טרנזיסטור אפקט שדה MOS (FET) הוא סוג של התקן מוליכים למחצה הפועל על עיקרון אפקט השדה. בהשוואה לטרנזיסטורים דו-קוטביים נפוצים, ל-FET יש את המאפיינים של עכבת כניסה גבוהה, רעש נמוך, טווח דינמי גדול, צריכת חשמל נמוכה ואינטגרציה קלה, והוא נמצא בשימוש נרחב.

SLKOR MOSFET

ישנם סוגים רבים של טרנזיסטורי אפקט שדה, המחולקים בעיקר לטרנזיסטורי אפקט שדה צומת וטרנזיסטורי אפקט שדה של שער מבודד. לכולם יש ערוץ N וערוץ P.

טרנזיסטור אפקט שדה שער נקרא גם טרנזיסטור אפקט שדה מוליך למחצה של תחמוצת מתכת (MOSFET), המחולק לטרנזיסטור MOS מסוג דלדול וטרנזיסטור MOS מסוג שיפור.

ניתן לחלק טרנזיסטורים של אפקט שדה לטרנזיסטורים חד-שער וטרנזיסטורים עם שער כפול. ל-FET כפול-שער יש שני שערים עצמאיים G1 ו-G2, ששווים מבחינה מבנית לשני FET-שער יחיד המחוברים בסדרה, והשינוי בזרם המוצא שלו נשלט על ידי שני מתחי שער. תכונה זו של FET עם שערים כפולים תביא נוחות רבה כאשר הוא משמש כמגבר בתדר גבוה, מגבר מבוקר רווח, מיקסר ומפזר.

1. סוגים ומבנים של צינורות מוס

MOSFET הוא סוג של FET (השני הוא JFET), שניתן להפוך אותו לטרנזיסטור שיפור או דלדול, ערוץ P או ערוץ N. עם זאת, היישום התיאורטי דורש רק טרנזיסטור MOS ערוץ N שיפור וטרנזיסטור MOS ערוץ P שיפור, ולכן בדרך כלל מוזכרים NMOS או PMOS. לא מומלץ לברר מדוע טרנזיסטורי MOS דלדול אינם בשימוש. לגבי שני טרנזיסטורי MOS שיפור אלה, NMOS נמצא בשימוש נפוץ. הסיבה לכך היא שהתנגדות ההפעלה נמוכה וקלה לייצור. לכן, ביישומי ספק כוח ממותג והנעת מנוע, NMOS נמצא בשימוש בדרך כלל. במבוא הבא, NMOS הוא גם החלק העיקרי. יש קיבול טפילי בין שלושת הפינים של טרנזיסטור MOS, וזה לא מה שאנחנו צריכים, אלא בגלל מגבלות תהליך הייצור. קיומו של קיבול טפילי מקל על תכנון או בחירת מעגל הנעה, אך אין דרך להימנע מכך, כפי שיתואר בפירוט בהמשך. ניתן לראות בתרשים הסכמטי של טרנזיסטור MOS שיש דיודה טפילית בין הניקוז למקור. דיודה זו חשובה מאוד בעת הפעלת עומס סביר. אגב, דיודת הגוף קיימת רק בטרנזיסטור מוליך למחצה יחיד מסוג תחמוצת מתכת, שבדרך כלל אינו נמצא בשבבי מעגלים משולבים.

2. מאפייני הולכה של MOSFET

On פירושו, בתור מתג, זה שווה ערך לסגירת המתג. תכונות NMOS, כאשר Vgs גדול מערך מסוים, הוא יופעל, מה שמתאים למקרה בו המקור מקורקע (נהיגה בצד נמוך), כל עוד מתח השער מגיע ל-4V או 10V. המאפיינים של PMOS, כאשר Vgs הוא פחות מערך מסוים, הוא יופעל, אשר מתאים לחיבור המקור VCC (כונן גבוה). עם זאת, למרות שניתן להשתמש ב-PMOS בקלות כדרייבר מתקדם, NMOS משמש בדרך כלל כדרייבר מתקדם בגלל ההתנגדות הגבוהה שלו, המחיר הגבוה ומעט סוגי AC.3. צינור מתג מוליך למחצה תחמוצת מתכת

3. מתג MOSFET 

לא משנה אם האובדן הוא NMOS או PMOS, יש התנגדות הפעלה לאחר ההולכה, כך שהזרם יצרוך את האנרגיה על ההתנגדות הזו, מה שנקרא on-loss בחר בטרנזיסטור MOS עם התנגדות נמוכה כדי להפחית בהפסד. בדרך כלל, התנגדות ההפעלה של שפופרות MOS בעלות הספק נמוך היא כעשרות מיליאוהם, וחלקן מופעלות ומכבות בכמה מיליאוהם. אסור להשלים את MOS באופן מיידי. המתח בשני הקצוות של MOS יורד והזרם עולה. במהלך תקופה זו, אובדן טרנזיסטור MOS הוא תוצר של מתח וזרם, אשר נקרא אובדן מיתוג. בדרך כלל, אובדן המיתוג גדול בהרבה מאובדן ההולכה, וככל שתדר המיתוג מהיר יותר, כך האובדן גדול יותר. התוצר של מתח וזרם מיידי גדול מאוד, וההפסד הנובע מכך גדול מאוד. קיצור זמן המיתוג יכול להפחית כל זמן הולכה; הפחתת ההפסד של תדירות המיתוג יכולה להפחית את זמני המיתוג ליחידת זמן. שתי השיטות יכולות להפחית את אובדן המיתוג.

4. הנעת MOSFET

בהשוואה לטרנזיסטורים דו-קוטביים, מקובל לחשוב שטרנזיסטורי MOS אינם זקוקים לזרם להולכה, אלא רק זקוקים למתח GS גבוה מערך מסוים. זה קל לביצוע, אבל אנחנו עדיין צריכים מהירות. במבנה של טרנזיסטור MOS, אנו יכולים לראות שיש קיבול טפילי בין GS ל-GD. תיאורטית, ההנעה של טרנזיסטור MOS היא טעינה ופריקה של קיבול. יש צורך בזרם כדי לטעון את הקבל. מכיוון שניתן להתייחס לקבל כקצר חשמלי ברגע הטעינה, הזרם המיידי יהיה גדול יחסית.

בעת בחירת/עיצוב דרייברים של טרנזיסטור MOS, הדבר הראשון שיש לשים לב אליו הוא זרם הקצר המיידי. ההערה השנייה היא ש-NMOS הנפוץ בנהיגה גבוהה מחייבת שמתח השער כאשר הוא מופעל יהיה גבוה יותר ממתח המקור. מצד שני, מתח המקור ומתח הניקוז (VCC) של טרנזיסטור MOS הנעה גבוה זהים, כך שמתח השער גבוה ב-4V או 10V מ-VCC. נניח שבאותה מערכת, על מנת לקבל מתח גדול מ-VCC, יש צורך במעגל הגברת מיוחד. נהגי מנועים רבים משולבים עם משאבות טעינה. יש לציין שיש לבחור קבל חיצוני מתאים כדי להשיג מספיק זרם קצר כדי להניע את טרנזיסטור מוליכים למחצה של תחמוצת מתכת. ה-4V או 10V שהוזכרו לעיל הם מתח ההדלקה של טרנזיסטורי MOS נפוצים, אז בהחלט יש מרווח מסוים בתכנון. בנוסף, ככל שהמתח גבוה יותר, כך מהירות ההולכה מהירה יותר והתנגדות ההולכה קטנה יותר. צינורות MOS עם מתח הולכה נמוך משמשים תמיד בקטגוריות שונות, אך במערכות אלקטרוניות לרכב 12V מספיקה הולכה רגילה של 4V.

הפרמטרים העיקריים של צינור MOS הם כדלקמן:

1. מתח פריצת מקור השער BVGS-VGS כאשר זרם השער IG עולה בחדות מאפס, מתח השער-מקור עולה, מה שנקרא מתח הפריצה של מקור השער BVGS.

2. מתח הפעלה VT- מתח הפעלה (נקרא גם מתח סף): קצה ההתחלה בין המקור S לניקוז D יוצר תעלה מוליכה; -מתח השער הנדרש של טרנזיסטור MOS סטנדרטי עם ערוץ N הוא כ-3 ~ 6V-.-ניתן להפחית את ערך ה-VT של טרנזיסטור MOS ל-2 ~ 3V לאחר שיפור התהליך.

3. מתח התמוטטות מקור הניקוז BVDS- בתנאי VGS=0 (מצב שיפור), VDS נקרא מתח התמוטטות מקור הניקוז BVDS-ID בתהליך שבו הזיהוי מתחיל לעלות בחדות. ישנן שתי סיבות לצמיחה:

(1) התמוטטות מפולת של שכבת הדלדול ליד הצד השמאלי של הניקוז.

(2) התמוטטות מחץ דרך מקור הניקוז - בכמה MOS, אורך הערוץ קצר. הגדלת VDS מעת לעת תגרום לשכבת דלדול הניקוז להתרחב לאזור המקור מעת לעת, מה שהופך את אורך הערוץ לאפס, כלומר, ניקוז מקור ניקוז. לאחר האגרוף, רוב הנשאים באזור המקור ייספגו ישירות בשדה החשמלי בשכבת הדלדול ויגיעו לאזור הניקוז, וכתוצאה מכך תתקבל ID.4 גדול. המאפיין של

4. התנגדות כניסה DC RGS - כלומר, היחס בין המתח המופעל בין השער והמקור לזרם השער - מתבטא לפעמים בזרם השער הזורם דרך השער RGS של טרנזיסטור מוליכים למחצה מתכת תחמוצת, העולה בקלות על 1010.5. טרנסמוליכות בתדר נמוך GM-בתנאי ש-VDS הוא ערך קבוע, היחס בין המיקרו-משתנה של זרם הניקוז למיקרו-משתנה של מתח מקור השער שגורם לשינוי זה נקרא טרנס-מוליכות-GM משקף את יכולת הבקרה של מתח מקור שער לניקוז זרם-זהו פרמטר חשוב לאפיין יכולת ההגברה של טרנזיסטורי MOS-בדרך כלל בטווח של כמה Ma/V.