MOSFET yarı iletken endüstrisindeki en temel bileşenlerden biridir. Elektronik devrelerde MOSFET genellikle güç yükselteç devrelerinde veya anahtarlamalı güç kaynağı devrelerinde kullanılır ve yaygın olarak kullanılır. Altında,OLUKEYMOSFET'in çalışma prensibini detaylı olarak anlatacak ve MOSFET'in iç yapısını analiz edeceğiz.
NedirMOSFET
MOSFET, Metal Oksit Yarı İletken Dosyalanmış Etkili Transistör (MOSFET). Analog devrelerde ve dijital devrelerde yaygın olarak kullanılabilen alan etkili bir transistördür. "Kanalının" (çalışan taşıyıcı) polarite farkına göre iki türe ayrılabilir: "N-tipi" ve "P-tipi", genellikle NMOS ve PMOS olarak adlandırılır.
MOSFET'in çalışma prensibi
MOSFET, çalışma moduna göre geliştirme tipi ve tükenme tipine ayrılabilir. Geliştirme türü, herhangi bir ön gerilim uygulanmadığında ve herhangi bir olumsuzluk olmadığında MOSFET'i ifade eder.sünek kanal. Tükenme tipi, herhangi bir ön gerilim uygulanmadığında MOSFET'i ifade eder. İletken bir kanal görünecektir.
Gerçek uygulamalarda yalnızca N-kanal geliştirme tipi ve P-kanal geliştirme tipi MOSFET'ler vardır. NMOSFET'lerin durum direnci küçük olduğundan ve üretimleri kolay olduğundan, NMOS, gerçek uygulamalarda PMOS'tan daha yaygındır.
Geliştirme modu MOSFET
Geliştirme modu MOSFET'in drenaj D ile kaynak S arasında iki sırt sırta PN bağlantısı vardır. Kapı-kaynak voltajı VGS=0 olduğunda, drenaj-kaynak voltajı VDS eklense bile, her zaman ters kutuplu durumda bir PN bağlantısı vardır ve drenaj ile kaynak arasında iletken bir kanal yoktur (akım akışı yoktur) ). Bu nedenle, şu anda drenaj akımı ID=0.
Bu sırada kapı ile kaynak arasına ileri bir voltaj eklenirse. Yani, VGS>0 ise, kapı elektrotu ile silikon substrat arasındaki SiO2 yalıtım katmanında P-tipi silikon substrat ile hizalanmış kapıya sahip bir elektrik alanı oluşturulacaktır. Oksit tabakası yalıtkan olduğundan kapıya uygulanan VGS voltajı akım üretemez. Oksit tabakasının her iki tarafında bir kapasitör üretilir ve VGS eşdeğer devresi bu kapasitörü (kapasitör) şarj eder. Ve kapının pozitif voltajı tarafından çekilen VGS yavaşça yükseldikçe bir elektrik alanı oluşturur. Bu kapasitörün (kapasitörün) diğer tarafında çok sayıda elektron birikir ve drenajdan kaynağa kadar N tipi iletken bir kanal oluşturur. VGS, tüpün açılma voltajını VT (genellikle yaklaşık 2V) aştığında, N-kanallı tüp bir drenaj akımı ID'si oluşturarak iletime başlar. Kanal ilk kez açılma gerilimini üretmeye başladığında geçit kaynağı gerilimini çağırırız. Genellikle VT olarak ifade edilir.
Geçit voltajının (VGS) boyutunun kontrol edilmesi, elektrik alanının gücünü veya zayıflığını değiştirir ve drenaj akımının (ID) boyutunun kontrol edilmesi etkisi elde edilebilir. Bu aynı zamanda akımı kontrol etmek için elektrik alanlarını kullanan MOSFET'lerin önemli bir özelliğidir, dolayısıyla bunlara alan etkili transistörler de denir.
MOSFET'in iç yapısı
Düşük yabancı madde konsantrasyonuna sahip P tipi bir silikon substrat üzerinde, yüksek yabancı madde konsantrasyonuna sahip iki N+ bölgesi yapılır ve sırasıyla drenaj d ve kaynak s olarak hizmet etmek üzere metal alüminyumdan iki elektrot çekilir. Daha sonra yarı iletken yüzey son derece ince bir silikon dioksit (SiO2) yalıtım katmanıyla kaplanır ve drenaj ile kaynak arasındaki yalıtım katmanının üzerine kapı g görevi görecek bir alüminyum elektrot yerleştirilir. Substrat üzerine bir elektrot B de çekilerek bir N-kanal geliştirme modu MOSFET oluşturulur. Aynı durum P-kanalı geliştirme tipi MOSFET'lerin dahili oluşumu için de geçerlidir.
N-kanallı MOSFET ve P-kanallı MOSFET devre sembolleri
Yukarıdaki resim MOSFET'in devre sembolünü göstermektedir. Resimde D drenajı, S kaynak, G geçidi ve ortadaki ok alt tabakayı temsil etmektedir. Ok içeri doğru işaret ediyorsa, N-kanallı MOSFET'i gösterir ve ok dışarı doğru işaret ediyorsa, P-kanallı MOSFET'i gösterir.
Çift N-kanallı MOSFET, çift P-kanallı MOSFET ve N+P-kanallı MOSFET devre sembolleri
Aslında MOSFET üretim sürecinde alt tabaka fabrikadan çıkmadan önce kaynağa bağlanır. Bu nedenle semboloji kurallarında drenajı ve kaynağı ayırt etmek için alt tabakayı temsil eden ok sembolünün de kaynağa bağlanması gerekir. MOSFET'in kullandığı voltajın polaritesi geleneksel transistörümüze benzer. N-kanalı bir NPN transistörüne benzer. Drenaj D pozitif elektroda, kaynak S ise negatif elektroda bağlanır. G kapısı pozitif voltaja sahip olduğunda iletken bir kanal oluşur ve N-kanallı MOSFET çalışmaya başlar. Benzer şekilde, P-kanalı bir PNP transistörüne benzer. Drenaj D negatif elektroda, kaynak S ise pozitif elektroda bağlanır ve G kapısı negatif voltaja sahip olduğunda iletken bir kanal oluşur ve P-kanalı MOSFET çalışmaya başlar.
MOSFET anahtarlama kaybı prensibi
İster NMOS ister PMOS olsun, açıldıktan sonra üretilen bir iletim iç direnci vardır, dolayısıyla akım bu iç direnç üzerinden enerji tüketecektir. Tüketilen enerjinin bu kısmına iletim tüketimi denir. İletim iç direnci küçük olan bir MOSFET'in seçilmesi, iletim tüketimini etkili bir şekilde azaltacaktır. Düşük güçlü MOSFET'lerin mevcut iç direnci genellikle onlarca miliohm civarındadır ve ayrıca birkaç miliohm da vardır.
MOS açılıp sonlandırıldığında bunun bir anda gerçekleşmemesi gerekmektedir. MOS'un her iki tarafındaki voltajda etkili bir azalma olacak ve içinden akan akım artacaktır. Bu süre zarfında MOSFET'in kaybı, anahtarlama kaybı olan gerilim ve akımın çarpımıdır. Genel olarak konuşursak, anahtarlama kayıpları iletim kayıplarından çok daha büyüktür ve anahtarlama frekansı ne kadar hızlı olursa kayıplar da o kadar büyük olur.
İletim anında gerilim ve akımın çarpımı çok büyüktür ve bu da çok büyük kayıplara neden olur. Anahtarlama kayıpları iki şekilde azaltılabilir. Bunlardan biri, her açılma sırasındaki kaybı etkili bir şekilde azaltabilen anahtarlama süresini azaltmaktır; diğeri ise anahtarlama frekansını azaltmaktır, bu da birim zamandaki anahtar sayısını azaltabilir.
Yukarıda MOSFET'in çalışma prensibi diyagramının ayrıntılı bir açıklaması ve MOSFET'in iç yapısının analizi bulunmaktadır. MOSFET hakkında daha fazla bilgi edinmek için size MOSFET teknik desteği sağlamak üzere OLUKEY'e danışabilirsiniz!
Gönderim zamanı: 16 Aralık 2023
