Podstawowa wiedza na temat MOSFET-u

MOSFET, skrót od Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, to trójzaciskowe urządzenie półprzewodnikowe, które wykorzystuje efekt pola elektrycznego do kontrolowania przepływu prądu. Poniżej znajduje się podstawowy przegląd MOSFET-ów:

1. Definicja i klasyfikacja

- Definicja: MOSFET to urządzenie półprzewodnikowe sterujące kanałem przewodzącym pomiędzy drenem a źródłem poprzez zmianę napięcia bramki. Bramka jest izolowana od źródła i drenu warstwą materiału izolacyjnego (zwykle dwutlenku krzemu), dlatego jest również znana jako tranzystor polowy z izolowaną bramką.

- Klasyfikacja: Tranzystory MOSFET są klasyfikowane na podstawie rodzaju kanału przewodzącego i wpływu napięcia bramki:

- Tranzystory MOSFET z kanałem N i P: W zależności od rodzaju kanału przewodzącego.

- Tranzystory MOSFET w trybie wzmocnienia i wyczerpania: w oparciu o wpływ napięcia bramki na kanał przewodzący. Dlatego tranzystory MOSFET dzielą się na cztery typy: tryb wzmocnienia kanału N, tryb wyczerpywania kanału N, tryb wzmocnienia kanału P i tryb wyczerpywania kanału P.

2. Struktura i zasada działania

- Struktura: MOSFET składa się z trzech podstawowych elementów: bramki (G), drenu (D) i źródła (S). Na lekko domieszkowanym podłożu półprzewodnikowym, za pomocą technik przetwarzania półprzewodników tworzone są silnie domieszkowane obszary źródła i drenu. Obszary te są oddzielone warstwą izolacyjną, na której znajduje się elektroda bramkowa.

- Zasada działania: Biorąc za przykład MOSFET z kanałem N w trybie wzmocnienia, gdy napięcie bramki wynosi zero, pomiędzy drenem a źródłem nie ma kanału przewodzącego, więc prąd nie może płynąć. Kiedy napięcie bramki wzrasta do pewnego progu (określanego jako „napięcie włączenia” lub „napięcie progowe”), warstwa izolacyjna pod bramką przyciąga elektrony z podłoża, tworząc warstwę inwersyjną (cienka warstwa typu N). tworząc kanał przewodzący. Umożliwia to przepływ prądu pomiędzy drenem a źródłem. Szerokość tego kanału przewodzącego, a tym samym prąd drenu, zależy od wielkości napięcia bramki.

3. Kluczowe cechy

- Wysoka impedancja wejściowa: Ponieważ bramka jest izolowana od źródła i drenu przez warstwę izolacyjną, impedancja wejściowa tranzystora MOSFET jest niezwykle wysoka, dzięki czemu nadaje się do obwodów o wysokiej impedancji.

- Niski poziom hałasu: Tranzystory MOSFET generują stosunkowo niski poziom hałasu podczas pracy, co czyni je idealnymi do obwodów o rygorystycznych wymaganiach dotyczących hałasu.

- Dobra stabilność termiczna: Tranzystory MOSFET mają doskonałą stabilność termiczną i mogą skutecznie działać w szerokim zakresie temperatur.

- Niskie zużycie energii: Tranzystory MOSFET zużywają bardzo mało energii zarówno w stanie włączonym, jak i wyłączonym, dzięki czemu nadają się do obwodów o małej mocy.

- Wysoka prędkość przełączania: Będąc urządzeniami sterowanymi napięciem, tranzystory MOSFET oferują duże prędkości przełączania, co czyni je idealnymi do obwodów wysokiej częstotliwości.

4. Obszary zastosowań

Tranzystory MOSFET są szeroko stosowane w różnych obwodach elektronicznych, szczególnie w układach scalonych, elektronice mocy, urządzeniach komunikacyjnych i komputerach. Służą jako podstawowe elementy w obwodach wzmacniających, obwodach przełączających, obwodach regulacji napięcia i nie tylko, umożliwiając realizację takich funkcji, jak wzmacnianie sygnału, sterowanie przełączaniem i stabilizacja napięcia.

Podsumowując, MOSFET jest niezbędnym urządzeniem półprzewodnikowym o unikalnej strukturze i doskonałych właściwościach użytkowych. Odgrywa kluczową rolę w obwodach elektronicznych w wielu dziedzinach.