Подобряване на MOSFET: работа, разлики и приложения

Подобряване на MOSFET: работа, разлики и приложения

MOSFET (метал-оксид-полупроводников FET) е един вид полеви транзистори с изолиран затвор, който се използва главно за усилване или превключване на сигнали. Сега в аналоговите и цифровите схеми MOSFET се използват по-често в сравнение с BJTs . MOSFET се използват главно в усилватели поради техния безкраен входен импеданс, така че позволява на усилвателя да улови почти целия входящ сигнал. Основната полза от MOSFET в сравнение с BJT е, че не изисква почти никакъв входен ток за контролиране на тока на натоварване. MOSFET се класифицират в два типа MOSFET за подобряване и MOSFET за изчерпване. Така че тази статия предоставя кратка информация за подобрение MOSFET – работа с приложения.




Какво е MOSFET тип подобрение?

MOSFET, който работи в режим на подобрение, е известен като E-MOSFET или подобрен MOSFET. Режимът на подобрение означава, че всеки път, когато напрежението към клемата на портата на този MOSFET се увеличи, токът на тока ще се увеличи повече от изтичане към източник, докато достигне най-високото ниво. Този MOSFET е устройство с три извода, контролирано от напрежението, където изводите са източник, гейт и изтичане.

Характеристиките на тези MOSFET са ниско разсейване на мощността, просто производство и малка геометрия. Така че тези функции ще ги направят използвани в рамките на интегрални схеми. Няма път между дрейна (D) и източника (S) на този MOSFET, когато не се прилага напрежение между клемите на порта и източник. И така, прилагането на напрежение на портата към източника ще подобри канала, правейки го способен да провежда ток. Това свойство е основната причина да наречем това устройство MOSFET в режим на подобрение.





Подобрение на MOSFET символ

Подобрените MOSFET символи както за P-канала, така и за N-канала са показани по-долу. В символите по-долу можем да забележим, че прекъснатата линия е просто свързана от източника към терминала на субстрата, което означава типа режим на подобрение.

Проводимостта в EMOSFET се подобрява чрез увеличаване на оксидния слой, който добавя носители на заряд към канала. Обикновено този слой е известен като инверсионен слой.



Каналът в този MOSFET се формира между D (дрейн) и S (източник). При N-каналния тип се използва P-тип субстрат, докато при P-каналния тип се използва N-тип субстрат. Тук проводимостта на канала поради носителите на заряд зависи главно от P-тип или N-тип канали съответно.

  Подобряване на MOSFET символи
Подобряване на MOSFET символи

Подобрен принцип на работа на MOSFET

Подобрение тип MOSFET обикновено са изключени, което означава, че когато е свързан MOSFET от тип подобрение, няма да има поток от ток от изтичането на терминала (D) към източника (S), когато не се подава напрежение към неговия терминал на портата. Това е причината да наречем този транзистор a нормално изключено устройство .

  EMOSFET без канал
EMOSFET без канал

По същия начин, ако напрежението се подаде към терминала на портата на този MOSFET, тогава каналът дрейн-източник ще стане много по-малко съпротивителен. Когато напрежението от портата към изходния извод се увеличи, тогава потокът от ток от изтичане към изходен извод също ще се увеличи, докато най-високият ток се подаде от източващ извод към източник.

Строителство

The изграждане на усъвършенстван MOSFET е показано по-долу. Този MOSFET включва три слоя порта, дрейн и източник. Тялото на MOSFET е известно като субстрат, който е свързан вътрешно към източника. В MOSFET терминалът на металния затвор от полупроводниковия слой е изолиран чрез слой от силициев диоксид, който иначе е диелектричен слой.

  Конструкция на MOSFET за подобряване
Конструкция на MOSFET за подобряване

Този EMOSFET е конструиран с два материала като P-тип и N-тип полупроводници. Субстратът осигурява физическа опора на устройството. Тънък слой SiO и изключителен електрически изолатор просто покриват зоната между клемите източник и дренаж. Върху оксидния слой метален слой образува затворния електрод.

В тази конструкция двете N области са разделени на разстояние от няколко микрометра върху леко легирана p-тип субстрат. Тези две N-области се изпълняват като източник и дренажни терминали. На повърхността се образува тънък изолационен слой, известен като силициев диоксид. Носителите на заряд като дупки, направени на този слой, ще установят алуминиеви контакти както за източника, така и за източващите клеми.

Този проводящ слой работи като терминална порта, която е положена върху SiO2, както и върху цялата област на канала. Въпреки това за проводимост, той не съдържа никакъв физически канал. В този вид усъвършенстван MOSFET, p-тип субстратът е разширен върху целия слой SiO2.

Работещ

Работата на EMOSFET е, когато VGS е 0V, тогава няма канал, който да свързва източника и изтичането. Субстратът от p-тип има само малък брой термично произведени малцинствени носители на заряд като свободни електрони, поради което изтичащият ток е нула. Поради тази причина този MOSFET обикновено ще бъде ИЗКЛЮЧЕН.

След като портата (G) е положителна (+ve), тогава тя привлича малцинствени носители на заряд като електрони от p–субстрат, където тези носители на заряд ще се комбинират през дупките под слоя SiO2. Допълнително VGS се увеличава, тогава електроните ще имат достатъчно потенциал да преодолеят и да се свържат  и  повече носители на заряд, т.е. електрони се отлагат в канала.

Тук диелектрикът се използва за предотвратяване на движението на електрона през слоя силициев диоксид. Това натрупване ще доведе до образуването на n-канал между изходните и изходните терминали. Така че това може да доведе до генерирания дренажен ток, протичащ през целия канал. Този изтичащ ток е просто пропорционален на съпротивлението на канала, което зависи допълнително от носителите на заряд, привлечени от +ve терминала на портата.

Видове подобрения Тип MOSFET

Предлагат се в два вида N MOSFET за подобряване на канала и P MOSFET за подобряване на канала .

В типа на усилване на N канала се използва леко легирана p-субстрат и две силно легирани области от n-тип ще направят терминалите източник и дренаж. В този тип E-MOSFET по-голямата част от носителите на заряд са електрони. Моля, вижте тази връзка, за да научите повече за – N-канален MOSFET.

В типа P канал се използва леко легиран N-субстрат и две силно легирани области от p-типове ще направят терминалите източник и дренаж. В този тип E-MOSFET по-голямата част от носителите на заряд са дупки. Моля, вижте тази връзка, за да научите повече за – P-канал MOSFET .

Характеристики

Характеристиките на VI и дрейна на MOSFET с усъвършенстване на n канала и усилване на p канала са обсъдени по-долу.

Характеристики на дренажа

The Характеристики на източване на mosfet за подобряване на N канала са показани по-долу. В тези характеристики можем да наблюдаваме характеристиките на изтичане, начертани между Id и Vds за различни стойности на Vgs, както е показано на диаграмата. Както можете да видите, че когато стойността на Vgs се увеличи, тогава текущият „Id“ също ще бъде увеличен.

Параболичната крива на характеристиките ще покаже местоположението на VDS, където Id (токът на източване) ще се насити. В тази графика е показана линейната или омична област. В този регион MOSFET може да функционира като резистор, контролиран от напрежението. И така, за фиксираната стойност на Vds, след като променим стойността на напрежението Vgs, тогава ширината на канала ще се промени или можем да кажем, че съпротивлението на канала ще се промени.

  N канал EMOSFET Характеристики на дренажа
N канал EMOSFET Характеристики на дренажа

Омичната област е област, в която текущият „IDS“ се повишава с увеличаване на стойността на VDS. След като MOSFETs са проектирани да работят в омичната област, те могат да се използват като усилватели .

Напрежението на портата, в който момент транзисторът се включва и започва да тече ток през целия канал, е известно като прагово напрежение (VT или VTH). За N-канал тази прагова стойност на напрежението варира от 0,5 V – 0,7 V, докато за устройства с P-канал тя варира от -0,5 V до -0,8 V.

Всеки път, когато Vds Vt тогава, в този случай MOSFET ще работи в линеен регион. Така че в този регион той може да функционира като резистор с контролирано напрежение .

В зоната на прекъсване, когато напрежението Vgs

Всеки път, когато MOSFET се управлява от дясната страна на локуса, тогава можем да кажем, че той се управлява в област на насищане . Така че, математически, когато напрежението Vgs е > или = Vgs-Vt, тогава то работи в област на насищане. Така че това е всичко за характеристиките на изтичане в различните региони на усъвършенствания MOSFET.

Трансферни характеристики

The трансферни характеристики на MOSFET за подобряване на N канала са показани по-долу. Трансферните характеристики показват връзката между входното напрежение „Vgs“ и изходния дрейн ток „Id“. Тези характеристики основно показват как се променя „Id“, когато стойностите на Vgs се променят. Така че от тези характеристики можем да наблюдаваме, че изтичащият ток „Id“ е нула до праговото напрежение. След това, когато увеличим стойността на Vgs, тогава „Id“ ще се увеличи.

Връзката между текущия „Id“ и Vgs може да бъде дадена като Id = k(Vgs-Vt)^2. Тук „K“ е константата на устройството, която зависи от физическите параметри на устройството. Така че, като използваме този израз, можем да намерим стойността на тока на източване за фиксираната стойност на Vgs.

  Характеристики на предаване на N канал EMOSFET
Характеристики на предаване на N канал EMOSFET

P MOSFET за подобряване на канала

The Характеристики на оттичане на mosfet за подобряване на P канала са показани по-долу. Тук Vds и Vgs ще бъдат отрицателни. Източващият ток „Id“ ще се подава от източника към източващия терминал. Както можем да забележим от тази графика, когато Vgs стане по-отрицателен, токът на източване „Id“ също ще се увеличи.

  Характеристики на P Channel Enhancement MOSFET
Характеристики на P Channel Enhancement MOSFET

Когато Vgs >VT, тогава този MOSFET ще работи в зоната на прекъсване. По същия начин, ако наблюдавате трансферните характеристики на този MOSFET, тогава той ще бъде огледален образ на N-канала.

  Трансферни характеристики на подобряването на P канала
Трансферни характеристики на подобряването на P канала

Приложения

Изместване на подобрения MOSFET

Като цяло, подобреният MOSFET (E-MOSFET) е предубеден или с отклонение на делителя на напрежението, в противен случай отклонение на обратната връзка за изтичане. Но E-MOSFET не може да бъде предубеден със собствено пристрастие & нулево пристрастие.

Преднапрежение на делителя на напрежението

Отклонението на делителя на напрежение за N канален E-MOSFET е показано по-долу. Предупреждението на делителя на напрежението е подобно на веригата на делителя, използваща BJT. Всъщност N-каналният MOSFET за подобрение се нуждае от гейт терминал, който е по-висок от своя източник, точно както NPN BJT се нуждае от базово напрежение, което е по-високо в сравнение с неговия емитер.

  Преднапрежение на делителя на напрежението
Преднапрежение на делителя на напрежението

В тази схема резистори като R1 и R2 се използват за създаване на разделителна верига за установяване на напрежението на портата.

Когато източникът на E-MOSFET е директно свързан към GND, тогава VGS = VG. Така че потенциалът на резистора R2 трябва да бъде зададен над VGS(th) за правилна работа с E-MOSFET характеристично уравнение като I д = K (V GS -IN GS (та))^2.

Като се знае стойността на VG, характеристичното уравнение на E-MOSFET се използва за установяване на тока на изтичане. Но константата на устройството „K“ е единственият липсващ фактор, който може да бъде изчислен за всяко конкретно устройство в зависимост от VGS (включено) и ID (включено) координатна двойка.

  Координатна двойка на EMOSFET
Координатна двойка на EMOSFET

Константата „K“ се извлича от характеристичното уравнение на E-MOSFET като K = I д /(IN GS -IN GS (та))^2.

К = аз д /(IN GS -IN GS (та))^2.

Така че тази стойност се използва за други точки на отклонение.

Източване на обратна връзка

Това отклонение използва работната точка „включено“ на характеристичната крива, спомената по-горе. Идеята е да се настрои изтичащ ток чрез подходящ избор на захранващ и източващ резистор. Прототипът на веригата за обратна връзка на дренажа е показан по-долу.

  Източване на обратна връзка
Източване на обратна връзка

Това е доста проста схема, която използва някои основни компоненти. Тази операция се разбира чрез прилагане на KVL.

IN DD = V RD + V RG + V GS

IN DD = аз д Р д + аз Ж Р Ж + V GS

Тук токът на вратата е незначителен, така че горното уравнение ще стане

IN DD =Аз д Р д +V GS

а също и В ДС = IN GS

По този начин,

IN GS =V ДС = V DD − аз д Р д

Това уравнение може да се използва като основа за дизайна на схемата на отклонение.

Подобряване на MOSFET срещу изчерпване на MOSFET

Разликата между MOSFET за подобряване и MOSFET за изчерпване включва следното.

Подобрение MOSFET

Изчерпване на MOSFET

Подобреният MOSFET е известен също като E-MOSFET. Depletion MOSFET е известен също като D-MOSFET.
В режим на подобрение каналът първоначално не съществува и се формира от напрежението, приложено към клемата на портата. В режим на изчерпване каналът е трайно произведен по време на изграждането на транзистора.

Обикновено устройството е ИЗКЛЮЧЕНО при нулево напрежение Gate (G) към Source (S). Обикновено това е ВКЛЮЧЕНО устройство при нулево напрежение Gate (G) към Source (S).
Този MOSFET не може да провежда ток при изключено състояние. Този MOSFET може да провежда ток при изключено състояние.
За да включите този MOSFET, той изисква положително напрежение на портата. За да включите този MOSFET, той изисква отрицателно напрежение на портата.
Този MOSFET има дифузионен ток и ток на утечка. Този MOSFET няма ток на дифузия и утечка.
Няма постоянен канал. Има постоянен канал.
Напрежението на гейт терминала е право пропорционално на тока на дренажния терминал. Напрежението на вратата е обратно пропорционално на тока при източване.

Моля, вижте тази връзка, за да научите повече за – MOSFET в режим на изчерпване .

The приложения на Enhancement MOSFET включват следното.

  • Като цяло подобрените MOSFET се използват в превключващи, усилвателни и инверторни вериги.
  • Те се използват в различни двигателни драйвери, цифрови контролери и интегрални схеми за силова електроника.
  • Използва се в цифровата електроника.

По този начин всичко е свързано с общ преглед на подобрение MOSFET – работещ с приложения. E-MOSFET се предлага във версии с висока и ниска мощност, които работят само в режим на подобрение. Ето един въпрос за вас, какво е изчерпване MOSFET?