Explicação detalhada do diagrama do princípio de funcionamento do MOSFET | Análise da estrutura interna do FET

MOSFET é um dos componentes mais básicos da indústria de semicondutores. Em circuitos eletrônicos, o MOSFET é geralmente usado em circuitos amplificadores de potência ou circuitos de comutação de fonte de alimentação e é amplamente utilizado. Abaixo,OLUKEYlhe dará uma explicação detalhada do princípio de funcionamento do MOSFET e analisará a estrutura interna do MOSFET.

O que éMOSFET

MOSFET, transistor de efeito arquivado semicondutor de óxido metálico (MOSFET). É um transistor de efeito de campo que pode ser amplamente utilizado em circuitos analógicos e circuitos digitais. De acordo com a diferença de polaridade de seu “canal” (portadora de trabalho), ele pode ser dividido em dois tipos: “tipo N” e “tipo P”, que costumam ser chamados de NMOS e PMOS.

Princípio de funcionamento do MOSFET

O MOSFET pode ser dividido em tipo de aprimoramento e tipo de esgotamento de acordo com o modo de trabalho. O tipo de aprimoramento refere-se ao MOSFET quando nenhuma tensão de polarização é aplicada e não há conexão.canal dutivo. O tipo de esgotamento refere-se ao MOSFET quando nenhuma tensão de polarização é aplicada. Um canal condutor aparecerá.

Em aplicações reais, existem apenas MOSFETs do tipo de aprimoramento de canal N e do tipo de aprimoramento de canal P. Como os NMOSFETs têm pequena resistência no estado e são fáceis de fabricar, o NMOS é mais comum que o PMOS em aplicações reais.

Modo de aprimoramento MOSFET

Existem duas junções PN consecutivas entre o dreno D e a fonte S do MOSFET de modo de aprimoramento. Quando a tensão porta-fonte VGS = 0, mesmo que a tensão dreno-fonte VDS seja adicionada, sempre há uma junção PN em estado de polarização reversa e não há canal condutor entre o dreno e a fonte (nenhuma corrente flui ). Portanto, a corrente de drenagem ID=0 neste momento.

Neste momento, se uma tensão direta for adicionada entre a porta e a fonte. Ou seja, VGS>0, então um campo elétrico com a porta alinhada com o substrato de silício tipo P será gerado na camada isolante de SiO2 entre o eletrodo da porta e o substrato de silício. Como a camada de óxido é isolante, a tensão VGS aplicada à porta não pode produzir corrente. Um capacitor é gerado em ambos os lados da camada de óxido, e o circuito equivalente VGS carrega esse capacitor (capacitor). E gera um campo elétrico, à medida que o VGS sobe lentamente, atraído pela tensão positiva da porta. Um grande número de elétrons se acumula no outro lado deste capacitor (capacitor) e cria um canal condutor do tipo N do dreno à fonte. Quando VGS excede a tensão de ativação VT do tubo (geralmente cerca de 2V), o tubo do canal N apenas começa a conduzir, gerando uma corrente de dreno ID. Chamamos de tensão porta-fonte quando o canal começa a gerar a tensão de ativação. Geralmente expresso como VT.

Controlar o tamanho da tensão de porta VGS altera a força ou fraqueza do campo elétrico, e o efeito de controlar o tamanho da corrente de dreno ID pode ser alcançado. Esta também é uma característica importante dos MOSFETs que usam campos elétricos para controlar a corrente, por isso também são chamados de transistores de efeito de campo.

Estrutura interna do MOSFET

Em um substrato de silício tipo P com baixa concentração de impurezas, duas regiões N+ com alta concentração de impurezas são feitas e dois eletrodos são retirados do metal alumínio para servir como dreno d e fonte s, respectivamente. Em seguida, a superfície do semicondutor é coberta com uma camada isolante extremamente fina de dióxido de silício (SiO2), e um eletrodo de alumínio é instalado na camada isolante entre o dreno e a fonte para servir como porta g. Um eletrodo B também é desenhado no substrato, formando um MOSFET de modo de aprimoramento de canal N. O mesmo se aplica à formação interna de MOSFETs do tipo aprimoramento de canal P.

Símbolos de circuito MOSFET de canal N e MOSFET de canal P

A imagem acima mostra o símbolo do circuito MOSFET. Na figura, D é o dreno, S é a fonte, G é a porta e a seta no meio representa o substrato. Se a seta apontar para dentro, indica um MOSFET de canal N, e se a seta apontar para fora, indica um MOSFET de canal P.

Símbolos de circuito MOSFET de canal N duplo, MOSFET de canal P duplo e MOSFET de canal N + P

Na verdade, durante o processo de fabricação do MOSFET, o substrato é conectado à fonte antes de sair da fábrica. Portanto, nas regras de simbologia, o símbolo da seta que representa o substrato também deve estar conectado à fonte para distinguir o dreno e a fonte. A polaridade da tensão usada pelo MOSFET é semelhante à do nosso transistor tradicional. O canal N é semelhante a um transistor NPN. O dreno D está conectado ao eletrodo positivo e a fonte S está conectada ao eletrodo negativo. Quando a porta G tem tensão positiva, um canal condutor é formado e o MOSFET do canal N começa a funcionar. Da mesma forma, o canal P é semelhante a um transistor PNP. O dreno D é conectado ao eletrodo negativo, a fonte S é conectada ao eletrodo positivo e quando a porta G tem tensão negativa, um canal condutor é formado e o MOSFET do canal P começa a funcionar.

Princípio de perda de comutação MOSFET

Seja NMOS ou PMOS, existe uma resistência interna de condução gerada após ser ligado, de forma que a corrente consumirá energia nesta resistência interna. Esta parte da energia consumida é chamada de consumo de condução. A seleção de um MOSFET com uma pequena resistência interna de condução reduzirá efetivamente o consumo de condução. A resistência interna atual dos MOSFETs de baixa potência é geralmente em torno de dezenas de miliohms, e também existem vários miliohms.

Quando o MOS é ativado e encerrado, isso não deve ser realizado em um instante. A tensão em ambos os lados do MOS terá uma diminuição efetiva e a corrente que flui através dele aumentará. Durante este período, a perda do MOSFET é o produto da tensão e da corrente, que é a perda de comutação. De modo geral, as perdas de comutação são muito maiores que as perdas de condução e, quanto mais rápida for a frequência de comutação, maiores serão as perdas.

O produto da tensão e da corrente no momento da condução é muito grande, resultando em perdas muito grandes. As perdas de comutação podem ser reduzidas de duas maneiras. Uma é reduzir o tempo de comutação, o que pode efetivamente reduzir a perda durante cada ligação; a outra é reduzir a frequência de comutação, o que pode reduzir o número de interruptores por unidade de tempo.

O texto acima é uma explicação detalhada do diagrama do princípio de funcionamento do MOSFET e uma análise da estrutura interna do MOSFET. Para saber mais sobre o MOSFET, consulte a OLUKEY para fornecer suporte técnico ao MOSFET!