Lisävaruste MOSFET: Toimii, erot ja sen sovellukset

MOSFET (metal-oxide-semiconductor FET) on eräänlainen eristetyllä hilalla varustettu kenttätransistori, jota käytetään pääasiassa signaalien vahvistamiseen tai kytkemiseen. Nyt analogisissa ja digitaalisissa piireissä MOSFETejä käytetään useammin kuin BJT:t . MOSFETejä käytetään pääasiassa vahvistimissa niiden äärettömän tuloimpedanssin vuoksi, joten sen avulla vahvistin voi siepata lähes kaiken tulevan signaalin. Tärkein hyöty MOSFET verrattuna BJT:hen, se ei vaadi lähes lainkaan tulovirtaa kuormitusvirran ohjaamiseen. MOSFETit luokitellaan kahteen tyyppiin parannus-MOSFET ja tyhjennys-MOSFET. Joten tässä artikkelissa annetaan lyhyttä tietoa parannus MOSFET – sovellusten parissa työskenteleminen.

Mikä on Enhancement Type MOSFET?

Lisävarustetilassa toimiva MOSFET tunnetaan nimellä E-MOSFET tai parannusmosfet. Enhancement mode tarkoittaa, että aina kun jännite kohti tämän MOSFETin hilaliitintä kasvaa, virran virtausta nostetaan enemmän nielusta lähteeseen, kunnes se saavuttaa korkeimman tason. Tämä MOSFET on kolminapainen jänniteohjattu laite, jossa liittimet ovat lähde, portti ja nielu.

Näiden MOSFETien ominaisuuksia ovat pieni tehohäviö, yksinkertainen valmistus ja pieni geometria. Joten nämä ominaisuudet tekevät niistä käytettävän integroiduissa piireissä. Tämän MOSFETin nielun (D) ja lähteen (S) välillä ei ole reittiä, kun hila- ja lähdeliittimien välillä ei ole jännitettä. Joten jännitteen käyttäminen hilasta lähteeseen parantaa kanavaa, jolloin se pystyy johtamaan virtaa. Tämä ominaisuus on tärkein syy kutsua tätä laitetta parannustilan MOSFETiksi.

Enhancement MOSFET -symboli

Sekä P- että N-kanavan MOSFET-symbolit on esitetty alla. Alla olevissa symboleissa voimme huomata, että katkoviiva on yksinkertaisesti kytketty lähteestä substraattiliittimeen, mikä tarkoittaa parannustilan tyyppiä.

EMOSFETien johtavuus paranee lisäämällä oksidikerrosta, mikä lisää varauksen kantajia kohti kanavaa. Yleensä tämä kerros tunnetaan nimellä Inversio-taso.

Tämän MOSFETin kanava on muodostettu D:n (drain) ja S:n (lähde) väliin. N-kanavatyypissä käytetään P-tyypin substraattia, kun taas P-kanavatyypissä käytetään N-tyypin substraattia. Tässä kanavan johtavuus varauksenkantajista johtuen riippuu pääasiassa vastaavasti P- tai N-tyypin kanavista.

Enhancement Mosfetin toimintaperiaate

Tehostaminen tyypin MOSFETit ovat normaalisti pois päältä, mikä tarkoittaa, että kun lisälaitetyyppinen MOSFET on kytketty, virtaa ei kulje liittimen nielusta (D) lähteeseen (S), kun sen hilaliittimeen ei anneta jännitettä. Tämä on syy kutsua tätä transistoria a normaalisti pois päältä laitteesta .

Vastaavasti, jos jännite annetaan tämän MOSFETin hilaliittimeen, nielulähdekanavasta tulee hyvin vähemmän resistiivinen. Kun jännite hilasta lähdeliittimeen kasvaa, myös virran virtaus nieluliittimestä lähdeliittimeen kasvaa, kunnes suurin virta syötetään nieluliittimestä lähteeseen.

Rakentaminen

The parannuksen MOSFETin rakentaminen näkyy alla. Tämä MOSFET sisältää kolme kerrosta portin, viemärin ja lähteen. MOSFETin runko tunnetaan substraattina, joka on kytketty sisäisesti lähteeseen. MOSFETissä puolijohdekerroksen metallinen hilaliitin on eristetty piidioksidikerroksen läpi, muuten dielektrisen kerroksen läpi.

Tämä EMOSFET on valmistettu kahdesta materiaalista, kuten P-tyypin ja N-tyypin puolijohteista. Substraatti tukee laitetta fyysisesti. Ohut SiO-kerros ja erinomainen sähköeriste peittävät yksinkertaisesti lähde- ja tyhjennysliittimien välisen alueen. Oksidikerroksessa metallikerros muodostaa hilaelektrodin.

Tässä rakenteessa kaksi N-aluetta on erotettu toisistaan ​​muutaman mikrometrin etäisyydellä kevyesti seostetulla p-tyypin substraatilla. Nämä kaksi N-aluetta suoritetaan kuten lähde- ja nieluliittimet. Pinnalle muodostuu ohut eristekerros, joka tunnetaan piidioksidina. Tälle kerrokselle tehdyt reiät muistuttavat varauksenkannattimet muodostavat alumiiniset kontaktit sekä lähde- että tyhjennysliittimiin.

Tämä johtavuuskerros toimii kuten terminaaliportti, joka on asetettu SiO2:n päälle, sekä koko kanavan alue. Johtuvuuden kannalta se ei kuitenkaan sisällä fyysistä kanavaa. Tällaisessa MOSFET-parannuksessa p-tyypin substraatti pidennetään koko SiO2-kerrokselle.

Työskentely

EMOSFETin toiminta on kun VGS on 0 V, silloin ei ole kanavaa, joka yhdistäisi lähteen ja viemärin. P-tyypin substraatissa on vain pieni määrä termisesti tuotettuja vähemmistövarauksenkantajia, kuten vapaita elektroneja, joten nieluvirta on nolla. Tästä syystä tämä MOSFET on normaalisti OFF.

Kun hila (G) on positiivinen (+ve), se vetää puoleensa vähemmistövarauksenkantajia, kuten elektroneja p-substraatista, missä nämä varauksenkantajat yhdistyvät SiO2-kerroksen alla olevien reikien läpi. VGS kasvaa edelleen, jolloin elektroneilla on tarpeeksi potentiaalia tulla yli ja sitoutua ja lisää varauksenkantajia eli elektroneja kertyy kanavaan.

Tässä eristettä käytetään estämään elektronin liikettä piidioksidikerroksen poikki. Tämä kerääntyminen johtaa n-kanavan muodostumiseen Drain- ja Source-liittimien välille. Tämä voi siis johtaa syntyneen tyhjennysvirran virtaukseen koko kanavassa. Tämä tyhjennysvirta on yksinkertaisesti verrannollinen kanavan resistanssiin, joka riippuu edelleen portin +ve-liittimeen houkutelluista varauksenkuljettajista.

Lisävarustetyypit MOSFET

Niitä on saatavana kahta tyyppiä N-kanavan parannus MOSFET ja P Channel Enhancement MOSFET .

N-kanavaisessa parannustyypissä käytetään kevyesti seostettua p-substraattia ja kaksi voimakkaasti seostettua n-tyypin aluetta muodostavat lähde- ja nieluliittimet. Tämän tyyppisessä E-MOSFET:ssä suurin osa varauksenkantajista on elektroneja. Tästä linkistä saat lisätietoja - N-kanavainen MOSFET.

P-kanavatyypissä käytetään kevyesti seostettua N-substraattia ja kaksi voimakkaasti seostettua p-tyypin aluetta muodostavat lähde- ja nieluliittimet. Tämän tyyppisessä E-MOSFET:ssä suurin osa varauksen kantajista on reikiä. Tästä linkistä saat lisätietoja - P-kanavainen MOSFET .

Ominaisuudet

n-kanavan lisäyksen MOSFETin ja p-kanavan parannuksen VI- ja nieluominaisuudet käsitellään alla.

Viemärin ominaisuudet

The N-kanavan parannus MOSFET-valvontaominaisuudet esitetään alla. Näissä ominaisuuksissa voimme tarkkailla Id:n ja Vds:n väliin piirrettyjä nieluominaisuuksia eri Vgs-arvoille, kuten kaaviossa on esitetty. Kuten näette, että kun Vgs-arvoa kasvatetaan, myös nykyinen 'Id' kasvaa.

Ominaisuuksien parabolinen käyrä näyttää VDS:n paikan, jossa Id (tyhjennysvirta) kyllästyy. Tässä kaaviossa on esitetty lineaarinen tai ohminen alue. Tällä alueella MOSFET voi toimia jänniteohjattavana vastuksena. Joten kiinteälle Vds-arvolle, kun muutamme Vgs-jännitearvoa, kanavan leveys muuttuu tai voidaan sanoa, että kanavan vastus muuttuu.

Ohminen alue on alue, jossa nykyinen 'IDS' nousee VDS-arvon kasvaessa. Kun MOSFETit on suunniteltu toimimaan ohmisella alueella, niitä voidaan käyttää vahvistimina .

Hilajännitettä, jossa transistori kytkeytyy PÄÄLLE ja alkaa virrata virtaa koko kanavalla, kutsutaan kynnysjännitteeksi (VT tai VTH). N-kanavalla tämä kynnysjännitearvo vaihtelee välillä 0,5 V - 0,7 V, kun taas P-kanavaisilla laitteilla se vaihtelee -0,5 V - -0,8 V.

Aina kun Vds Vt, tässä tapauksessa MOSFET toimii lineaarisella alueella. Joten tällä alueella se voi toimia a jänniteohjattu vastus .

Katkaisualueella, kun jännite Vgs

Aina kun mosfetia käytetään lokuksen oikealla puolella, voimme sanoa, että sitä käytetään kylläisyysalue . Joten, matemaattisesti, aina kun Vgs-jännite on > tai = Vgs-Vt, se toimii kyllästymisalueella. Joten tässä on kyse tyhjennysominaisuuksista eri alueilla lisälaite-mosfet.

Siirron ominaisuudet

The N-kanavan parannusmosfetin siirto-ominaisuudet esitetään alla. Siirto-ominaisuudet osoittavat tulojännitteen 'Vgs' ja ulostulon nieluvirran 'Id' välisen suhteen. Nämä ominaisuudet osoittavat periaatteessa, kuinka 'Id' muuttuu, kun Vgs-arvot muuttuvat. Joten näistä ominaisuuksista voimme havaita, että tyhjennysvirta 'Id' on nolla kynnysjännitteeseen asti. Sen jälkeen, kun lisäämme Vgs-arvoa, 'Id' kasvaa.

Nykyisen 'Id':n ja Vgs:n välinen suhde voidaan antaa muodossa Id = k(Vgs-Vt)^2. Tässä 'K' on laitteen vakio, joka riippuu laitteen fyysisistä parametreista. Joten käyttämällä tätä lauseketta voimme selvittää kiinteän Vgs-arvon tyhjennysvirran arvon.

P Channel Enhancement MOSFET

The P-kanavan parannuksen MOSFET-valon ominaisuudet esitetään alla. Tässä Vds ja Vgs ovat negatiivisia. Tyhjennysvirta 'Id' syötetään lähteestä tyhjennysliittimeen. Kuten voimme huomata tästä kaaviosta, kun Vgs muuttuu negatiivisemmiksi, myös tyhjennysvirta 'Id' kasvaa.

Kun Vgs > VT, tämä MOSFET toimii katkaisualueella. Vastaavasti, jos tarkkailet tämän MOSFETin siirto-ominaisuuksia, se on N-kanavan peilikuva.

Sovellukset

Enhancement MOSFETin biasing

Yleensä Enhancement MOSFET (E-MOSFET) on biasoitu joko jännitteenjakajan biasilla, muuten nielun takaisinkytkennän biasilla. Mutta E-MOSFET ei voi olla harhaanjohtava itsebiasilla ja nollabiasilla.

Jännitteenjakajan bias

Jännitteenjakajan bias N-kanavalle E-MOSFET on esitetty alla. Jännitteenjakajan bias on samanlainen kuin BJT:itä käyttävä jakajapiiri. Itse asiassa N-kanavainen lisälaite MOSFET tarvitsee hilaliittimen, joka on korkeampi kuin sen lähde, aivan kuten NPN BJT tarvitsee kantajännitteen, joka on korkeampi kuin sen emitteri.

Tässä piirissä vastuksia, kuten R1 & R2, käytetään jakajapiirin muodostamiseen hilajännitteen muodostamiseksi.

Kun E-MOSFETin lähde on kytketty suoraan GND:hen, VGS = VG. Joten potentiaali vastuksen R2 yli on asetettava VGS(th):n yläpuolelle, jotta se toimisi oikein E-MOSFET-ominaisuusyhtälön, kuten I kanssa. _D = K (V _GS -SISÄÄN _GS (th))^2.

Kun VG-arvo tiedetään, E-MOSFETin ominaisyhtälöä käytetään nieluvirran määrittämiseen. Mutta laitevakio 'K' on ainoa puuttuva tekijä, joka voidaan laskea mille tahansa laitteelle riippuen VGS (päällä) ja ID (päällä) koordinaattiparista.

Vakio 'K' on johdettu E-MOSFETin ominaisyhtälöstä, kuten K = I _D /(SISÄÄN _GS -SISÄÄN _GS (th))^2.

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

Joten tätä arvoa käytetään muihin painotuspisteisiin.

Viemäripalautteen harha

Tämä esijännitys käyttää yllä mainitun ominaiskäyrän 'on'-toimintapistettä. Ajatuksena on luoda tyhjennysvirta sopivalla virtalähteen ja tyhjennysvastuksen valinnalla. Tyhjennyspalautepiirin prototyyppi on esitetty alla.

Tämä on melko yksinkertainen piiri, joka käyttää joitain peruskomponentteja. Tämä toimenpide ymmärretään soveltamalla KVL:tä.

SISÄÄN _DD = V _RD + V _RG + V _GS

SISÄÄN _DD = minä _D R _D + minä _G R _G + V _GS

Tässä hilavirta on merkityksetön, joten yllä oleva yhtälö tulee

SISÄÄN _DD = minä _D R _D +V _GS

ja myös V _{DS =} SISÄÄN _GS

Täten,

SISÄÄN _GS =V _DS = V _DD − Minä _D R _D

Tätä yhtälöä voidaan käyttää bias-piirin suunnittelun perustana.

Enhancement MOSFET vs Depletion MOSFET

Ero parannusmosfetin ja tyhjennysmosfetin välillä sisältää seuraavat.

Tästä linkistä saat lisätietoja - Tyhjennystila MOSFET .

The Enhancement MOSFETin sovellukset Sisällytä seuraavat.

• Yleensä parannus-MOSFETejä käytetään kytkentä-, vahvistin- ja invertteripiireissä.
• Näitä käytetään erilaisissa moottoriajureissa, digitaalisissa ohjaimissa ja tehoelektroniikan IC:issä.
• Sitä käytetään digitaalisessa elektroniikassa.

Näin ollen tässä on kyse parannusten yleiskatsauksesta MOSFET – toimii sovellusten kanssa. E-MOSFET on saatavana sekä suuri- että pienitehoisina versioina, jotka toimivat vain parannustilassa. Tässä on kysymys sinulle, mikä on tyhjennys MOSFET?