MOS транзистор | това е електронен компонент, който действа като електрически контролиран превключвател

Операция

Съществуват четири основни типа MOSFET:

N-канален MOSFET в режим на усилване

Превключвателят между "източника" и "източването" обикновено е изключен. Можете да включите превключвателя, като подадете положително напрежение към "гейта", така че той да е с по-високо напрежение от "източника".

P-канален MOSFET в режим на усилване

Превключвателят между "източника" и "източването" обикновено е изключен. Можете да включите превключвателя, като приложите отрицателно напрежение към "гейта", така че той да е с по-ниско напрежение от "източника".

N-канален MOSFET в режим на изчерпване

Превключвателят между "източника" и "източването" обикновено е включен. Можете да изключите превключвателя, като приложите отрицателно напрежение към "гейта", така че той да е с по-ниско напрежение от "източника".

P-канален MOSFET в режим на изчерпване

Превключвателят между "източника" и "източването" обикновено е включен. Можете да изключите превключвателя, като подадете положително напрежение към "гейта", така че той да е с по-високо напрежение от "източника".

Обикновено не се предлагат P-канални MOSFET-и в режим на изчерпване.

Резюме

Тип MOSFET	Обикновено	За да промените, подайте напрежение към "портата" на ____.
Режим на усилване N-канал	Изключено	Положителен
Режим на усилване P-Channel	Изключено	Отрицателен
Режим на изчерпване N-канал	На	Отрицателен
Режим на изчерпване на P-канала	На	Положителен

 

Разлики между MOSFET

Интегрални схеми

Върху малко парче силиций могат да бъдат създадени милиони MOSFET-и. Така се получава интегрална схема. Вижте статията за интегралните схеми за подробности.

Останалата част от този раздел е посветена на единичните MOSFET с три връзки.

Топлина

Ако MOSFET е частично включен, той ще намали преминаващата през него мощност. Това става чрез преобразуване на част от енергията в топлина. Дори и да е включен, той ще преобразува част от енергията в топлина.

MOSFET има съпротивление. Когато токът тече от дрейна на MOSFET към неговия източник, се наблюдава спад на напрежението. Умножете този ток и напрежението, за да получите загубата на мощност. Тази загубена мощност се превръща в топлина.

MOSFET трябва да се отърве от тази топлина, обикновено като я предаде във въздуха.

По-малките MOSFET се загряват и нагряват въздуха в близост. Някои MOSFET трябва да бъдат разположени на печатна платка, която има по-голяма площ, за да нагрява повече въздух. Най-мощните MOSFET трябва да са върху радиатор. Радиаторът е голямо парче метал с ребра, които предават топлината на въздуха на голяма площ. Може да им е необходим и вентилатор, който да изтласква много въздух над радиатора.

Други разлики между MOSFET-ите

Има много различни MOSFET-и. Когато избирате MOSFET, след като сте избрали един от четирите основни типа, има много други неща, за които трябва да помислите. Разликите между MOSFET включват:

• V_GSS - Позволеното напрежение между порта и източника. Ако приложите твърде голямо напрежение, MOSFET ще се прекъсне.
• V_DSS - Позволеното напрежение между дрейна и източника. Ако приложите твърде голямо напрежение, MOSFET ще се прекъсне.
• I_D - Позволеният ток между дрейна и източника. Ако се опитвате да захранвате голям товар, например двигател, тогава ви е необходим MOSFET, проектиран за високи токове.
• VGS_(TH) ("Напрежение на прага") - приблизително колко голямо е напрежението, което трябва да се подаде на "портата", за да се превключи. Колко MOSFET е "включен", зависи от точното напрежение на "гейта", температурата и напрежението на "дрейна". Подробности ще намерите в информационния лист за MOSFET.
• RDS_(ON) - Когато MOSFET е напълно включен, той ще действа като резистор с тази стойност. По-висока стойност означава, че когато MOSFET е напълно "включен", се губи повече енергия и се загрява повече. По-малкото е по-добре.
• P_D - Най-голямото количество топлина, което MOSFET може да отделя всяка секунда, без да се повреди. ("Разсейване на мощност"). Ако накарате MOSFET да отдава топлина по-бързо от това, MOSFET ще прегрее и ще се счупи.
• R_θJA - Колко лошо MOSFET предава тази топлина на въздуха. По-ниските стойности са по-добри. За MOSFET, които използват радиатор, се посочва колко лошо предават топлината към радиатора.
• T_J - Работната температура на частта на MOSFET, която генерира топлина. Ако я накарате да надвиши границата, MOSFET ще се повреди.
• t_D(ON) и tD_(OFF) - Времето, необходимо за включване и изключване на MOSFET. По-малките MOSFET-и с ниско напрежение и малък ток могат да бъдат достатъчно бързи, за да се използват в най-бързите компютри. По-големите MOSFET-и с по-висока мощност обикновено са по-бавни.
• Статичното електричество може да повреди MOSFET. Някои MOSFET включват защита срещу статично електричество.
• Някои части включват няколко MOSFET-а в едно устройство. Това може да е по-малко, отколкото да се използват отделни MOSFET. Също така може да е по-евтино да се направи електронна платка с по-малко части.

 

Теория

Съществуват много различни начини за изработване на MOSFET върху полупроводника. Най-простият метод е показан на схемата вдясно от този текст. Синята част представлява силиций от P-тип, а червената - силиций от N-тип. Пресечната точка на двата типа прави диод. В силициевите полупроводници има една странност, наречена "област на изчерпване". При легирания силиций, в който едната част е от N-тип, а другата - от P-тип, на пресечната точка между двата типа естествено се образува област на изчерпване. Това се дължи на техните акцептори и донори. Силицият от P-тип има акцептори, известни също като дупки, които привличат електроните към себе си. Силицият от N-тип има донори, или електрони, които се привличат към дупките. На границата между двата типа електроните от N-типа запълват дупките в P-типа. В резултат на това акцепторите, или атомите от P-тип, стават отрицателно заредени и тъй като отрицателните заряди привличат положителните, акцепторите, или дупките, ще се насочат към "пресечната точка". От страната на N-типа има положителен заряд, в резултат на което донорите, или електроните, се насочват към "кръстовището". Когато стигнат дотам, те ще бъдат отблъснати от отрицателния заряд от другата страна на "кръстовището", тъй като еднаквите заряди се отблъскват. Същото ще се случи и от страната на P-тип, донорите или дупките ще бъдат отблъснати от положителната област в страната на N-тип. Между двете не може да протича електричество, тъй като никакви електрони не могат да се придвижат към другата страна.

MOSFET-ите използват това в своя полза. "Тялото" на MOSFET се захранва отрицателно, което разширява областта на изчерпване, тъй като дупките се запълват с нови електрони, така че противоположната сила към електроните от N страната става много по-голяма. "Източникът" на MOSFET се захранва отрицателно, което свива изцяло зоната на изчерпване в N-тип, тъй като има достатъчно електрони, които да изпълнят положителната зона на изчерпване. "Drain" е с положително захранване. Когато "Gate" се захранва с положителна енергия, той ще направи малко електромагнитно поле, което ще премахне зоната на изчерпване непосредствено под гейта, тъй като ще има "пръскане" на дупки, което ще направи нещо, наречено "N-Channel". N-каналът е временна област от зоната на P-тип силиций, в която няма зона на изчерпване. Положителното електрическо поле ще неутрализира всички резервни електрони, които съставляват зоната на изчерпване. След това електроните в зоната на източника ще имат свободен път да се придвижат към "Drain", което ще накара електричеството да потече от източника към канала.

 
Схема на обикновен MOSFET