Тренутно постоје две главне врсте ФЕТ-а: ЈФЕТ-ови и МОСФЕТ-ови.
МОСФЕТ-ови се даље могу класификовати на тип исцрпљености и тип побољшања. Оба ова типа дефинишу основни начин рада МОСФЕТ-ова, док је сам израз МОСФЕТ скраћеница од транзистора са ефектом метала-оксида-полупроводника.
С обзиром на чињеницу да две врсте имају различите радне карактеристике, сваку од њих ћемо посебно процењивати у различитим чланцима.
Разлика између МОСФЕТ-а за побољшање и исцрпљивање
У основи, за разлику од МОСФЕТ-ова за побољшање, МОСФЕТ-ови за исцрпљивање су у стању рада чак и у присуству 0 В преко терминала од улаза до извора (ВГС).
За побољшање МОСФЕТ-а, напон од капије до извора (ВГС) мора бити изнад прага напона од капија до извора (ВГС (тх)) како би се оно спровело .
Међутим, за МОСФЕТ исцрпљивања Н-канала, његова ВГС (тх) вредност је изнад 0 В. То значи да чак и ако је ВГС = 0 В, МОСФЕТ исцрпљености може да проводи струју. Да би се искључио, ВГС МОСФЕТ-а за исцрпљивање треба смањити испод ВГС (тх) (негативан).
У овом чланку ћемо размотрити тип исцрпљивања МОСФЕТ, за који се наводи да има карактеристике које се подударају са ЈФЕТ-ом. Сличност је између пресека и засићења у близини ИДСС.
Основна конструкција
Слика 5.23 приказује основну унутрашњу структуру МОСФЕТ-а типа осиромашења н-канала.
Можемо пронаћи блок п-типа материјала створен помоћу силицијумске базе. Овај блок назива се подлога.
Подлога је основа или темељ преко кога је изведен МОСФЕТ. За неке МОСФЕТ-ове он је интерно повезан са терминалом „извор“. Такође, многи уређаји нуде додатни излаз у облику СС-а, који садржи 4-терминални МОСФЕТ, као што је откривено на слици 5.23.
Одводни и изворни прикључци повезани су преко проводних контаката на н-допиране локације и прикључени кроз н-канал, као што је приказано на истој слици.
Капија је такође повезана са металним слојем, иако је изолована од н-канала кроз фини слој силицијум-диоксида (СиОдва).
СиОдвапоседује јединствени облик изолационог својства назван диелектрик који ствара супротно електрично поље у себи као одговор на споља примењено електрично поље.
Будући да је изолациони слој, материјал СиОдвануди нам следеће важне информације:
Комплетна изолација је развијена између терминала капије и МОСФЕТ канала са овим материјалом.
Штавише, то је због СиОдва, капија мосфет-а може да има изузетно висок степен улазне импедансе.
Због овог виталног својства високе улазне импедансе, струја пролаза ИГ.је готово нула појачала за било коју конфигурацију МОСФЕТ-а засновану на једносмерној струји.
Основне операције и карактеристике
КАО што се може видети на слици 5.24, кабл за напон напона је конфигурисан на нул волти повезивањем два терминала заједно, док напон ВДСпримењује се преко одводне и изворне стезаљке.
Са горњим подешавањем, одводна страна успоставља позитиван потенцијал н-каналних слободних електрона, заједно са еквивалентном струјом кроз ЈФЕТ канал. Такође, резултујућа струја В.ГС= 0В се и даље идентификује као ИДСС, како је дато на слици 5.25
Можемо видети да је на слици 5.26 напон извора капије ВГСдобија негативан потенцијал у облику -1В.
Овај негативни потенцијал покушава да присили електроне према подлози п-канала (пошто се набоји одбијају) и извлачи рупе из подлоге п-канала (пошто се привлаче супротни набоји).
У зависности од величине ове негативне пристрасности В.ГСсе одвија рекомбинација рупа и електрона што резултира смањењем слободних електрона у н-каналу доступном за проводљивост. Виши нивои негативне пристрасности резултирају већом стопом рекомбинације.
Одводна струја се последично смањује како се повећава горе наведено негативно стање пристрасности, што је доказано на слици 5.25 за ВГСнивоа В.ГС= -1, -2 и тако даље, све док ознака пинцх-офф -6В.
Као резултат, струја одвода заједно са графиконом преносне криве наставља се исто као и код а ЈФЕТ.
Сада, за позитивно В.ГСвредности, позитивна капија ће привући вишак електрона (слободних носача) из подлоге п-типа, због обрнуте струје цурења. Ово ће успоставити свеже носаче путем резултатских судара преко убрзавајућих честица.
Како напон од капије до извора има тенденцију пораста позитивном брзином, одводна струја показује брзи пораст, што је доказано на слици 5.25 из истих разлога као што је горе поменуто.
Развој се развио између кривих В.ГС= 0В и В.ГС= +1 изразито показује износ за који се струја повећала услед 1 - В варијације ВГС
Због брзог пораста одводне струје морамо бити опрезни око максималне номиналне струје, јер би у противном могла прећи позитивну границу напона на капији.
На пример, за тип уређаја приказан на слици 5.25, применом ВГС= + 4В довело би до пораста одводне струје на 22,2 мА, што можда прелази максималну границу пробоја (струје) уређаја.
Горњи услов показује да употреба позитивног напона од извора до извора генерише појачани ефекат на количину слободних носача у каналу, за разлику од када је ВГС= 0В.
Због тога је подручје позитивног напона напона на одводним или преносним карактеристикама углавном познато као регион побољшања . Ово подручје лежи између граничне вредности и нивоа засићења ИДССили регион исцрпљености.
Решавање примера проблема
Предности и примена
За разлику од МОСФЕТ-ова у режиму побољшања, где налазимо да одводна струја пада на нулу као одговор на нулти напон од извора до извора, савремени ФЕТ у режиму исцрпљивања има приметну струју са нултим напоном на капији. Да будемо прецизни, отпор одвода до извора је обично 100 Охма у нултом напону.
Као што је назначено на горњем графикону, црвени отпор ОН(на)у односу на опсег аналогног сигнала изгледа као практично равна реакција. Ова карактеристика, заједно са нивоима ниске капацитивности ових напредних уређаја са осиромашењем, омогућавају им да буду посебно идеални као аналогни прекидачи за примену аудио и видео пребацивања.
МОСФЕТ-ов режим 'нормално укљученог' у режиму исцрпљивања омогућава уређају да буде савршено погодан за појединачне ФЕТ регулаторе струје.
Један такав пример кола може се видети на следећој слици.
Вредност Рс могла би се одредити помоћу формуле:
Р.с= ВГСван[1 - (И.Д./ ИДСС)1/2] / ИД.
где ЈаД. је количина регулисане струје потребна на излазу.
Главна предност МОСФЕТ-ова у режиму исцрпљивања у апликацији са тренутним извором је њихов минимални одводни капацитет, што их чини погодним за пристрасне апликације у струјним круговима са малим улазним цурењем, средњим брзинама (> 50 В / ус).
На доњој слици је приказан диференцијал струје са ниским улазним протоком који користи двоструку функцију ниског цурења ФЕТ.
Уопштено говорећи, било која страна ЈФЕТ-а биће пристрасна на ИД = 500 уА. Стога, струја која се може добити за компензацију пуњења и залутале капацитете постаје ограничена на 2ИД или, у оваквим случајевима, на 1,0 мА. Одговарајуће карактеристике ЈФЕТ-а су доказане у производњи и осигуране су у техничком листу.
Цс симболизује излазну капацитивност извора струје „репа“ улазне фазе. Овај капацитет је пресудан за неинвертујућа појачала, с обзиром на чињеницу да улазни ступањ доживљава значајну размену сигнала широм ове мреже, а струје пуњења у Цс могу бити велике. У случају да се користе нормални извори струје, овај задњи капацитет могао би бити одговоран за приметно погоршање брзине окретања у неинвертујућим круговима (у поређењу са инвертирајућим апликацијама, где су струје пуњења у Цс минималне).
Пад стопе убијања могао би се изразити као:
1 / 1+ (Цс / Сц)
Све док је Цс нижи од Цц (компензациони кондензатор), можда неће бити било каквих разлика у брзини пораста. У раду са ДМОС ФЕТ-ом, Ц могу бити око 2 пФ. Ова стратегија доноси огромно побољшање стопе пораста. Тамо где су потребни тренутни дефицити већи од 1 до 5 мА, уређај би могао да се усмери у режим побољшања да генерише чак 20 мА за максимални ВГС од +2,5 В, уз минимални излазни капацитет и даље кључни аспект.
Следећа апликација у наставку показује правилно струјно коло у режиму побољшања.
Аналогни прекидач 'нормално-на' могао би бити направљен за потребе где стандардни услови постану неопходни током нестанка напона напајања, на пример у аутоматском рангирању испитних алата или за осигуравање тачног покретања логичких кола при прекидачу ОН.
Смањен негативни праг напона уређаја нуди основне предуслове за погон и омогућава рад са минималним напоном.
Доњи круг показује уобичајене факторе пристраности за било који аналогни прекидач ДМОС у режиму исцрпљивања.
Да би се уређај искључио, негативни напони постају неопходни на капији. Кад се то већ каже, отпор при укључивању може се свести на најмању могућу меру када се ФЕТ додатно побољша позитивним напоном на гејту, што га омогућава посебно у подручју режима побољшања заједно са регионом режима исцрпљивања.
Овај одговор се може видети на следећем графикону.
Високофреквентно појачање јединице, заједно са њеним малим вредностима капацитивности, доноси повећану „вредност заслуга“. То је заиста пресудан елемент у ВХФ и УХФ појачавању, који одређује производ појаса опсега појачања (ГБВ) ФЕТ-а, који би се могао приказати као:
ГБВ = гфс / 2 Пи (Ц.у+ Цнапоље)
МОСФЕТ типа исцрпљивања п-канала
Конструкција МОСФЕТ-а типа осиромашења п-канала савршена је наличје верзије н-канала приказане на слици 5.23. Значи, супстрат сада има облик н-типа и канал постаје п-тип, као што се може видети на слици 5.28а доле.
Идентификација терминала остаје непромењена, али напон и тренутни поларитети су обрнути, као што је приказано на истој слици. Карактеристике одвода биле би тачно онакве какве су приказане на слици 5.25, осим ВДСзнак који ће у овом случају добити негативну вредност.
Одводна струја ИД.показује позитиван поларитет и у овом случају, то је зато што смо већ преокренули његов смер. В.ГСпоказује супротни поларитет, што је и разумљиво, као што је приказано на слици 5.28ц.
Јер В.ГСје обрнуто даје зрцалну слику за карактеристике преноса као што је приказано на слици 5.28б.
Значи, струја одвода се повећава у позитивном В.ГСрегион од пресечне тачке на В.ГС= Вп док ИДСС, онда наставља да расте као негативна вредност В.ГСдиже се.
Симболи
Графички знакови за МОСФЕТ типа исцрпљивања н- и п-канала могу се видети на горњој слици 5.29.
Уочите начин на који одабрани симболи желе да представе праву структуру уређаја.
Одсуство директне међусобне везе (због изолације капије) између капије и канала симболизује размак између капије и различитих терминала симбола.
Вертикална линија која представља канал причвршћена је између одвода и извора, а подлога је „држи“.
На горњој слици су предвиђене две групе симбола за сваку врсту канала како би се нагласила чињеница да је на неким уређајима подлога можда доступна споља, док се на другима то не може видети.
МОСФЕТ (тип побољшања)
Иако МОСФЕТ-ови типа осиромашења и побољшања изгледају слично својим унутрашњим структурама и функционалним режимом, њихове карактеристике могу бити прилично различите.
Главна разлика је у одводној струји која зависи од одређеног нивоа напона капија-извор за акцију прекида.
Тачно, МОСФЕТ типа побољшања н-канала може радити са позитивним напоном гејт / извор, уместо са низом негативних потенцијала који обично могу утицати на МОСФЕТ типа осиромашења.
Основна конструкција
МОСФЕТ н-каналног побољшања можете визуализовати у следећем
Слика 5.31.
Одељак материјала типа п настаје кроз силицијумску базу и, како је претходно научено, назива се подлогом.
Овај супстрат је у неким приликама причвршћен интерно са изворном иглом у МОСФЕТ-у са осиромашеним типом, док је у неким случајевима завршен као четврти кабел за омогућавање екстерне контроле свог потенцијалног нивоа.
Изводни и одводни терминали су, као и обично, повезани металним контактима у н-допиране регионе.
Међутим, можда ће бити важно визуализовати да на слици 5.31 недостаје канал између два н-допирана подручја.
Ово се може сматрати основном различитошћу између унутрашњег распореда МОСФЕТ-а типа осиромашења и побољшања, односно одсуства инхерентног канала који би требало да буде део уређаја.
И даље је уочљив слој СиО2, који осигурава изолацију између металне основе терминала капије и подручја између одвода и извора. Међутим, овде се може видети како стоји одвојен од одељка за материјал типа п.
Из горње расправе можемо закључити да унутрашњи распоред за исцрпљивање и побољшање МОСФЕТ-а може имати неке сличности, осим недостајућег канала између одвода / извора за тип побољшања МОСФЕТ-а.
Основне операције и карактеристике
За тип побољшања МОСФЕТ када се на његовом ВГС уведе 0 В, због недостајућег н-канала (за који се зна да носи пуно слободних носача), тренутни излаз је нула, што је сасвим за разлику од типа осиромашења МОСФЕТ-а, који има ИД = ИДСС.
У таквој ситуацији због недостајуће путање кроз терминале одвод / извор, велике количине носача у облику електрона нису у стању да се акумулирају у одводу / извору (због н-допираних региона).
Применом неког позитивног потенцијала на ВДС, са ВГС подешеним на нула волти и СС терминалом спојеним са изворним терминалом, заправо налазимо неколико обрнуто пристрасних пн спојева између н-допираних региона и п-подлоге како би се омогућило било какво значајно вођење преко одвод до извора.
На слици 5.32 приказано је стање у коме се ВДС и ВГС примењују са неким позитивним напоном већим од 0 В, омогућавајући одводу и каналу да имају позитиван потенцијал у односу на извор.
Позитивни потенцијал на капији гура рупе у п-подлози дуж ивице слоја СиО2 одлазећи од локације и улазећи дубље у регионе п-подлоге, као што је приказано на горњој слици. То се дешава због сличних оптужби које се међусобно одбијају.
То резултира стварањем подручја исцрпљења у близини изолационог слоја СиО2 без рупа.
Упркос томе, електрони п-супстрата, који су мањински носачи материјала, повлаче се према позитивној капији и почињу да се скупљају у региону близу површине слоја СиО2.
Због изолационих својстава слоја СиО2 негативни носачи омогућавају негативним носачима да се апсорбују на терминалу капије.
Како повећавамо ниво ВГС, тако се и густина електрона у близини површине СиО2 повећава, све док коначно индуковани регион н-типа није у стању да омогући мерљиво спровођење кроз одвод / извор.
Величина ВГС која узрокује оптимално повећање одводне струје назива се гранични напон, означено симболом ВТ . У таблицама података моћи ћете да видите ово као ВГС (Тх).
Као што смо горе сазнали, због одсуства канала на ВГС = 0 и „побољшане“ позитивном апликацијом напона од извора до извора, овај тип МОСФЕТ-а познати су као МОСФЕТ-ови типа побољшања.
Открићете да и МОСФЕТ-ови са смањењем и побољшањем показују регионе типа побољшања, али термин побољшање се користи за ово друго јер посебно ради користећи режим рада за побољшање.
Сада, када се ВГС пребаци преко граничне вредности, концентрација слободних носача ће порасти у каналу у коме је индукована. То доводи до повећања одводне струје.
С друге стране, ако ВГС одржавамо константним и повећавамо ниво ВДС (напон одвода до извора), то ће на крају довести до тога да МОСФЕТ достигне своју тачку засићења, као што би се то уобичајено догодило са било којим ЈФЕТ-ом или МОСФЕТ-ом за исцрпљивање.
Као што је приказано на слици 5.33, ИД одводне струје се изравнава уз помоћ поступка стезања, означеног ужим каналом према одводном крају индукованог канала.
Применом Кирцххофф-овог закона напона на напоне стезаљки МОСФЕТ-а на слици 5.33, добијамо:
Ако се ВГС одржава константним на одређену вредност, на пример 8 В, а ВДС подигне са 2 на 5 В, напон ВДГ за једнаџбу 5.11 може се видети како пада са -6 на -3 В, а потенцијал гејта постаје све мање позитиван у односу на одводни напон.
Овај одговор забрањује повлачење слободних носача или електрона према овом делу индукованог канала, што заузврат резултира падом ефективне ширине канала.
На крају, ширина канала се смањује до тачке одцепања, достижући услов засићења сличан ономе што смо већ научили у нашем ранијем МОСФЕТ чланку о исцрпљивању.
Значи, даље повећање ВДС-а са фиксним ВГС-ом не утиче на ниво засићења ИД-а, све док се не постигне тачка слома.
Гледајући слику 5.34, можемо идентификовати да се за МОСФЕТ, као на слици 5.33 са ВГС = 8 В, засићење одвија на ВДС нивоу од 6 В. Да бисмо били прецизни, ниво засићења ВДС повезан је са примењеним ВГС нивоом:
Без сумње, то подразумева да ће, када је вредност ВТ фиксна, повећање нивоа ВГС сразмерно проузроковати више нивое засићења ВДС кроз локус нивоа засићења.
Позивајући се на карактеристике приказане на горњој слици, ниво ВТ је 2 В, што је видљиво чињеницом да је одводна струја пала на 0 мА.
Стога обично можемо рећи:
Када су ВГС вредности мање од граничног нивоа за МОСФЕТ типа побољшања, његова одводна струја је 0 мА.
Такође можемо јасно видети на горњој слици да, све док је ВГС подигнут више са ВТ на 8 В, одговарајући ниво засићења за ИД такође се повећава са 0 на 10 мА.
Штавише, можемо даље приметити да се размак између нивоа ВГС повећава са повећањем вредности ВГС, узрокујући бескрајно растуће кораке одводне струје.
Открили смо да је вредност струје одвода повезана са напоном од улаза до извора за нивое ВГС који је већи од ВТ, кроз следећу нелинеарну везу:
Термин који је приказан у заградама у квадрату је термин који је одговоран за нелинеарну релацију између ИД и ВГС.
Израз к је константа и функција је распореда МОСФЕТ-а.
Вредност ове константе к можемо сазнати путем следеће једначине:
при чему су ИД (укључено) и ВГД (укључено) вредности посебно у зависности од карактеристика уређаја.
На следећој слици 5.35 доле налазимо да су карактеристике одвода и преноса поређане једна поред друге како би разјасниле поступак преноса један преко другог.
У основи, сличан је процесу који је претходно објашњен за ЈФЕТ и МОСФЕТ-ове типа осиромашења.
Међутим, у овом случају морамо имати на уму да је одводна струја 0 мА за ВГС ВТ.
Овде ИД може приметити приметну количину струје, која ће се повећати како је одређено једначином. 5.13.
Напомена, док дефинишемо тачке преко карактеристика преноса из карактеристика одвода, ми узимамо у обзир само ниво засићења. Ово ограничава регион рада на ВДС вредности веће од нивоа засићења утврђених једнаџбом. (5.12).
МОСФЕТ-ови типа п-канала за побољшање
Структура МОСФЕТ-а типа побољшања п-канала, као што је приказано на слици 5.37а, управо је супротна оној приказаној на слици 5.31.
Значи, сада сте открили да је супстрат н-типа и п-допирани региони испод одводних и изворних спојева.
Стезаљке су и даље онако како су успостављене, али су сви тренутни правци и поларитети напона обрнути.
Карактеристике одвода могу изгледати као дане на слици 5.37ц, имајући све веће количине струје изазване континуирано негативнијим величинама ВГС.
Карактеристике преноса би биле зрцални утисак (око осе ИД) криве преноса са слике 5.35, чији би се ИД повећавао са све више и више негативних вредности ВГС изнад ВТ, као што је приказано на слици 5.37б. Једначине (5.11) до (5.14) су слично прикладне за п-каналне уређаје.
Референце:
- хттпс://ен.википедиа.орг/вики/МОСФЕТ
- хттпс://хи.википедиа.орг/вики/%Е0%А4%АЕ%Е0%А5%89%Е0%А4%Б8%Е0%А4%АБ%Е0%А5%87%Е0%А4%9Ф
Претходни: Круг анти-шпијунског РФ детектора - бежични детектор грешака Даље: Карактеристике преноса
