Kawalan voltan dan aliran semasa dalam transistor MOSFET

MOSFET (transistor kesan medan logam-oksida-semikonduktor) adalah komponen teras dalam sistem elektronik moden, yang dikenali dengan keupayaan penukaran dan penguatan yang cekap.Dibina di atas substrat silikon, ia mempunyai tiga terminal -sumber, longkang, dan gerbang yang membolehkan kawalan tepat semasa melalui peraturan voltan.Artikel ini meneroka struktur dalaman, mod operasi, ciri-ciri elektrik, dan kawasan fungsional MOSFET, di samping peranan mereka dalam litar analog, menawarkan jurutera terperinci mengenai reka bentuk, kawalan, dan penggunaan teknologi berasaskan MOSFET.

Katalog

Struktur peranti MOSFET

MOSFET, yang diiktiraf sebagai variasi transistor kesan bidang (FET), umumnya mempamerkan bentuk segi empat tepat dan direkayasa pada asas semikonduktor, yang kebanyakannya dibina dari silikon.

Anatomi MOSFET dengan lapisan silikon oksida

Terokai skema di atas.Anda akan melihat bahawa MOSFET terdiri daripada tiga peranti terminal penting: sumber (s), longkang (d), dan pintu gerbang (g).

Peranan terminal di MOSFET

Terminal ini adalah penting untuk substrat MOSFET.Bertindak sebagai pangkalan, substrat memudahkan saluran yang membolehkan aliran semasa ke dalam transistor.Dinamik ini berhutang asalnya ke terminal sumber dan longkang, penting dalam mengarahkan pembawa caj, menggabungkan aliran semasa.

Undang -undang ohm beraksi

Operasi ini dipandu oleh undang -undang Ohm, yang menyatakan korelasi antara semasa melintasi konduktor dan perbezaan potensi di seluruh terminalnya, di bawah keadaan suhu dan fizikal yang stabil.

Pergerakan elektron dan semasa

Apabila voltan diperkenalkan, elektron dan kemajuan semasa dari sumber ke longkang dalam MOSFET.Menurut undang -undang Ohm: v = ir -di mana V bermaksud voltan yang digunakan dan saya mewakili perjalanan semasa melalui MOSFET.Oleh itu, hasil voltan tinggi dalam arus tambahan.

Mekanisme kawalan pintu gerbang

Komponen pintu MOSFET mengendalikan kawalan ke atas aliran semasa yang meluas dari sumber ke longkang.

Variasi MOSFET

MOSFET mendapati kewujudannya dalam dua bentuk yang berbeza:

- MOSFET mod pengurangan

- MOSFET mod peningkatan

MOSFET mod kekurangan

MOSFET mode-mode boleh dikategorikan lagi ke dalam:

- Mosfet pengurangan saluran

- Mosfet pengurangan p-channel

Menyiasat model N-Channel, kami mendedahkan saluran bahan N-jenis yang terbungkus dalam substrat p-jenis.N-channel menganjurkan sambungan ke longkang dan sumber, sementara pintu masuk tetap terpencil kerana halangan SiO2.

Memohon voltan positif (VGS) membangkitkan voltan ambang (VT), yang membolehkan arus melintasi sumber ke longkang.Aliran tenaga ini berterusan sehingga semua pembawa bebas dalam sumber mengambil bahagian dalam tarian elektron, menghasilkan arus yang stabil.Sifat yang ingin tahu arus konvensional menentang tarian ini.

Sebaliknya, memperkenalkan elektron panduan voltan negatif dari substrat pintu, menarik lubang substrat ke arah mereka.Voltan negatif yang semakin meningkat mengurangkan saluran N elektron bebas, mengurangkan aliran semasa melaluinya.

Mosfet pengurangan p-channel adalah bertentangan dengan saluran N.Dalam kes ini, MOSFET terdiri daripada bahan semikonduktor P-channel dan substrat adalah N-jenis.

Sebaliknya dalam konfigurasi, MOSFET pengurangan P-channel menggabungkan saluran P-jenis dengan substrat N-jenis.Dengan voltan positif (VGS), lubang berhijrah ke substrat N-jenis sebagai elektron berkumpul pada saluran P, arus berkurangan.Sebaliknya, voltan negatif menarik lubang -lubang dan arus yang menyedihkan ke arah terminal negatif MOSFET.

MOSFET MODE TINGGI

Model ini mencerminkan pengkategorian dua mod pengurangan:

- N-Channel Enhancement MOSFET

- MOSFET Peningkatan P-Channel

Dipaparkan dalam reka bentuk N-Channel adalah substrat p-jenis yang mengapit saluran N di longkang dan sumber.Lies semasa tidak aktif di VGS = 0;Walau bagaimanapun, memohon voltan positif mencetuskannya.Elektron mengidam terminal pintu, menolak lubang ke dalam substrat.Peningkatan VGS mendorong permulaan keadaan pinch-off, yang dicirikan oleh arus longkang tepu dan kemunculan voltan tepu (VDS).

Tidak seperti rakan sejawat N-salurannya, peningkatan P-channel MOSFET menuntut VG negatif untuk pembentukan saluran.Di sini, pinch-off transpires apabila hubungan magnitud | vds |= | Vgs |-| vt |dipenuhi.

Perbezaan antara pengurangan dan peningkatan MOSFETS terletak pada hakikat bahawa, pada VGS = 0, hanya pengurangan MOSFET yang menjalankan arus.

Ciri -ciri MOSFET yang menarik

Mosfets mempunyai beberapa ciri yang menarik:

- Peranti ini adalah voltan yang dikuasai, mengubah isyarat elektrik halus dengan ketepatan.

- Mereka mempamerkan impedans input yang tinggi, membolehkan pengesanan sensitif perubahan input.

- MOSFET dicirikan oleh unipolarity mereka, memanipulasi pembawa caj satu jenis.

- Dengan tiga terminal, mereka menawarkan pilihan sambungan serba boleh untuk pelbagai reka bentuk litar.

Pemindahan dinamik MOSFET

Grafik dinamik ini memaparkan bagaimana VDS bervariasi sebagai tindak balas kepada perubahan dalam arus longkang (ID) dan voltan sumber gerbang (VGS).

Secara ilustrasi, graf di bawah menggambarkan dinamik pemindahan untuk kedua -dua mod pengurangan dan peningkatan:

Lengkung naik, mendedahkan kawasan yang dipengaruhi oleh VGS.VG positif terletak di domain peningkatan, sementara VG negatif membawa anda ke dalam kekurangan.

Interaksi antara arus longkang dan VGS digambarkan seperti berikut:

- , di mana VP mewakili voltan pinch-off.

- Sebagai alternatif, , di mana "k" menandakan pemalar peranti.

Prinsip Operasi MOSFET

MOSFET beroperasi dalam tiga kawasan yang berbeza, masing -masing melayani fungsi yang unik dalam tingkah lakunya:

- Wilayah Ohmic

- Kawasan tepu

- Wilayah Cutoff

Wilayah Ohmic

Biasanya dirujuk sebagai rantau linear, fasa ini dicirikan oleh hubungan intim antara voltan sumber longkang dan arus longkang, mencadangkan sinergi yang unik.Apabila voltan sumber pintu (VGS) berubah-ubah, ia secara tidak langsung merangsang perubahan dalam arus longkang (ID), mengulangi tingkah laku seperti rintangan MOSFET.

Secara matematik, tarian rumit ini ditangkap sebagai:

Rantau ketepuan

Dikenali di beberapa kalangan sebagai kawasan aktif, di sini, daya tarikan MOSFET adalah keupayaannya untuk menstabilkan arus.Sebaik sahaja voltan sumber longkang (VDS) melampaui ambang pinch-off (VP), arus mempamerkan ketegangan yang tenang.

Tingkah laku rantau ini dapat dinyatakan dengan elegan sebagai:

Wilayah Cutoff

Di zon cutoff, MOSFET merangkumi kesendirian, bertindak sebagai litar terbuka tanpa aliran semasa.Di sini, ia adalah penonton, yang tinggal dalam keadaan pinch-off dan membolehkan ketenangan untuk mengatasi salurannya.

Sumber Imej: Praktikal-Buddy

Peranan MOSFET dalam Litar Bersepadu Analog

MOSFET berfungsi sebagai komponen penting dalam litar bersepadu analog, menyumbang kepada pelbagai fungsi yang memenuhi keperluan dan keinginan manusia seperti kestabilan, kecekapan, dan kreativiti.Ia merangkumi aplikasi berikut:

- Memudahkan reka bentuk penguat analog

- Membolehkan penukaran voltan output

- Merumuskan penguat operasi

- Modulasi prestasi motor DC

- Mentafsirkan dan memproses isyarat analog

- Membangunkan pengayun dalam kerangka analog

- Mengawasi proses pengecasan dan pelepasan kapasitor