MOSFET veikimo principas

1. Įvadas

MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) yra laukinių efektų tranzistorius, gana plačiai naudojamas moderniuose elektroninėse aparatūrose. Jis kontroliuoja srovę formuodamas arba blokuodamas laidžių kanalą, pritaikydamas elektrinį lauką. MOSFET'ai yra charakterizuojami aukštais valdymo efektyvumo rodikliais, mažu energijos suvartojimu ir greitujoj perjungimo greičiu, todėl jie yra neatsiejami tiek skaitmeninėse, tiek analizinėse sistemose.

2. Struktūra

MOSFET tipiškai sudarytas iš šių dalių:

Vartai: Metalinis ar polisilicinas elektrodas, atskirtas nuo puslaidinio dieliktoriniu sluoksniumi (dažniausiai silicio dvideginis, SiO₂).

Šaltinys ir Srautas: Du stipriai dovinėti N-tipiniai regionai, įmontuoti P-tipio puslaidinio substraце.

Kūnas (Substraцtas): Paprastai P-tipis puslaidinys. Daugelyje schemų projektavimo atvejų kūnas jungiamas su šaltiniu, kad būtų palaikomas fiksuotas potencialas ir sumažintas kūno efekto traukinys.

3. Veikimo principas

MOSFET veikia, kontroliuodamas, ar formuojasi elektros laidoties kanalas tarp šaltinio ir dreno, priklausomai nuo vartų potensialo.

3.1 Išjungto būsenos

Kai vartų potensialas yra 0 V arba žemesnis už slenkstį (Vth):

Ant P-tipos plokštės paviršiuje neformuojasi laidoties kanalo.

Tarp šaltinio ir nuleidimo yra didelis impedantas, todėl srovės srautas beveik nėra.

MOSFET yra "išjungtas" ir veikia kaip atviras jungiklis.

3.2 Apie valstybę

Jeigu vartų įtampa (VGS) viršija slenkstinę įtampa ((VGS > Vth):

Po varžtuvo dielektrinio sluoksnio formuojasi vertikali elektros laukas.

Šis laukas pritraukia elektronus iš P-tipo substračio į poluprovadiklio paviršį ir atitraukia dėžes, kuriant N-tipo invertavimo sluoksnį.

Šis laidotinis kanalas jungia šaltinį ir dreną, leidžiant srovei tekti iš drenos į šaltinį (pagal konvencinę srovės kryptį).

4. Pagrindiniai charakteristika

MOSFET'ai turi tokius elektros charakteristikas:

Srovės valdomasis prietaisas: srovė reguliuojama vartų potencialu, o dėl izoliacinio vartų oksido beveik nesuteka vartų srovės, kad būtų užtikrinta galingai žemas statinis energijos suvartojimas.

Greitas keitimo greitis: Puikiai tinka aukštos dažnumo grandinėms, įskaitant RF ir skaitmeninius perjungimus.

Žemas energijos suvartojimas: Energija vartojama tik perjungimo metu, todėl MOSFET'ai yra tinkami perkamoms ir energiją tausojančioms sistemoms.

5. Taikymai

MOSFET'ai dažniausiai naudojami tose srityse:

Skaitmeniniai grandynai: Veikia kaip perjungimai loginių elementų, flip-flopų ir procesorių tranzistoriuose.

Analizinės grandinės: Veikia kaip voltinių stiprintuvai, šaltinių sekos bei srovės reguliatoriai.

Energijos valdymas: Naudojamas DC-DC konverteriuose, jėgos perjungikliuose ir varomojo valdymo grandinėse.

6. Santrauka

MOSFET pagrindinė funkcija yra srovės valdymas naudojant elektrinį lauką. Priskiriant įtampa ant vartų, semikonduktoriume iškyla laikina paviršiaus laidotvora, kurios dėka įgalinamas arba išjungiamas srovės laidumas. Šis mechanizmas suteikia MOSFET puikią reakcijos greičio, mažą energijos suvartojimą ir plačią taikomumą šiuolaikiniuose elektroniniuose ir energijos įrenginiuose.