Principios básicos de Mosfet: fluxo actual, principios de semiconductores e comportamento do circuíto

Mosfet, curto para o transistor de efectos de campo de semiconductor de óxido metálico, é un bloque de construción fundamental na electrónica moderna, abreviado ás veces como FET.Como enxeñeiro electrónico, é probable que recoñeza Mosfets, pero afondaches o suficientemente profundo como para dominar os seus complexos?Neste artigo, exploraremos a esencia do fluxo actual e dos semiconductores, afondaremos na construción e representación de MOSFETs e decodificar os seus símbolos do circuíto.

Catálogo

Os fundamentos do fluxo actual

Comecemos cunha consulta: ¿Que ben comprende o movemento de corrente e electróns dentro dun circuíto?

Figura 1: Insight

O campo eléctrico, como se demostra na figura 1, viaxa do electrodo positivo a negativo da batería.Pola contra, os electróns viaxan fronte ao campo, comezando polo electrodo negativo e avanzando cara ao positivo.

Basics de semiconductores e mosfets

Os mosfets teñen a súa orixe en materiais de semiconductor como o silicio, que cumpre a brecha entre propiedades condutivas e illativas.A elaboración dun condutor competente implica introducir impurezas en cristais puros.As impurezas pentavalentes transforman os semiconductores en tipo N, dominados por transportistas de electróns.Pola contra, as impurezas trivalentes producen un semiconductor de tipo P, onde os buracos reinan como portadores de carga maioritaria.

Figura 2: explicado

Na figura 2, os semiconductores de tipo N e os semiconductores de tipo P resulta en que os electróns enchen buracos de tipo P na unión, formando unha zona de esgotamento.Conectando o tipo P ao terminal positivo da batería e o tipo N ao negativo minimiza esta zona nun sesgo adiante.A polaridade revertida intensifica a zona de esgotamento, creando así sesgo inverso.

Tipos de mosfets

Os MOSFET clasifícanse en dous tipos principais: a mellora e o esgotamento, divídense aínda máis na canle N e na canle P.

Un MOSFET da canle N, particularmente o modo de mellora, é o noso foco.O seu principio de funcionamento comeza aquí.

Figura 3: estrutura MOSFET

Na figura 3, observa a composición do Mosfet: un tipo N de cor amarela, un semiconductor de tipo P azul e as súas conexións.O punto de partida é o terminal de substrato azul.Desde o lado amarelo, os terminais diverxen na fonte e drenan.Estes compoñentes están intercalados por unha fina capa illante, rematada polo terminal da porta, como se mostra máis adiante na figura 4.

Figura 4: Estrutura Mosfet

Destacable, debido á natureza simétrica, os MOSFET permiten a intercambiabilidade do drenaxe da fonte.Coa fonte atada internamente ao substrato, a nosa observación reduce a tres terminais nun potencial uniforme, bloqueando a corrente de fonte de substrato.

Para o fluxo de corrente óptimo de drenaxe a fonte nun MOSFET, unha batería conecta estes terminais, definindo VDS.

Figura 5: relación dinámica entre corrente de drenaxe e VDS

Principios operativos de Mosfet

O extremo positivo da batería eleva a tensión do terminal de drenaxe, ampliando o esgotamento entre o drenaxe e o substrato, inhibindo o fluxo de corrente: o estado fóra ou a rexión de corte.

Construír unha canle, crucial para o fluxo de corrente de fonte de drenaxe, implica unha pequena fonte de tensión entre a porta e o substrato, que se achega na figura 6.

Figura 6: Establecer unha canle

Ao asegurar a porta ao extremo positivo da batería, denominada VGS, fórmase un campo.Predominan os buracos do substrato de tipo P, con electróns escasos sen presentes.Este campo eléctrico solicita aos electróns cara á rede de porta, restrinxido pola presenza do illante, acumulándose nas proximidades.

Comparativamente coa capacidade de almacenamento de carga eléctrica dos condensadores, o illante de Mosfet aumenta a presenza de carga, debuxando máis electróns.

Figura 7: Análise

A figura 7 revela unha área de caixa vermella do buraco chea de electróns, convertendo a rexión nun semiconductor de tipo N.A fonte de conexión e a drenaxe forma unha canle, permitindo o tránsito de electróns.Axustes na tensión da porta modifican o ancho da canle, influíndo na tensión do limiar e no grosor da canle.

Figura 8: Contribución

Creación post-canle, a figura 8 retrata o procedemento actual de drenaxe a fonte, impulsado por electróns alimentados con fonte recollidos polo desaugadoiro.Este fluxo direccional sustenta as convencións de nomeamento: fonte e drenaxe.

Na rexión ohmica, os MOSFETs cumpren a lei de Ohm, aliñando o crecemento actual co aumento da tensión.Non obstante, a tensión aumentada estende a zona de esgotamento, especialmente onde os electróns de canle se drenan cara ao potencial positivo.Esta redución de corrente culmina co efecto pinch-off, pero na práctica, o volume de electróns estabiliza o fluxo, mantendo unha corrente de saturación sen cesar, polo tanto introduce a zona de saturación.

Os MOSFETs denomínanse dispositivos controlados por tensión dado o papel da tensión da porta na xestión do fluxo de corrente.A porta permanece sen corrente.

Figura 9: Características

Na figura 9, o lado esquerdo describe as características de drenaxe contra a característica de transferencia en VDS constante á dereita.

Mosfets en modo de esgotamento, á vez que se similar á mellora, posúe de xeito inherente unha canle post-doping.A súa operación fai eco de tipos de mellora, aínda que diferentes no maior consumo por defecto.A diferenza do tipo de mellora pechada, están abertos de xeito predeterminado e pechan baixo tensión de porta negativa.

Figura 10: símbolo do circuíto

A figura 10 mostra os símbolos MOSFET tradicionais: catro terminais que inclúen fonte, porta, drenaxe e substrato, con vinculación interna de substrato de fonte.Para n canles, as frechas teñen como obxectivo o substrato;Para as canles P, diverxen da porta.

Preguntas frecuentes [preguntas frecuentes]

1. Jfet vs. Mosfet: Que os diferencia?

Os JFET atenden ao procesamento de sinal menor, contrastando o papel de MOSFETs nas fontes de alimentación lineais e de conmutador.JFETs bifurcan en canle N e canle P, mentres que os MOSFETs se diversifican en catro categorías distintas: a canle N e a canle P, tanto en variedades de mellora como de esgotamento.MOSFETS segmento por condutividade en canles verticais e laterais, con subconxuntos como VMOSFET, DMOSFET e UMOSFET.

2. Defina un MOSFET de conmutación.

O cambio de mosfets brilla en aplicacións de alta frecuencia, con baixa resistencia cando a capacitancia de porta activa e pequena.A diferenza dos FET típicos, destacan nas operacións de conmutación restricións de linealidade ausentes.Predominantemente presentado nos circuítos de subministración de enerxía.

3. Conectividade de electrodos MOSFET

Para mosfets da canle N con frechas que se dan cara ao interior, conecte o desaugadoiro a un alto nivel (g), por porta positiva e negativa da fonte.Se VGS supera o limiar de pinchazo (ás veces arredor de 1V), D e S activan, dirixindo a corrente de D a S. A adhesión ao rango de tensión seguro de G (menores de 30V, xeralmente arredor de 10V) e a consideración de tensión DS e transconductancia son paramount (por exemplo, 2N60b IDS = 2A, VDS = 600V).