MOSFET-ის მუშაობის პრინციპის დიაგრამის დეტალური განმარტება

MOSFET არის ერთ-ერთი ყველაზე ძირითადი კომპონენტი ნახევარგამტარების ინდუსტრიაში. ელექტრონულ სქემებში MOSFET ზოგადად გამოიყენება დენის გამაძლიერებლის სქემებში ან გადართვის ელექტრომომარაგების სქემებში და ფართოდ გამოიყენება. ქვემოთ,ოლუკიდეტალურად აგიხსნით MOSFET-ის მუშაობის პრინციპს და გააანალიზებს MOSFET-ის შიდა სტრუქტურას.

რა არისMOSFET

MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor (MOSFET). ეს არის ველის ეფექტის ტრანზისტორი, რომელიც შეიძლება ფართოდ იქნას გამოყენებული ანალოგურ სქემებში და ციფრულ სქემებში. მისი "არხის" პოლარობის სხვაობის მიხედვით (მუშა გადამზიდავი) შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად: "N-ტიპი" და "P-ტიპი", რომლებსაც ხშირად უწოდებენ NMOS და PMOS.

MOSFET მუშაობის პრინციპი

MOSFET შეიძლება დაიყოს გაუმჯობესების ტიპად და ამოწურვის ტიპად სამუშაო რეჟიმის მიხედვით. გაუმჯობესების ტიპი ეხება MOSFET-ს, როდესაც არ არის გამოყენებული მიკერძოებული ძაბვა და არ არის მინუსიდუქციური არხი. ამოწურვის ტიპი ეხება MOSFET-ს, როდესაც არ არის გამოყენებული მიკერძოებული ძაბვა. გამოჩნდება გამტარი არხი.

რეალურ აპლიკაციებში არსებობს მხოლოდ N-არხის გამაძლიერებელი ტიპის და P-არხის გამაძლიერებელი ტიპის MOSFET. ვინაიდან NMOSFET-ებს აქვთ მცირე რეზისტენტობა და მათი წარმოება მარტივია, NMOS უფრო გავრცელებულია ვიდრე PMOS რეალურ აპლიკაციებში.

გაძლიერების რეჟიმი MOSFET

გაუმჯობესების რეჟიმის MOSFET-ის გადინების D-სა და წყარო S-ს შორის არის ორი ერთმანეთის გვერდითი PN შეერთება. როდესაც კარიბჭის წყაროს ძაბვა VGS=0, მაშინაც კი, თუ გადინების წყაროს ძაბვა VDS დაემატება, ყოველთვის არის PN შეერთება უკუ მიკერძოებულ მდგომარეობაში და არ არის გამტარი არხი დრენაჟსა და წყაროს შორის (დენი არ გადის ). აქედან გამომდინარე, გადინების დენი ID=0 ამ დროს.

ამ დროს, თუ კარიბჭესა და წყაროს შორის დაემატება წინა ძაბვა. ანუ VGS>0, მაშინ ელექტრული ველი კარიბჭით გასწორებული P-ტიპის სილიკონის სუბსტრატთან იქნება წარმოქმნილი SiO2 საიზოლაციო ფენაში კარიბჭის ელექტროდსა და სილიკონის სუბსტრატს შორის. იმის გამო, რომ ოქსიდის ფენა იზოლირებულია, კარიბჭეზე გამოყენებული VGS ძაბვა ვერ წარმოქმნის დენს. ოქსიდის ფენის ორივე მხარეს წარმოიქმნება კონდენსატორი და VGS ეკვივალენტური წრე მუხტავს ამ კონდენსატორს (კონდენსატორი). და წარმოიქმნება ელექტრული ველი, როდესაც VGS ნელა იზრდება, რომელიც მიიზიდავს კარიბჭის დადებითი ძაბვას. ამ კონდენსატორის (კონდენსატორის) მეორე მხარეს გროვდება ელექტრონების დიდი რაოდენობა და ქმნის N ტიპის გამტარ არხს დრენიდან წყარომდე. როდესაც VGS აჭარბებს მილის ჩართვის VT ძაბვას (ზოგადად დაახლოებით 2 ვ), N-არხის მილი ახლახან იწყებს გატარებას, წარმოქმნის გადინების დენის ID-ს. ჩვენ ვუწოდებთ კარიბჭის წყაროს ძაბვას, როდესაც არხი პირველად იწყებს ჩართვის ძაბვის გენერირებას. ზოგადად გამოხატულია როგორც VT.

კარიბჭის ძაბვის VGS ზომის კონტროლი ცვლის ელექტრული ველის სიძლიერეს ან სისუსტეს და შეიძლება მიღწეული იქნას გადინების დენის ID-ის ზომის კონტროლის ეფექტი. ეს ასევე არის MOSFET-ების მნიშვნელოვანი მახასიათებელი, რომლებიც იყენებენ ელექტრულ ველებს დენის გასაკონტროლებლად, ამიტომ მათ ასევე უწოდებენ ველის ეფექტის ტრანზისტორებს.

MOSFET შიდა სტრუქტურა

P-ტიპის სილიკონის სუბსტრატზე მინარევების დაბალი კონცენტრაციით, მზადდება ორი N+ რეგიონი მაღალი მინარევების კონცენტრაციით და ორი ელექტროდი ამოღებულია ლითონის ალუმინისგან, რათა ემსახურებოდეს შესაბამისად d და წყაროს ფუნქციას. შემდეგ ნახევარგამტარის ზედაპირი დაფარულია უკიდურესად თხელი სილიციუმის დიოქსიდის (SiO2) საიზოლაციო ფენით და ალუმინის ელექტროდი დამონტაჟებულია საიზოლაციო ფენაზე დრენაჟსა და წყაროს შორის, რომელიც ემსახურება როგორც g კარიბჭეს. ელექტროდი B ასევე გამოყვანილია სუბსტრატზე, რომელიც ქმნის N-არხის გამაძლიერებელ რეჟიმს MOSFET-ს. იგივე ეხება P-არხის გამაძლიერებელი ტიპის MOSFET-ების შიდა ფორმირებას.

N-არხის MOSFET და P-არხის MOSFET მიკროსქემის სიმბოლოები

ზემოთ მოცემულ სურათზე ნაჩვენებია MOSFET-ის მიკროსქემის სიმბოლო. სურათზე D არის გადინება, S არის წყარო, G არის კარიბჭე, ხოლო შუაში ისარი წარმოადგენს სუბსტრატს. თუ ისარი მიმართულია შიგნით, ეს მიუთითებს N-არხის MOSFET-ზე, ხოლო თუ ისარი მიმართულია გარეთ, ეს მიუთითებს P-არხის MOSFET-ზე.

ორმაგი N-არხის MOSFET, ორმაგი P-არხის MOSFET და N+P-არხის MOSFET მიკროსქემის სიმბოლოები

ფაქტობრივად, MOSFET-ის წარმოების პროცესში, სუბსტრატი უკავშირდება წყაროს ქარხნიდან გასვლამდე. ამიტომ, სიმბოლიკის წესებში, ისრის სიმბოლო, რომელიც წარმოადგენს სუბსტრატს, ასევე უნდა იყოს დაკავშირებული წყაროსთან, რათა განასხვავოს დრენაჟი და წყარო. MOSFET-ის მიერ გამოყენებული ძაბვის პოლარობა ჩვენი ტრადიციული ტრანზისტორის მსგავსია. N-არხი NPN ტრანზისტორის მსგავსია. დრენაჟი D დაკავშირებულია დადებით ელექტროდთან და წყარო S დაკავშირებულია უარყოფით ელექტროდთან. როდესაც კარიბჭეს G-ს აქვს დადებითი ძაბვა, იქმნება გამტარი არხი და N-არხი MOSFET იწყებს მუშაობას. ანალოგიურად, P- არხი მსგავსია PNP ტრანზისტორის. დრენაჟი D უკავშირდება უარყოფით ელექტროდს, წყარო S - დადებით ელექტროდს და როდესაც G ჭიშკარს აქვს უარყოფითი ძაბვა, იქმნება გამტარი არხი და იწყებს მუშაობას P-არხი MOSFET.

MOSFET გადართვის დაკარგვის პრინციპი

იქნება ეს NMOS თუ PMOS, მისი ჩართვის შემდეგ წარმოიქმნება გამტარობის შიდა წინააღმდეგობა, ასე რომ დენი მოიხმარს ენერგიას ამ შიდა წინააღმდეგობაზე. მოხმარებული ენერგიის ამ ნაწილს ეწოდება გამტარობის მოხმარება. MOSFET-ის შერჩევა მცირე გამტარობის შიდა წინააღმდეგობით ეფექტურად შეამცირებს გამტარობის მოხმარებას. დაბალი სიმძლავრის MOSFET-ების ამჟამინდელი შიდა წინააღმდეგობა, როგორც წესი, დაახლოებით ათეულ მილიოჰმს შეადგენს და ასევე არის რამდენიმე მილიოჰმი.

როდესაც MOS ჩართულია და წყდება, ის არ უნდა განხორციელდეს მყისიერად. MOS-ის ორივე მხარეს ძაბვას ექნება ეფექტური კლება, ხოლო მასში გამავალი დენი გაიზრდება. ამ პერიოდის განმავლობაში, MOSFET-ის დაკარგვა არის ძაბვისა და დენის პროდუქტი, რაც არის გადართვის დანაკარგი. ზოგადად, გადართვის დანაკარგები გაცილებით დიდია, ვიდრე გამტარობის დანაკარგები და რაც უფრო სწრაფია გადართვის სიხშირე, მით მეტია დანაკარგები.

ძაბვისა და დენის პროდუქტი გამტარობის მომენტში ძალიან დიდია, რაც იწვევს ძალიან დიდ დანაკარგებს. გადართვის დანაკარგები შეიძლება შემცირდეს ორი გზით. ერთი არის გადართვის დროის შემცირება, რამაც შეიძლება ეფექტურად შეამციროს დანაკარგი ყოველი ჩართვის დროს; მეორე არის გადართვის სიხშირის შემცირება, რამაც შეიძლება შეამციროს გადამრთველების რაოდენობა ერთეულ დროში.

ზემოთ მოცემულია MOSFET-ის მუშაობის პრინციპის დიაგრამის და MOSFET-ის შიდა სტრუქტურის ანალიზის დეტალური ახსნა. MOSFET-ის შესახებ მეტის გასაგებად, გთხოვთ, მიმართოთ OLUKEY-ს, რათა მოგაწოდოთ MOSFET-ის ტექნიკური მხარდაჭერა!