MOS 전계 효과 트랜지스터(FET)는 전계 효과 원리를 이용해 작동하는 일종의 반도체 소자입니다. 일반적인 바이폴라 트랜지스터와 비교하여 FET는 높은 입력 임피던스, 낮은 잡음, 큰 동적 범위, 낮은 전력 소비 및 쉬운 통합 특성을 가지며 널리 사용되었습니다.

SLKOR MOSFET

전계 효과 트랜지스터에는 여러 종류가 있으며 주로 접합 전계 효과 트랜지스터와 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터로 구분됩니다. 그들은 모두 N 채널과 P 채널을 가지고 있습니다.

게이트 전계 효과 트랜지스터는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)라고도 불리며, 공핍형 MOS 트랜지스터와 증가형 MOS 트랜지스터로 구분됩니다.

전계 효과 트랜지스터는 단일 게이트 트랜지스터와 이중 게이트 트랜지스터로 나눌 수 있습니다. 더블 게이트 FET는 1개의 독립적인 게이트 G2과 GXNUMX를 가지고 있으며, 이는 XNUMX개의 단일 게이트 FET를 직렬로 연결한 것과 구조적으로 동일하며, 출력 전류의 변화는 XNUMX개의 게이트 전압에 의해 제어됩니다. 이중 게이트 FET의 이러한 특징은 고주파 증폭기, 이득 제어 증폭기, 믹서 및 복조기로 사용될 때 큰 편리함을 제공합니다.

1. 모스튜브의 종류와 구조

MOSFET은 FET(다른 하나는 JFET)의 일종으로, 증가형 또는 공핍형, P채널 또는 N채널로 제작될 수 있습니다. 그러나 이론적으로는 증가형 N채널 MOS 트랜지스터와 증가형 P채널 MOS 트랜지스터만 필요하므로, 일반적으로 NMOS 또는 PMOS가 거론됩니다. 공핍형 MOS 트랜지스터가 사용되지 않는 이유는 알 수 없습니다. 이 두 가지 증가형 MOS 트랜지스터 중 NMOS가 일반적으로 사용됩니다. 그 이유는 온 저항이 낮고 제조가 용이하기 때문입니다. 따라서 스위칭 전원 공급 장치 및 모터 구동 응용 분야에서는 일반적으로 NMOS가 사용됩니다. 다음 소개에서도 NMOS가 주요 요소입니다. MOS 트랜지스터의 세 핀 사이에는 기생 커패시턴스가 있는데, 이는 우리가 필요로 하는 것이 아니라 제조 공정의 한계 때문입니다. 기생 커패시턴스의 존재는 구동 회로의 설계 또는 선택을 용이하게 하지만, 이를 피할 방법은 없으며, 이에 대해서는 나중에 자세히 설명합니다. MOS 트랜지스터의 회로도에서 드레인과 소스 사이에 기생 다이오드가 있음을 알 수 있습니다. 이 다이오드는 적정 부하를 구동할 때 매우 중요합니다. 참고로, 바디 다이오드는 일반적으로 집적 회로 칩에는 없는 단일 금속 산화물 반도체 트랜지스터에만 존재합니다.

2. MOSFET의 전도 특성

켜짐은 스위치로서 스위치를 닫는 것과 동일함을 의미합니다. NMOS 기능은 Vgs가 특정 값보다 크면 켜지며, 이는 게이트 전압이 4V 또는 10V에 도달하는 한 소스가 접지된 경우(로우사이드 구동)에 적합합니다. PMOS의 특성상 Vgs가 특정 값보다 작을 때 켜지며 이는 소스 연결 VCC(하이사이드 드라이브)에 적합합니다. 그러나 PMOS는 하이엔드 드라이버로 쉽게 사용할 수 있지만, NMOS는 저항이 크고 가격이 높으며 AC 유형이 적기 때문에 일반적으로 하이엔드 드라이버로 사용됩니다.3. 금속 산화물 반도체 스위치 튜브

3. MOSFET 스위치 

손실이 NMOS인지 PMOS인지에 관계없이 전도 후 온 저항이 있으므로 전류는 이 저항의 에너지를 소비합니다. 이를 온 손실이라고 합니다. 손실을 줄이려면 온 저항이 낮은 MOS 트랜지스터를 선택하세요. 일반적으로 저전력 MOS 튜브의 온 저항은 수십 옴 정도이며, 일부는 수 밀리옴 단위로 켜지고 꺼집니다. MOS는 즉시 완료되어서는 안 됩니다. MOS 양단의 전압은 감소하고 전류는 증가합니다. 이 기간 동안 MOS 트랜지스터의 손실은 전압과 전류의 곱이며 이를 스위칭 손실이라고 합니다. 일반적으로 스위칭 손실은 전도 손실보다 훨씬 크며, 스위칭 주파수가 빠를수록 손실도 커집니다. 순간적인 전압과 전류의 곱은 매우 크고, 그에 따른 손실도 매우 크다. 스위칭 시간을 단축하면 각 전도 시간을 줄일 수 있습니다. 스위칭 주파수의 손실을 줄이면 단위 시간당 스위칭 시간을 줄일 수 있습니다. 두 가지 방법 모두 스위칭 손실을 줄일 수 있습니다.

4. MOSFET 구동

바이폴라 트랜지스터와 비교하여 MOS 트랜지스터는 전도를 위해 전류가 필요하지 않고 특정 값보다 높은 GS 전압만 필요하다고 일반적으로 알려져 있습니다. 쉽지만 여전히 속도가 필요합니다. MOS 트랜지스터의 구조를 보면 GS와 GD 사이에 기생 용량이 존재하는 것을 알 수 있습니다. 이론적으로 MOS 트랜지스터의 구동은 커패시턴스의 충전 및 방전입니다. 커패시터를 충전하려면 전류가 필요합니다. 커패시터는 충전 순간 단락으로 간주될 수 있으므로 순간 전류가 상대적으로 커집니다.

MOS 트랜지스터 드라이버를 선택/설계할 때 가장 먼저 주의해야 할 것은 순간적인 단락 전류입니다. 두 번째로 하이사이드 구동에 흔히 사용되는 NMOS는 턴온 시 게이트 전압이 소스 전압보다 높아야 한다는 점이다. 반면, 하이 사이드 구동 MOS 트랜지스터의 소스 전압과 드레인 전압(VCC)은 동일하므로 게이트 전압은 VCC보다 4V 또는 10V 높습니다. 동일한 시스템에서 VCC보다 큰 전압을 얻기 위해서는 특별한 승압 회로가 필요하다고 가정합니다. 많은 모터 드라이버가 차지 펌프와 통합되어 있습니다. 금속 산화물 반도체 트랜지스터를 구동하기에 충분한 단락 전류를 얻기 위해서는 적절한 외부 커패시터를 선택해야 한다는 점에 유의해야 합니다. 위에서 언급한 4V 또는 10V는 일반적인 MOS 트랜지스터의 턴온 전압이므로 설계에는 확실히 약간의 마진이 있습니다. 또한, 전압이 높을수록 전도 속도는 빨라지고 전도 저항은 작아집니다. 전도 전압이 낮은 MOS 튜브는 항상 다양한 범주에서 사용되지만 12V 자동차 전자 시스템에서는 일반 4V 전도로 충분합니다.

MOS 튜브의 주요 매개 변수는 다음과 같습니다:

1. 게이트-소스 내압(BVGS-VGS) 게이트 전류(IG)가 XNUMX에서 급격히 증가하면 게이트-소스 전압이 증가하는데, 이를 게이트-소스 내압(BVGS)이라 한다.

2. 켜기 전압 VT - 켜기 전압(임계 전압이라고도 함): 소스 S와 드레인 D 사이의 시작 끝은 전도 채널을 형성합니다. - 표준 N채널 MOS 트랜지스터에 필요한 게이트 전압은 약 3~6V입니다. - MOS 트랜지스터의 VT 값은 공정 개선 후 2~3V로 줄일 수 있습니다.

3. 드레인-소스 항복전압 BVDS- VGS=0(강화 모드) 조건에서 ID가 급격히 증가하기 시작하는 과정에서 VDS를 드레인-소스 항복전압 BVDS-ID라고 한다. 성장에는 두 가지 이유가 있습니다.

(1) 배수구 왼쪽 근처 공핍층의 눈사태 붕괴.

(2) 드레인 소스 펀치 스루 항복 - 일부 MOS에서는 채널 길이가 짧습니다. 때때로 VDS를 증가시키면 드레인 공핍층이 때때로 소스 영역까지 확장되어 채널 길이가 4이 됩니다. 즉, 드레인-소스 펀치스루가 됩니다. 펀치스루 후 소스 영역의 대부분 캐리어는 공핍층의 전기장에 직접 흡수되어 드레인 영역에 도달하여 ID.XNUMX가 커집니다. 의 특징

4. DC 입력 저항 RGS, 즉 게이트와 소스 사이에 인가되는 전압 대 게이트 전류의 비율은 금속 산화물 반도체 트랜지스터의 게이트 RGS를 흐르는 게이트 전류로 표현되는 경우가 있으며 이는 1010.5를 쉽게 초과합니다. 저주파 트랜스컨덕턴스 GM-VDS가 고정된 값이라는 조건에서 이러한 변화를 일으키는 게이트-소스 전압의 미변수에 대한 드레인 전류의 미변수의 비율을 트랜스컨덕턴스-GM이라고 합니다. 전류를 배출하는 게이트-소스 전압은 MOS 트랜지스터의 증폭 능력을 특성화하는 중요한 매개변수이며 일반적으로 수 Ma/V 범위입니다.