MOS 電界効果トランジスタ (FET) は、電界効果の原理で動作する半導体デバイスの一種です。一般的なバイポーラトランジスタと比較して、FETは高入力インピーダンス、低ノイズ、広いダイナミックレンジ、低消費電力、集積が容易などの特徴を持ち、広く使用されています。

SLKOR MOSFET

電界効果トランジスタには多くの種類があり、主に接合型電界効果トランジスタと絶縁ゲート型電界効果トランジスタに分けられます。それらはすべて N チャネルと P チャネルを持っています。

ゲート電界効果トランジスタは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）とも呼ばれ、デプレッション型MOSトランジスタとエンハンスメント型MOSトランジスタに分けられます。

電界効果トランジスタは、シングルゲート トランジスタとダブルゲート トランジスタに分類できます。ダブルゲート FET は、構造的に 1 つのシングルゲート FET を直列接続したものと等価な 2 つの独立したゲート GXNUMX と GXNUMX を持ち、出力電流の変化は XNUMX つのゲート電圧によって制御されます。ダブルゲート FET のこの機能は、高周波アンプ、ゲイン制御アンプ、ミキサー、復調器として使用する場合に非常に便利です。

1. MOSチューブの種類と構造

MOSFETはFETの一種（もう一つはJFET）で、エンハンスメント型またはデプレッション型、PチャネルまたはNチャネルにすることができます。ただし、理論的なアプリケーションでは、エンハンスメント型NチャネルMOSトランジスタとエンハンスメント型PチャネルMOSトランジスタのみが必要なので、通常はNMOSまたはPMOSと呼ばれます。デプレッションMOSトランジスタが使用されない理由については、調べることはお勧めしません。これらの2つのエンハンスメントMOSトランジスタについては、NMOSが一般的に使用されます。その理由は、オン抵抗が低く、製造が容易であるためです。そのため、スイッチング電源とモーター駆動のアプリケーションでは、通常NMOSが使用されます。以下の紹介でも、NMOSが主要ビットです。MOSトランジスタの3つのピン間には寄生容量がありますが、これは必要ではありませんが、製造プロセスの制限によるものです。寄生容量の存在により、駆動回路の設計または選択が容易になりますが、回避する方法はありません。これについては後で詳しく説明します。 MOSトランジスタの回路図を見ると、ドレインとソースの間に寄生ダイオードがあることがわかります。このダイオードは、ある程度の負荷を駆動する際に非常に重要です。ちなみに、ボディダイオードは金属酸化膜半導体トランジスタ（MOSトランジスタ）単体にのみ存在し、集積回路チップには通常存在しません。

2. MOSFETの伝導特性

オンとは、スイッチとしてはスイッチが閉じることと同等であることを意味します。 NMOSは、Vgsが一定値以上になるとオンする特性があり、ゲート電圧が4Vまたは10Vに達する限り、ソースを接地した場合（ローサイド駆動）に適しています。 PMOSはVgsが一定値以下になるとオンする特性があり、ソース接続VCC(ハイサイド駆動)に適しています。ただし、PMOS はハイエンド ドライバとして簡単に使用できますが、NMOS は抵抗が高く、価格が高く、AC の種類が少ないため、通常はハイエンド ドライバとして使用されます。金属酸化物半導体スイッチ管

3. MOSFETスイッチ 

NMOSでもPMOSでも、導通後はオン抵抗が存在するため、電流はこの抵抗にかかるエネルギーを消費することになります。これをオン損失といいます。オン損失を低減するには、オン抵抗の低いMOSトランジスタを選択してください。通常、低消費電力のMOS管のオン抵抗は数十mΩ程度で、中には数mΩでオン/オフするものもあります。 MOS は即座に完了してはなりません。 MOSの両端の電圧が下がり、電流が増加します。この間のMOSトランジスタの損失は電圧と電流の積であり、これをスイッチング損失といいます。一般に、スイッチング損失は導通損失よりもはるかに大きく、スイッチング周波数が速いほど損失も大きくなります。瞬間的な電圧と電流の積は非常に大きく、その結果生じる損失も非常に大きくなります。スイッチング時間を短縮すると、各導通時間を短縮できます。スイッチング周波数の損失低減により、単位時間当たりのスイッチング回数を削減できます。どちらの方法でもスイッチング損失を低減できます。

4. MOSFET駆動

バイポーラトランジスタと比較すると、MOSトランジスタは導通に電流を必要とせず、一定値以上のGS電圧のみが必要であると一般に考えられています。簡単ですが、やはりスピードが必要です。 MOSトランジスタの構造上、GSとGDの間に寄生容量があることが分かります。理論的には、MOS トランジスタの駆動は容量の充放電です。コンデンサを充電するには電流が必要です。充電の瞬間はコンデンサがショートしたとみなせるため、瞬間電流は比較的大きくなります。

MOSトランジスタドライバの選定・設計において、まず注意すべき点は瞬時短絡電流です。 4 番目の注意点は、ハイサイド駆動で一般的に使用される NMOS では、オン時のゲート電圧がソース電圧よりも高い必要があるということです。一方、ハイサイド駆動用MOSトランジスタのソース電圧とドレイン電圧(VCC)は同じなので、ゲート電圧はVCCより10Vまたは4V高くなります。同じシステムで、VCC より大きな電圧を得るために、特別な昇圧回路が必要になるとします。多くのモータードライバーはチャージポンプと統合されています。金属酸化膜半導体トランジスタを駆動するのに十分な短絡電流を得るには、適切な外付けコンデンサを選択する必要があることに注意してください。上記の 10V や 12V は一般的な MOS トランジスタのオン電圧ですので、必ずある程度の余裕を持って設計してください。また、電圧が高いほど導通速度が速くなり、導通抵抗が小さくなります。導通電圧の低い MOS チューブはさまざまなカテゴリで常に使用されていますが、4V の車載電子システムでは、通常の XNUMXV 導通で十分です。

MOS 管の主なパラメータは次のとおりです。

1. ゲート・ソース間耐圧 BVGS-VGS ゲート電流 IG がゼロから急激に増加すると、ゲート・ソース間電圧が増加します。これをゲート・ソース間耐圧 BVGS と呼びます。

2. ターンオン電圧 VT - ターンオン電圧 (しきい値電圧とも呼ばれます): ソース S とドレイン D の間の開始端が導電チャネルを形成します。・標準的なNチャネルMOSトランジスタの必要ゲート電圧は3～6V程度ですが、プロセス改善によりMOSトランジスタのVT値は2～3Vまで低減可能です。

3. ドレイン・ソース間耐圧 BVDS- VGS=0（エンハンスメントモード）の条件において、ID が急激に増加し始める過程での VDS をドレイン・ソース間耐圧 BVDS-ID と呼びます。成長の理由は XNUMX つあります。

(1) ドレイン左側付近の空乏層のアバランシェ降伏。

(2) ドレイン・ソース間パンチスルー破壊 - 一部の MOS ではチャネル長が短くなります。 VDS を時々増加させると、ドレインの空乏層がソース領域まで伸びることがあり、チャネル長がゼロ、つまりドレイン-ソース間のパンチスルーになります。パンチスルー後、ソース領域のほとんどのキャリアは空乏層の電界によって直接吸収され、ドレイン領域に到達するため、ID.4 が大きくなります。の特徴

4. 直流入力抵抗RGS、つまりゲート・ソース間に印加される電圧とゲート電流の比は、金属酸化物半導体トランジスタのゲートに流れるゲート電流RGSで表される場合があり、1010.5×XNUMXを優に超えます。低周波相互コンダクタンス GM - VDS が固定値であるという条件下で、この変化を引き起こすゲート・ソース間電圧の微変数に対するドレイン電流の微変数の比は、相互コンダクタンス GM と呼ばれ、制御能力を反映します。ゲート・ソース間電圧とドレイン電流は、MOS トランジスタの増幅能力を特徴付ける重要なパラメータであり、通常は数 Ma/V の範囲にあります。