Il transistor ad effetto di campo MOS (FET) è un tipo di dispositivo a semiconduttore che funziona secondo il principio dell'effetto di campo. Rispetto ai comuni transistor bipolari, il FET ha le caratteristiche di elevata impedenza di ingresso, basso rumore, ampio intervallo dinamico, basso consumo energetico e facile integrazione ed è stato ampiamente utilizzato.

SLKOR MOSFET

Esistono molti tipi di transistor ad effetto di campo, che sono principalmente suddivisi in transistor ad effetto di campo a giunzione e transistor ad effetto di campo a gate isolato. Hanno tutti il ​​canale N e il canale P.

Il transistor a effetto di campo a gate è anche chiamato transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido metallico (MOSFET), che si divide in transistor MOS di tipo a svuotamento e transistor MOS di tipo a potenziamento.

I transistor ad effetto di campo possono essere suddivisi in transistor a porta singola e transistor a doppia porta. Il FET a doppio gate ha due gate indipendenti G1 e G2, che sono strutturalmente equivalenti a due FET a gate singolo collegati in serie, e la variazione della corrente di uscita è controllata da due tensioni di gate. Questa caratteristica del FET a doppia porta porterà grande comodità quando viene utilizzato come amplificatore ad alta frequenza, amplificatore con controllo del guadagno, mixer e demodulatore.

1. Tipologie e strutture dei tubi mos

Il MOSFET è un tipo di FET (l'altro è il JFET), che può essere realizzato in versione a potenziamento o a svuotamento, a canale P o a canale N. Tuttavia, l'applicazione teorica richiede solo transistor MOS a canale N di tipo potenziamento e transistor MOS a canale P di tipo potenziamento, quindi di solito si parla di NMOS o PMOS. Per quanto riguarda il motivo per cui i transistor MOS a svuotamento non vengono utilizzati, non è consigliabile scoprirlo. Per quanto riguarda questi due transistor MOS a potenziamento, NMOS è comunemente utilizzato. Il motivo è che la resistenza di conduzione è bassa ed è facile da produrre. Pertanto, nelle applicazioni di alimentatori switching e azionamenti motore, NMOS viene solitamente utilizzato. Nella seguente introduzione, NMOS è anche il bit principale. C'è una capacità parassita tra i tre pin del transistor MOS, che non è ciò di cui abbiamo bisogno, ma è dovuta ai limiti del processo di produzione. L'esistenza di capacità parassita semplifica la progettazione o la selezione del circuito di pilotaggio, ma non c'è modo di evitarla, come verrà descritto in dettaglio in seguito. Nello schema elettrico di un transistor MOS si può notare la presenza di un diodo parassita tra drain e source. Questo diodo è molto importante quando si pilota un carico ragionevole. Tra l'altro, il diodo di body è presente solo nei transistor a semiconduttore a ossido metallico singolo, che di solito non si trova nei chip dei circuiti integrati.

2. Caratteristiche di conduzione del MOSFET

On significa che, in quanto interruttore, equivale alla chiusura dell'interruttore. Caratteristiche NMOS, quando Vgs è maggiore di un certo valore, si accenderà, il che è adatto nel caso in cui la sorgente sia messa a terra (pilotaggio low-side), purché la tensione di gate raggiunga 4 V o 10 V. Le caratteristiche di PMOS, quando Vgs è inferiore a un certo valore, si accenderà, il che è adatto per la connessione sorgente VCC (azionamento high-side). Tuttavia, sebbene il PMOS possa essere facilmente utilizzato come driver di fascia alta, l'NMOS viene solitamente utilizzato come driver di fascia alta a causa della sua elevata resistenza, del prezzo elevato e dei pochi tipi di CA.3. Tubo interruttore a semiconduttore in ossido di metallo

3. Interruttore MOSFET 

Non importa se la perdita è NMOS o PMOS, c'è una resistenza on dopo la conduzione, quindi la corrente consumerà l'energia su questa resistenza, che è chiamata perdita on. Scegli un transistor MOS con bassa resistenza on per ridurre la perdita. Di solito, la resistenza dei tubi MOS a bassa potenza è di circa decine di milliohm e alcuni di essi si accendono e si spengono in pochi milliohm. Il MOS non deve essere completato immediatamente. La tensione su entrambe le estremità del MOS diminuisce e la corrente aumenta. Durante questo periodo, la perdita del transistor MOS è il prodotto di tensione e corrente, chiamata perdita di commutazione. Generalmente, la perdita di commutazione è molto maggiore della perdita di conduzione e quanto più veloce è la frequenza di commutazione, tanto maggiore è la perdita. Il prodotto della tensione e della corrente istantanea è molto grande e anche la perdita risultante è molto grande. La riduzione del tempo di commutazione può ridurre ogni tempo di conduzione; La riduzione della perdita della frequenza di commutazione può ridurre i tempi di commutazione per unità di tempo. Entrambi i metodi possono ridurre la perdita di commutazione.

4. Pilotaggio MOSFET

Rispetto ai transistor bipolari, si ritiene generalmente che i transistor MOS non necessitino di corrente per la conduzione, ma necessitino solo di tensione GS superiore ad un certo valore. È facile da fare, ma abbiamo comunque bisogno di velocità. Nella struttura del transistor MOS, possiamo vedere che esiste una capacità parassita tra GS e GD. Teoricamente, il pilotaggio del transistor MOS è la carica e la scarica della capacità. La corrente è necessaria per caricare il condensatore. Poiché il condensatore può essere considerato un cortocircuito al momento della carica, la corrente istantanea sarà relativamente elevata.

Quando si selezionano/progettano i driver dei transistor MOS, la prima cosa a cui prestare attenzione è la corrente di cortocircuito istantanea. La seconda nota è che NMOS comunemente utilizzato nel pilotaggio high-side richiede che la tensione di gate quando è acceso sia superiore alla tensione di source. D'altra parte, la tensione di source e la tensione di drain (VCC) del transistor MOS di pilotaggio high-side sono le stesse, quindi la tensione di gate è 4 V o 10 V superiore a VCC. Supponiamo che nello stesso sistema, per ottenere una tensione maggiore di VCC, sia necessario uno speciale circuito di boost. Molti driver del motore sono integrati con pompe di carica. Va notato che è necessario selezionare un condensatore esterno appropriato per ottenere una corrente di cortocircuito sufficiente per pilotare il transistor semiconduttore a ossido di metallo. I suddetti 4 V o 10 V sono la tensione di accensione dei comuni transistor MOS, quindi c'è sicuramente un certo margine nella progettazione. Inoltre, maggiore è la tensione, maggiore è la velocità di conduzione e minore è la resistenza di conduzione. I tubi MOS a bassa tensione di conduzione vengono sempre utilizzati in diverse categorie, ma nei sistemi elettronici automobilistici a 12 V è sufficiente la normale conduzione a 4 V.

I parametri principali del tubo MOS sono i seguenti:

1. Tensione di rottura gate-source BVGS-VGS Quando la corrente di gate IG aumenta bruscamente da zero, la tensione di breakdown gate-source aumenta, che è chiamata tensione di breakdown gate-source BVGS.

2. Tensione di accensione VT- Tensione di accensione (detta anche tensione di soglia): l'estremità iniziale tra la sorgente S e il drain D forma un canale conduttivo; -La tensione di gate richiesta del transistor MOS a canale N standard è di circa 3 ~ 6 V. - Il valore VT del transistor MOS può essere ridotto a 2 ~ 3 V dopo il miglioramento del processo.

3. La tensione di rottura drain-source BVDS- Nella condizione di VGS=0 (modalità di miglioramento), VDS è chiamata tensione di rottura drain-source BVDS-ID nel processo quando ID inizia ad aumentare bruscamente. I motivi della crescita sono due:

(1) Crollo a valanga dello strato di impoverimento vicino al lato sinistro del drenaggio.

(2) Guasto punch-through della sorgente di drain in alcuni MOS, la lunghezza del canale è breve. L'aumento del VDS di tanto in tanto farà sì che lo strato di svuotamento del drain si estenda di tanto in tanto alla regione della source, rendendo la lunghezza del canale pari a zero, ovvero il punch-through drain-source. Dopo il punch-through, la maggior parte dei portatori nella regione di source verranno assorbiti direttamente dal campo elettrico nello strato di svuotamento e raggiungeranno la regione di drain, risultando in un grande ID.4. La caratteristica di

4. La resistenza di ingresso CC RGS, ovvero il rapporto tra la tensione applicata tra gate e source e la corrente di gate, è talvolta espressa dalla corrente di gate che scorre attraverso il gate RGS del transistor semiconduttore a ossido di metallo, che supera facilmente 1010.5. Transconduttanza a bassa frequenza GM-A condizione che VDS sia un valore fisso, il rapporto tra la microvariabile della corrente di drain e la microvariabile della tensione gate-source che causa questo cambiamento è chiamato transconduttanza-GM riflette la capacità di controllo di La tensione gate-source per drenare la corrente è un parametro importante per caratterizzare la capacità di amplificazione dei transistor MOS, solitamente nell'intervallo di diversi Ma/V.