บทบาทของ MOSFET แรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กคืออะไร?

มีหลายชนิดMOSFETโดยส่วนใหญ่แบ่งออกเป็น MOSFET ทางแยกและ MOSFET ประตูหุ้มฉนวนสองประเภท และทั้งหมดมีจุด N-channel และ P-channel

ทรานซิสเตอร์สนามผลโลหะ - ออกไซด์ - เซมิคอนดักเตอร์หรือที่เรียกว่า MOSFET แบ่งออกเป็น MOSFET ประเภทพร่องและ MOSFET ประเภทการปรับปรุง

MOSFET ยังแบ่งออกเป็นหลอดประตูเดียวและสองประตู MOSFET เกตคู่มีเกต G1 และ G2 สองตัวที่เป็นอิสระจากการสร้าง MOSFET เกตเดียวสองตัวที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม และกระแสเอาต์พุตของมันจะเปลี่ยนแปลงโดยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าของเกตสองตัว คุณลักษณะของ MOSFET แบบดูอัลเกตนี้มอบความสะดวกสบายอย่างยิ่งเมื่อใช้เป็นเครื่องขยายสัญญาณความถี่สูง เครื่องขยายสัญญาณควบคุมเกน มิกเซอร์ และเครื่องดีโมดูเลเตอร์

1, มอสเฟตประเภทและโครงสร้าง

MOSFET เป็น FET ชนิดหนึ่ง (อีกประเภทหนึ่งคือ JFET) สามารถผลิตเป็นประเภทที่ได้รับการปรับปรุงหรือพร่องได้ P-channel หรือ N-channel ทั้งหมดสี่ประเภท แต่การประยุกต์ใช้ทางทฤษฎีของ MOSFET N-channel ที่ปรับปรุงแล้วเท่านั้นและ P- ที่ปรับปรุงแล้ว ช่อง MOSFET ซึ่งมักเรียกว่า NMOS หรือ PMOS หมายถึงทั้งสองประเภทนี้ สำหรับสาเหตุที่ไม่ใช้ MOSFET ประเภทการพร่อง ไม่แนะนำให้ค้นหาสาเหตุที่แท้จริง สำหรับ MOSFET ที่ปรับปรุงแล้วสองตัวนั้น NMOS ที่ใช้กันทั่วไปมากกว่านั้น เหตุผลก็คือค่าความต้านทานออนมีขนาดเล็กและง่ายต่อการผลิต ดังนั้นการใช้งานสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลายและมอเตอร์ไดรฟ์ โดยทั่วไปจึงใช้ NMOS คำพูดต่อไปนี้ แต่ยังใช้ NMOS มากกว่า พินสามตัวของความจุปรสิต MOSFET อยู่ระหว่างพินทั้งสาม ซึ่งไม่ใช่ความต้องการของเรา แต่เนื่องจากข้อจำกัดของกระบวนการผลิต การดำรงอยู่ของความจุปรสิตในการออกแบบหรือการเลือกวงจรไดรฟ์เพื่อประหยัดเวลา แต่ไม่มีวิธีหลีกเลี่ยงและแนะนำรายละเอียดแล้ว ในแผนภาพ MOSFET สามารถมองเห็นท่อระบายน้ำและแหล่งที่มาระหว่างไดโอดปรสิต สิ่งนี้เรียกว่าไดโอดตัวถัง ในการขับเคลื่อนโหลดแบบเหตุผล ไดโอดนี้มีความสำคัญมาก อย่างไรก็ตาม ตัวไดโอดจะมีอยู่ใน MOSFET เดียวเท่านั้น ซึ่งโดยปกติจะไม่อยู่ภายในชิปวงจรรวม

2 ลักษณะการนำ MOSFET

ความสำคัญของการนำคือเป็นสวิตช์ เทียบเท่ากับการปิดสวิตช์ ลักษณะเฉพาะของ NMOS จะมีการนำ Vgs ที่มากกว่าค่าที่กำหนด เหมาะสำหรับใช้ในกรณีที่แหล่งกำเนิดมีการต่อสายดิน (ไดรฟ์ระดับล่าง) เฉพาะแรงดันเกตเท่านั้นที่มาถึง ที่คุณลักษณะ 4V หรือ 10V.PMOS จะนำ Vgs น้อยกว่าค่าที่กำหนด เหมาะสำหรับใช้ในกรณีที่แหล่งสัญญาณเชื่อมต่อกับ VCC (ไดรฟ์ระดับไฮเอนด์)

อย่างไรก็ตาม แน่นอนว่า PMOS สามารถใช้เป็นไดรเวอร์ระดับไฮเอนด์ได้ง่ายมาก แต่เนื่องจากการต้านทานแบบออนต้านทาน มีราคาแพง การแลกเปลี่ยนประเภทน้อยกว่า และเหตุผลอื่นๆ ในไดรเวอร์ระดับไฮเอนด์จึงมักจะยังคงใช้ NMOS

3, มอสเฟตการสูญเสียการสลับ

ไม่ว่าจะเป็น NMOS หรือ PMOS หลังจากมีความต้านทานออนแล้ว ดังนั้นกระแสจะใช้พลังงานในการต้านทานนี้ พลังงานที่ใช้ส่วนนี้เรียกว่าการสูญเสียบนความต้านทาน การเลือก MOSFET ที่มี On-Resistance เพียงเล็กน้อยจะช่วยลดการสูญเสีย On-Resistance ได้ ความต้านทานออนของ MOSFET พลังงานต่ำตามปกติจะอยู่ที่สิบมิลลิโอห์ม หรือสองสามมิลลิโอห์มที่นั่น MOS ตรงเวลาและตัดวงจรต้องไม่อยู่ในภาวะแรงดันตกคร่อม MOS สมบูรณ์ทันที มีกระบวนการตก กระแสไหลผ่านกระบวนการเพิ่มขึ้น ช่วงนี้ MOSFET สูญเสียเป็น ผลคูณของแรงดันและกระแสเรียกว่าการสูญเสียการสวิตชิ่ง โดยปกติแล้วการสูญเสียการสวิตชิ่งจะมีมากกว่าการสูญเสียการนำไฟฟ้ามาก และยิ่งความถี่สวิตชิ่งเร็วเท่าไร การสูญเสียก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ผลคูณของแรงดันและกระแสจำนวนมาก ณ ขณะการนำไฟฟ้าทำให้เกิดการสูญเสียจำนวนมาก การลดเวลาในการเปลี่ยนจะช่วยลดการสูญเสียในแต่ละการนำ การลดความถี่ในการสลับจะช่วยลดจำนวนสวิตช์ต่อหน่วยเวลา ทั้งสองวิธีสามารถลดการสูญเสียการสลับได้

 
4, ไดรฟ์ MOSFET

เมื่อเปรียบเทียบกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ โดยทั่วไปจะสันนิษฐานว่าไม่จำเป็นต้องใช้กระแสไฟเพื่อทำให้ MOSFET เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า เพียงแต่แรงดันไฟฟ้า GS นั้นสูงกว่าค่าที่กำหนดเท่านั้น นี่เป็นเรื่องง่ายที่จะทำ แต่เราต้องการความเร็วด้วย ในโครงสร้างของ MOSFET คุณจะเห็นได้ว่ามีความจุปรสิตระหว่าง GS, GD และการขับเคลื่อนของ MOSFET ตามทฤษฎีคือการชาร์จและการคายประจุของความจุ การชาร์จตัวเก็บประจุต้องใช้กระแสไฟฟ้า และเนื่องจากการชาร์จตัวเก็บประจุทันทีสามารถดูได้ว่าเป็นไฟฟ้าลัดวงจร กระแสไฟฟ้าทันทีจึงสูง การเลือก/การออกแบบไดรฟ์ MOSFET สิ่งแรกที่ต้องคำนึงถึงคือขนาดของกระแสไฟลัดวงจรทันทีที่สามารถให้ได้ สิ่งที่สองที่ต้องใส่ใจคือ โดยทั่วไปใช้ในไดรฟ์ NMOS ระดับไฮเอนด์ ตามความต้องการคือแรงดันเกตมากกว่าแรงดันแหล่งกำเนิด High-end ไดรฟ์ MOS หลอด conduction แหล่งแรงดันไฟฟ้าและท่อระบายน้ำแรงดันไฟฟ้า (VCC) เดียวกันดังนั้นประตูแรงดันไฟฟ้ากว่า VCC 4 V หรือ 10 V. สมมติว่าในระบบเดียวกันเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ใหญ่กว่า VCC เราจำเป็นต้องมีวงจรบูสต์พิเศษ ไดรเวอร์มอเตอร์หลายตัวมีปั๊มชาร์จในตัว โดยควรเลือกตัวเก็บประจุภายนอกที่เหมาะสม เพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้าลัดวงจรเพียงพอในการขับเคลื่อน MOSFET 4V หรือ 10V ที่กล่าวข้างต้นมักใช้ MOSFET กับแรงดันไฟฟ้า แน่นอนว่าการออกแบบจำเป็นต้องมีระยะขอบที่แน่นอน ยิ่งแรงดันไฟฟ้าสูง ความเร็วในสถานะก็จะยิ่งเร็วขึ้นและความต้านทานในสถานะก็จะยิ่งต่ำลง โดยปกติแล้วยังมี MOSFET แรงดันไฟฟ้าในสถานะที่เล็กกว่าซึ่งใช้ในประเภทต่างๆ แต่ในระบบอิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ 12V นั้น 4V ในสถานะธรรมดาก็เพียงพอแล้ว

พารามิเตอร์หลักของ MOSFET มีดังนี้:

1. แรงดันพังทลายของแหล่งกำเนิดเกต BVGS - อยู่ในกระบวนการเพิ่มแรงดันพังทลายของแหล่งกำเนิดเกต เพื่อให้เกตปัจจุบัน IG จากศูนย์เพื่อเริ่มการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วใน VGS หรือที่เรียกว่าแรงดันพังทลายของแหล่งกำเนิดเกต BVGS

2. แรงดันไฟฟ้าเปิด VT - แรงดันไฟฟ้าเปิด (หรือที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์): ทำให้แหล่งกำเนิด S และท่อระบายน้ำ D ระหว่างจุดเริ่มต้นของช่องนำไฟฟ้าถือเป็นแรงดันประตูที่ต้องการ - MOSFET N-channel มาตรฐาน, VT ประมาณ 3 ~ 6V; - หลังจากกระบวนการปรับปรุงสามารถทำให้ค่า MOSFET VT ลงไปที่ 2 ~ 3V

3. แรงดันพังทลายของท่อระบายน้ำ BVDS - ภายใต้สภาวะ VGS = 0 (เสริมแรง) ในกระบวนการเพิ่มแรงดันท่อระบายน้ำเพื่อให้ ID เริ่มเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อ VDS เรียกว่าแรงดันพังทลายของท่อระบายน้ำ BVDS - ID เพิ่มขึ้นอย่างมากเนื่องจาก สองด้านต่อไปนี้:

(1) การพังทลายของชั้นพร่องของหิมะถล่มใกล้กับอิเล็กโทรดท่อระบายน้ำ

(2) การพังทลายของการเจาะระหว่างขั้วของท่อระบายน้ำ - MOSFET แรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กบางตัวความยาวของช่องสัญญาณสั้น ในบางครั้งเพื่อเพิ่ม VDS จะทำให้บริเวณท่อระบายน้ำของชั้นพร่องเป็นครั้งคราวเพื่อขยายไปยังบริเวณแหล่งที่มา เพื่อให้ความยาวของช่องสัญญาณเป็นศูนย์ นั่นคือ ระหว่างการเจาะทะลุของท่อระบายน้ำ-แหล่งกำเนิด การเจาะ บริเวณแหล่งกำเนิดของตัวพาส่วนใหญ่ ขอบเขตแหล่งกำเนิด จะเป็นแนวตรงเพื่อทนต่อชั้นพร่องของการดูดซับของสนามไฟฟ้า ไปถึงบริเวณรอยรั่วส่งผลให้ ใน ID ขนาดใหญ่

4. ความต้านทานอินพุต DC RGS-ie คืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มระหว่างแหล่งกำเนิดเกตและกระแสเกต บางครั้งลักษณะนี้จะแสดงในรูปของกระแสเกตที่ไหลผ่าน RGS ของ MOSFET เกตสามารถเกิน 1,010Ω ได้อย่างง่ายดาย 5.

5. ทรานส์คอนดักเตอร์ความถี่ต่ำ gm ใน VDS สำหรับค่าคงที่ของเงื่อนไข ความแปรปรวนไมโครของกระแสเดรน และความแปรปรวนไมโครของแรงดันแหล่งกำเนิดเกตที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงนี้เรียกว่าทรานส์คอนดักเตอร์ gm ซึ่งสะท้อนถึงการควบคุมแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดเกตบน กระแสไฟระบายคือการแสดงให้เห็นว่าการขยาย MOSFET ของพารามิเตอร์ที่สำคัญโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 2-3 ถึง 2-3 mA / V MOSFET สามารถเกิน 1,010 โอห์มได้อย่างง่ายดาย