MOSFET ning ishlash printsipi diagrammasining batafsil tushuntirishi | FETning ichki tuzilishini tahlil qilish

MOSFET yarimo'tkazgich sanoatidagi eng asosiy komponentlardan biridir. Elektron sxemalarda MOSFET odatda quvvat kuchaytirgich davrlarida yoki kommutatsiya quvvat manbai davrlarida qo'llaniladi va keng qo'llaniladi. Quyida,OLUKEYsizga MOSFET ning ishlash printsipi haqida batafsil tushuntirish beradi va MOSFET ning ichki tuzilishini tahlil qiladi.

NimaMOSFET

MOSFET, metall oksidi yarimo'tkazgichli fayl effektli tranzistor (MOSFET). Bu analog va raqamli sxemalarda keng qo'llanilishi mumkin bo'lgan dala effektli tranzistor. "Kanal" (ishchi tashuvchi) ning qutb farqiga ko'ra, uni ikki turga bo'lish mumkin: "N-tipi" va "P-tipi", ular ko'pincha NMOS va PMOS deb ataladi.

MOSFETning ishlash printsipi

MOSFETni ish rejimiga ko'ra yaxshilash turiga va tugatish turiga bo'lish mumkin. Kengaytirish turi hech qanday kuchlanish qo'llanilmaganda va hech qanday ziddiyat mavjud bo'lmaganda MOSFETga ishora qiladio'tkazuvchan kanal. Yo'qotish turi hech qanday kuchlanish qo'llanilmaganda MOSFETga tegishli. Supero'tkazuvchi kanal paydo bo'ladi.

Haqiqiy ilovalarda faqat N-kanalni yaxshilash turi va P-kanalni yaxshilash tipidagi MOSFETlar mavjud. NMOSFETlar kichik qarshilikka ega va ishlab chiqarish oson bo'lganligi sababli, NMOS haqiqiy ilovalarda PMOSga qaraganda keng tarqalgan.

MOSFETni yaxshilash rejimi

MOSFET takomillashtirish rejimining D drenaji va S manbai o'rtasida ikkita orqaga orqaga PN ulanishi mavjud. Darvoza manbai kuchlanishi VGS=0 bo'lganda, drenaj manbai kuchlanishi VDS qo'shilsa ham, har doim teskari yo'nalishda PN birikmasi mavjud va drenaj va manba o'rtasida o'tkazuvchi kanal yo'q (oqim yo'q). ). Shuning uchun, hozirgi vaqtda drenaj oqimi ID=0.

Bu vaqtda, agar darvoza va manba o'rtasida oldinga kuchlanish qo'shilsa. Ya'ni, VGS>0, keyin darvoza elektrodi va kremniy substrat o'rtasidagi SiO2 izolyatsion qatlamda P tipidagi kremniy taglik bilan tekislangan darvoza bilan elektr maydoni hosil bo'ladi. Oksid qatlami izolyatsion bo'lganligi sababli, darvozaga qo'llaniladigan VGS kuchlanishi oqim hosil qila olmaydi. Oksid qatlamining har ikki tomonida kondansatör hosil bo'ladi va VGS ekvivalent davri bu kondansatkichni (kondensator) zaryad qiladi. Va elektr maydonini hosil qiling, chunki VGS asta-sekin ko'tarilib, darvozaning ijobiy kuchlanishiga tortiladi. Ushbu kondansatkichning (kondensator) boshqa tomonida ko'p sonli elektronlar to'planadi va drenajdan manbagacha N tipidagi o'tkazuvchan kanal hosil qiladi. VGS trubaning VT kuchlanishidan (odatda taxminan 2V) oshib ketganda, N-kanal trubkasi shunchaki o'tkaza boshlaydi va drenaj oqimi identifikatorini hosil qiladi. Kanal birinchi marta yoqish kuchlanishini ishlab chiqara boshlaganda, biz eshik manbai kuchlanishini chaqiramiz. Odatda VT sifatida ifodalanadi.

Darvoza kuchlanishining o'lchamini nazorat qilish VGS elektr maydonining kuchini yoki kuchsizligini o'zgartiradi va drenaj oqimi identifikatorining hajmini nazorat qilish effektiga erishish mumkin. Bu, shuningdek, oqimni boshqarish uchun elektr maydonlarini ishlatadigan MOSFETlarning muhim xususiyatidir, shuning uchun ular dala effektli tranzistorlar deb ham ataladi.

MOSFET ichki tuzilishi

Nopoklik konsentratsiyasi past bo'lgan P tipidagi kremniy substratda yuqori nopoklik konsentratsiyasiga ega bo'lgan ikkita N + mintaqasi tayyorlanadi va mos ravishda drenaj d va manba s bo'lib xizmat qilish uchun metall alyuminiydan ikkita elektrod chiqariladi. Keyin yarimo'tkazgich yuzasi nihoyatda yupqa kremniy dioksid (SiO2) izolyatsion qatlam bilan qoplanadi va drenaj va manba o'rtasidagi izolyatsion qatlamga alyuminiy elektrod o'rnatiladi va eshik g vazifasini bajaradi. Bundan tashqari, N-kanalni yaxshilash rejimi MOSFET ni tashkil etuvchi substratda elektrod B ham chiqariladi. Xuddi shu narsa P-kanalni yaxshilash tipidagi MOSFETlarning ichki shakllanishi uchun ham amal qiladi.

N-kanal MOSFET va P-kanal MOSFET sxema belgilari

Yuqoridagi rasmda MOSFET sxemasi belgisi ko'rsatilgan. Rasmda D - drenaj, S - manba, G - darvoza, o'rtadagi o'q esa substratni ifodalaydi. Agar o'q ichkariga ishora qilsa, u N-kanalli MOSFET-ni, agar o'q tashqariga qarasa, bu P-kanalli MOSFET-ni ko'rsatadi.

Ikki N-kanalli MOSFET, ikkita P-kanalli MOSFET va N+P-kanalli MOSFET sxemasi belgilari

Aslida, MOSFET ishlab chiqarish jarayonida substrat zavoddan chiqishdan oldin manbaga ulanadi. Shuning uchun, simvolologiya qoidalarida, drenaj va manbani farqlash uchun substratni ifodalovchi o'q belgisi ham manbaga ulanishi kerak. MOSFET tomonidan ishlatiladigan kuchlanishning polaritesi bizning an'anaviy tranzistorimizga o'xshaydi. N-kanal NPN tranzistoriga o'xshaydi. Drenaj D musbat elektrodga, manba S esa manfiy elektrodga ulanadi. G eshigi musbat kuchlanishga ega bo'lganda, o'tkazuvchan kanal hosil bo'ladi va N-kanal MOSFET ishlay boshlaydi. Xuddi shunday, P-kanal PNP tranzistoriga o'xshaydi. Drenaj D manfiy elektrodga, manba S musbat elektrodga ulanadi va G eshigi salbiy kuchlanishga ega bo'lganda, o'tkazuvchan kanal hosil bo'ladi va P-kanal MOSFET ishlay boshlaydi.

MOSFET kommutatsiyani yo'qotish printsipi

NMOS yoki PMOS bo'ladimi, u yoqilgandan so'ng hosil bo'ladigan o'tkazuvchanlik ichki qarshiligi mavjud bo'lib, oqim ushbu ichki qarshilikda energiya iste'mol qiladi. Iste'mol qilinadigan energiyaning bu qismi o'tkazuvchanlik iste'moli deb ataladi. Kichik o'tkazuvchanlik ichki qarshiligi bilan MOSFETni tanlash o'tkazuvchanlik sarfini samarali ravishda kamaytiradi. Kam quvvatli MOSFETlarning joriy ichki qarshiligi odatda o'nlab milliohm atrofida va bir necha milliohm ham mavjud.

MOS yoqilganda va tugatilganda, u bir zumda amalga oshirilmasligi kerak. MOSning har ikki tomonidagi kuchlanish samarali pasayadi va u orqali o'tadigan oqim kuchayadi. Ushbu davrda MOSFET ning yo'qolishi kuchlanish va oqimning mahsulotidir, bu kommutatsiya yo'qolishidir. Umuman olganda, kommutatsiya yo'qotishlari o'tkazuvchanlik yo'qotishlaridan ancha katta va kommutatsiya chastotasi qanchalik tez bo'lsa, yo'qotishlar shunchalik katta bo'ladi.

MOS kommutatsiyasini yo'qotish diagrammasi

O'tkazilish momentidagi kuchlanish va oqim mahsuloti juda katta bo'lib, juda katta yo'qotishlarga olib keladi. Kommutatsiya yo'qotishlarini ikki yo'l bilan kamaytirish mumkin. Ulardan biri o'tish vaqtini qisqartirishdir, bu har bir yoqish paytida yo'qotishni samarali ravishda kamaytirishi mumkin; ikkinchisi kommutatsiya chastotasini kamaytirishdir, bu esa vaqt birligidagi kalitlarning sonini kamaytirishi mumkin.

Yuqorida MOSFET ning ishlash printsipi diagrammasining batafsil tushuntirishi va MOSFETning ichki tuzilishi tahlili berilgan. MOSFET haqida ko'proq ma'lumot olish uchun sizga MOSFET texnik yordamini taqdim etish uchun OLUKEY bilan maslahatlashing!