A MOSFET működési elve

1. Bevezetés

A MOSFET (Metal-Oxid-Szemiconduktor Mezőhatás-Tranzisztor) egy olyan mezőhatás-tranzisztor, amely széles körben használatos a modern elektronikai áramkörökben. Azt a feladatát képezi, hogy áramváltást vezérli azon keresztül, hogy elektromos mező alkalmazásával létrehozza vagy megakadályozza a vezetékcsatornát. A MOSFET-ek magas irányítási hatékonysággal, alacsony energifogyasztással és gyors váltási sebességgel rendelkeznek, amiért mind digitális, mind analog rendszerekben nemzárhatóak ki.

2. Struktúra

Egy MOSFET általában a következő részekből áll:

Csap: Fém vagy poliszilícium elektroda, amely dielektromos réteggel (általában síkfénymoxid, SiO₂) van elválasztva a szemiconduktortól.

Forrás és dróta: Két nagyon intensíven n-dopolt régió, amelyek beágyazva vannak egy p-típusú szemiconductormaterialisztikus alapanyagba.

Test (Alapanyag): Általánosan egy p-típusú szemikovdor. A legtöbb körtervezésben a testet rövidítik a forráshoz, hogy fix potenciáltartsamosságot érjenek el és csökkentse a testhatás zavaró hatásait.

3. Működési elv

A MOSFET úgy működik, hogy irányítja, hogy képződjön-e vezetékes csatorna a forrás és a dróta között, függően a kapuk voltájtól.

3.1 Kikapcsolási állapot

Amikor a kapukaromány 0 V vagy alacsonyabb, mint a küszöbkaromány (Vth):

Nem keletkezik vezető csatorna a P-típusú substrátus felszínén.

Magas impedancia van a forrás és a dróp között, amiért majdnem nincs áramfolyamat.

A MOSFET az „ki” állapotban van, mint egy nyitott kapcsoló működik.

3.2 Beállapot

Amikor a kapuk szigetgője (VGS) meghaladja a küszöbértéket (VGS > Vth):

Egy függőleges elektrikus mező keletkezik a kapu szigetgő réteg alatt.

Ez a mező elektronokat vonz a P-típusú substrátusból a halványvezeték felé, és visszavonja a lyukakat, egy N-típusú inverziós réteget hozva létre.

Ez a vezetékességi csatorna összekapcsolja az forrást és a drént, lehetővé téve a jeláram folyását a drénből az forrásba (a konvencionális áramirány szerint).

4. Kulcsfontosságú jellemzők

A MOSFET-ek a következő elektrikus jellemzőket mutatják:

Feszültség-ellenőrzött eszköz: A áramot a kapuk feszültsége szabályozza, és az izoláció miatt majdnem nincs kapuáram, ami ultra-alacsony statikus energolfoglalást eredményez.

Gyors kapcsolási sebesség: Kiválóan alkalmas magas gyakoriságú áramkörökben, beleértve az RF és a digitális kapcsolást.

Alacsony hőfelszívás: Az energia csak a kapcsolási átmenetek során fogyasztott, amiért a MOSFET-ek alkalmasak hordozható és energiahatékony rendszerekhez.

5. Alkalmazások

A MOSFET-ek gyakran fordulnak elő a következő területeken:

Digitális áramkörök: a logikai kapuk, a lapátlapok és a processzorok tranzisztorjai kapcsolói.

Analog áramkörök: Fontos funkciójuk a feszültség erősítő, a forráskövető és a áram szabályozó.

Energiagazdálkodás: A egyenáram-közösségi átalakítókban, az áramkapcsolókban és a motorvezérlő áramkörökben alkalmazzák.

6. Összefoglaló

A MOSFET fő funkciója az, hogy elektromos mezőt használva szabályozza a áramáramlást. A kapuban lévő feszültség alkalmazásával egy ideiglenes vezetős csatorna indulálódik a félvezető felületére, ezáltal lehetővé téve vagy letiltva a áramvezetést. Ez a mechanizmus adja a MOSFET kiváló reakcióképességét, alacsony energiafogyasztását és széles körű alkalmazhatóságát a modern elektronikus és erőműszerekben.