Täiustus MOSFET: töö, erinevused ja rakendused

MOSFET (metall-oksiid-pooljuht FET) on ühte tüüpi isoleeritud väravaga väljatransistor, mida kasutatakse peamiselt signaalide võimendamiseks või lülitamiseks. Nüüd kasutatakse analoog- ja digitaalahelates MOSFET-e sagedamini kui BJT-d . MOSFET-e kasutatakse peamiselt võimendites nende lõpmatu sisendtakistuse tõttu, nii et see võimaldab võimendil hõivata peaaegu kogu sissetuleva signaali. Peamine kasu sellest MOSFET võrreldes BJT-ga on see, et see ei vaja koormusvoolu juhtimiseks peaaegu mingit sisendvoolu. MOSFETid liigitatakse kahte tüüpi täiustus-MOSFET-i ja tühjenemis-MOSFET-i. Seega pakub see artikkel lühiteavet selle kohta täiustus MOSFET – rakendustega töötamine.

Mis on täiustustüübi MOSFET?

Täiustusrežiimis töötav MOSFET on tuntud kui E-MOSFET või täiustus-mosfet. Täiendusrežiim tähendab, et kui pinge selle MOSFET-i paisu klemmi suunas suureneb, suurendatakse voolu voolu äravoolust allikani, kuni see jõuab kõrgeima tasemeni. See MOSFET on kolme klemmiga pingega juhitav seade, mille klemmid on allikaks, väravaks ja äravooluks.

Nende MOSFET-ide omadused on väike võimsuse hajumine, lihtne tootmine ja väike geomeetria. Nii et need funktsioonid muudavad neid integraallülitustes kasutatavaks. Selle MOSFET-i äravoolu (D) ja allika (S) vahel ei ole teed, kui paisu ja allika klemmide vahele ei rakendata pinget. Seega suurendab väravast allikani pinge rakendamine kanalit, muutes selle võimeliseks voolu juhtima. See omadus on peamine põhjus, miks seda seadet nimetada täiustusrežiimi MOSFETiks.

Täiustatud MOSFET-sümbol

Nii P- kui ka N-kanali MOSFET-sümbolid on näidatud allpool. Allolevates sümbolites võime märgata, et katkendlik joon on lihtsalt ühendatud allikast substraadi terminaliga, mis tähistab täiustusrežiimi tüüpi.

Juhtivus EMOSFET-ides suureneb, suurendades oksiidikihti, mis lisab laengukandjaid kanali poole. Tavaliselt nimetatakse seda kihti inversioonikihiks.

Selle MOSFETi kanal moodustatakse D (äravoolu) ja S (allikas) vahel. N-kanali tüübi puhul kasutatakse P-tüüpi substraati, P-kanali tüübi puhul aga N-tüüpi substraati. Siin sõltub laengukandjatest tulenev kanali juhtivus peamiselt vastavalt P- või N-tüüpi kanalitest.

Täiustuse Mosfet tööpõhimõte

Täiendus tüüpi MOSFETid on tavaliselt välja lülitatud, mis tähendab, et kui on ühendatud täiustustüüpi MOSFET, siis ei voola voolu klemmi äravoolust (D) allikasse (S), kui selle paisuklemmile ei anta pinget. See on põhjus, miks nimetada seda transistori a tavaliselt seadmest väljas .

Samamoodi, kui pinge antakse selle MOSFET-i paisuklemmile, muutub äravooluallika kanal väga vähem takistuseks. Kui pinge väravast allika klemmini suureneb, suureneb ka voolu vool äravooluklemmist allika klemmile, kuni äravooluklemmist allikani antakse suurim vool.

Ehitus

The täiustus-MOSFETi ehitamine on näidatud allpool. See MOSFET sisaldab kolme kihti väravat, äravoolu ja allikat. MOSFETi korpust tuntakse substraadina, mis on sisemiselt allikaga ühendatud. MOSFET-is on pooljuhtkihi metallvärava klemm isoleeritud läbi ränidioksiidi kihi, muidu dielektrilise kihi.

See EMOSFET on valmistatud kahest materjalist, nagu P-tüüpi ja N-tüüpi pooljuhid. Substraat toetab seadet füüsiliselt. Õhuke SiO kiht ja suurepärane elektriisolaator katavad lihtsalt allika ja äravoolu klemmide vahelise piirkonna. Oksiidkihil moodustab paiselektroodi metallikiht.

Selles konstruktsioonis on kaks N-piirkonda eraldatud mõne mikromeetri kaugusel kergelt legeeritud p-tüüpi substraadil. Neid kahte N-piirkonda teostatakse nagu lähte- ja äravooluklemmid. Pinnale moodustub õhuke isolatsioonikiht, mida tuntakse ränidioksiidina. Sellele kihile tehtud laengukandjad nagu augud loovad alumiiniumkontaktid nii allika kui ka äravooluklemmide jaoks.

See juhtivuskiht töötab nagu terminali värav, mis asetatakse nii SiO2-le kui ka kogu kanali alale. Juhtivuse jaoks ei sisalda see aga ühtegi füüsilist kanalit Sellise MOSFET-i täiustamise korral laiendatakse p-tüüpi substraat kogu SiO2 kihile.

Töötab

EMOSFET töötab siis, kui VGS on 0 V, siis pole kanalit, mis ühendaks allika ja äravoolu. P-tüüpi substraadil on vaid väike arv termiliselt toodetud vähemuslaengukandjaid nagu vabad elektronid, seega on äravooluvool null. Sel põhjusel on see MOSFET tavaliselt VÄLJAS.

Kui värav (G) on positiivne (+ve), tõmbab see vähemuslaengukandjaid nagu p-substraadi elektronid, kus need laengukandjad ühinevad läbi SiO2 kihi all olevate aukude. VGS-i veelgi suurendatakse, siis on elektronidel piisavalt potentsiaali tulla ja siduda ning kanalisse ladestub rohkem laengukandjaid, st elektronid.

Siin kasutatakse dielektrikut, et vältida elektronide liikumist läbi ränidioksiidi kihi. Selle kogunemise tulemuseks on n-kanali moodustumine äravoolu ja allika klemmide vahel. Seega võib see kaasa tuua genereeritud äravooluvoolu kogu kanalis. See äravooluvool on lihtsalt võrdeline kanali takistusega, mis sõltub veelgi laengukandjatest, mis on tõmmatud värava +ve klemmi külge.

Täiendustüübi MOSFET

Need on saadaval kahte tüüpi N kanali täiustamise MOSFET ja P kanali täiustamise MOSFET .

N-kanali täiustustüübi puhul kasutatakse kergelt legeeritud p-substraati ja kaks tugevalt legeeritud n-tüüpi piirkonda moodustavad lähte- ja äravooluklemmid. Seda tüüpi E-MOSFETis on enamus laengukandjatest elektronid. Selle kohta lisateabe saamiseks vaadake seda linki - N-kanaliga MOSFET.

P-kanalitüübi puhul kasutatakse kergelt legeeritud N-substraati ja kaks tugevalt legeeritud p-tüüpi piirkonda moodustavad allika ja äravoolu klemmid. Seda tüüpi E-MOSFETis on suurem osa laengukandjatest augud. Selle kohta lisateabe saamiseks vaadake seda linki - P-kanaliga MOSFET .

Omadused

Allpool käsitletakse n-kanali täiustamise MOSFET-i ja p-kanali täiustamise VI ja äravoolu omadusi.

Drenaaži omadused

The N-kanali täiustamise MOSFET äravoolu omadused on näidatud allpool. Nendes omadustes saame jälgida äravoolu karakteristikuid, mis on joonistatud Id ja Vd vahel erinevate Vgs väärtuste jaoks, nagu on näidatud diagrammil. Nagu näete, et kui Vgs väärtust suurendatakse, suureneb ka praegune 'Id'.

Karakteristikute paraboolkõver näitab VDS-i asukohta, kus Id (äravooluvool) küllastub. Sellel graafikul on näidatud lineaarne või oomiline piirkond. Selles piirkonnas võib MOSFET toimida pingega juhitava takistina. Seega, fikseeritud Vds väärtuse puhul, kui muudame Vgs pinge väärtust, siis muudetakse kanali laiust või võib öelda, et kanali takistus muutub.

Ohmiline piirkond on piirkond, kus praegune IDS tõuseb koos VDS-i väärtuse suurenemisega. Kui MOSFET-id on loodud töötama oomilises piirkonnas, saab neid kasutada võimenditena .

Paisupinget, mille juures transistor SISSE lülitub ja kogu kanalis voolu voolama hakkab, nimetatakse lävipingeks (VT või VTH). N-kanali puhul jääb see lävipinge väärtus vahemikku 0,5–0,7 V, P-kanaliga seadmete puhul aga –0,5–0,8 V.

Kui Vds Vt, siis sel juhul töötab MOSFET lineaarses piirkonnas. Nii et selles piirkonnas võib see toimida a pingega juhitav takisti .

Lõikepiirkonnas, kui pinge Vgs

Kui MOSFET-i juhitakse lookuse paremal küljel, võime öelda, et seda kasutatakse küllastuspiirkond . Seega, matemaatiliselt, kui Vgs pinge on > või = Vgs-Vt, töötab see küllastuspiirkonnas. Nii et see kõik puudutab äravoolu omadusi täiustusmosfeti eri piirkondades.

Ülekande omadused

The N-kanali täiustusmosfeti ülekandeomadused on näidatud allpool. Ülekandekarakteristikud näitavad seost sisendpinge 'Vgs' ja väljundi äravooluvoolu 'Id' vahel. Need omadused näitavad põhimõtteliselt, kuidas 'Id' muutub, kui Vgs väärtused muutuvad. Nii et nende omaduste põhjal võime jälgida, et äravooluvool 'Id' on kuni lävipingeni null. Pärast seda, kui suurendame Vgs väärtust, suureneb 'Id'.

Praeguse 'Id' ja Vgs vahelise seose saab esitada kujul Id = k(Vgs-Vt)^2. Siin on 'K' seadme konstant, mis sõltub seadme füüsilistest parameetritest. Nii et seda avaldist kasutades saame teada fikseeritud Vgs väärtuse äravoolu voolu väärtuse.

P kanali täiustamise MOSFET

The P-kanali täiustamise mosfeti äravoolu omadused on näidatud allpool. Siin on Vds ja Vgs negatiivsed. Äravooluvool 'Id' antakse allikast äravooluklemmi. Nagu sellelt graafikult näha, siis kui Vgs muutub negatiivsemaks, siis suureneb ka äravooluvool ‘Id’.

Kui Vgs > VT, siis see MOSFET töötab väljalõike piirkonnas. Samamoodi, kui jälgite selle MOSFET-i ülekandeomadusi, on see N-kanali peegelpilt.

Rakendused

Täiendus-MOSFET-i kallutamine

Üldiselt on täiustus-MOSFET (E-MOSFET) eelpingestatud kas pingejaguri nihkega, vastasel juhul äravoolu tagasiside nihkega. Aga E-MOSFET ei saa olla kallutatud enese- ja nullkallutatusega.

Pingejaguri eelpinge

Pingejaguri eelpinge N-kanali E-MOSFET jaoks on näidatud allpool. Pingejaguri eelpinge on sarnane BJT-sid kasutava jaotusahelaga. Tegelikult vajab N-kanali täiustus-MOSFET paisu terminali, mis on selle allikast kõrgem, nagu ka NPN BJT vajab emitteriga võrreldes kõrgemat baaspinget.

Selles vooluringis kasutatakse takisteid nagu R1 ja R2 paisupinge määramiseks jaotusahela loomiseks.

Kui E-MOSFET-i allikas on otse ühendatud GND-ga, siis VGS = VG. Seega peab takisti R2 potentsiaal olema seadistatud kõrgemale VGS(th), et E-MOSFET-i karakteristikuvõrrandiga nagu I. _D = K (V _GS -IN _GS (th))^2.

Teades VG väärtust, kasutatakse äravooluvoolu määramiseks E-MOSFETi tunnusvõrrandit. Kuid seadme konstant 'K' on ainus puuduv tegur, mida saab arvutada mis tahes seadme jaoks sõltuvalt VGS (sees) ja ID (sees) koordinaatpaarist.

Konstant 'K' on tuletatud E-MOSFET-i iseloomulikust võrrandist nagu K = I _D /(IN _GS -IN _GS (th))^2.

K = I _D /(IN _GS -IN _GS (th))^2.

Seega kasutatakse seda väärtust muude kallutuspunktide jaoks.

Äravoolu tagasiside eelarvamus

See kallutamine kasutab ülalmainitud tunnuskõvera 'sees' tööpunkti. Idee on seadistada äravooluvool sobiva toiteallika ja äravoolutakisti valiku kaudu. Äravoolu tagasisideahela prototüüp on näidatud allpool.

See on üsna lihtne vooluahel, mis kasutab mõningaid põhikomponente. Seda toimingut mõistetakse KVL-i rakendamisega.

IN _DD = V _RD + V _RG + V _GS

IN _DD = I _D R _D + mina _G R _G + V _GS

Siin on värava vool tähtsusetu, nii et ülaltoodud võrrand muutub

IN _DD =I _D R _D +V _GS

ja ka V _{DS =} IN _GS

Seega

IN _GS =V _DS = V _DD − mina _D R _D

Seda võrrandit saab kasutada eelpingeskeemi projekteerimise alusena.

Täiustatud MOSFET vs kahanemise MOSFET

Erinevus täiustusmosfeti ja tühjendusmosfeti vahel hõlmab järgmist.

Selle kohta lisateabe saamiseks vaadake seda linki - Tühjendusrežiim MOSFET .

The Enhancement MOSFETi rakendused sisaldama järgmist.

• Üldiselt kasutatakse täiustus-MOSFET-e lülitus-, võimendi- ja inverteriahelates.
• Neid kasutatakse erinevates mootoridraiverites, digitaalkontrollerites ja jõuelektroonika IC-des.
• Seda kasutatakse digitaalses elektroonikas.

Seega on siin tegemist täienduse ülevaatega MOSFET – töökorras rakendustega. E-MOSFET on saadaval nii suure kui ka väikese võimsusega versioonina, mis töötavad ainult täiustusrežiimis. Siin on teile küsimus, mis on ammendumine MOSFET?