Asas MOSFET: aliran semasa, prinsip semikonduktor, dan tingkah laku litar

MOSFET, pendek untuk transistor kesan medan semikonduktor logam oksida, berdiri sebagai blok bangunan asas dalam elektronik moden, kadang -kadang disingkat sebagai FET.Sebagai jurutera elektronik, anda mungkin mengenali MOSFET, tetapi adakah anda telah menyelidiki cukup mendalam untuk menguasai kerumitan mereka?Dalam artikel ini, kami akan meneroka intipati aliran semasa dan semikonduktor, menyelidiki pembinaan dan perwakilan MOSFET, dan menyahkod simbol litar mereka.

Katalog

Asas aliran semasa

Mari kita mulakan dengan pertanyaan: Sejauh mana anda memahami pergerakan semasa dan elektron dalam litar?

Rajah 1: Wawasan

Medan elektrik, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, bergerak dari elektrod positif ke bateri.Sebaliknya, perjalanan elektron bertentangan dengan bidang, bermula pada elektrod negatif dan bergerak ke arah positif.

Asas semikonduktor dan MOSFET

MOSFETS berasal dari bahan semikonduktor seperti silikon, yang menjembatani jurang antara sifat konduktif dan insulatif.Kerajinan konduktor yang mahir melibatkan memperkenalkan kekotoran ke dalam kristal tulen.Kekotoran pentavalen mengubah semikonduktor ke N-jenis, yang dikuasai oleh pembawa elektron.Sebaliknya, kekotoran trivalen menghasilkan semikonduktor p-jenis, di mana lubang memerintah sebagai pembawa caj majoriti.

Rajah 2: dijelaskan

Dalam Rajah 2, menghubungkan N-jenis dan semikonduktor p-jenis menghasilkan elektron yang mengisi lubang p-jenis di persimpangan, membentuk zon penipisan.Menyambungkan jenis p ke terminal positif bateri dan N-jenis ke negatif meminimumkan zon ini dalam kecenderungan ke hadapan.Polariti membalikkan zon kekurangan, dengan itu mewujudkan kecenderungan terbalik.

Jenis MOSFET

MOSFET dikategorikan kepada dua jenis utama: peningkatan dan pengurangan, terus dibahagikan kepada saluran N dan saluran P.

MOSFET N-Channel, terutamanya mod peningkatan, adalah tumpuan kami.Prinsip operasi bermula di sini.

Rajah 3: Struktur MOSFET

Dalam Rajah 3, perhatikan komposisi MOSFET: N-jenis kuning, semikonduktor jenis p-jenis biru, dan sambungan mereka.Titik permulaan ialah terminal substrat biru.Dari sisi kuning, terminal menyimpang ke sumber dan longkang.Komponen -komponen ini diselingi oleh lapisan insulatif nipis, diatur oleh terminal pintu, seperti yang ditunjukkan selanjutnya dalam Rajah 4.

Rajah 4: Struktur MOSFET

Terutama, disebabkan oleh sifat simetri, MOSFETS membenarkan pertukaran sumber-sumber.Dengan sumber yang terikat secara dalaman ke substrat, pemerhatian kami mengurangkan kepada tiga terminal pada potensi seragam, menyekat arus sumber substrat.

Untuk aliran semasa yang optimum dari longkang ke sumber dalam MOSFET, bateri menghubungkan terminal ini, menentukan VDS.

Rajah 5: Hubungan dinamik antara arus longkang dan VD

Prinsip Operasi MOSFET

Hujung positif bateri mengangkat voltan terminal longkang, melebarkan kekurangan antara longkang dan substrat, menghalang aliran semasa - kawasan luar atau rantau cutoff.

Membina saluran, penting untuk aliran arus sumber longkang, melibatkan sumber voltan kecil antara pintu dan substrat, yang akan datang dalam Rajah 6.

Rajah 6: Mewujudkan saluran

Dengan mendapatkan pintu masuk ke hujung positif bateri, disebut VGS, bentuk medan.Lubang substrat p-jenis mendominasi, dengan elektron bebas yang jarang hadir.Medan elektrik ini mendorong elektron ke arah grid pintu, yang dihalang oleh kehadiran penebat, terkumpul berdekatan.

Perbandingan keupayaan penyimpanan caj elektrik kapasitor, penebat MOSFET meningkatkan kehadiran caj, menarik lebih banyak elektron.

Rajah 7: Analisis

Rajah 7 mendedahkan kawasan kotak merah lubang-lubang yang diisi dengan elektron, menukar rantau ini menjadi semikonduktor N-jenis.Menyambung sumber dan longkang membentuk saluran, yang membolehkan transit elektron.Pelarasan dalam voltan gerbang mengubah suai lebar saluran, mempengaruhi voltan ambang dan ketebalan saluran.

Rajah 8: Sumbangan

Penciptaan pasca saluran, Rajah 8 menggambarkan prosiding semasa dari longkang ke sumber, didorong oleh elektron sumber yang dikumpulkan oleh longkang.Aliran arah ini menyokong konvensyen penamaan: sumber dan longkang.

Di rantau Ohmic, MOSFET mematuhi undang -undang OHM, menyelaraskan pertumbuhan semasa dengan peningkatan voltan.Namun, voltan yang tinggi memanjangkan zon kekurangan, terutamanya di mana elektron saluran mengalir ke arah potensi positif.Pengurangan semasa ini memuncak dalam kesan pinch-off, tetapi dalam amalan, jumlah elektron menstabilkan aliran, mengekalkan arus tepu tanpa berhenti-oleh itu memperkenalkan zon tepu.

MOSFET digelar peranti kawalan voltan yang diberikan peranan voltan pintu dalam menguruskan aliran semasa.Pintu tetap bebas semasa.

Rajah 9: Ciri -ciri

Dalam Rajah 9, sebelah kiri menggariskan ciri -ciri longkang terhadap ciri pemindahan pada VDS yang tetap di sebelah kanan.

MOSFET-mode-mode, walaupun serupa dengan peningkatan, secara semulajadi memiliki saluran pasca-doping.Operasi mereka bergema jenis peningkatan, walaupun berbeza dengan penggunaan lalai yang lebih tinggi.Tidak seperti jenis peningkatan tertutup, mereka dibuka secara lalai dan ditutup di bawah voltan pintu negatif.

Rajah 10: Simbol litar

Rajah 10 mempamerkan simbol MOSFET tradisional: Empat terminal yang terdiri daripada sumber, pintu gerbang, longkang, dan substrat, dengan hubungan sumber substrat dalaman.Untuk saluran N, anak panah mensasarkan substrat;Untuk saluran P, mereka menyimpang dari pintu gerbang.

Soalan Lazim [Soalan Lazim]

1. JFET vs MOSFET: Apa yang membezakannya?

JFETS memenuhi pemprosesan isyarat kecil, peranan MOSFET yang berbeza dalam bekalan kuasa linear dan suis.JFETs bifurcate ke dalam saluran N dan saluran P, manakala MOSFET mempelbagaikan ke dalam empat kategori yang berbeza: saluran N dan saluran P, kedua-duanya dalam peningkatan dan jenis penipisan.MOSFET selanjutnya segmen dengan kekonduksian ke dalam saluran menegak dan lateral, dengan subset seperti VMOSFET, DMOSFET, dan UMOSFET.

2. Tentukan MOSFET beralih.

Menukar MOSFET bersinar dalam aplikasi frekuensi tinggi, dengan rintangan yang rendah apabila kapasitans pintu aktif dan kecil.Tidak seperti FET biasa, mereka cemerlang dalam beralih operasi kekangan linearity yang tidak hadir.Kebanyakannya dipaparkan dalam litar bekalan kuasa.

3. Kesambungan elektrod MOSFET

Untuk N-channel MOSFET dengan anak panah gating ke dalam, sambungkan longkang ke tahap tinggi (g), pintu positif, dan sumber negatif.Sekiranya VG melampaui ambang pinch-off (kadang-kadang sekitar 1V), D dan S mengaktifkan, mengarahkan arus dari D ke S. pematuhan kepada julat voltan selamat G (di bawah 30V, secara amnya sekitar 10V) dan pertimbangan voltan DS dan transkonduktansi adalah yang paling utama (mis., IDS 2N60B = 2A, VDS = 600.