MOSFET je jedným z najzákladnejších komponentov v polovodičovom priemysle. V elektronických obvodoch sa MOSFET všeobecne používa v obvodoch výkonových zosilňovačov alebo spínacích napájacích obvodoch a je široko používaný. nižšie,OLUKEYvám poskytne podrobné vysvetlenie princípu fungovania MOSFET a analyzuje vnútornú štruktúru MOSFET.
čo jeMOSFET
MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor (MOSFET). Je to tranzistor s efektom poľa, ktorý môže byť široko používaný v analógových obvodoch a digitálnych obvodoch. Podľa rozdielu polarity jeho „kanálu“ (pracovného nosiča) ho možno rozdeliť na dva typy: „typ N“ a „typ P“, ktoré sa často nazývajú NMOS a PMOS.
Princíp činnosti MOSFET
MOSFET možno rozdeliť na typ vylepšenia a typ vyčerpania podľa pracovného režimu. Typ vylepšenia sa vzťahuje na MOSFET, keď nie je aplikované žiadne predpätie a nie je žiadny condukčný kanál. Typ vyčerpania sa vzťahuje na MOSFET, keď nie je aplikované žiadne predpätie. Objaví sa vodivý kanál.
V skutočných aplikáciách existujú iba MOSFETy typu N-kanálového vylepšenia a typu P-kanálového vylepšenia. Pretože NMOSFET majú malý odpor v zapnutom stave a ľahko sa vyrábajú, NMOS je v skutočných aplikáciách bežnejší ako PMOS.
Režim vylepšenia MOSFET
Medzi zvodom D a zdrojom S MOSFET v režime vylepšenia sú dva PN prechody back-to-back. Keď je napätie hradla a zdroja VGS=0, aj keď sa pripočíta napätie zdroja odberu VDS, vždy existuje PN prechod v reverznom predpätom stave a medzi kolektorom a zdrojom nie je vodivý kanál (nepreteká žiadny prúd ). Preto je v tomto čase zberný prúd ID=0.
V tomto čase, ak sa medzi bránu a zdroj pridá dopredné napätie. To znamená, že VGS> 0, potom sa elektrické pole s hradlom zarovnaným s kremíkovým substrátom typu P vytvorí v izolačnej vrstve Si02 medzi hradlovou elektródou a kremíkovým substrátom. Pretože vrstva oxidu je izolačná, napätie VGS aplikované na bránu nemôže produkovať prúd. Na oboch stranách vrstvy oxidu sa generuje kondenzátor a ekvivalentný obvod VGS nabíja tento kondenzátor (kondenzátor). A generujte elektrické pole, keď VGS pomaly stúpa, priťahované kladným napätím brány. Veľké množstvo elektrónov sa hromadí na druhej strane tohto kondenzátora (kondenzátora) a vytvára vodivý kanál typu N od odtoku k zdroju. Keď VGS prekročí zapínacie napätie VT elektrónky (zvyčajne asi 2 V), N-kanálová elektrónka práve začne viesť a generuje odtokový prúd ID. Napätie zdroja brány nazývame, keď kanál prvýkrát začne generovať zapínacie napätie. Všeobecne vyjadrené ako VT.
Riadenie veľkosti hradlového napätia VGS mení silu alebo slabosť elektrického poľa a možno dosiahnuť účinok riadenia veľkosti ID zberného prúdu. Toto je tiež dôležitá vlastnosť MOSFETov, ktoré využívajú elektrické polia na riadenie prúdu, preto sa nazývajú aj tranzistory s efektom poľa.
Vnútorná štruktúra MOSFET
Na silikónovom substráte typu P s nízkou koncentráciou nečistôt sa vytvoria dve oblasti N+ s vysokou koncentráciou nečistôt a z kovového hliníka sa vytiahnu dve elektródy, ktoré slúžia ako odtok d a zdroj s. Potom je povrch polovodiča pokrytý extrémne tenkou izolačnou vrstvou oxidu kremičitého (SiO2) a na izolačnú vrstvu medzi odtok a zdroj je nainštalovaná hliníková elektróda, ktorá slúži ako brána g. Elektróda B je tiež vytiahnutá na substrát, čím sa vytvorí MOSFET v režime N-kanálového vylepšenia. To isté platí pre vnútornú tvorbu MOSFETov typu P-kanál.
Symboly N-kanálových MOSFET a P-kanálových MOSFET obvodov
Obrázok vyššie zobrazuje symbol obvodu MOSFET. Na obrázku D je odtok, S je zdroj, G je brána a šípka v strede predstavuje substrát. Ak šípka ukazuje dovnútra, znamená to N-kanálový MOSFET, a ak šípka smeruje von, znamená to P-kanálový MOSFET.
Dvojkanálový N-kanálový MOSFET, dvojkanálový P-kanálový MOSFET a N+P-kanálový MOSFET obvodové symboly
V skutočnosti je počas výrobného procesu MOSFET substrát pripojený k zdroju pred opustením továrne. Preto v pravidlách symboliky musí byť k zdroju pripojený aj symbol šípky predstavujúci substrát, aby sa rozlíšil odtok a zdroj. Polarita napätia, ktoré používa MOSFET, je podobná nášmu tradičnému tranzistoru. N-kanál je podobný NPN tranzistoru. Odtok D je pripojený ku kladnej elektróde a zdroj S je pripojený k zápornej elektróde. Keď má hradlo G kladné napätie, vytvorí sa vodivý kanál a N-kanálový MOSFET začne pracovať. Podobne je P-kanál podobný tranzistoru PNP. Drain D je pripojený k zápornej elektróde, zdroj S je pripojený k kladnej elektróde a keď má hradlo G záporné napätie, vytvorí sa vodivý kanál a P-kanál MOSFET začne pracovať.
Princíp straty spínania MOSFET
Či už ide o NMOS alebo PMOS, po zapnutí sa vytvorí vodivý vnútorný odpor, takže prúd spotrebuje energiu na tento vnútorný odpor. Táto časť spotrebovanej energie sa nazýva spotreba vedenia. Výber MOSFET s malým vodivým vnútorným odporom účinne zníži spotrebu vodivosti. Aktuálny vnútorný odpor MOSFETov s nízkou spotrebou energie sa vo všeobecnosti pohybuje okolo desiatok miliohmov, pričom existuje aj niekoľko miliohmov.
Keď je MOS zapnutý a ukončený, nesmie sa to realizovať okamžite. Napätie na oboch stranách MOS bude mať efektívny pokles a prúd, ktorý ním prechádza, bude mať nárast. Počas tohto obdobia je strata MOSFETu súčinom napätia a prúdu, čo je spínacia strata. Vo všeobecnosti sú straty pri spínaní oveľa väčšie ako straty vo vedení a čím rýchlejšia je frekvencia spínania, tým sú straty väčšie.
Súčin napätia a prúdu v momente vedenia je veľmi veľký, čo má za následok veľmi veľké straty. Spínacie straty je možné znížiť dvoma spôsobmi. Jedným z nich je zníženie spínacieho času, čo môže účinne znížiť stratu pri každom zapnutí; druhým je zníženie frekvencie spínania, čo môže znížiť počet prepnutí za jednotku času.
Vyššie uvedené je podrobné vysvetlenie diagramu pracovného princípu MOSFET a analýza vnútornej štruktúry MOSFET. Ak sa chcete dozvedieť viac o MOSFET, vitajte na konzultácii s OLUKEY, ktorá vám poskytne technickú podporu MOSFET!
Čas odoslania: 16. decembra 2023
