Basics van MOSFET: stroom, halfgeleiderprincipes en circuitgedrag

MOSFET, kort voor metaaloxide halfgeleider veldeffect transistor, staat als een fundamentele bouwsteen in moderne elektronica, soms afgekort als FET.Als elektronische ingenieur herkent u waarschijnlijk MOSFETS, maar heb je diep genoeg ged gehad om hun fijne kneepjes te beheersen?In dit artikel zullen we de essentie van de huidige stroom en halfgeleiders onderzoeken, ingaan op de constructie en weergave van MOSFET's en hun circuitsymbolen decoderen.

Catalogus

De basisprincipes van de huidige stroom

Laten we beginnen met een zoekopdracht: hoe goed begrijpt u de beweging van stroom en elektronen in een circuit?

Figuur 1: inzicht

Het elektrische veld, zoals aangetoond in figuur 1, reist van de positieve naar negatieve elektrode van de batterij.Omgekeerd reizen elektronen tegenover het veld, beginnend bij de negatieve elektrode en naar het positieve bewegen.

Basics van halfgeleiders en MOSFETS

MOSFET's zijn afkomstig van halfgeleidermaterialen zoals silicium, die de kloof overbruggen tussen geleidende en isolatieve eigenschappen.Het maken van een bekwame geleider omvat het introduceren van onzuiverheden in pure kristallen.Pentavalente onzuiverheden transformeren halfgeleiders in N-type, gedomineerd door elektronendragers.Omgekeerd leveren drievoudige onzuiverheden een P-type halfgeleider op, waarbij gaten regeren als meerderheidslaaders.

Figuur 2: uitgelegd

In figuur 2 resulteert het verbinden van N-type en P-type halfgeleiders in elektronen die P-type gaten vullen bij de kruising, waardoor een uitputtingzone wordt gevormd.Het verbinden van het P-type op de positieve terminal van de batterij en het N-type met de negatieve minimaliseert deze zone in een voorwaartse vertekening.Omkeringspolariteit versterkt de uitputtingzone, waardoor omgekeerde bias wordt gecreëerd.

Soorten MOSFET's

MOSFET's zijn onderverdeeld in twee hoofdsoorten: verbetering en uitputting, verder opgesplitst in N-kanaal en p-kanaal.

Een N-kanaal MOSFET, met name de verbeteringsmodus, is onze focus.Het operationele principe begint hier.

Figuur 3: MOSFET -structuur

Bekijk in figuur 3 de samenstelling van de MOSFET: een geel getinte n-type, een blauwe P-type halfgeleider en hun verbindingen.Het uitgangspunt is de blauwe substraatterminal.Van de gele kant lopen terminals uiteen in de bron en aftappen.Deze componenten worden afgewisseld door een dunne isolatieve laag, bedekt met de poortsterminal, zoals verder weergegeven in figuur 4.

Figuur 4: MOSFET -structuur

Met name als gevolg van symmetrische aard maken MOSFET's de uitwisselbaarheid van bron-drain mogelijk.Met de bron die intern aan het substraat is gekoppeld, vermindert onze observatie tot drie terminals met een uniform potentieel, waardoor substraat-bronstroom wordt geblokkeerd.

Voor een optimale stroomstroom van afvoer naar bron in een MOSFET, verbindt een batterij deze terminals, die VD's definieert.

Figuur 5: Dynamische relatie tussen afvoerstroom en VDS

MOSFET Operationele principes

Het positieve uiteinde van de batterij verhoogt de spanning van de afvoeraansluiting, waardoor de uitputting tussen afvoer en substraat wordt verbreed, waardoor de stroom wordt geremd - de offstatus- of afsnijgebied.

Het construeren van een kanaal, cruciaal voor de stroomafvoerstroomstroom, omvat een kleine spanningsbron tussen poort en substraat, in figuur 6.

Figuur 6: Een kanaal opzetten

Door de poort te beveiligen op het positieve einde van de batterij, VGS genoemd, ontstaat een veld.P-type substraatgaten overheersen, met schaarse vrije elektronen aanwezig.Dit elektrische veld leidt elektronen naar het poortrooster, ingehouden door isolatoraanwezigheid, die in de buurt zich ophoopt.

Relatief met de elektrische opslagcapaciteit van de condensatoren, verbetert de isolator van een MOSFET de aanwezigheid van lading en trok meer elektronen.

Figuur 7: Analyse

Figuur 7 onthult een gat-degel rood doos gebied gevuld met elektronen, waardoor het gebied omzet in een halfgeleider van het N-type.Bron en afvoer vormt een kanaal, waardoor elektronentransit mogelijk is.Aanpassingen in poortspanning wijzigen kanaalbreedte, beïnvloeden de drempelspanning en kanaaldikte.

Figuur 8: Bijdrage

Creatie na het kanaal, figuur 8 portretteert de stroom die van afvoer naar bron doorgaat, aangedreven door brongevoede elektronen verzameld door de afvoer.Deze directionele stroom ondersteunt de naamgevingsconventies: bron en afvoer.

In de ohmse regio voldoen MOSFET's aan de wet van Ohm, waardoor de huidige groei met spanningsstijging wordt afgestemd.Toch verlengt de verhoogde spanning de uitputtingzone, vooral waar kanaalelektronen weglopen naar positief potentiaal.Deze stroomreductie culmineert in het pinch-off effect, maar in de praktijk stabiliseert elektronvolume de stroom, het handhaven van een verzadigingsstroom zonder te stoppen-waardoor de verzadigingszone wordt geïntroduceerd.

MOSFET's worden nagesynchroniseerde spanningsgestuurde apparaten gezien de rol van Gate Voltage bij het beheren van de stroomstroom.De poort blijft stroomvrij.

Figuur 9: Kenmerken

In figuur 9 schetst de linkerkant afvoerkarakteristieken tegen het overdrachtskarakteristiek bij constante VDS aan de rechterkant.

Uitputting-modus MOSFET's, hoewel verwant aan verbetering, bezitten inherent een kanaal na het doperen.Hun werking weerspiegelt verbeteringstypen, zij het anders in een hoger standaardverbruik.In tegenstelling tot het gesloten verbeteringstype, zijn ze standaard geopend en sluiten ze onder negatieve poortspanning.

Afbeelding 10: Circuitsymbool

Figuur 10 toont traditionele MOSFET-symbolen: vier terminals bestaande uit bron, poort, afvoer en substraat, met interne bron-substraat koppeling.Voor N -kanalen richten pijlen zich op het substraat;Voor P -kanalen wijken ze uit de poort.

Veelgestelde vragen [FAQ]

1. JFET vs. MOSFET: Wat onderscheidt ze?

JFET's zijn gericht op kleine signaalverwerking, contrasterende de rol van MOSFET's in lineaire en schakelmodusvoedingen.JFets bifurceren in N-kanaal en p-kanaal, terwijl MOSFET's diversifiëren in vier verschillende categorieën: n-kanaal en p-kanaal, zowel in verbeterings- als uitputting-variëteiten.MOSFETS verder segment door geleidbaarheid in verticale en laterale kanalen, met subsets zoals VMOSFET, DMOSFET en UMOSFET.

2. Definieer een schakel MOSFET.

Schakel MOSFET's schitteren in hoogfrequente toepassingen, met lage weerstand wanneer actieve en kleine poortcapaciteit.In tegenstelling tot typische FET's, blinken ze uit in schakelbewerkingen zonder lineariteitsbeperkingen.Voornamelijk te zien in voedingscircuits.

3. MOSFET -elektrode -connectiviteit

Voor N-kanaal MOSFET's met pijlen die naar binnen gaan gating, sluit je de afvoer aan op een hoog niveau (g), poort positief en bron negatief.Als VGS de pinch-off-drempel (soms ongeveer 1V) overtreft, wordt D en S activeren, waardoor stroom van D naar S. wordt gericht van de veilige spanningsbereik van G (onder 30V, in het algemeen rond 10V) en de overweging van DS-spanning en transconductantie voorop (bijv. 2N60B's IDS = 2A, VDS = 600V).