Tranzystor polowy z efektem metalowo-tlenkowo-półprzewodnikowym (MOSFET, MOS-FET lub MOS FET) to rodzaj tranzystora polowego (FET), najczęściej wytwarzanego w wyniku kontrolowanego utleniania krzemu. Posiada izolowaną bramkę, której napięcie określa przewodność urządzenia.
Jego główną cechą jest to, że pomiędzy metalową bramką a kanałem znajduje się warstwa izolacyjna z dwutlenku krzemu, dzięki czemu ma wysoką rezystancję wejściową (do 1015 Ω). Jest również podzielony na rurę z kanałem N i rurę z kanałem P. Zwykle podłoże (podłoże) i źródło S są ze sobą połączone.
Według różnych trybów przewodzenia, tranzystory MOSFET dzielą się na typ wzmocnienia i typ wyczerpania.
Tak zwany typ wzmocnienia oznacza: gdy VGS=0, lampa znajduje się w stanie odcięcia. Po dodaniu prawidłowego VGS większość nośnych jest przyciągana do bramki, „wzmacniając” nośne w tym obszarze i tworząc kanał przewodzący. .
Tryb wyczerpania oznacza, że gdy VGS=0, tworzy się kanał. Po dodaniu prawidłowego VGS większość nośników może wypłynąć z kanału, „wyczerpując” nośniki i wyłączając rurę.
Rozróżnij przyczynę: rezystancja wejściowa JFET jest większa niż 100 MΩ, a transkonduktancja jest bardzo wysoka, gdy brama jest prowadzona, pole magnetyczne w pomieszczeniu jest bardzo łatwe do wykrycia sygnału danych o napięciu roboczym na bramce, dzięki czemu rurociąg ma tendencję do być na bieżąco lub ma tendencję do włączenia się. Jeśli do bramki zostanie natychmiast dodane napięcie indukcji ciała, ponieważ kluczowe zakłócenia elektromagnetyczne są silne, powyższa sytuacja będzie bardziej znacząca. Jeżeli wskazówka miernika odchyla się gwałtownie w lewo, oznacza to, że rurociąg zmierza w górę, rezystor dren-źródło RDS rozszerza się, a wielkość prądu dren-źródło zmniejsza się IDS. I odwrotnie, wskazówka miernika odchyla się ostro w prawo, co wskazuje, że rurociąg ma tendencję do włączania i wyłączania, RDS spada, a IDS rośnie. Jednakże dokładny kierunek odchylenia igły miernika powinien zależeć od dodatniego i ujemnego bieguna indukowanego napięcia (napięcie robocze w kierunku dodatnim lub napięcie robocze w kierunku odwrotnym) oraz roboczego punktu środkowego rurociągu.
MOSFET WINSOK DFN3x3
Biorąc za przykład kanał N, wykonuje się go na podłożu krzemowym typu P z dwoma silnie domieszkowanymi obszarami dyfuzyjnymi źródła N+ i obszarami dyfuzji drenu N+, a następnie wyprowadza się odpowiednio elektrodę źródłową S i elektrodę drenową D. Źródło i substrat są wewnętrznie połączone i zawsze zachowują ten sam potencjał. Gdy dren jest podłączony do dodatniego zacisku zasilacza, a źródło jest podłączone do ujemnego zacisku zasilacza i VGS=0, prąd kanału (tj. prąd drenu) ID=0. W miarę stopniowego wzrostu VGS, przyciągane przez dodatnie napięcie bramki, między dwoma obszarami dyfuzji indukowane są ujemnie naładowane nośniki mniejszościowe, tworząc kanał typu N od drenu do źródła. Kiedy VGS jest większe niż napięcie włączenia VTN lampy (zwykle około +2 V), lampa z kanałem N zaczyna przewodzić, tworząc identyfikator prądu drenu.
VMOSFET (VMOSFET), jego pełna nazwa to MOSFET z rowkiem w kształcie litery V. Jest to nowo opracowane, wysokowydajne urządzenie przełączające moc, oparte na MOSFET-ie. Dziedziczy nie tylko wysoką impedancję wejściową MOSFET (≥108 W), ale także mały prąd sterujący (około 0,1 μA). Ma również doskonałe właściwości, takie jak wysokie napięcie wytrzymywane (do 1200 V), duży prąd roboczy (1,5 A ~ 100 A), wysoka moc wyjściowa (1 ~ 250 W), dobra liniowość transkonduktancji i duża prędkość przełączania. Właśnie dlatego, że łączy w sobie zalety lamp próżniowych i tranzystorów mocy, znajduje szerokie zastosowanie we wzmacniaczach napięciowych (wzmocnienie napięcia może sięgać tysiące razy), wzmacniaczach mocy, zasilaczach impulsowych i falownikach.
Jak wszyscy wiemy, bramka, źródło i dren tradycyjnego tranzystora MOSFET znajdują się mniej więcej w tej samej płaszczyźnie poziomej na chipie, a jego prąd roboczy płynie zasadniczo w kierunku poziomym. Rurka VMOS jest inna. Ma dwie główne cechy konstrukcyjne: po pierwsze, metalowa brama przyjmuje strukturę rowka w kształcie litery V; po drugie, ma przewodność pionową. Ponieważ drenaż jest pobierany z tyłu chipa, ID nie przepływa poziomo wzdłuż chipa, ale zaczyna się od silnie domieszkowanego obszaru N+ (źródło S) i przepływa do lekko domieszkowanego obszaru dryfu N przez kanał P. Wreszcie sięga pionowo w dół do drenu D. Ponieważ pole przekroju poprzecznego przepływu wzrasta, mogą przez niego przepływać duże prądy. Ponieważ pomiędzy bramką a chipem znajduje się warstwa izolacyjna z dwutlenku krzemu, nadal jest to izolowany MOSFET bramki.
Zalety użytkowania:
MOSFET jest elementem sterowanym napięciem, natomiast tranzystor jest elementem sterowanym prądem.
Tranzystory MOSFET należy stosować, gdy ze źródła sygnału można pobierać tylko niewielką ilość prądu; Tranzystory należy stosować, gdy napięcie sygnału jest niskie i ze źródła sygnału można pobrać większy prąd. MOSFET wykorzystuje nośniki większościowe do przewodzenia prądu elektrycznego, dlatego nazywa się go urządzeniem jednobiegunowym, podczas gdy tranzystory wykorzystują do przewodzenia prądu zarówno nośniki większościowe, jak i mniejszościowe, dlatego nazywa się go urządzeniem bipolarnym.
Źródło i dren niektórych tranzystorów MOSFET mogą być używane zamiennie, a napięcie bramki może być dodatnie lub ujemne, co czyni je bardziej elastycznymi niż triody.
MOSFET może pracować w warunkach bardzo małego prądu i bardzo niskiego napięcia, a proces jego produkcji pozwala z łatwością zintegrować wiele tranzystorów MOSFET na chipie krzemowym. Dlatego MOSFET jest szeroko stosowany w wielkoskalowych układach scalonych.
Olueky MOSFET SOT-23N
Odpowiednie charakterystyki zastosowań MOSFET-u i tranzystora
1. Źródło s, bramka g i dren d tranzystora MOSFET odpowiadają odpowiednio emiterowi e, bazie b i kolektorowi c tranzystora. Ich funkcje są podobne.
2. MOSFET jest urządzeniem prądowym sterowanym napięciem, iD jest sterowany przez vGS, a jego współczynnik wzmocnienia gm jest na ogół mały, więc zdolność wzmocnienia MOSFET-u jest słaba; tranzystor jest urządzeniem prądowym sterowanym prądem, a iC jest sterowany przez iB (lub iE).
3. Bramka MOSFET prawie nie pobiera prądu (ig»0); podczas gdy podstawa tranzystora zawsze pobiera określony prąd, gdy tranzystor działa. Dlatego rezystancja wejściowa bramki tranzystora MOSFET jest wyższa niż rezystancja wejściowa tranzystora.
4. MOSFET składa się z wielu nośnych biorących udział w przewodzeniu; tranzystory mają dwie nośne, multinośne i nośne mniejszościowe, biorące udział w przewodzeniu. Na stężenie nośników mniejszościowych duży wpływ mają takie czynniki, jak temperatura i promieniowanie. Dlatego tranzystory MOSFET mają lepszą stabilność temperaturową i większą odporność na promieniowanie niż tranzystory. Tranzystory MOSFET należy stosować tam, gdzie warunki środowiskowe (temperatura itp.) znacznie się różnią.
5. Kiedy metal źródłowy i podłoże MOSFET-u są ze sobą połączone, źródło i dren mogą być używane zamiennie, a charakterystyka niewiele się zmienia; natomiast gdy kolektor i emiter triody są używane zamiennie, charakterystyki są bardzo różne. Wartość β zostanie znacznie zmniejszona.
6. Współczynnik szumu MOSFET-u jest bardzo mały. MOSFET powinien być używany w miarę możliwości w stopniu wejściowym obwodów wzmacniaczy o niskim poziomie szumów i obwodów, które wymagają wysokiego stosunku sygnału do szumu.
7. Zarówno MOSFET, jak i tranzystor mogą tworzyć różne obwody wzmacniaczy i obwody przełączające, ale ten pierwszy ma prosty proces produkcyjny i ma zalety niskiego zużycia energii, dobrej stabilności termicznej i szerokiego zakresu napięcia zasilania roboczego. Dlatego jest szeroko stosowany w układach scalonych o dużej i bardzo dużej skali.
8. Tranzystor ma dużą rezystancję włączenia, podczas gdy MOSFET ma małą rezystancję włączenia, zaledwie kilkaset mΩ. W obecnych urządzeniach elektrycznych tranzystory MOSFET są powszechnie stosowane jako przełączniki, a ich wydajność jest stosunkowo wysoka.
Enkapsulacyjny MOSFET WINSOK SOT-323
MOSFET a tranzystor bipolarny
MOSFET jest urządzeniem sterowanym napięciem i bramka w zasadzie nie pobiera prądu, natomiast tranzystor jest urządzeniem sterowanym prądem, a baza musi pobierać określony prąd. Dlatego też, gdy prąd znamionowy źródła sygnału jest wyjątkowo mały, należy zastosować MOSFET.
MOSFET jest przewodnikiem wielonośnym, przy czym w przewodzeniu uczestniczą obydwa nośniki tranzystora. Ponieważ stężenie nośników mniejszościowych jest bardzo wrażliwe na warunki zewnętrzne, takie jak temperatura i promieniowanie, MOSFET jest bardziej odpowiedni w sytuacjach, gdy środowisko ulega znacznym zmianom.
Oprócz tego, że są wykorzystywane jako urządzenia wzmacniające i sterowane przełączniki, takie jak tranzystory, tranzystory MOSFET mogą być również używane jako zmienne rezystory liniowe sterowane napięciem.
Źródło i dren MOSFET-u mają budowę symetryczną i mogą być używane zamiennie. Napięcie bramki-źródła MOSFET-u w trybie wyczerpania może być dodatnie lub ujemne. Dlatego użycie tranzystorów MOSFET jest bardziej elastyczne niż tranzystorów.
Czas publikacji: 13 października 2023 r
