A FET-ek két fő típusa létezik: JFET és MOSFET.
A MOSFET-ek tovább osztályozhatók kimerülési típusba és javítás típusa. Mindkét típus meghatározza a MOSFET-ek alapvető működési módját, míg maga a MOSFET kifejezés a fém-oxid-félvezető-mező hatású tranzisztor rövidítése.
Annak a ténynek köszönhetően, hogy a két típus eltérő működési jellemzőkkel bír, mindegyiket külön-külön értékeljük különféle cikkekben.
Különbség a fokozás és a kimerülés MOSFET között
Alapvetően, a javító MOSFET-ekkel ellentétben, a kimerülő MOSFET-ek állapotban vannak, még 0 V jelenlétében is a kapu-forrás terminálokon (VGS).
A továbbfejlesztett MOSFET esetén a kapu-forrás feszültségnek (VGS) felül kell lennie a kapu-forrás küszöbfeszültségén (VGS (th)) annak érdekében, hogy magatartást tanúsítson .
Azonban egy N-csatornás kimerülésű MOSFET esetében annak VGS (th) értéke meghaladja a 0 V. Ez azt jelenti, hogy még akkor is, ha VGS = 0 V, a kimerülő MOSFET is képes áramot vezetni. Kikapcsolásához a kimerülő MOSFET VGS-ét a VGS (th) alá kell csökkenteni (negatív).
Ebben a cikkben a MOSFET kimerülési típusát tárgyaljuk, amelyekről azt mondják, hogy a JFET-hez hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek. A hasonlóság a határérték és a telítettség között van az I közelébenDSS.
Alapszerkezet
Az 5.23. Ábra egy n-csatornás kimerülés típusú MOSFET alapvető belső szerkezetét mutatja.
Találhatunk egy szilikon alap felhasználásával létrehozott p-típusú anyagtömböt. Ezt a blokkot nevezzük szubsztrátumnak.
Az aljzat az az alap vagy alap, amelyre a MOSFET fel van építve. Egyes MOSFET-eknél belsőleg kapcsolódik a 'forrás' terminálhoz. Ezenkívül sok eszköz kínál extra kimenetet SS formájában, 4 terminálos MOSFET-el, amint az az 5.23.
A lefolyó és a forrás sorkapcsai vezető érintkezőkön keresztül n adalékolt helyekhez vannak csatlakoztatva, és n csatornán keresztül vannak rögzítve, az ugyanazon ábrán látható módon.
A kapu fémréteghez is csatlakozik, bár az n-csatornától egy finom szilícium-dioxid-réteg (SiO) révén szigeteltkét).
SiOkétdielektrikumnak nevezett egyedi szigetelési tulajdonsággal rendelkezik, amely ellentétes elektromos teret hoz létre magában egy válaszként egy külsőleg alkalmazott elektromos mezőre.
Szigetelő rétegként az SiO anyagkéta következő fontos információkat kínálja nekünk:
Ezzel az anyaggal teljes elszigetelést alakítunk ki a kapu terminál és a mosfet csatorna között.
Sőt, a SiO miattkét, a mosfet kapuja rendkívül nagyfokú bemeneti impedanciát képes megjeleníteni.
Ezen létfontosságú nagy bemeneti impedancia tulajdonság miatt az I kapuáramGgyakorlatilag nulla amper bármely egyenáramú előfeszített MOSFET konfiguráció esetén.
Alapvető működés és jellemzők
Az AS látható az 5.24. Ábrán, a kapu a forrás feszültségre nulla voltra van konfigurálva a két kapocs összekapcsolásával, míg a V feszültségDSa lefolyó és a forrás kivezetésein keresztül alkalmazzák.
A fenti beállítással a lefolyó oldal pozitív potenciált hoz létre az n csatornás szabad elektronok által, valamint a JFET csatornán keresztüli egyenértékű áram. Továbbá a kapott V áramGS= 0V még mindig I-ként azonosulDSS, ahogyan azt az 5.25
Láthatjuk, hogy az 5.26. Ábrán a kapuforrás feszültsége VGSnegatív potenciált kap -1 V formájában.
Ez a negatív potenciál megpróbálja az elektronokat a p-csatornás szubsztrátum felé kényszeríteni (mivel a töltések taszítják), és lyukakat húz a p-csatornás szubsztrátról (mivel az ellentétes töltések vonzanak).
Attól függően, hogy mekkora ez a negatív torzítás VGSazaz lyukak és elektronok rekombinációja megy végbe, ami a szabad elektronok redukcióját eredményezi a vezetéshez rendelkezésre álló n-csatornában. A negatív torzítás magasabb szintje magasabb rekombinációs arányt eredményez.
A lefolyó áram ennek következtében csökken, ahogy a fenti negatív torzítási állapot növekszik, amit az V. 25.25 ábra bizonyítGSV szintjeGS= -1, -2 és így tovább, amíg a -6V levágási jelig nem jutunk.
Ennek eredményeként a lefolyó áram az átviteli görbe diagramjával együtt ugyanúgy halad, mint az a JFET.
Most a pozitív VGSértékek esetén a pozitív kapu a fordított szivárgási áram miatt felesleges elektronokat (szabad hordozókat) vonz a p-típusú szubsztrátból. Ez új hordozókat hoz létre a gyorsuló részecskék közötti ütközés útján.
Mivel a kapu-forrás feszültség pozitív sebességgel növekszik, a lefolyóáram gyors növekedést mutat, amint azt az 5.25. Ábra bizonyítja, ugyanazon okok miatt, mint fentebb tárgyaltuk.
A rés kialakult V görbéi közöttGS= 0V és VGS= +1 egyértelműen mutatja, hogy mennyivel nőtt az áram a V 1 - V változása miattGS
A lefolyó áram gyors emelkedése miatt óvatosnak kell lennünk a maximális áramerősséggel kapcsolatban, különben átlépheti a pozitív kapu feszültséghatárt.
Például az 5.25. Ábrán bemutatott eszköztípus esetén V-t alkalmazvaGS= + 4V a lefolyó áramának növekedését okozná 22,2 mA-nél, ami túllépheti az eszköz maximális meghibásodási határát (áramát).
A fenti feltétel azt mutatja, hogy a pozitív kapu-forrás feszültség használata fokozott hatást gyakorol a csatornán lévő szabad vivők mennyiségére, szemben azzal, amikor VGS= 0V.
Éppen ezért a leeresztési vagy átviteli jellemzők pozitív kapufeszültség-tartománya általában javító régió . Ez a régió az I határértéke és telítettségi szintje között helyezkedik elDSSvagy a kimerülési régió.
Példafeladat megoldása
Előnyök és alkalmazások
Ellentétben a javító üzemmódú MOSFET-ekkel, ahol azt tapasztaljuk, hogy a lefolyó áram nullára csökken a kapu-forrás nulla feszültségre reagálva, a modern kimerülési módú FET észrevehető áramot mutat nulla kapu feszültség mellett. Pontosabban: a lefolyó-forrás ellenállás általában 100 Ohm nulla feszültségben.
Amint azt a fenti grafikon mutatja, az ON-ellenállás rds(tovább)Az analóg jeltartomány gyakorlatilag lapos válasznak tűnik. Ez a jellemző ezen fejlett kimerülés típusú eszköz alacsony kapacitási szintjeivel együtt lehetővé teszi, hogy kifejezetten ideálisak legyenek analóg kapcsolóként audio és video kapcsoló alkalmazásokhoz.
A kimerülési üzemmódú MOSFET „normálisan bekapcsolt” attribútuma lehetővé teszi, hogy a készülék tökéletesen megfeleljen az egyszeres FET áramszabályozóknak.
Az egyik ilyen áramkör látható a következő ábrán.
Az Rs érték a következő képlet segítségével határozható meg:
Rs= VGSki[1 - (ID/ÉNDSS)1/2] / ID
hol énD a kimeneten szükséges szabályozott áram mennyisége.
Az áramforrás-alkalmazásokban a kimerülési üzemmódú MOSFET-ek legfőbb előnye a minimális lefolyási kapacitás, amely alkalmassá teszi őket alacsony bemeneti szivárgású, közepes sebességű (> 50 V / us) áramkörök előfeszítéséhez.
Az alábbi ábra alacsony bemeneti szivárgású áramkülönbséget mutat be, kettős alacsony szivárgású FET funkcióval.
Általánosságban elmondható, hogy a JFET mindkét oldala elfogult lesz, ha az ID = 500 uA. Ezért a kompenzáció és a kóbor kapacitások töltésére elérhető áram 2ID-re, vagy ilyen esetekben 1,0 mA-re korlátozódik. A JFET megfelelő tulajdonságait a gyártás bizonyítja és biztosítják az adatlapon.
Cs szimbolizálja a bemeneti szakasz 'farok' áramforrásának kimeneti kapacitását. Ez a kapacitás döntő fontosságú a nem invertáló erősítőknél, mivel a bemeneti fokozat jelentős jelcserét tapasztal az egész hálózaton, és a Cs töltési áramai nagyok lehetnek. Normál áramforrások alkalmazása esetén ez a farokkapacitás elszámolható a nem invertáló áramkörök észrevehető forgási sebesség romlásával (összehasonlítva az invertáló alkalmazásokkal, ahol a Cs töltési áramok általában minimálisak).
A megfordult arány csökkenése a következőképpen fejezhető ki:
1 / 1+ (Cs / Sc)
Mindaddig, amíg Cs alacsonyabb, mint Cc (a kompenzációs kondenzátor), aligha lehet változás a lefutási sebességben. A DMOS FET-mel dolgozva Cs értéke körülbelül 2 pF lehet. Ez a stratégia óriási javulást eredményez a megfordult arányban. Ahol 1–5 mA-nél nagyobb áramhiányra van szükség, az eszközt előtérbe lehet állítani a fokozási módba, hogy 20 mA-t hozzon létre +2,5 V maximális VGS mellett, a minimális kimeneti kapacitás továbbra is kulcsfontosságú szempont.
Az alábbi következő alkalmazás megfelelő javító üzemmódú áramforrás áramkört mutat be.
„Normál állapotban” analóg kapcsoló építhető azokra a követelményekre, amelyeknél a tápfeszültség meghibásodása esetén szükségessé válik a szokásos állapot, például a teszteszközök automatikus tartományának meghatározása vagy a logikai áramkörök pontos beindításának biztosítása bekapcsoláskor.
A készülék csökkentett negatív küszöbfeszültsége alapvető előfeltételeket kínál és lehetővé teszi a minimális feszültséggel történő munkát.
Az alábbi áramkör bemutatja a kimerülési módú DMOS analóg kapcsolók általános torzítási tényezőit.
A készülék kikapcsolásához negatív feszültségre van szükség a kapun. Ennek ellenére a bekapcsolási ellenállást minimalizálni lehet, ha a FET-t emellett pozitív kapufeszültség alkalmazásával fokozzák, lehetővé téve azt kifejezetten az enhancement módú régióban, valamint a kimerülés módú régióban.
Ez a válasz a következő grafikonon látható.
Az egység nagyfrekvenciás erősítése alacsony kapacitási értékeivel együtt megnövekedett „érdemjegyet” eredményez. Ez valóban döntő eleme a VHF és az UHF erősítésnek, amely meghatározza a FET erősítés-sávszélességű termékét (GBW), amelyet így lehet ábrázolni:
GBW = gfs / 2 Pi (Cban ben+ Cki)
p-csatornás kimerülés típusú MOSFET
A p-csatornás kimerülés típusú MOSFET felépítése tökéletes fordítottja egy n-csatornás változatnak, amelyet az 5.23. Ábra mutat. Ez azt jelenti, hogy a szubsztrátum most n-típusú, és a csatorna p-típusúvá válik, amint az az alábbi 5.28a. Ábrán látható.
A terminál azonosítása változatlan marad, de a feszültség és az áram polaritása megfordul, ahogyan az ugyanazon az ábrán látható. A lefolyási jellemzők pontosan megegyeznek az 5.25. Ábrán bemutatottakkal, kivéve V-tDSjel, amely ebben az esetben negatív értéket kap.
Az I leeresztő áramDebben az esetben is pozitív polaritást mutat, ez azért van, mert már megfordítottuk az irányát. VGSellentétes polaritást mutat, ami érthető, amint azt az 5.28c. ábra mutatja.
Mert VGSvisszafordítva tükörképet készít az átviteli jellemzőkhöz, ahogyan az 5.28b. ábra mutatja.
Ez azt jelenti, hogy a lefolyó áram pozitív V-ben növekszikGSrégió a V-nél levágási ponttólGS= Vp, amíg énDSS, akkor a V negatív értékeként tovább emelkedikGSemelkedik.
Szimbólumok
Az n- és a p-csatornás kimerülés típusú MOSFET grafikus jelei a fenti 5.29. Ábrán láthatók.
Figyelje meg, hogy a kiválasztott szimbólumok hogyan mutatják be az eszköz valódi szerkezetét.
A kapu és a csatorna közötti közvetlen összeköttetés hiányát (a kapu szigetelése miatt) a kapu és a szimbólum különböző kivezetései közötti rés jelöli.
A csatornát ábrázoló függőleges vonal a lefolyó és a forrás között van rögzítve, és az aljzat „tartja”.
A fenti ábrán két szimbólumcsoport van megadva az egyes csatornatípusokhoz, hogy kiemeljük azt a tényt, hogy egyes eszközökben az aljzat kívülről hozzáférhető lehet, míg másokban ez nem látható.
MOSFET (fejlesztés-típus)
Noha a kimerülés és a fejlesztés típusú MOSFET belső struktúrájukkal és működési módjukkal hasonlónak tűnik, jellemzőik meglehetősen eltérőek lehetnek.
A fő különbség a lefolyóáram, amely a kaputól a forrásig terjedő feszültség adott szintjétől függ a levágási művelethez.
Pontosan, egy n csatornás bővítés típusú MOSFET pozitív kapu / forrás feszültséggel működhet, a negatív potenciálok tartománya helyett, amelyek általában hatással lehetnek a kimerülés típusú MOSFET-re.
Alapszerkezet
Az alábbiakban vizualizálhatja az n csatornás bővítmény típusú MOSFET-et
5.31.
A p-típusú anyagrész szilícium alapon keresztül jön létre, és amint azt már megtanultuk, szubsztrátnak nevezzük.
Ezt az aljzatot egyes esetekben a forráscsappal belső módon rögzítik egy kimerülés típusú MOSFET-ben, míg egyes esetekben negyedik vezetékként szüntetik meg, hogy lehetővé tegyék potenciális szintjének külső vezérlését.
A forrás és a leeresztő kapcsok a szokásos módon fémes érintkezők segítségével n-adalékolt területekhez vannak csatlakoztatva.
Fontos lehet azonban elképzelni, hogy az 5.31. Ábrán hiányzik a csatorna a két n-adalékolt régió között.
Ez tekinthető a kimerülés típusú és a fejlesztés típusú MOSFET belső elrendezése közötti alapvető különbségnek, vagyis egy olyan belső csatorna hiányának, amely állítólag az eszköz része.
A SiO2 réteg továbbra is elterjedtnek tekinthető, amely biztosítja az elszigetelést a kapu termináljának fém alapja és a lefolyó és a forrás közötti régió között. Itt azonban szemtanúja lehet a p-típusú anyagszakasztól elválasztva.
A fenti megbeszélésből arra a következtetésre juthatunk, hogy a MOSFET kimerülésének és javításának belső elrendezésében lehet némi hasonlóság, kivéve a csatorna / forrás hiányzó csatornáját a MOSFET fejlesztési típusához.
Alapvető működés és jellemzők
A MOSFET fejlesztéstípus esetében, amikor 0 V-ot vezetnek be a VGS-be, a hiányzó n-csatorna miatt (amelyről ismert, hogy sok szabad vivőt hordoz) az áram kimenete nulla lesz, ami meglehetősen eltér a kimerüléstől MOSFET, amelynek ID = IDSS.
Ilyen helyzetben a lefolyó / forrás terminálokon átívelő hiányzó út miatt nagy mennyiségű elektron formájában hordozóanyag nem képes felhalmozódni a lefolyásnál / a forrásnál (az n-adalékolt régiók miatt).
Néhány pozitív potenciált alkalmazva a VDS-nél, nulla voltra beállított VGS és az SS terminál rövidre zárva a forrás terminállal, valójában találunk pár fordított torzított pn kereszteződést az n-adalékolt régiók és a p-szubsztrát között, hogy lehetővé tegyük a figyelemre méltó vezetést lefolyni a forrásig.
Az 5.32. Ábra egy olyan állapotot mutat be, amikor a VDS és a VGS valamilyen 0 V-nál nagyobb pozitív feszültséggel működik, lehetővé téve a lefolyó és a kapu pozitív potenciálját a forráshoz viszonyítva.
A kapunál lévő pozitív potenciál a Si-2 réteg pereme mentén a p-szubsztrátban lévő lyukakat kitolja, és elhagyja a helyet, és mélyebben belép a p-szubsztrát régióiba, amint azt a fenti ábra mutatja. Ez az egymást taszító hasonló töltetek miatt történik.
Ez azt eredményezi, hogy kimerülési régió jön létre a SiO2 szigetelőréteg közelében, amely lyukaktól mentes.
Ennek ellenére a p-szubsztrát elektronok, amelyek az anyag kisebb hordozói, a pozitív kapu felé húzódnak, és elkezdődnek a SiO2 réteg felszínéhez közeli régióban gyűlni.
A SiO2 réteg szigetelő tulajdonságának köszönhetően a negatív hordozók lehetővé teszik a negatív hordozók felszívódását a kapu terminálján.
Amint növeljük a VGS szintjét, a SiO2 felülethez közeli elektronsűrűség is növekszik, míg végül az indukált n-típusú régió számszerűsíthető vezetést tesz lehetővé a lefolyáson / forráson keresztül.
A VGS nagyságát, amely a leeresztő áram optimális növekedését okozza, küszöbfeszültségnek nevezzük, amelyet a VT szimbólum jelöl . Az adatlapokban ezt VGS (Th) néven láthatja.
Amint azt fentebb megtudtuk, egy csatorna hiánya miatt a VGS = 0 értéknél, és a kapu-forrás pozitív feszültség alkalmazásával „továbbfejlesztve” ezt a típusú MOSFET-t fokozás-típusú MOSFET-ként ismerik.
Meg fogja találni, hogy mind a kimerülés, mind a javítás típusú MOSFET-ek javítás típusú régiókat mutatnak, de a kifejezés fokozás az utóbbira használják, mert kifejezetten egy továbbfejlesztett működési móddal működik.
Most, amikor a VGS-t túllépik a küszöbértéken, a szabad vivők koncentrációja megnő abban a csatornában, ahol indukált. Ez megnöveli a lefolyó áramot.
Másrészt, ha állandóan tartjuk a VGS-t, és növeljük a VDS (lefolyás-forrás feszültség) szintet, akkor ez végső soron a MOSFET eléri a telítettségi pontját, mint általában bármely JFET vagy egy kimerülő MOSFET esetében is.
Amint az az 5.33. Ábrán látható, a lefolyóáram azonosítója egy lehúzási folyamat segítségével kiegyenlítődik, amelyet a szűkebb csatorna jelez az indukált csatorna leeresztő vége felé.
Ha Kirchhoff feszültségtörvényét alkalmazzuk az MOSFET terminálfeszültségeire az 5.33. Ábrán, a következőket kapjuk:
Ha a VGS-t állandó értéken tartjuk egy meghatározott értéknél, például 8 V-nál, és a VDS-t 2-ről 5 V-ra emeljük, akkor a VDG feszültséget egyenértékű. Az 5.11-es értéket látni lehetett -6 és -3 V közötti csökkenésből, és a kapu potenciálja egyre kevésbé pozitív a lefolyó feszültségéhez képest.
Ez a válasz megtiltja, hogy a szabad hordozók vagy elektronok az indukált csatorna ezen régiója felé húzódjanak, ami viszont a csatorna tényleges szélességének csökkenését eredményezi.
Végül a csatorna szélessége a kicsípésig csökken, eléri a telítettségi állapotot, hasonlóan ahhoz, amit a korábbi kimerülésről szóló MOSFET cikkünkben már megtanultunk.
Ez azt jelenti, hogy a VDS további rögzített VGS-sel történő növelése nem befolyásolja az ID telítettségi szintjét mindaddig, amíg a bontási helyzet el nem ér.
Az 5.34. Ábra alapján megállapíthatjuk, hogy egy MOSFET-hez, amint az 5.333. Ábrán VGS = 8 V, a telítettség 6 V VDS szinten történik. Pontosabban: a VDS telítettségi szint az alkalmazott VGS szinthez kapcsolódik:
Kétségtelen, hogy ez azt jelenti, hogy amikor a VT érték rögzül, a VGS szintjének növelése arányosan magasabb szaturációs szinteket okoz a VDS számára a telítettségi szintek helyén keresztül.
A fenti ábrán bemutatott jellemzőkre hivatkozva a VT szintje 2 V, ami nyilvánvaló, hogy a lefolyó áram 0 mA-re esett.
Ezért általában azt mondhatjuk:
Ha a VGS értékei kisebbek, mint az erősítés típusú MOSFET küszöbszintje, akkor a lefolyási áram 0 mA.
A fenti ábrán egyértelműen láthatjuk azt is, hogy amíg a VGS-t magasabbra emelik VT-ról 8 V-ra, az ID megfelelő telítettségi szintje szintén 0-ról 10 mA-re emelkedik.
Sőt, azt is észrevehetjük, hogy a VGS szintek közötti tér a VGS értékének növekedésével nő, ami végtelenül növekszik a lefolyó áramban.
Megállapítottuk, hogy a lefolyó áram értéke a VT-nél nagyobb VGS-szintek kapu-forrás feszültségéhez kapcsolódik, a következő nemlineáris összefüggésen keresztül:
A szögletes zárójelben szereplő kifejezés felelős az ID és a VGS közötti nemlineáris kapcsolatért.
A k kifejezés állandó és a MOSFET elrendezés függvénye.
A k állandó értékét a következő egyenlet segítségével tudhatjuk meg:
ahol az ID (be) és a VGD (be) mindegyik értéke kifejezetten az eszköz jellemzőitől függ.
Az alábbi 5.35. Ábrán azt találjuk, hogy a leeresztési és átadási jellemzők egymás mellett vannak elrendezve, hogy tisztázzák az egymás közötti átviteli folyamatot.
Alapvetően hasonlít a JFET és a kimerülés típusú MOSFET korábban kifejtett folyamatához.
A jelen esetre azonban emlékeznünk kell arra, hogy a leeresztő áram 0 mA a VGS VT esetében.
Itt az azonosító észrevehető mennyiségű áramot láthat, amely az Eq meghatározása szerint növekszik. 5.13.
Megjegyezzük, hogy miközben az átviteli jellemzők fölötti pontokat meghatározzuk a lefolyási jellemzőkből, csak a telítettségi szinteket vesszük figyelembe. Ez a működési régiót az Eq által megállapított telítettségi szintnél magasabb VDS értékekre korlátozza. (5.12).
p-Channel Enhancement típusú MOSFET-ek
Az 5.37a. Ábrán bemutatott p-csatornás javító típusú MOSFET felépítése éppen ellentétes az 5.31.
Ez azt jelenti, hogy most egy n típusú szubsztrát és p-adalékolt régiók vannak a lefolyó és a forrás ízületei alatt.
A sorkapcsok továbbra is a kialakított állapotban vannak, de az áramirányok és a feszültségpolaritások mindegyike megfordul.
A lefolyási jellemzők úgy nézhetnek ki, mint az 5.37c. Ábrán láthatóak, és folyamatosan növekszik az árammennyiség, amelyet a VGS folyamatosan negatívabb nagysága okoz.
Az átviteli jellemzők az 5.35. Ábra szerinti átviteli görbe tükörlenyomatai lennének (az ID tengely körül), amelynek ID-je növekszik a VT felett VT felett egyre több negatív értékkel, amint az 5.37b ábrán látható. Az (5.11) - (5.14) egyenletek hasonlóan megfelelnek a p-csatornás eszközöknek.
Referenciák:
- https://en.wikipedia.org/wiki/MOSFET
- https://hi.wikipedia.org/wiki/%E0%A4%AE%E0%A5%89%E0%A4%B8%E0%A4%AB%E0%A5%87%E0%A4%9F
Előző: Anti Spy RF Detector Circuit - Wireless Bug Detector Következő: Átadási jellemzők
![Pontos érintkező diódák [előzmények, felépítés, alkalmazási áramkör]](https://electronics.jf-parede.pt/img/electronics-tutorial/38/point-contact-diodes-history-construction-application-circuit-1.jpg)
