Nozioni di base MOSFET: flusso di corrente, principi dei semiconduttori e comportamento del circuito

MOSFET, l'abbreviazione del transistor Effector sul campo a semiconduttore di ossido di metallo, si erge come un elemento fondamentale nell'elettronica moderna, abbreviato a volte come FET.Come ingegnere elettronico, probabilmente riconosci MOSFET, ma hai approfondito abbastanza da padroneggiare le loro complessità?In questo articolo, esploreremo l'essenza dell'attuale flusso e dei semiconduttori, approfondiremo la costruzione e la rappresentazione dei MOSFET e decodifica i loro simboli del circuito.

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I fondamenti del flusso corrente

Cominciamo con una domanda: quanto bene afferri il movimento della corrente e degli elettroni all'interno di un circuito?

Figura 1: Insight

Il campo elettrico, come dimostrato nella Figura 1, viaggia dall'elettrodo positivo a negativo della batteria.Al contrario, gli elettroni si avvicinano di fronte al campo, a partire dall'elettrodo negativo e spostandosi verso il positivo.

Nozioni di base di semiconduttori e mosfet

I MOSFET provengono da materiali a semiconduttore come il silicio, che colma il divario tra proprietà conduttive e isolative.La creazione di un conduttore competente comporta l'introduzione di impurità in cristalli puri.Le impurità pentavalenti trasformano i semiconduttori in di tipo N, dominati da portatori di elettroni.Al contrario, le impurità trivalenti producono un semiconduttore di tipo P, dove i buchi regnano come vettori di carica di maggioranza.

Figura 2: spiegato

Nella Figura 2, il collegamento di semiconduttori di tipo N e di tipo P provoca elettroni che riempiono i fori di tipo P nella giunzione, formando una zona di esaurimento.Collegare il tipo P al terminale positivo della batteria e il tipo N al negativo riduce al minimo questa zona in un pregiudizio in avanti.La polarità inversione intensifica la zona di esaurimento, creando così pregiudizi inversi.

Tipi di MOSFET

I MOSFET sono classificati in due tipi principali: potenziamento e esaurimento, ulteriormente divisi in N-channel e P-channel.

Un MOSFET di N-channel, in particolare la modalità di miglioramento, è il nostro obiettivo.Il suo principio operativo inizia qui.

Figura 3: struttura MOSFET

Nella Figura 3, osservare la composizione del MOSFET: un tipo N dal color giallo, un semiconduttore di tipo P blu e le loro connessioni.Il punto di partenza è il terminale del substrato blu.Dal lato giallo, i terminali divergono in sorgente e drenaggio.Questi componenti sono intervallati da un sottile strato isolativo, sormontati dal terminale del gate, come mostrato più avanti nella Figura 4.

Figura 4: struttura MOSFET

In particolare, a causa della natura simmetrica, i MOSFET consentono l'intercambiabilità della sorgente.Con la fonte legata internamente al substrato, la nostra osservazione si riduce a tre terminali a un potenziale uniforme, bloccando la corrente di source del substrato.

Per un flusso di corrente ottimale dallo scarico alla sorgente in un MOSFET, una batteria collega questi terminali, definendo i VD.

Figura 5: relazione dinamica tra corrente di drenaggio e VD

Principi operativi MOSFET

L'estremità positiva della batteria aumenta la tensione del terminale di scarico, ampliando l'esaurimento tra scarico e substrato, inibendo il flusso di corrente - lo stato OFF o la regione di taglio.

La costruzione di un canale, cruciale per il flusso di corrente della fonte di drenaggio, comporta una fonte di tensione di piccole dimensioni tra gate e substrato, di prossima pubblicazione nella Figura 6.

Figura 6: stabilire un canale

Settendo il cancello all'estremità positiva della batteria, definito VGS, si forma un campo.Predominano i fori del substrato di tipo P, con elettroni liberi sparsi.Questo campo elettrico spinge gli elettroni verso la griglia del cancello, trattenuto dalla presenza dell'isolante, che si accumula nelle vicinanze.

Comparativamente alla capacità di conservazione della carica elettrica dei condensatori, un isolante di MOSFET migliora la presenza di carica, disegnando più elettroni.

Figura 7: analisi

La Figura 7 rivela un'area della scatola rossa a vuoto foro riempito di elettroni, convertendo la regione in un semiconduttore di tipo N.Il collegamento di sorgente e drenaggio forma un canale, consentendo il trasporto elettronico.Regolazioni nella tensione del gate Modificare la larghezza del canale, influenzare la tensione di soglia e lo spessore del canale.

Figura 8: contributo

Creazione post-canale, la Figura 8 ritrae l'attuale procedimento dal drenaggio alla sorgente, guidata da elettroni alimentati dalla sorgente raccolti dal drenaggio.Questo flusso direzionale è alla base delle convenzioni di denominazione: fonte e drenaggio.

Nella regione ohmica, i MOSFET sono conformi alla legge di Ohm, allineando la crescita attuale con l'aumento della tensione.Tuttavia, una tensione intensificata estende la zona di esaurimento, in particolare in cui gli elettroni del canale si scaricano verso il potenziale positivo.Questa riduzione della corrente culmina nell'effetto di pizzico, ma in pratica, il volume dell'elettrone stabilizza il flusso, mantenendo una corrente di saturazione senza cessare, introducendo così la zona di saturazione.

I MOSFET sono doppiati per la tensione controllati dalla tensione, il ruolo della tensione di gate nella gestione del flusso di corrente.Il gate rimane senza attuali.

Figura 9: caratteristiche

Nella Figura 9, il lato sinistro delinea le caratteristiche di drenaggio rispetto alla caratteristica di trasferimento su VD costante a destra.

I MOSFET in modalità deplezione, mentre simili al miglioramento, possiedono intrinsecamente un canale post-doping.La loro operazione fa eco ai tipi di miglioramento, sebbene diversi nei consumi predefiniti più elevati.A differenza del tipo di miglioramento chiuso, sono aperti per impostazione predefinita e chiudono in tensione di gate negativa.

Figura 10: simbolo del circuito

La Figura 10 mette in mostra simboli MOSFET tradizionali: quattro terminali che comprendono fonte, gate, drenaggio e substrato, con collegamento interno a substrato.Per n canali, le frecce si prendono a colpire il substrato;Per i canali P, divergono dal cancello.

Domande frequenti [FAQ]

1. JFET vs. MOSFET: cosa li differenzia?

JFETS soddisfano l'elaborazione del segnale minore, contrastando il ruolo dei MOSFET negli alimentatori lineari e in modalità interruttore.Jfets si biforca in N-channel e p-channel, mentre i MOSFET si diversificano in quattro categorie distinte: N-channel e cannello P, sia in vari vari potenziamenti che di esaurimento.I MOSFET segmentano ulteriormente la conduttività in canali verticali e laterali, con sottoinsiemi come VMOSFET, DMOSFET e UMOSFET.

2. Definire un MOSFET di commutazione.

La commutazione di MOSFET brilla in applicazioni ad alta frequenza, vantando una bassa resistenza quando la capacità di gate attiva e piccola.A differenza dei FET tipici, eccellono nel cambiare operazioni assenti vincoli di linearità.Prevalentemente presente nei circuiti di alimentazione.

3. Connettività dell'elettrodo MOSFET

Per i MOSFET di N-Canale con frecce che si scatenano verso l'interno, collegare il drenaggio a un livello elevato (G), gate positivo e negativo della fonte.Se VGS supera la soglia di pizzico (a volte circa 1V), D e S si attivano, dirigendo la corrente da D a S. Aderenza alla gamma di tensione sicura di G (sotto 30 V, generalmente circa 10V) e la considerazione della tensione DS e la transconduttanza sono fondamentali (ad esempio, IDS 2N60B = 2A, VDS = 600v).