Jak działają tranzystory MOSFET

Zasada działania MOSFET-u opiera się głównie na jego unikalnych właściwościach strukturalnych i efektach pola elektrycznego. Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie działania tranzystorów MOSFET:

I. Podstawowa budowa MOSFET-u

MOSFET składa się głównie z bramki (G), źródła (S), drenu (D) i podłoża (B, czasami połączonego ze źródłem w celu utworzenia urządzenia z trzema końcówkami). W tranzystorach MOSFET wzmacniających kanał N podłożem jest zwykle nisko domieszkowany materiał krzemowy typu P, na którym wykonane są dwa silnie domieszkowane obszary typu N, które służą odpowiednio jako źródło i dren. Powierzchnia podłoża typu P pokryta jest bardzo cienką warstwą tlenku (dwutlenku krzemu) stanowiącą warstwę izolacyjną, a jako bramka rysowana jest elektroda. Taka konstrukcja sprawia, że ​​bramka jest izolowana od podłoża półprzewodnikowego typu P, drenu i źródła, dlatego nazywana jest również lampą polową z izolowaną bramką.

II. Zasada działania

Tranzystory MOSFET działają w oparciu o napięcie źródła bramki (VGS) do sterowania prądem drenu (ID). W szczególności, gdy przyłożone napięcie źródła bramki dodatniej, VGS, jest większe od zera, na warstwie tlenku poniżej bramki pojawi się górne dodatnie i dolne ujemne pole elektryczne. To pole elektryczne przyciąga wolne elektrony w obszarze P, powodując ich akumulację pod warstwą tlenku, jednocześnie odpychając dziury w obszarze P. Wraz ze wzrostem VGS wzrasta siła pola elektrycznego i wzrasta stężenie przyciąganych wolnych elektronów. Kiedy VGS osiąga określone napięcie progowe (VT), stężenie wolnych elektronów zgromadzonych w obszarze jest wystarczająco duże, aby utworzyć nowy obszar typu N (kanał N), który działa jak most łączący dren i źródło. W tym momencie, jeśli między drenem a źródłem występuje określone napięcie sterujące (VDS), zaczyna płynąć prąd drenu ID.

III. Powstawanie i zmiana kanału dyrygenckiego

Utworzenie kanału przewodzącego jest kluczem do działania MOSFET-u. Gdy VGS jest większe niż VT, ustalany jest kanał przewodzący, a na ID prądu drenu wpływają zarówno VGS, jak i VDS. VGS wpływa na ID poprzez kontrolowanie szerokości i kształtu kanału przewodzącego, podczas gdy VDS wpływa na ID bezpośrednio jako napięcie sterujące. należy zauważyć, że jeśli kanał przewodzący nie jest ustalony (tj. VGS jest mniejszy niż VT), to nawet jeśli występuje VDS, identyfikator prądu drenu nie pojawia się.

IV. Charakterystyka tranzystorów MOSFET

Wysoka impedancja wejściowa:Impedancja wejściowa tranzystora MOSFET jest bardzo wysoka, bliska nieskończoności, ponieważ pomiędzy bramką a obszarem źródło-dren znajduje się warstwa izolacyjna, a prąd bramki jest jedynie słaby.

Niska impedancja wyjściowa:Tranzystory MOSFET to urządzenia sterowane napięciem, w których prąd źródła-drenu może zmieniać się wraz z napięciem wejściowym, dlatego ich impedancja wyjściowa jest niewielka.

Stały przepływ:Podczas pracy w obszarze nasycenia prąd MOSFET-u jest praktycznie niezależny od zmian napięcia źródło-dren, zapewniając doskonały prąd stały.

Dobra stabilność temperaturowa:Tranzystory MOSFET mają szeroki zakres temperatur pracy od -55°C do około +150°C.

V. Zastosowania i klasyfikacje

Tranzystory MOSFET są szeroko stosowane w obwodach cyfrowych, obwodach analogowych, obwodach mocy i innych dziedzinach. W zależności od rodzaju operacji tranzystory MOSFET można podzielić na typy wzmocnione i wyczerpane; w zależności od rodzaju kanału przewodzącego można je podzielić na kanał N i kanał P. Te różne typy tranzystorów MOSFET mają swoje zalety w różnych scenariuszach zastosowań.

Podsumowując, zasadą działania MOSFET-u jest kontrolowanie tworzenia i zmiany kanału przewodzącego poprzez napięcie źródła bramki, które z kolei kontroluje przepływ prądu drenu. Wysoka impedancja wejściowa, niska impedancja wyjściowa, stały prąd i stabilność temperaturowa sprawiają, że tranzystory MOSFET są ważnym elementem obwodów elektronicznych.