Tranzystor polowy MOS (FET) to rodzaj urządzenia półprzewodnikowego działającego na zasadzie efektu polowego. W porównaniu ze zwykłymi tranzystorami bipolarnymi, FET charakteryzuje się wysoką impedancją wejściową, niskim poziomem szumów, dużym zakresem dynamiki, niskim zużyciem energii i łatwą integracją i jest szeroko stosowany.

SLKOR MOSFET

Istnieje wiele rodzajów tranzystorów polowych, które dzielą się głównie na tranzystory polowe złączowe i tranzystory polowe z izolowaną bramką. Wszystkie mają kanał N i kanał P.

Tranzystor bramkowy, nazywany również tranzystorem polowym typu MOSFET (metal-tlen-półprzewodnik), dzieli się na tranzystor MOS typu zubożonego i tranzystor MOS typu wzbogaconego.

Tranzystory polowe można podzielić na tranzystory z pojedynczą bramką i tranzystory z podwójną bramką. FET z podwójną bramką ma dwie niezależne bramki G1 i G2, które strukturalnie odpowiadają dwóm tranzystorom FET z pojedynczą bramką połączonych szeregowo, a zmiana jego prądu wyjściowego jest kontrolowana przez dwa napięcia bramki. Ta cecha tranzystora FET z podwójną bramką zapewni dużą wygodę, gdy będzie on używany jako wzmacniacz wysokiej częstotliwości, wzmacniacz o kontrolowanym wzmocnieniu, mikser i demodulator.

1. Rodzaje i konstrukcje rur mos

Tranzystor MOSFET to rodzaj tranzystora FET (drugim jest JFET), który można wykonać w wersji z kanałem wzbogacanym lub zubożonym, z kanałem P lub N. Jednak do teoretycznych zastosowań potrzebny jest jedynie tranzystor MOS z kanałem N z wzbogaceniem i tranzystor MOS z kanałem P z wzbogaceniem, dlatego zazwyczaj mówi się o tranzystorach NMOS lub PMOS. Nie zaleca się ustalania przyczyn, dla których nie stosuje się tranzystorów MOS z zubożeniem. Spośród tych dwóch tranzystorów MOS z wzbogaceniem, powszechnie stosuje się tranzystory NMOS. Powodem jest niska rezystancja w stanie przewodzenia i łatwość produkcji. Dlatego w zastosowaniach zasilaczy impulsowych i napędów silników zazwyczaj stosuje się tranzystory NMOS. W poniższym wprowadzeniu NMOS jest również głównym bitem. Pomiędzy trzema pinami tranzystora MOS występuje pojemność pasożytnicza, która nie jest potrzebna, ale wynika z ograniczeń procesu produkcyjnego. Obecność pojemności pasożytniczej ułatwia projektowanie lub wybór układu sterującego, ale nie ma sposobu, aby jej uniknąć, co zostanie szczegółowo opisane później. Na schemacie tranzystora MOS widać, że między drenem a źródłem znajduje się dioda pasożytnicza. Dioda ta jest bardzo ważna przy sterowaniu rozsądnym obciążeniem. Nawiasem mówiąc, dioda ta występuje tylko w pojedynczym tranzystorze półprzewodnikowym z tlenkiem metalu, którego zazwyczaj nie ma w układach scalonych.

2. Charakterystyka przewodzenia MOSFET-u

Włączenie oznacza, że ​​jako przełącznik jest to równoznaczne z zamknięciem przełącznika. NMOS charakteryzuje się tym, że gdy Vgs jest większe od określonej wartości, włącza się, co jest odpowiednie w przypadku, gdy źródło jest uziemione (sterowanie po stronie niskiego napięcia), o ile napięcie bramki osiągnie 4 V lub 10 V. Charakterystyka PMOS, gdy Vgs jest mniejsze od określonej wartości, włącza się, co jest odpowiednie dla połączenia źródłowego VCC (napęd high-side). Jednakże, chociaż PMOS może być z łatwością używany jako sterownik wysokiej klasy, NMOS jest zwykle używany jako sterownik wysokiej klasy ze względu na jego wysoką rezystancję, wysoką cenę i kilka typów prądu przemiennego.3. Rurka przełącznika półprzewodnikowego z tlenku metalu

3. Przełącznik MOSFET 

Bez względu na to, czy strata jest NMOS czy PMOS, po przewodzeniu występuje rezystancja włączenia, więc prąd będzie zużywał energię na tej rezystancji, co nazywa się stratą w momencie włączenia. Wybierz tranzystor MOS z niską rezystancją, aby zmniejszyć straty. Zwykle rezystancja włączenia lamp MOS małej mocy wynosi około kilkudziesięciu miliomów, a niektóre z nich są włączane i wyłączane przy kilku miliomach. MOS nie może zostać ukończony natychmiast. Napięcie na obu końcach MOS maleje, a prąd wzrasta. W tym okresie strata tranzystora MOS jest iloczynem napięcia i prądu, co nazywa się stratą przełączania. Ogólnie rzecz biorąc, strata przełączania jest znacznie większa niż strata przewodzenia, a im większa częstotliwość przełączania, tym większa strata. Iloczyn chwilowego napięcia i prądu jest bardzo duży, a wynikająca z tego strata jest również bardzo duża. Skrócenie czasu przełączania może skrócić każdy czas przewodzenia; Redukcja strat częstotliwości przełączania może skrócić czasy przełączania w jednostce czasu. Obie metody mogą zmniejszyć straty przełączania.

4. Sterowanie MOSFET-em

W porównaniu z tranzystorami bipolarnymi powszechnie uważa się, że tranzystory MOS nie potrzebują prądu do przewodzenia, a jedynie napięcia GS wyższego niż pewna wartość. Łatwo to zrobić, ale nadal potrzebujemy szybkości. W strukturze tranzystora MOS widać, że pomiędzy GS i GD występuje pasożytnicza pojemność. Teoretycznie sterowanie tranzystorem MOS polega na ładowaniu i rozładowywaniu pojemności. Do naładowania kondensatora potrzebny jest prąd. Ponieważ kondensator można uznać za zwarcie w momencie ładowania, chwilowy prąd będzie stosunkowo duży.

Pierwszą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę przy wyborze/projektowaniu sterowników tranzystorów MOS, jest chwilowy prąd zwarciowy. Druga uwaga jest taka, że ​​NMOS powszechnie stosowany w sterowaniu po stronie wysokiego napięcia wymaga, aby napięcie bramki po włączeniu było wyższe niż napięcie źródła. Z drugiej strony napięcie źródła i napięcie drenu (VCC) tranzystora MOS sterującego stroną górną są takie same, więc napięcie bramki jest o 4 V lub 10 V wyższe niż VCC. Załóżmy, że w tym samym układzie, aby uzyskać napięcie większe od VCC, potrzebny jest specjalny obwód wzmacniający. Wiele sterowników silników jest zintegrowanych z pompami ładującymi. Należy zauważyć, że należy dobrać odpowiedni kondensator zewnętrzny, aby uzyskać prąd zwarciowy wystarczający do wysterowania tranzystora półprzewodnikowego z tlenku metalu. Wspomniane powyżej 4V lub 10V to napięcie włączenia zwykłych tranzystorów MOS, więc z pewnością jest pewien margines w projekcie. Ponadto im wyższe napięcie, tym większa prędkość przewodzenia i mniejszy opór przewodzenia. Lampy MOS o niskim napięciu przewodzenia są zawsze stosowane w różnych kategoriach, ale w samochodowych układach elektronicznych 12 V wystarczy zwykłe przewodzenie 4 V.

Główne parametry lampy MOS są następujące:

1. Napięcie przebicia bramki BVGS-VGS Kiedy prąd bramki IG gwałtownie wzrasta od zera, wzrasta napięcie bramki-źródła, które nazywa się napięciem przebicia bramki BVGS.

2. Napięcie włączające VT- Napięcie włączające (zwane także napięciem progowym): koniec początkowy między źródłem S a drenem D tworzy kanał przewodzący; -Wymagane napięcie bramki standardowego tranzystora MOS z kanałem N wynosi około 3 ~ 6V.-Wartość VT tranzystora MOS można zmniejszyć do 2 ~ 3V po udoskonaleniu procesu.

3. Napięcie przebicia dren-źródło BVDS- Pod warunkiem VGS=0 (tryb wzmocnienia), VDS nazywa się napięciem przebicia dren-źródło BVDS-ID w procesie, gdy ID zaczyna gwałtownie rosnąć. Powody wzrostu są dwa:

(1) Załamanie lawinowe warstwy zubożonej w pobliżu lewej strony drenażu.

(2) Przebicie typu dren-źródło w niektórych MOS, długość kanału jest krótka. Zwiększanie VDS od czasu do czasu spowoduje, że warstwa zubożona drenu będzie od czasu do czasu rozciągać się do obszaru źródłowego, powodując zerową długość kanału, czyli przebicie dren-źródło. Po przebiciu większość nośników w obszarze źródłowym zostanie bezpośrednio zaabsorbowana przez pole elektryczne w warstwie zubożonej i dotrze do obszaru drenu, co skutkuje dużym współczynnikiem ID.4. Charakterystyka

4. Rezystancja wejściowa prądu stałego RGS – czyli stosunek napięcia przyłożonego pomiędzy bramką a źródłem do prądu bramki – jest czasami wyrażany przez prąd bramki przepływający przez bramkę RGS tranzystora półprzewodnikowego z tlenku metalu, który z łatwością przekracza 1010.5. Transkonduktancja niskiej częstotliwości GM – pod warunkiem, że VDS ma stałą wartość, stosunek mikrozmiennej prądu drenu do mikrozmiennej napięcia bramki, która powoduje tę zmianę, nazywa się transkonduktancją – GM odzwierciedla zdolność kontrolną napięcie bramka-źródło do prądu drenu – jest to ważny parametr charakteryzujący zdolność wzmacniania tranzystorów MOS – zwykle w zakresie kilku Ma/V.