Transistor hiệu ứng trường MOS (FET) là một loại thiết bị bán dẫn hoạt động theo nguyên lý hiệu ứng trường. So với các bóng bán dẫn lưỡng cực thông thường, FET có các đặc điểm là trở kháng đầu vào cao, độ ồn thấp, dải động lớn, tiêu thụ điện năng thấp và tích hợp dễ dàng và đã được sử dụng rộng rãi.

SLKOR MOSFE

Có nhiều loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường, chủ yếu được chia thành bóng bán dẫn hiệu ứng trường nối và bóng bán dẫn hiệu ứng trường cổng cách điện. Tất cả đều có kênh N và kênh P.

Transistor hiệu ứng trường cổng còn được gọi là bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại (MOSFET), được chia thành bóng bán dẫn MOS loại cạn kiệt và bóng bán dẫn MOS loại tăng cường.

Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có thể được chia thành các bóng bán dẫn một cổng và các bóng bán dẫn hai cổng. FET cổng đôi có hai cổng G1 và G2 độc lập, có cấu trúc tương đương với hai FET cổng đơn được mắc nối tiếp và sự thay đổi dòng điện đầu ra của nó được điều khiển bởi hai điện áp cổng. Tính năng này của FET cổng đôi sẽ mang lại sự tiện lợi lớn khi được sử dụng làm bộ khuếch đại tần số cao, bộ khuếch đại điều khiển khuếch đại, bộ trộn và bộ giải điều chế.

1. Các loại và cấu tạo của ống mos

MOSFET là một loại FET (loại còn lại là JFET), có thể được chế tạo thành loại tăng cường hoặc suy giảm, kênh P hoặc kênh N. Tuy nhiên, ứng dụng lý thuyết chỉ cần bóng bán dẫn MOS kênh N loại cải tiến và bóng bán dẫn MOS kênh P loại cải tiến, vì vậy NMOS hoặc PMOS thường được đề cập đến. Về lý do tại sao không sử dụng bóng bán dẫn MOS cạn kiệt thì không nên tìm hiểu. Đối với hai bóng bán dẫn MOS cải tiến này, NMOS thường được sử dụng. Lý do là điện trở thấp và dễ chế tạo. Vì vậy, trong ứng dụng chuyển mạch nguồn điện và truyền động động cơ, NMOS thường được sử dụng. Trong phần giới thiệu sau đây, NMOS cũng là bit chính. Có điện dung ký sinh giữa ba chân của bóng bán dẫn MOS, đây không phải là thứ chúng ta cần mà do hạn chế của quá trình sản xuất. Sự tồn tại của điện dung ký sinh làm cho việc thiết kế hoặc lựa chọn mạch điều khiển dễ dàng hơn, nhưng không có cách nào để tránh điều đó, điều này sẽ được mô tả chi tiết sau. Có thể thấy trong sơ đồ của bóng bán dẫn MOS có một diode ký sinh giữa cực máng và nguồn. Diode này rất quan trọng khi lái xe với tải hợp lý. Ngẫu nhiên, diode cơ thể chỉ tồn tại trong một bóng bán dẫn oxit kim loại duy nhất, thường không có trong các chip mạch tích hợp.

2. Đặc tính dẫn điện của MOSFET

Bật có nghĩa là, với tư cách là một công tắc, nó tương đương với việc đóng công tắc. Tính năng của NMOS, khi VSS lớn hơn một giá trị nhất định thì sẽ bật, phù hợp với trường hợp nguồn được nối đất (lái xe phía thấp), miễn là điện áp cổng đạt 4V hoặc 10V. Đặc điểm của PMOS là khi VSS nhỏ hơn một giá trị nhất định thì sẽ bật, phù hợp với kết nối nguồn VCC (ổ phía cao). Tuy nhiên, mặc dù PMOS có thể dễ dàng được sử dụng làm trình điều khiển cao cấp nhưng NMOS thường được sử dụng làm trình điều khiển cao cấp vì điện trở cao, giá cao và ít loại AC.3. Ống chuyển mạch bán dẫn oxit kim loại

3. Công tắc MOSFET 

Bất kể tổn thất là NMOS hay PMOS, sau khi dẫn truyền đều có điện trở bật, do đó dòng điện sẽ tiêu thụ năng lượng trên điện trở này, gọi là tổn thất. Chọn bóng bán dẫn MOS có điện trở thấp để giảm tổn thất. Thông thường, điện trở bật của các ống MOS công suất thấp là khoảng hàng chục miliohm, và một số trong số chúng có thể bật tắt trong vài miliohm. MOS không được hoàn thành ngay lập tức. Điện áp ở cả hai đầu của MOS giảm và dòng điện tăng. Trong giai đoạn này, tổn thất của bóng bán dẫn MOS là sản phẩm của điện áp và dòng điện, được gọi là tổn thất chuyển mạch. Nói chung, tổn thất chuyển mạch lớn hơn nhiều so với tổn thất dẫn truyền và tần số chuyển mạch càng nhanh thì tổn thất càng lớn. Tích của điện áp và dòng điện tức thời là rất lớn và tổn thất cũng rất lớn. Việc rút ngắn thời gian chuyển mạch có thể làm giảm thời gian dẫn truyền của mỗi lần; Việc giảm tổn thất tần số chuyển mạch có thể làm giảm thời gian chuyển mạch trên một đơn vị thời gian. Cả hai phương pháp đều có thể làm giảm tổn thất chuyển mạch.

4. Lái xe MOSFET

So với bóng bán dẫn lưỡng cực, người ta thường tin rằng bóng bán dẫn MOS không cần dòng điện để dẫn điện mà chỉ cần điện áp GS cao hơn một giá trị nhất định. Việc này dễ thực hiện nhưng chúng ta vẫn cần tốc độ. Trong cấu trúc của bóng bán dẫn MOS, chúng ta có thể thấy có sự điện dung ký sinh giữa GS và GD. Về mặt lý thuyết, hoạt động của bóng bán dẫn MOS là nạp và xả điện dung. Cần có dòng điện để sạc tụ điện. Bởi vì tụ điện có thể được coi là ngắn mạch tại thời điểm sạc, dòng điện tức thời sẽ tương đối lớn.

Khi lựa chọn/thiết kế trình điều khiển bóng bán dẫn MOS, điều đầu tiên cần chú ý là dòng điện ngắn mạch tức thời. Lưu ý thứ hai là NMOS thường được sử dụng trong lái xe phía cao yêu cầu điện áp cổng khi bật phải cao hơn điện áp nguồn. Mặt khác, điện áp nguồn và điện áp thoát (VCC) của bóng bán dẫn MOS điều khiển phía cao là như nhau nên điện áp cổng cao hơn VCC 4V hoặc 10V. Giả sử rằng trong cùng một hệ thống, để có được điện áp lớn hơn VCC, cần có một mạch tăng áp đặc biệt. Nhiều trình điều khiển động cơ được tích hợp với máy bơm sạc. Cần lưu ý rằng nên chọn một tụ điện bên ngoài thích hợp để có đủ dòng điện ngắn mạch để điều khiển bóng bán dẫn oxit kim loại. 4V hoặc 10V được đề cập ở trên là điện áp bật của các bóng bán dẫn MOS thông thường, do đó chắc chắn có một số giới hạn trong thiết kế. Ngoài ra, điện áp càng cao thì tốc độ dẫn truyền càng nhanh và điện trở dẫn càng nhỏ. Các ống MOS có điện áp dẫn thấp luôn được sử dụng trong các loại khác nhau, nhưng trong hệ thống điện tử ô tô 12V, dẫn điện 4v thông thường là đủ.

Các thông số chính của ống MOS như sau:

1. Điện áp đánh thủng nguồn cổng BVGS-VGS Khi dòng điện cổng IG tăng mạnh từ XNUMX, điện áp nguồn cổng tăng lên, gọi là điện áp đánh thủng nguồn cổng BVGS.

2. Điện áp đóng VT- Điện áp đóng (còn gọi là điện áp ngưỡng): điểm đầu giữa nguồn S và cực D tạo thành kênh dẫn; -Điện áp cổng yêu cầu của bóng bán dẫn MOS kênh N tiêu chuẩn là khoảng 3 ~ 6V-.-Giá trị VT của bóng bán dẫn MOS có thể giảm xuống 2 ~ 3V sau khi cải tiến quy trình.

3. Điện áp đánh thủng nguồn xả BVDS- Trong điều kiện VGS=0 (chế độ tăng cường), VDS được gọi là điện áp đánh thủng nguồn xả BVDS-ID trong quá trình ID bắt đầu tăng mạnh. Có hai lý do cho sự tăng trưởng:

(1) Sạt lở phá hủy lớp cạn kiệt gần phía bên trái cống.

(2) Sự cố xuyên thủng nguồn xả ở một số MOS, độ dài kênh ngắn. Việc tăng VDS theo thời gian sẽ làm cho lớp suy giảm cống thỉnh thoảng mở rộng đến vùng nguồn, làm cho độ dài kênh bằng 4, nghĩa là xuyên qua nguồn thoát. Sau khi xuyên thủng, hầu hết các sóng mang trong vùng nguồn sẽ bị điện trường ở lớp cạn kiệt hấp thụ trực tiếp và đến vùng thoát nước, dẫn đến ID.XNUMX lớn. Đặc điểm của

4. Điện trở đầu vào DC RGS - nghĩa là tỷ lệ điện áp đặt giữa cổng và nguồn trên dòng điện cổng - đôi khi được biểu thị bằng dòng điện cổng chạy qua cổng RGS của bóng bán dẫn oxit kim loại, dễ dàng vượt quá 1010.5. Độ dẫn điện tần số thấp GM-Trong điều kiện VDS là một giá trị cố định, tỷ số giữa biến vi mô của dòng thoát với biến vi mô của điện áp nguồn cổng gây ra sự thay đổi này được gọi là độ dẫn điện-GM phản ánh khả năng điều khiển của Điện áp nguồn cổng để tiêu hao dòng điện - đây là một thông số quan trọng để mô tả khả năng khuếch đại của bóng bán dẫn MOS - thường nằm trong phạm vi vài Ma/V.