Hvordan MOSFET-er fungerer

Arbeidsprinsippet til MOSFET er hovedsakelig basert på dens unike strukturelle egenskaper og elektriske felteffekter. Følgende er en detaljert forklaring på hvordan MOSFET-er fungerer:

I. Grunnleggende struktur av MOSFET

En MOSFET består hovedsakelig av en port (G), en kilde (S), et avløp (D) og et substrat (B, noen ganger koblet til kilden for å danne en tre-terminal enhet). I N-kanalforbedrings-MOSFET-er er substratet vanligvis et lavdopet P-type silisiummateriale som to svært dopede N-type-områder er fremstilt for å tjene som henholdsvis kilde og avløp. Overflaten av P-type-substratet er dekket med en veldig tynn oksidfilm (silisiumdioksid) som et isolerende lag, og en elektrode er trukket som port. Denne strukturen gjør porten isolert fra P-type halvledersubstrat, drain og source, og kalles derfor også et felteffektrør med isolert port.

II. Prinsipp for operasjon

MOSFET-er opererer ved å bruke gate source-spenningen (VGS) for å kontrollere dreneringsstrømmen (ID). Nærmere bestemt, når den påførte positive portkildespenningen, VGS, er større enn null, vil et øvre positivt og nedre negativt elektrisk felt vises på oksidlaget under porten. Dette elektriske feltet tiltrekker seg frie elektroner i P-regionen, og får dem til å samle seg under oksidlaget, mens de frastøter hull i P-regionen. Når VGS øker, øker styrken til det elektriske feltet og konsentrasjonen av tiltrukket frie elektroner øker. Når VGS når en viss terskelspenning (VT), er konsentrasjonen av frie elektroner samlet i regionen stor nok til å danne en ny N-type region (N-kanal), som fungerer som en bro som forbinder avløpet og kilden. På dette tidspunktet, hvis en viss drivspenning (VDS) eksisterer mellom avløpet og kilden, begynner avløpsstrøm-IDen å flyte.

III. Dannelse og endring av ledende kanal

Dannelsen av den ledende kanalen er nøkkelen til driften av MOSFET. Når VGS er større enn VT, etableres den ledende kanalen og avløpsstrømmens ID påvirkes av både VGS og VDS.VGS påvirker ID ved å kontrollere bredden og formen på den ledende kanalen, mens VDS påvirker ID direkte som drivspenning. er viktig å merke seg at hvis den ledende kanalen ikke er etablert (dvs. VGS er mindre enn VT), så vises ikke avløpsstrøm-IDen selv om VDS er tilstede.

IV. Kjennetegn på MOSFET-er

Høy inngangsimpedans:Inngangsimpedansen til MOSFET er veldig høy, nær uendelig, fordi det er et isolerende lag mellom porten og source-drain-området og bare en svak portstrøm.

Lav utgangsimpedans:MOSFET-er er spenningskontrollerte enheter der kilde-drain-strømmen kan endres med inngangsspenningen, så utgangsimpedansen deres er liten.

Konstant flyt:Når du opererer i metningsområdet, er strømmen til MOSFET praktisk talt upåvirket av endringer i kilde-drain-spenningen, noe som gir utmerket konstant strøm.

God temperaturstabilitet:MOSFET-ene har et bredt driftstemperaturområde fra -55°C til ca. +150°C.

V. Applikasjoner og klassifiseringer

MOSFET-er er mye brukt i digitale kretser, analoge kretser, strømkretser og andre felt. I henhold til typen operasjon kan MOSFET-er klassifiseres i forbedrings- og uttømmingstyper; i henhold til typen ledende kanal, kan de klassifiseres i N-kanal og P-kanal. Disse forskjellige typene MOSFET-er har sine egne fordeler i forskjellige applikasjonsscenarier.

Oppsummert er arbeidsprinsippet til MOSFET å kontrollere dannelsen og endringen av den ledende kanalen gjennom portkildespenningen, som igjen kontrollerer strømmen av avløpsstrøm. Dens høye inngangsimpedans, lave utgangsimpedans, konstante strøm- og temperaturstabilitet gjør MOSFET-er til en viktig komponent i elektroniske kretser.