ทรานซิสเตอร์สนามผล MOS (FET) เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ชนิดหนึ่งที่ทำงานบนหลักการของสนามแม่เหล็ก เมื่อเปรียบเทียบกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ทั่วไป FET มีลักษณะของความต้านทานอินพุตสูง สัญญาณรบกวนต่ำ ช่วงไดนามิกขนาดใหญ่ การใช้พลังงานต่ำ และบูรณาการได้ง่าย และมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย

SLKOR MOSFET

มีทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามหลายประเภท ซึ่งส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามแบบแยกและทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์ประตูแบบหุ้มฉนวน พวกเขาทั้งหมดมีช่อง N และ P-channel

ทรานซิสเตอร์สนามผลเกตเรียกอีกอย่างว่าทรานซิสเตอร์สนามผลเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์ (MOSFET) ซึ่งแบ่งออกเป็นทรานซิสเตอร์ MOS ประเภทพร่องและทรานซิสเตอร์ MOS ประเภทการปรับปรุง

ทรานซิสเตอร์สนามผลสามารถแบ่งออกเป็นทรานซิสเตอร์ประตูเดียวและทรานซิสเตอร์สองประตู FET ประตูคู่มีประตูอิสระสองประตู G1 และ G2 ซึ่งมีโครงสร้างเทียบเท่ากับ FET ประตูเดียวสองประตูที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม และการเปลี่ยนแปลงของกระแสเอาต์พุตจะถูกควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้าสองประตู คุณลักษณะของ FET แบบประตูคู่นี้จะนำมาซึ่งความสะดวกสบายอย่างมาก เมื่อใช้เป็นเครื่องขยายสัญญาณความถี่สูง เครื่องขยายสัญญาณแบบควบคุมอัตราขยาย มิกเซอร์ และเครื่องดีโมดูเลเตอร์

1. ประเภทและโครงสร้างของท่อมอส

MOSFET เป็น FET ชนิดหนึ่ง (อีกชนิดหนึ่งคือ JFET) ซึ่งสามารถสร้างเป็นประเภทการปรับปรุงหรือการพร่อง P-channel หรือ N-channel อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้ทางทฤษฎีต้องการเพียงทรานซิสเตอร์ MOS แบบ N-channel แบบเพิ่มประสิทธิภาพและทรานซิสเตอร์ MOS แบบ P-channel แบบเพิ่มประสิทธิภาพเท่านั้น ดังนั้น NMOS หรือ PMOS มักจะถูกกล่าวถึง สำหรับสาเหตุที่ไม่ใช้ทรานซิสเตอร์ MOS พร่องจึงไม่แนะนำให้ค้นหา สำหรับทรานซิสเตอร์ MOS เพิ่มประสิทธิภาพสองตัวนี้ NMOS มักใช้กัน เหตุผลก็คือค่าความต้านทานออนต่ำและง่ายต่อการผลิต ดังนั้นในการใช้งานสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลายและมอเตอร์ไดรฟ์จึงมักจะใช้ NMOS ในบทนำต่อไปนี้ NMOS ก็เป็นบิตหลักเช่นกัน มีประจุไฟฟ้าอยู่ระหว่างพินทั้งสามของทรานซิสเตอร์ MOS ซึ่งไม่ใช่สิ่งที่เราต้องการ แต่เนื่องจากข้อจำกัดของกระบวนการผลิต การมีอยู่ของความจุปรสิตทำให้การออกแบบหรือการเลือกวงจรขับเคลื่อนง่ายขึ้น แต่ก็ไม่มีทางหลีกเลี่ยงได้ ซึ่งจะอธิบายรายละเอียดในภายหลัง จะเห็นได้จากแผนผังของทรานซิสเตอร์ MOS ว่ามีไดโอดปรสิตอยู่ระหว่างท่อระบายกับแหล่งกำเนิด ไดโอดนี้มีความสำคัญมากเมื่อขับโหลดที่สมเหตุสมผล บังเอิญที่ตัวไดโอดมีอยู่ในทรานซิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์ตัวเดียวเท่านั้น ซึ่งมักจะไม่พบในชิปวงจรรวม

2. ลักษณะการนำไฟฟ้าของ MOSFET

เปิดหมายความว่าในฐานะสวิตช์จะเทียบเท่ากับการปิดสวิตช์ คุณสมบัติ NMOS เมื่อ Vgs มากกว่าค่าที่กำหนด มันจะเปิดขึ้น ซึ่งเหมาะสำหรับกรณีที่แหล่งกำเนิดมีการต่อสายดิน (การขับเคลื่อนด้านต่ำ) ตราบใดที่แรงดันเกตถึง 4V หรือ 10V ลักษณะเฉพาะของ PMOS เมื่อ Vgs น้อยกว่าค่าที่กำหนด มันจะเปิดขึ้น ซึ่งเหมาะสำหรับการเชื่อมต่อต้นทาง VCC (ไดรฟ์ฝั่งสูง) อย่างไรก็ตาม แม้ว่า PMOS จะสามารถใช้เป็นไดรเวอร์ระดับไฮเอนด์ได้อย่างง่ายดาย แต่ NMOS ก็มักจะถูกใช้เป็นไดรเวอร์ระดับไฮเอนด์ เนื่องจากมีความต้านทานสูง ราคาสูง และมีประเภท AC เพียงไม่กี่ชนิด3. ท่อสวิตช์สารกึ่งตัวนำโลหะออกไซด์

3. สวิตช์ MOSFET 

ไม่ว่าการสูญเสียจะเป็น NMOS หรือ PMOS ก็จะมีความต้านทานออนหลังการนำ ดังนั้นกระแสจะใช้พลังงานบนความต้านทานนี้ ซึ่งเรียกว่าออนลอส เลือกใช้ทรานซิสเตอร์ MOS ที่มีความต้านทานออนต่ำเพื่อลดการสูญเสีย โดยปกติแล้ว ค่าความต้านทานออนของหลอด MOS พลังงานต่ำจะอยู่ที่ประมาณสิบมิลลิโอห์ม และบางหลอดจะเปิดและปิดในเวลาไม่กี่มิลลิโอห์ม MOS จะต้องไม่เสร็จสิ้นทันที แรงดันไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองของ MOS จะลดลง และกระแสจะเพิ่มขึ้น ในช่วงเวลานี้ การสูญเสียทรานซิสเตอร์ MOS เป็นผลคูณของแรงดันและกระแส ซึ่งเรียกว่าการสูญเสียการสวิตชิ่ง โดยทั่วไป การสูญเสียการสวิตชิ่งจะมากกว่าการสูญเสียการนำไฟฟ้ามาก และยิ่งความถี่สวิตชิ่งเร็วเท่าไร การสูญเสียก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ผลคูณของแรงดันและกระแสทันทีมีขนาดใหญ่มากและการสูญเสียที่เกิดขึ้นก็มีมากเช่นกัน การลดเวลาในการเปลี่ยนสามารถลดเวลาการนำไฟฟ้าแต่ละครั้งได้ การลดการสูญเสียความถี่ในการสลับสามารถลดเวลาการสลับต่อหน่วยเวลาได้ ทั้งสองวิธีสามารถลดการสูญเสียการสลับได้

4. การขับขี่ MOSFET

เมื่อเปรียบเทียบกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ โดยทั่วไปเชื่อกันว่าทรานซิสเตอร์ MOS ไม่ต้องการกระแสไฟฟ้าในการนำ แต่ต้องการเพียงแรงดันไฟฟ้า GS ที่สูงกว่าค่าที่กำหนดเท่านั้น เป็นเรื่องง่ายที่จะทำ แต่เรายังต้องการความเร็ว ในโครงสร้างของทรานซิสเตอร์ MOS เราจะเห็นได้ว่ามีความจุของกาฝากระหว่าง GS และ GD ตามทฤษฎีแล้ว การขับเคลื่อนของทรานซิสเตอร์ MOS คือการชาร์จและการคายประจุของความจุ จำเป็นต้องใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อชาร์จตัวเก็บประจุ เนื่องจากตัวเก็บประจุถือได้ว่าเป็นไฟฟ้าลัดวงจรในขณะที่ชาร์จ กระแสไฟฟ้าทันทีจะมีขนาดค่อนข้างใหญ่

เมื่อเลือก/ออกแบบไดรเวอร์ทรานซิสเตอร์ MOS สิ่งแรกที่ต้องคำนึงถึงคือกระแสไฟฟ้าลัดวงจรทันที หมายเหตุประการที่สองคือ NMOS ที่ใช้กันทั่วไปในการขับขี่ด้านสูงต้องการให้แรงดันไฟฟ้าของเกตเมื่อเปิดเครื่องนั้นสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิด ในทางกลับกัน แรงดันแหล่งจ่ายและแรงดันเดรน (VCC) ของทรานซิสเตอร์ MOS ที่ขับเคลื่อนด้านสูงจะเท่ากัน ดังนั้นแรงดันเกตจึงสูงกว่า VCC 4V หรือ 10V สมมติว่าในระบบเดียวกัน เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่มากกว่า VCC จำเป็นต้องมีวงจรเพิ่มพิเศษ ตัวขับมอเตอร์หลายตัวถูกรวมเข้ากับปั๊มชาร์จ ควรสังเกตว่าควรเลือกตัวเก็บประจุภายนอกที่เหมาะสมเพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้าลัดวงจรเพียงพอในการขับเคลื่อนทรานซิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์ 4V หรือ 10V ที่กล่าวมาข้างต้นเป็นแรงดันไฟฟ้าเปิดของทรานซิสเตอร์ MOS ทั่วไป ดังนั้นจึงต้องมีระยะขอบในการออกแบบอย่างแน่นอน นอกจากนี้ ยิ่งแรงดันไฟฟ้าสูง ความเร็วการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งเร็วขึ้น และความต้านทานการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งน้อยลง หลอด MOS ที่มีแรงดันไฟฟ้าการนำไฟฟ้าต่ำมักจะใช้ในประเภทต่างๆ กัน แต่ในระบบอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ 12V การนำไฟฟ้า 4v ธรรมดาก็เพียงพอแล้ว

พารามิเตอร์หลักของหลอด MOS มีดังนี้:

1. แรงดันพังทลายของแหล่งกำเนิดเกต BVGS-VGS เมื่อ IG กระแสของเกตเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจากศูนย์ แรงดันพังทลายของแหล่งกำเนิดเกตจะเพิ่มขึ้น ซึ่งเรียกว่าแรงดันพังทลายของแหล่งกำเนิดเกต BVGS

2. แรงดันไฟฟ้าในการเปิด VT- แรงดันไฟฟ้าในการเปิด (เรียกอีกอย่างว่าแรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์): จุดสิ้นสุดเริ่มต้นระหว่างแหล่งกำเนิด S และท่อระบายน้ำ D ก่อให้เกิดช่องทางนำไฟฟ้า -แรงดันเกตที่ต้องการของทรานซิสเตอร์ N-channel MOS มาตรฐานคือประมาณ 3 ~ 6V-.-ค่า VT ของทรานซิสเตอร์ MOS สามารถลดลงเหลือ 2 ~ 3V หลังจากการปรับปรุงกระบวนการ

3. แรงดันพังทลายของแหล่งเดรน BVDS- ภายใต้เงื่อนไขของ VGS=0 (โหมดเพิ่มประสิทธิภาพ) VDS เรียกว่าแรงดันพังทลายของแหล่งเดรน BVDS-ID ในกระบวนการเมื่อ ID เริ่มเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว มีสองเหตุผลในการเติบโต:

(1) การพังทลายของชั้นการพร่องของหิมะถล่มใกล้กับด้านซ้ายของท่อระบายน้ำ

(2) การพังทลายของการเจาะผ่านแหล่งระบายใน MOS บางตัว ความยาวของช่องสัญญาณสั้น การเพิ่ม VDS เป็นครั้งคราวจะทำให้ชั้นการระบายน้ำที่หมดสิ้นขยายไปยังบริเวณต้นทางเป็นครั้งคราว ส่งผลให้ความยาวของช่องเป็นศูนย์ กล่าวคือ การเจาะทะลุแหล่งที่มาของท่อระบายน้ำ หลังจากการเจาะทะลุ ตัวพาส่วนใหญ่ในบริเวณแหล่งกำเนิดจะถูกดูดกลืนโดยตรงโดยสนามไฟฟ้าในชั้นพร่องและไปถึงบริเวณท่อระบายน้ำ ส่งผลให้เกิด ID ขนาดใหญ่4 ลักษณะของ

4. ความต้านทานอินพุต DC RGS นั่นคืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ระหว่างเกตและแหล่งกำเนิดต่อกระแสเกต บางครั้งแสดงโดยกระแสเกตที่ไหลผ่านเกต RGS ของทรานซิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์ ซึ่งเกิน 1010.5 ได้อย่างง่ายดาย การแปลงสื่อความถี่ต่ำ GM-ภายใต้เงื่อนไขว่า VDS เป็นค่าคงที่ อัตราส่วนของตัวแปรไมโครของกระแสเดรนต่อตัวแปรไมโครของแรงดันไฟฟ้าเกต-แหล่งกำเนิดที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนี้เรียกว่าทรานส์คอนดักเตอร์-GM สะท้อนถึงความสามารถในการควบคุมของ แรงดันเกต-แหล่งกำเนิดเพื่อระบายกระแส - เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการกำหนดลักษณะความสามารถในการขยายของทรานซิสเตอร์ MOS ซึ่งโดยปกติจะอยู่ในช่วง Ma/V หลายค่า