Controllo della tensione e flusso di corrente nei transistor MOSFET

Un MOSFET (transistor ad effetto di campo-ossido-metallo-semiconduttore) è un componente centrale nei moderni sistemi elettronici, noto per le sue efficienti capacità di commutazione e amplificazione.Costruito su un substrato di silicio, presenta tre terminali: fonte, drenaggio e gate - consentire un controllo preciso della corrente attraverso la regolazione della tensione.Questo articolo esplora la struttura interna, le modalità operative, le caratteristiche elettriche e le regioni funzionali di MOSFET, insieme ai loro ruoli nei circuiti analogici, offrendo ingegneri dettagliati di informazioni sulla progettazione, il controllo e l'applicazione di tecnologie a base di MOSFET.

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La struttura dei dispositivi MOSFET

Un MOSFET, riconosciuto come una variante del transistor ad effetto campo (FET), mostra generalmente una forma rettangolare ed è progettato su una base di semiconduttori, costruito prevalentemente in silicio.

L'anatomia di un MOSFET con strato di ossido di silicio

Esplora lo schema sopra.Osserverai che un MOSFET comprende tre dispositivi terminali cruciali: la sorgente (i), il drenaggio (d) e il gate (g).

Ruolo dei terminali in MOSFET

Questi terminali sono parte integrante del substrato MOSFET.Agendo come base, il substrato facilita il canale che consente il flusso di corrente nel transistor.Questa dinamica deve le sue origini alla sorgente e ai terminali di drenaggio, fondamentali nella direzione dei portatori di carica, incorporando il flusso di corrente.

La legge di Ohm in azione

Questa operazione è guidata dalla legge di Ohm, che articola la correlazione tra l'attuale attraversamento di un conduttore e la differenza potenziale tra i suoi terminali, a temperatura stabile e condizioni fisiche.

Movimento di elettroni e corrente

Quando viene introdotta la tensione, gli elettroni e i progressi di corrente dalla sorgente allo scarico all'interno del MOSFET.Secondo la legge di Ohm: v = Ir: dove V rappresenta la tensione applicata e io rappresenta la corrente che viaggia attraverso il MOSFET.Di conseguenza, la tensione elevata comporta una corrente aumentata.

Meccanismo di controllo del cancello

Il componente gate del MOSFET esercita il controllo sul flusso di corrente che si estende dalla sorgente allo scarico.

Variazioni di MOSFET

Il Mosfet trova la sua esistenza in due forme distinte:

- MODE DI ESPLITION MOSFET

- Modalità di miglioramento MOSFET

Modalità di esaurimento Mosfet

I MOSFET in modalità deplezione possono essere ulteriormente classificati in:

- Mosfet di deplezione N-channel

- Mosfet di deplezione del channel p-channel

Studiando il modello N-Canale, scopriamo un canale di materiale di tipo N racchiuso all'interno di un substrato di tipo P.Il canale N ospita connessioni allo scarico e alla sorgente, mentre il cancello rimane isolato a causa di una barriera SIO2.

L'applicazione di una tensione positiva (VGS) risveglia la tensione di soglia (VT), consentendo a una corrente di attraversare da una sorgente a drenaggio.Questo flusso energizzante continua fino a quando tutti i portatori liberi nella sorgente si prendono parte della danza elettronica, risultando in una corrente stabilizzata.La natura curiosa della corrente convenzionale si oppone a questa danza.

Al contrario, introducendo una tensione negativa Guides Electrons dal substrato del gate, attirando i fori del substrato verso di loro.Una tensione negativa intensificata esaurisce il canale N di elettroni liberi, diminuendo il flusso di corrente attraverso di essa.

Il Mosfet di deplezione del canale P è l'opposto del canale N.In questo caso, il MOSFET è costituito da un materiale a semiconduttore a canale P e il substrato è di tipo N.

Di fronte alla configurazione, il MOSFET di deplezione del canale P incorpora un canale di tipo P con un substrato di tipo N.Con una tensione positiva (VGS), i fori migrano verso il substrato di tipo N mentre gli elettroni convergono sul canale P, diminuendo la corrente.Al contrario, la tensione negativa attira i buchi e la corrente pietosamente verso il terminale negativo del MOSFET.

Modalità di miglioramento MOSFET

Questo modello rispecchia la doppia categorizzazione della modalità di esaurimento:

- Mosfet di miglioramento del canale n-canale

- Mosfet di potenziamento del canale p-channel

Nel design del canale N è presente un substrato di tipo P che fiancheggia il canale N allo scarico e alla fonte.La corrente giace dormiente a VGS = 0;Tuttavia, l'applicazione di una tensione positiva lo agita alla vita.Gli elettroni bramano il terminale del gate, spingendo i fori nel substrato.L'escalation VGS richiede l'insorgenza delle condizioni di pizzico, caratterizzate da una corrente di scarico satura e l'emergere della tensione di saturazione (VDS).

A differenza della sua controparte N-canale, il MOSFET di miglioramento del canale P richiede un VGS negativo per la formazione di canali.Qui, il pizzico è trasparente quando la relazione di magnitudo | VDS |= | VGS |-| VT |è incontrato.

La distinzione tra deplezione e miglioramento MOSFET si basa sul fatto che, a VGS = 0, solo i MOSFET di esaurimento conducono corrente.

Tratti intriganti di MOSFET

I MOSFET possiedono diversi tratti intriganti:

- Questi dispositivi sono governati dalla tensione, trasformando segnali elettrici sottili con precisione.

- mostrano un'elevata impedenza di input, consentendo il rilevamento sensibile delle variazioni di input.

- I MOSFET sono caratterizzati dalla loro unipolarità, manipolando i portatori di carica di un singolo tipo.

- Con tre terminali, offrono opzioni di connettività versatili per vari progetti di circuiti.

Trasferisci la dinamica dei MOSFET

Questo grafico dinamico visualizza il modo in cui VDS varia in risposta alle variazioni della corrente di drenaggio (ID) e della tensione di gate-source (VGS).

Illustrativamente, il grafico seguente mostra la dinamica di trasferimento sia per le modalità di esaurimento e di miglioramento:

La curva sale, rivelando regioni influenzate da VGS.Un VGS positivo ti colloca nel dominio del miglioramento, mentre VGS negativo ti porta all'esaurimento.

L'interazione tra corrente di drenaggio e VGS è delineata come segue:

- , dove il vicepresidente rappresenta la tensione del pizzico.

- In alternativa, , dove "K" indica costante il dispositivo.

Principi operativi MOSFET

Il MOSFET opera all'interno di tre regioni distinte, ognuna delle quali serve una funzione unica nel suo comportamento:

- Regione ohmica

- Regione di saturazione

- Regione di taglio

Regione ohmica

Comunemente indicata come regione lineare, questa fase è caratterizzata dalla relazione intima tra tensione di drenaggio e corrente di drenaggio, suggerendo una sinergia unica.Mentre la tensione di gate (VGS) oscilla, stimola indirettamente i cambiamenti nella corrente di drenaggio (ID), facendo eco al comportamento simile a una resistenza del MOSFET.

Matematicamente, questa intricata danza viene catturata come:

Regione di saturazione

Conosciuta in alcuni cerchi come la regione attiva, qui, il fascino di MOSFET è la sua capacità di stabilizzare la corrente.Una volta che la tensione di drenaggio (VDS) supera la soglia del pizzico (VP), la corrente mostra una calma stabilità.

Il comportamento di questa regione può essere elegantemente espresso come:

Regione di cutoff

Nella zona di taglio, il MOSFET abbraccia la solitudine, fungendo da circuito aperto privo di flusso di corrente.Qui, è uno spettatore, che risiede nella condizione di pizzico e consente alla serenità di prevalere sul suo canale.

Fonte immagine: Buddy pratico

Il ruolo del MOSFET nei circuiti integrati analogici

MOSFET funge da componente essenziale all'interno di circuiti integrati analogici, contribuendo a varie funzionalità che soddisfano i bisogni e i desideri umani come stabilità, efficienza e creatività.Comprende le seguenti applicazioni:

- Facilitare la progettazione di amplificatori analogici

- Abilitazione della commutazione della tensione di uscita

- Formulazione di amplificatori operativi

- Modulazione delle prestazioni del motore DC

- Interpretazione e elaborazione dei segnali analogici

- Sviluppare oscillatori all'interno di quadri analogici

- Supervisionare i processi di ricarica e scarico dei condensatori