טרנזיסטור אפקט שדה מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה (MOSFET, MOS-FET או MOS FET) הוא סוג של טרנזיסטור אפקט-שדה (FET), המיוצר לרוב על ידי חמצון מבוקר של סיליקון. יש לו שער מבודד, שהמתח שלו קובע את המוליכות של המכשיר.
התכונה העיקרית שלו היא שישנה שכבת בידוד סיליקון דו חמצני בין שער המתכת לתעלה, ולכן יש לה התנגדות כניסה גבוהה (עד 1015Ω). הוא מחולק גם לצינור N-channel ו-P-channel צינור. בדרך כלל המצע (המצע) והמקור S מחוברים יחד.
לפי מצבי הולכה שונים, MOSFETs מחולקים לסוג שיפור וסוג דלדול.
מה שנקרא סוג שיפור פירושו: כאשר VGS=0, הצינור נמצא במצב ניתוק. לאחר הוספת ה-VGS הנכון, רוב הנשאים נמשכים לשער ובכך "משפרים" את הנשאים באזור זה ויוצרים תעלה מוליכה. .
מצב הדלדול אומר שכאשר VGS=0, נוצר ערוץ. כאשר מוסיפים את ה-VGS הנכון, רוב הנשאים יכולים לזרום החוצה מהערוץ, ובכך "לדלדל" את הנשאים ולכבות את הצינור.
הבחנה את הסיבה: התנגדות הכניסה של JFET היא יותר מ-100MΩ, וההמוליכות גבוהה מאוד, כאשר השער מובל, קל מאוד לזהות את השדה המגנטי של החלל הפנימי לזהות את אות נתוני מתח העבודה על השער, כך שהצינור נוטה להיות עד, או נוטה להיות על-off. אם מתח השראת הגוף יתווסף מיד לשער, מכיוון שההפרעה האלקטרומגנטית המרכזית חזקה, המצב לעיל יהיה משמעותי יותר. אם מחט המטר סוטה בחדות שמאלה, זה אומר שהצינור נוטה להיות עד, הנגד RDS למקור הניקוז מתרחב, וכמות זרם המקור לניקוז מפחיתה את ה-IDS. לעומת זאת, מחט המד סוטה בחדות ימינה, מה שמצביע על כך שהצינור נוטה להיות מודלק, RDS יורד ו-IDS עולה. עם זאת, הכיוון המדויק שבו מוסטת מחט המונה צריך להיות תלוי בקטבים החיובי והשלילי של המתח המושרה (מתח עבודה בכיוון חיובי או מתח עבודה בכיוון הפוך) ובנקודת האמצע של הצינור.
WINSOK DFN3x3 MOSFET
אם לוקחים את ערוץ N כדוגמה, הוא מיוצר על מצע סיליקון מסוג P עם שני אזורי דיפוזיה מקורים בעלי סימום גבוה N+ ואזורי דיפוזיה של ניקוז N+, ואז אלקטרודת המקור S ואלקטרודת הניקוז D מובלים החוצה בהתאמה. המקור והמצע מחוברים פנימית, והם תמיד שומרים על אותו פוטנציאל. כאשר הניקוז מחובר למסוף החיובי של ספק הכוח והמקור מחובר למסוף השלילי של ספק הכוח ו-VGS=0, זרם הערוץ (כלומר זרם ניקוז) ID=0. ככל שה-VGS גדל בהדרגה, נמשך על ידי מתח השער החיובי, נושאי מיעוט טעונים שלילי מושרים בין שני אזורי הדיפוזיה, ויוצרים תעלה מסוג N מניקוז למקור. כאשר VGS גדול ממתח ההדלקה VTN של הצינור (בדרך כלל בערך +2V), הצינור N-channel מתחיל להוליך, ויוצר מזהה זרם ניקוז.
VMOSFET (VMOSFET), שמו המלא הוא MOSFET V-groove. זהו מכשיר חדש שפותח ביעילות גבוהה, מיתוג מתח לאחר MOSFET. הוא לא רק יורש את עכבת הכניסה הגבוהה של MOSFET (≥108W), אלא גם את זרם ההנעה הקטן (כ-0.1μA). יש לו גם מאפיינים מצוינים כגון מתח עמידות גבוה (עד 1200V), זרם הפעלה גדול (1.5A ~ 100A), הספק פלט גבוה (1 ~ 250W), ליניאריות טרנסמוליכות טובה ומהירות מיתוג מהירה. בדיוק בגלל שהוא משלב את היתרונות של צינורות ואקום וטרנזיסטורי כוח, הוא נמצא בשימוש נרחב במגברי מתח (הגברת מתח יכולה להגיע לאלפי מונים), מגברי הספק, מיתוג ספקי כוח וממירים.
כפי שכולנו יודעים, השער, המקור והניקוז של MOSFET מסורתי נמצאים בערך באותו מישור אופקי בשבב, וזרם הפעולה שלו זורם בעצם בכיוון האופקי. צינור ה-VMOS שונה. יש לו שתי תכונות מבניות עיקריות: ראשית, שער המתכת מאמץ מבנה חריץ בצורת V; שנית, יש לו מוליכות אנכית. מכיוון שהניקוז נמשך מהחלק האחורי של השבב, ה-ID אינו זורם אופקית לאורך השבב, אלא מתחיל מאזור N+ המסומם בכבדות (מקור S) וזורם לאזור N-drive מסומם קלות דרך ערוץ P. לבסוף, הוא מגיע אנכית כלפי מטה כדי לנקז את D. מכיוון ששטח חתך הזרימה גדל, זרמים גדולים יכולים לעבור. מכיוון שישנה שכבת בידוד של סיליקון דו חמצני בין השער לשבב, עדיין מדובר בשער מבודד MOSFET.
יתרונות השימוש:
MOSFET הוא אלמנט מבוקר מתח, בעוד טרנזיסטור הוא אלמנט מבוקר זרם.
יש להשתמש ב-MOSFET כאשר מותר לשאוב רק כמות קטנה של זרם ממקור האות; יש להשתמש בטרנזיסטורים כאשר מתח האות נמוך ומותר לשאוב יותר זרם ממקור האות. MOSFET משתמש בספקי רוב כדי להוליך חשמל, אז זה נקרא התקן חד קוטבי, בעוד טרנזיסטורים משתמשים גם בנשאי רוב וגם בנשאי מיעוט כדי להוליך חשמל, אז זה נקרא התקן דו קוטבי.
ניתן להשתמש במקור ובניקוז של חלק מה-MOSFETs לסירוגין, ומתח השער יכול להיות חיובי או שלילי, מה שהופך אותם לגמישים יותר מטריודות.
MOSFET יכול לפעול תחת זרם קטן מאוד ותנאי מתח נמוך מאוד, ותהליך הייצור שלו יכול בקלות לשלב MOSFETs רבים על שבב סיליקון. לכן, נעשה שימוש נרחב ב-MOSFET במעגלים משולבים בקנה מידה גדול.
Olueky SOT-23N MOSFET
מאפייני היישום המתאימים של MOSFET ושל טרנזיסטור
1. המקור s, שער g ו-d drain d של ה-MOSFET תואמים לפולט e, בסיס b והקולטן c של הטרנזיסטור בהתאמה. הפונקציות שלהם דומות.
2. MOSFET הוא התקן זרם מבוקר מתח, ה-iD נשלט על ידי vGS, ומקדם ההגברה שלו gm בדרך כלל קטן, ולכן יכולת ההגברה של MOSFET ירודה; הטרנזיסטור הוא התקן זרם מבוקר זרם, ו-iC נשלט על ידי iB (או iE).
3. שער MOSFET כמעט ואינו שואב זרם (ig»0); בעוד שבסיס הטרנזיסטור תמיד שואב זרם מסוים כאשר הטרנזיסטור פועל. לכן, התנגדות הכניסה של השער של ה-MOSFET גבוהה יותר מהתנגדות הכניסה של הטרנזיסטור.
4. MOSFET מורכב מרב-נשאים המעורבים בהולכה; לטרנזיסטורים יש שני נשאים, רב-נשאים ונושאי מיעוטים, המעורבים בהולכה. ריכוז נשאי המיעוטים מושפע מאוד מגורמים כמו טמפרטורה וקרינה. לכן, ל-MOSFETs יש יציבות טמפרטורה טובה יותר והתנגדות קרינה חזקה יותר מאשר טרנזיסטורים. יש להשתמש במכשירי MOSFET כאשר תנאי הסביבה (טמפרטורה וכו') משתנים מאוד.
5. כאשר מתכת המקור והמצע של MOSFET מחוברים יחדיו, ניתן להשתמש במקור ובנקז להחלפה, והמאפיינים משתנים מעט; בעוד שכאשר האספן והפולט של הטריודה משמשים לסירוגין, המאפיינים שונים מאוד. ערך β יקטן מאוד.
6. מקדם הרעש של MOSFET קטן מאוד. יש להשתמש ב-MOSFET ככל האפשר בשלב הכניסה של מעגלי מגברים בעלי רעש נמוך ומעגלים הדורשים יחס אות לרעש גבוה.
7. גם MOSFET וגם טרנזיסטור יכולים ליצור מעגלי מגברים ומעגלי מיתוג שונים, אך לראשון יש תהליך ייצור פשוט ויש לו את היתרונות של צריכת חשמל נמוכה, יציבות תרמית טובה וטווח מתח תפעול רחב של אספקת החשמל. לכן, הוא נמצא בשימוש נרחב במעגלים משולבים בקנה מידה גדול וגדול מאוד.
8. לטרנזיסטור יש התנגדות הפעלה גדולה, בעוד ל-MOSFET יש התנגדות הפעלה קטנה, רק כמה מאות mΩ. במכשירים חשמליים קיימים, MOSFETs משמשים בדרך כלל כמתגים, והיעילות שלהם גבוהה יחסית.
WINSOK SOT-323 אנקפסולציה MOSFET
MOSFET לעומת טרנזיסטור דו קוטבי
MOSFET הוא מכשיר מבוקר מתח, והשער בעצם לא לוקח זרם, בעוד טרנזיסטור הוא מכשיר מבוקר זרם, והבסיס חייב לקחת זרם מסוים. לכן, כאשר הזרם המדורג של מקור האות קטן ביותר, יש להשתמש ב-MOSFET.
MOSFET הוא מוליך רב-נשאים, בעוד ששני הנשאים של הטרנזיסטור משתתפים בהולכה. מכיוון שריכוז נשאי המיעוטים רגיש מאוד לתנאים חיצוניים כמו טמפרטורה וקרינה, MOSFET מתאים יותר למצבים בהם הסביבה משתנה מאוד.
בנוסף לשימוש כהתקני מגבר ומתגים ניתנים לשליטה כמו טרנזיסטורים, MOSFETs יכולים לשמש גם כנגדים ליניאריים משתנים נשלטי מתח.
המקור והניקוז של MOSFET הם סימטריים במבנה וניתן להשתמש בהם להחלפה. מתח מקור השער של מצב דלדול MOSFET יכול להיות חיובי או שלילי. לכן השימוש ב-MOSFETs גמיש יותר מטרנזיסטורים.
זמן פרסום: 13 באוקטובר 2023
