara se të largohet nga fabrika. Prandaj, në rregullat e simbolologjisë, simboli i shigjetës që përfaqëson nënshtresën duhet gjithashtu të lidhet me burimin për të dalluar kullimin dhe burimin. Polariteti i tensionit të përdorur nga MOSFET është i ngjashëm me tranzistorin tonë tradicional. Kanali N është i ngjashëm me një transistor NPN. Drenazhi D është i lidhur me elektrodën pozitive dhe burimi S është i lidhur me elektrodën negative. Kur porta G ka një tension pozitiv, formohet një kanal përçues dhe MOSFET me kanal N fillon të punojë. Në mënyrë të ngjashme, kanali P është i ngjashëm me një transistor PNP. Drenazhi D lidhet me elektrodën negative, burimi S lidhet me elektrodën pozitive dhe kur porta G ka një tension negativ, formohet një kanal përçues dhe MOSFET i kanalit P fillon të punojë.

Parimi i humbjes së ndërrimit të MOSFET

Qoftë NMOS ose PMOS, pas ndezjes krijohet një rezistencë e brendshme përçueshmërie, kështu që rryma do të konsumojë energji në këtë rezistencë të brendshme. Kjo pjesë e energjisë së konsumuar quhet konsum përçues. Zgjedhja e një MOSFET me një rezistencë të vogël të brendshme përçueshmërie do të reduktojë në mënyrë efektive konsumin e përçueshmërisë. Rezistenca aktuale e brendshme e MOSFET-ve me fuqi të ulët është përgjithësisht rreth dhjetëra miliohm, dhe ka edhe disa miliohm.

Kur MOS ndizet dhe mbyllet, ai nuk duhet të realizohet në një çast. Tensioni në të dy anët e MOS do të ketë një ulje efektive, dhe rryma që kalon nëpër të do të ketë një rritje. Gjatë kësaj periudhe, humbja e MOSFET-it është produkt i tensionit dhe rrymës, që është humbja e ndërrimit. Në përgjithësi, humbjet e ndërrimit janë shumë më të mëdha se humbjet e përcjelljes, dhe sa më e shpejtë të jetë frekuenca e ndërrimit, aq më të mëdha janë humbjet.

Produkti i tensionit dhe rrymës në momentin e përcjelljes është shumë i madh, duke rezultuar në humbje shumë të mëdha. Humbjet e ndërrimit mund të reduktohen në dy mënyra. Njëra është zvogëlimi i kohës së ndërrimit, gjë që mund të zvogëlojë në mënyrë efektive humbjen gjatë çdo ndezjeje; tjetra është zvogëlimi i frekuencës së ndërrimit, gjë që mund të zvogëlojë numrin e ndërprerësve për njësi të kohës.

Më sipër është një shpjegim i detajuar i diagramit të parimit të punës së MOSFET dhe analiza e strukturës së brendshme të MOSFET. Për të mësuar më shumë rreth MOSFET, mirëpritni të konsultoheni me OLUKEY për t'ju ofruar mbështetje teknike për MOSFET!