Bases MOSFET: flux de courant, principes des semi-conducteurs et comportement de circuit

MOSFET, abrégé pour le transistor à effet de champ semi-conducteur d'oxyde métallique, est un élément de construction fondamental dans l'électronique moderne, abrégé parfois comme FET.En tant qu'ingénieur électronique, vous reconnaissez probablement les MOSFET, mais avez-vous approfondi suffisamment profondément pour maîtriser leurs subtilités?Dans cet article, nous explorerons l'essence de l'écoulement actuel et des semi-conducteurs, plongerons dans la construction et la représentation des MOSFET et décoderont leurs symboles de circuit.

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Les principes fondamentaux du flux actuel

Commençons par une requête: comment saisissez-vous le mouvement du courant et des électrons dans un circuit?

Figure 1: Insight

Le champ électrique, comme démontré dans la figure 1, se déplace de l'électrode positive à la batterie à l'électrode.À l'inverse, les électrons se rendent en face du terrain, en commençant par l'électrode négative et en se déplaçant vers le positif.

Bases des semi-conducteurs et des MOSFET

Les MOSFET proviennent de matériaux semi-conducteurs comme le silicium, qui comble l'écart entre les propriétés conductrices et isolantes.L'élaboration d'un conducteur compétent consiste à introduire des impuretés dans des cristaux purs.Les impuretés pentavalentes transforment les semi-conducteurs en type N, dominés par les porteurs d'électrons.À l'inverse, les impuretés trivalentes produisent un semi-conducteur de type P, où les trous règnent en tant que porteurs de charge majoritaires.

Figure 2: expliquée

Dans la figure 2, la connexion des semi-conducteurs de type N et de type P entraîne des trous de type P remplissant les électrons à la jonction, formant une zone de déplétion.La connexion du type P à la borne positive de la batterie et au type N au négatif minimise cette zone dans un biais avant.L'inversion de la polarité intensifie la zone de déplétion, créant ainsi un biais inverse.

Types de MOSFETS

Les MOSFET sont classés en deux types principaux: l'amélioration et la déplétion, divisés en N-canal et en p.

Un MOSFET à N-canal, en particulier le mode d'amélioration, est notre objectif.Son principe de fonctionnement commence ici.

Figure 3: Structure MOSFET

Dans la figure 3, observez la composition du MOSFET: un type N à tête jaune, un semi-conducteur de type P bleu et leurs connexions.Le point de départ est le terminal du substrat bleu.Du côté jaune, les bornes divergent dans la source et le drain.Ces composants sont entrecoupés par une fine couche isolante, surmontée de la borne de la porte, comme indiqué plus en détail sur la figure 4.

Figure 4: Structure MOSFET

Notamment, en raison de la nature symétrique, les MOSFET permettent l'interchangeabilité du drain source.Avec la source liée en interne au substrat, notre observation se réduit à trois bornes à un potentiel uniforme, bloquant le courant de la source du substrat.

Pour un flux de courant optimal du drain à la source dans un MOSFET, une batterie relie ces bornes, définissant des VD.

Figure 5: Relation dynamique entre le courant de drain et les VD

Principes opérationnels MOSFET

L'extrémité positive de la batterie élève la tension de la borne de drain, élargissant l'épuisement entre le drain et le substrat, inhibant le débit de courant - l'état désactivé ou la région de coupure.

La construction d'un canal, crucial pour le flux de courant de vidange, implique une petite source de tension entre la porte et le substrat, à venir dans la figure 6.

Figure 6: Établir un canal

En fixant la porte de l'extrémité positive de la batterie, appelé VGS, un champ se forme.Les trous de substrat de type P prédominent, avec des électrons libres clairsemés présents.Ce champ électrique invite les électrons vers la grille de la porte, restreints par la présence de l'isolateur, s'accumulant à proximité.

Comparativement à la capacité de stockage des charges électriques des condensateurs, l'isolateur d'un MOSFET améliore la présence de charge, dessinant plus d'électrons.

Figure 7: Analyse

La figure 7 révèle une zone de boîte rouge sans trous remplie d'électrons, convertissant la région en semi-conducteur de type N.La connexion de la source et du drain forme un canal, permettant le transit électronique.Réglage de la tension de la porte Modifier la largeur du canal, influençant la tension de seuil et l'épaisseur du canal.

Figure 8: Contribution

Création post-canal, la figure 8 dépeint la procédure actuelle du drain à la source, entraînée par des électrons nourris à la source recueillis par le drain.Ce flux directionnel sous-tend les conventions de dénomination: source et drain.

Dans la région ohmique, les MOSFET sont conformes à la loi d'Ohm, alignant la croissance du courant avec l'augmentation de la tension.Pourtant, la tension accrue étend la zone de déplétion, en particulier lorsque les électrons de canal s'écoulent vers un potentiel positif.Cette réduction du courant culmine dans l'effet de pincement, mais en pratique, le volume électronique stabilise l'écoulement, en maintenant un courant de saturation sans cessez - introduisant ainsi la zone de saturation.

Les MOSFET sont surnommés les dispositifs contrôlés par tension étant donné le rôle de la tension de la porte dans la gestion du flux de courant.La porte reste sans courant.

Figure 9: Caractéristiques

Dans la figure 9, le côté gauche décrit les caractéristiques de drainage contre la caractéristique de transfert à des VD constants à droite.

Les MOSFET en mode épuisement, tout en étant apparenté à l'amélioration, possèdent intrinsèquement un canal post-dopage.Leur opération fait écho aux types d'amélioration, bien que différent dans une consommation plus élevée par défaut.Contrairement au type d'amélioration fermé, ils sont ouverts par défaut et se ferment sous tension de porte négative.

Figure 10: Symbole de circuit

La figure 10 présente des symboles MOSFET traditionnels: quatre bornes comprenant la source, la porte, le drain et le substrat, avec une liaison interne source-substrat.Pour N canaux, les flèches ciblent le substrat;Pour les canaux P, ils divergent de la porte.

Questions fréquemment posées [FAQ]

1. JFET contre MOSFET: Qu'est-ce qui les différencie?

JFETS s'adresse au traitement mineur du signal, au rôle des MOSFET contrastés dans les alimentations linéaires et en mode commutateur.Les JFET se bifurcissent dans le canal N et le canal p, tandis que les MOSFET se diversifient en quatre catégories distinctes: le canal N et le canal P, à la fois dans les variétés d'amélioration et d'épuisement.MOSFETS segment davantage par conductivité dans les canaux verticaux et latéraux, avec des sous-ensembles comme VMOSFET, DMOSFET et UMOSFET.

2. Définissez un MOSFET de commutation.

Le changement de MOSFET brille dans des applications à haute fréquence, avec une faible résistance lorsqu'elle est active et une petite capacité de porte.Contrairement aux FET typiques, ils excellent dans les opérations de commutation absente des contraintes de linéarité.Principalement présenté dans les circuits d'alimentation.

3. Connectivité de l'électrode MOSFET

Pour les MOSFET à canal N avec des flèches qui gingent vers l'intérieur, connectez le drain à un niveau élevé (G), la porte positive et la source négative.Si les VG dépassent le seuil de pincement (parfois autour de 1 V), D et S s'activent, dirigeant le courant de D à S. l'adhésion à la plage de tension sûre de G (sous 30V, généralement autour de 10V) et la considération de la tension et de la transconductance de DS sont paramount (par exemple, 2N60B IDS = 2A, VDS = 600V).