Explicación detallada do diagrama de principio de funcionamento de MOSFET | Análise da estrutura interna do FET

MOSFET é un dos compoñentes máis básicos da industria de semicondutores. Nos circuítos electrónicos, MOSFET úsase xeralmente en circuítos de amplificadores de potencia ou circuítos de fonte de alimentación conmutada e úsase amplamente. abaixo,OLUKEYdaralle unha explicación detallada do principio de funcionamento do MOSFET e analizará a estrutura interna do MOSFET.

Que éMOSFET

MOSFET, transistor de efecto de semicondutor de óxido metálico (MOSFET). É un transistor de efecto de campo que se pode usar amplamente en circuítos analóxicos e circuítos dixitais. Segundo a diferenza de polaridade da súa "canle" (portadora de traballo), pódese dividir en dous tipos: "tipo N" e "tipo P", que adoitan chamarse NMOS e PMOS.

Principio de funcionamento do MOSFET

O MOSFET pódese dividir en tipo de mellora e tipo de esgotamento segundo o modo de traballo. O tipo de mellora refírese ao MOSFET cando non se aplica tensión de polarización e non hai contracanle dutivo. O tipo de esgotamento refírese ao MOSFET cando non se aplica tensión de polarización. Aparecerá unha canle condutora.

Nas aplicacións reais, só hai MOSFET de mellora de canle N e tipo de mellora de canle P. Dado que os NMOSFET teñen unha pequena resistencia no estado e son fáciles de fabricar, o NMOS é máis común que o PMOS nas aplicacións reais.

Modo de mellora MOSFET

Hai dúas unións PN entre o dreno D e a fonte S do MOSFET en modo de mellora. Cando a tensión da fonte da porta VGS = 0, aínda que se engada a tensión da fonte de drenaxe VDS, sempre hai unha unión PN en estado polarizado inverso e non hai unha canle condutora entre o drenaxe e a fonte (sen fluxos de corrente). ). Polo tanto, a corrente de drenaxe ID=0 neste momento.

Neste momento, se engade unha tensión directa entre a porta e a fonte. É dicir, VGS>0, entón xerarase un campo eléctrico coa porta aliñada co substrato de silicio de tipo P na capa illante de SiO2 entre o electrodo de porta e o substrato de silicio. Debido a que a capa de óxido é illante, a tensión VGS aplicada á porta non pode producir corrente. Xérase un capacitor a ambos os dous lados da capa de óxido e o circuíto equivalente VGS carga este capacitor (condensador). E xerar un campo eléctrico, a medida que o VGS sube lentamente, atraído pola tensión positiva da porta. No outro lado deste capacitor (condensador) acumúlase un gran número de electróns e crean unha canle condutor tipo N dende o drenaxe ata a fonte. Cando o VGS supera a tensión de aceso VT do tubo (xeralmente uns 2 V), o tubo de canle N só comeza a conducir, xerando un ID de corrente de drenaxe. Chamamos voltaxe da fonte cando a canle comeza a xerar a tensión de aceso. Exprésase xeralmente como VT.

Controlar o tamaño da tensión de porta VGS cambia a forza ou a debilidade do campo eléctrico e pódese conseguir o efecto de controlar o tamaño da ID de corrente de drenaxe. Esta é tamén unha característica importante dos MOSFET que usan campos eléctricos para controlar a corrente, polo que tamén se lles chama transistores de efecto de campo.

Estrutura interna MOSFET

Nun substrato de silicio de tipo P cunha concentración baixa de impurezas, fanse dúas rexións N+ cunha concentración elevada de impurezas e extráense dous electrodos de aluminio metálico para servir de drenaxe d e fonte s respectivamente. A continuación, a superficie do semicondutor está cuberta cunha capa illante de dióxido de silicio (SiO2) extremadamente delgada e instálase un electrodo de aluminio na capa illante entre o drenaxe e a fonte para servir de porta g. Tamén se extrae un electrodo B sobre o substrato, formando un MOSFET de modo de mellora de canle N. O mesmo é certo para a formación interna de MOSFET do tipo de mellora da canle P.

Símbolos de circuítos MOSFET de canle N e MOSFET de canle P

A imaxe de arriba mostra o símbolo do circuíto de MOSFET. Na imaxe, D é o sumidoiro, S é a fonte, G é a porta e a frecha do medio representa o substrato. Se a frecha apunta cara a dentro, indica un MOSFET de canle N, e se a frecha apunta cara a fóra, indica un MOSFET de canle P.

Símbolos de circuíto MOSFET de canle N dual, MOSFET de canle P dual e MOSFET de canle N+P

De feito, durante o proceso de fabricación de MOSFET, o substrato conéctase á fonte antes de saír da fábrica. Polo tanto, nas regras de simboloxía, o símbolo da frecha que representa o substrato tamén debe estar conectado á fonte para distinguir o drenaxe e a fonte. A polaridade da tensión utilizada polo MOSFET é semellante ao noso transistor tradicional. A canle N é semellante a un transistor NPN. O drenaxe D está conectado ao electrodo positivo e a fonte S está conectado ao electrodo negativo. Cando a porta G ten unha tensión positiva, fórmase unha canle condutora e o MOSFET de canle N comeza a funcionar. Do mesmo xeito, a canle P é semellante a un transistor PNP. O drenaxe D está conectado ao electrodo negativo, a fonte S está conectada ao electrodo positivo e, cando a porta G ten unha tensión negativa, fórmase unha canle condutora e o MOSFET de canle P comeza a funcionar.

Principio de perdas de conmutación MOSFET

Se se trata de NMOS ou PMOS, hai unha resistencia interna de condución xerada despois de acendela, polo que a corrente consumirá enerxía nesta resistencia interna. Esta parte da enerxía consumida denomínase consumo de condución. A selección dun MOSFET cunha pequena resistencia interna de condución reducirá efectivamente o consumo de condución. A resistencia interna actual dos MOSFET de baixa potencia é xeralmente arredor de decenas de miliohmios, e tamén hai varios miliohmios.

Cando se activa e finaliza o MOS, non se debe realizar nun instante. A tensión a ambos os dous lados do MOS terá unha diminución efectiva e a corrente que circula por ela aumentará. Durante este período, a perda do MOSFET é o produto da tensión e da corrente, que é a perda de conmutación. En xeral, as perdas de conmutación son moito maiores que as perdas de condución, e canto máis rápida é a frecuencia de conmutación, maiores son as perdas.

O produto da tensión e da corrente no momento da condución é moi grande, o que produce perdas moi grandes. As perdas de conmutación pódense reducir de dúas formas. Unha delas é reducir o tempo de conmutación, o que pode reducir efectivamente a perda durante cada acendido; a outra é reducir a frecuencia de conmutación, o que pode reducir o número de conmutadores por unidade de tempo.

O anterior é unha explicación detallada do diagrama de principio de funcionamento de MOSFET e análise da estrutura interna de MOSFET. Para obter máis información sobre MOSFET, póñase en contacto con OLUKEY para ofrecerlle soporte técnico MOSFET.