Spanningsregeling en stroomstroom in MOSFET -transistors

Een MOSFET (metaal-oxide-halfgeleider veldeffect transistor) is een kerncomponent in moderne elektronische systemen, bekend om zijn efficiënte schakel- en versterkingsmogelijkheden.Gebouwd op een siliconensubstraat, heeft het drie terminals - source, afvoer en poort - waardoor precieze controle van de stroom door spanningsregeling mogelijk is.Dit artikel onderzoekt de interne structuur, operationele modi, elektrische kenmerken en functionele regio's van MOSFET's, naast hun rollen in analoge circuits, en biedt ingenieurs gedetailleerd inzicht in ontwerp, controle en toepassing van op MOSFET gebaseerde technologieën.

Catalogus

De structuur van MOSFET -apparaten

Een MOSFET, herkend als een variant van de veldeffecttransistor (FET), vertoont over het algemeen een rechthoekige vorm en wordt ontworpen op een halfgeleiderbasis, voornamelijk geconstrueerd uit silicium.

De anatomie van een MOSFET met siliciumoxidelaag

Verken het bovenstaande schema.U zult zien dat een MOSFET drie cruciale terminalapparaten omvat: de bron (s), de afvoer (d) en de poort (g).

Rol van terminals in MOSFET

Deze terminals zijn een integraal onderdeel van het substraat van de MOSFET.Als de basis fungeert het substraat het kanaal dat stroomstroom in de transistor mogelijk maakt.Deze dynamiek is zijn oorsprong te danken aan de bron- en afvoeraansluitingen, cruciaal bij het aansturen van ladingsdragers, met de huidige stroom.

Ohm's wet in actie

Deze operatie wordt geleid door de wet van Ohm, die de correlatie tussen de huidige doorkruisen een geleider en het potentiële verschil in zijn terminals, onder stabiele temperatuur en fysieke omstandigheden verwoordt.

Beweging van elektronen en stroom

Wanneer de spanning wordt geïntroduceerd, gaan elektronen en stroom vorderen van de bron naar de afvoer in de MOSFET.Volgens de wet van Ohm: V = IR - Waar V staat voor de toegepaste spanning en ik vertegenwoordigt de stroom die door de MOSFET reist.Bijgevolg resulteert verhoogde spanning in verhoogde stroom.

Controlemechanisme van de poort

De poortcomponent van de MOSFET oefent controle uit over de stroomstroom die zich uitstrekt van de bron naar de afvoer.

Variaties van MOSFET's

De MOSFET vindt zijn bestaan ​​in twee verschillende vormen:

- uitputtingmodus MOSFET

- Verbeteringsmodus MOSFET

Uitputtingmodus MOSFET

Uitputting-modus MOSFET's kunnen verder worden gecategoriseerd in:

- N-kanaal uitputting mosfet

- P-kanaaluitputting mosfet

Onderzoek naar het N-kanaalmodel, ontdekken we een N-type materiaalkanaal ingekapseld in een P-type substraat.De N-kanaals host verbindingen met de afvoer en bron, terwijl de poort geïsoleerd blijft vanwege een SiO2-barrière.

Het aanbrengen van een positieve spanning (VGS) wekt de drempelspanning (VT), waardoor een stroom van bron naar afvoer kan doorkruisen.Deze energieke stroom gaat door totdat alle vrije dragers in de bron deelnemen aan de elektronendans, wat resulteert in een gestabiliseerde stroom.De merkwaardige aard van de conventionele stroom verzet zich tegen deze dans.

Omgekeerd introduceert het introduceren van een negatieve spanningsgeleider elektronen van het poortsubstraat en trekt substraatgaten naar hen toe.Een geïntensiveerde negatieve spanning put het N-kanaal van vrije elektronen uit, waardoor de stroom erdoorheen wordt verminderd.

Het p-kanaaluitputting MOSFET is het tegenovergestelde van het N-kanaal.In dit geval bestaat de MOSFET uit een P-kanaal halfgeleidermateriaal en het substraat is n-type.

Tegenover in de configuratie bevat het p-kanaal-uitputting MOSFET een p-type kanaal met een N-type substraat.Met een positieve spanning (VGS) migreren gaten naar het N-type substraat terwijl elektronen samenkomen op het p-kanaal, afnemende stroom.Omgekeerd trekt negatieve spanning gaten en stroom zielig naar de negatieve terminal van de MOSFET.

Verbeteringsmodus mosfet

Dit model weerspiegelt de dubbele categorisatie van de uitputtingmodus:

- N-kanaal verbetering mosfet

- P-kanaalverbetering MOSFET

Uitgegeven in het N-kanaalontwerp is een P-type substraat dat het N-kanaal flankeert bij de afvoer en bron.Stroom ligt slapend op VGS = 0;Het aanbrengen van een positieve spanning wekt deze echter tot leven.Elektronen hunkeren naar de poortsterminal en duwen gaten in het substraat.Escalerende VGS leidt tot het begin van pinch-off-omstandigheden, gekenmerkt door een verzadigde afvoerstroom en de opkomst van verzadigingsspanning (VDS).

In tegenstelling tot zijn N-kanaal tegenhanger, vereist de P-kanaalverbetering MOSFET een negatieve VGS voor kanaalvorming.Hier komt er af wanneer de magnitude-relatie | vds |= | VGS |-| VT |wordt ontmoet.

Het onderscheid tussen uitputting en verbetering MOSFET's berust op het feit dat, bij VGS = 0, alleen uitputting MOSFET's stroom uitvoeren.

Intrigerende eigenschappen van MOSFETS

MOSFETS bezit verschillende intrigerende eigenschappen:

- Deze apparaten zijn spanningsgestuurd en transformeren subtiele elektrische signalen met precisie.

- Ze vertonen een hoge ingangsimpedantie, waardoor gevoelige detectie van inputveranderingen mogelijk is.

- MOSFET's worden gekenmerkt door hun unipolariteit en manipuleren laaddragers van een enkel type.

- Met drie terminals bieden ze veelzijdige connectiviteitsopties voor verschillende circuitontwerpen.

Overdrachtsdynamiek van MOSFET's

Deze dynamische grafiek geeft weer hoe VDS varieert in reactie op veranderingen in afvoerstroom (ID) en gate-source spanning (VGS).

Illustratief toont de onderstaande grafiek de overdrachtsdynamiek voor zowel uitputting- als verbeteringsmodi:

De curve stijgt en onthult regio's die worden beïnvloed door VGS.Een positieve VGS zit je in het domein van verbetering, terwijl negatieve VGS je in uitputting brengt.

De interactie tussen afvoerstroom en VGS wordt als volgt afgebakend:

- , waar VP de pinch-off spanning vertegenwoordigt.

- Alternatief, , waar "k" het apparaat constant aangeeft.

MOSFET operationele principes

De MOSFET werkt binnen drie verschillende regio's, die elk een unieke functie in zijn gedrag dienen:

- Ohmse regio

- Verzadigingsgebied

- Cutoff Region

Ohmse regio

Gewoonlijk aangeduid als het lineaire gebied, wordt deze fase gekenmerkt door de intieme relatie tussen afvoerspanning en afvoerstroom, wat een unieke synergie suggereert.Terwijl de gate-source spanning (VGS) fluctueert, stimuleert deze indirect veranderingen in afvoerstroom (ID), wat het weerstandachtige gedrag van MOSFET weerspiegelt.

Wiskundig wordt deze ingewikkelde dans vastgelegd als:

Verzadigingsgebied

Bekend in sommige cirkels als de actieve regio, hier is de charme van MOSFET het vermogen om de stroom te stabiliseren.Zodra de afvoerspanning (VDS) de pinch-off drempel (VP) overtreft, vertoont de stroom een ​​rustige stabiliteit.

Het gedrag van deze regio kan elegant worden uitgedrukt als:

Cutoff regio

In de cutoff -zone omarmt de MOSFET eenzaamheid, die werkt als een open circuit zonder stroomstroom.Hier is het een toeschouwer, die in de pinch-off toestand woont en sereniteit over zijn kanaal kan prevaleren.

Afbeeldingsbron: praktisch buddy

De rol van MOSFET in analoge geïntegreerde circuits

MOSFET dient als een essentieel onderdeel in analoge geïntegreerde circuits, wat bijdraagt ​​aan verschillende functionaliteiten die tegemoet komen aan menselijke behoeften en verlangens zoals stabiliteit, efficiëntie en creativiteit.Het omvat de volgende toepassingen:

- Het ontwerp van analoge versterkers vergemakkelijken

- Het inschakelen van het schakelen van de uitgangsspanning

- Formuleren van operationele versterkers

- Moduleren DC -motorprestaties

- Interpretatie en verwerking van analoge signalen

- Ontwikkeling van oscillatoren binnen analoge kaders

- toezicht houden op de oplaad- en ontlaadprocessen van condensatoren