강화 MOSFET : 작동, 차이점 및 응용

MOSFET(metal-oxide-semiconductor FET)은 절연 게이트가 있는 전계 효과 트랜지스터의 일종으로 주로 신호를 증폭하거나 스위칭하는 데 사용됩니다. 이제 아날로그 및 디지털 회로에서 MOSFET은 BJT . MOSFET은 입력 임피던스가 무한하기 때문에 주로 증폭기에 사용되므로 증폭기가 거의 모든 수신 신호를 캡처할 수 있습니다. 의 주요 이점 MOSFET BJT와 비교하여 부하 전류를 제어하기 위한 입력 전류가 거의 필요하지 않습니다. MOSFET은 강화 MOSFET과 공핍 MOSFET의 두 가지 유형으로 분류됩니다. 따라서 이 기사에서는 에 대한 간단한 정보를 제공합니다. 강화 MOSFET – 응용 프로그램 작업.

강화형 MOSFET이란?

인핸스먼트 모드에서 작동하는 MOSFET을 E-MOSFET 또는 인핸스먼트 MOSFET이라고 합니다. 향상 모드는 이 MOSFET의 게이트 단자를 향한 전압이 증가할 때마다 전류 흐름이 최고 레벨에 도달할 때까지 드레인에서 소스로 더 많이 증가한다는 것을 의미합니다. 이 MOSFET은 단자가 소스, 게이트 및 드레인인 3단자 전압 제어 장치입니다.

이 MOSFET의 특징은 낮은 전력 손실, 간단한 제조 및 작은 형상입니다. 따라서 이러한 기능으로 인해 집적 회로 내에서 사용됩니다. 게이트와 소스 단자 사이에 전압이 인가되지 않을 때 이 MOSFET의 드레인(D)과 소스(S) 사이에는 경로가 없습니다. 따라서 게이트-소스에 전압을 적용하면 채널이 향상되어 전류를 전도할 수 있습니다. 이 속성이 이 장치를 향상 모드 MOSFET이라고 부르는 주된 이유입니다.

강화 MOSFET 기호

P-채널 및 N-채널 모두에 대한 향상 MOSFET 기호는 아래와 같습니다. 아래 기호에서 점선이 단순히 소스에서 기판 단자로 연결되어 있음을 알 수 있습니다. 이는 향상 모드 유형을 나타냅니다.

EMOSFET의 전도성은 채널을 향해 전하 캐리어를 추가하는 산화물 층을 증가시켜 향상됩니다. 일반적으로 이 레이어를 반전 레이어라고 합니다.

이 MOSFET의 채널은 D(드레인)와 S(소스) 사이에 형성됩니다. N-채널형에서는 P형 기판이 사용되는 반면 P-채널형에서는 N형 기판이 사용됩니다. 여기서 전하 캐리어로 인한 채널 전도도는 주로 P형 또는 N형 채널에 따라 달라집니다.

향상 Mosfet 작동 원리

상승 유형 MOSFET은 일반적으로 꺼져 있습니다. 이는 강화형 MOSFET이 연결될 때 게이트 단자에 전압이 제공되지 않을 때 단자 드레인(D)에서 소스(S)로 전류가 흐르지 않음을 의미합니다. 이것이 이 트랜지스터를 부르는 이유입니다. 일반적으로 꺼짐 장치 .

마찬가지로 이 MOSFET의 게이트 단자에 전압이 가해지면 드레인-소스 채널의 저항이 매우 낮아집니다. 게이트에서 소스 단자로의 전압이 증가하면 드레인 단자에서 소스 단자로 가장 높은 전류가 공급될 때까지 드레인에서 소스 단자로의 전류 흐름도 증가합니다.

건설

그만큼 강화 MOSFET의 구성 아래에 나와 있습니다. 이 MOSFET은 게이트, 드레인 및 소스의 3개 레이어를 포함합니다. MOSFET의 본체는 소스에 내부적으로 연결된 기판으로 알려져 있습니다. MOSFET에서 반도체 층의 금속 게이트 단자는 이산화규소 층을 통해 절연되며 그렇지 않으면 유전체 층입니다.

이 EMOSFET은 P형 및 N형 반도체와 같은 두 가지 재료로 구성됩니다. 기판은 장치를 물리적으로 지지합니다. 얇은 SiO 층과 뛰어난 전기 절연체는 단순히 소스와 드레인 단자 사이의 영역을 덮습니다. 산화물층 위에는 금속층이 게이트 전극을 형성한다.

이 구성에서 2개의 N 영역은 약간 도핑된 p형 기판 위에서 몇 마이크로미터 거리로 분리됩니다. 이 두 N-영역은 소스 및 드레인 단자처럼 수행됩니다. 표면에는 이산화규소로 알려진 얇은 절연층이 발달되어 있습니다. 이 층에 만들어진 구멍과 같은 전하 캐리어는 소스 및 드레인 단자 모두에 대한 알루미늄 접점을 설정합니다.

이 전도층은 채널의 전체 영역뿐만 아니라 SiO2 위에 놓인 터미널 게이트처럼 작동합니다. 그러나 전도를 위해 물리적 채널을 포함하지 않습니다. 이러한 종류의 향상 MOSFET에서 p-형 기판은 전체 SiO2 층에서 확장됩니다.

일하고 있는

EMOSFET의 작동은 VGS가 0V일 때 소스와 드레인을 연결할 채널이 없을 때입니다. p형 기판은 자유 전자와 같이 열적으로 생성된 소수 전하 캐리어의 수가 적으므로 드레인 전류는 0입니다. 이러한 이유로 이 MOSFET은 일반적으로 OFF가 됩니다.

게이트(G)가 양수(+ve)이면 p-기판에서 전자와 같은 소수 전하 캐리어를 끌어당깁니다. 여기서 이러한 전하 캐리어는 SiO2 층 아래의 구멍을 통해 결합됩니다. 추가 VGS가 증가하면 전자는 극복하고 결합할 수 있는 충분한 잠재력을 갖게 되며 더 많은 전하 캐리어, 즉 전자가 채널에 침착됩니다.

여기에서 유전체는 이산화규소 층을 가로질러 전자의 이동을 방지하는 데 사용됩니다. 이 축적으로 인해 드레인과 소스 터미널 사이에 n-채널이 형성됩니다. 따라서 이는 채널 전체에 생성된 드레인 전류 흐름으로 이어질 수 있습니다. 이 드레인 전류는 게이트의 +ve 단자에 끌어당기는 전하 캐리어에 더 의존하는 채널의 저항에 단순히 비례합니다.

강화형 MOSFET의 종류

두 가지 유형으로 제공됩니다. N 채널 향상 MOSFET 그리고 P 채널 향상 MOSFET .

N 채널 강화 유형에서는 약하게 도핑된 p 기판이 사용되며 2개의 고농도 n형 영역이 소스 및 드레인 단자를 만듭니다. 이러한 유형의 E-MOSFET에서 대부분의 전하 캐리어는 전자입니다. 에 대한 자세한 내용은 이 링크를 참조하십시오. N 채널 MOSFET.

P 채널 유형에서는 약하게 도핑된 N-기판이 사용되며 2개의 고농도로 도핑된 p형 영역이 소스 및 드레인 단자를 만듭니다. 이러한 유형의 E-MOSFET에서 대부분의 전하 캐리어는 정공입니다. 에 대한 자세한 내용은 이 링크를 참조하십시오. P채널 MOSFET .

형질

n 채널 향상 MOSFET 및 p 채널 향상의 VI 및 드레인 특성은 아래에서 설명합니다.

드레인 특성

그만큼 N 채널 향상 MOSFET 드레인 특성 아래에 나와 있습니다. 이러한 특성에서 다이어그램과 같이 서로 다른 Vgs 값에 대해 Id와 Vds 사이에 플롯된 드레인 특성을 관찰할 수 있습니다. Vgs 값이 증가하면 전류 'Id'도 증가함을 알 수 있습니다.

특성에 대한 포물선 곡선은 Id(드레인 전류)가 포화되는 VDS의 궤적을 보여줍니다. 이 그래프에서 선형 또는 옴 영역이 표시됩니다. 이 영역에서 MOSFET은 전압 제어 저항으로 기능할 수 있습니다. 따라서 고정 Vds 값의 경우 Vgs 전압 값을 변경하면 채널 폭이 변경되거나 채널의 저항이 변경된다고 말할 수 있습니다.

옴 영역은 VDS 값이 증가함에 따라 전류 'IDS'가 상승하는 영역입니다. MOSFET이 옴 영역에서 작동하도록 설계되면 증폭기로 활용할 수 있습니다. .

트랜지스터가 켜지고 채널 전체에 전류가 흐르기 시작하는 시점의 게이트 전압을 임계 전압(VT 또는 VTH)이라고 합니다. N 채널의 경우 이 임계 전압 값의 범위는 0.5V ~ 0.7V인 반면 P 채널 장치의 경우 -0.5V ~ -0.8V입니다.

Vds Vt 때마다 이 경우 MOSFET은 선형 영역에서 작동합니다. 따라서 이 지역에서는 전압 제어 저항 .

차단 영역에서 전압 Vgs

MOSFET이 궤적의 오른쪽에서 작동할 때마다 우리는 그것이 궤적의 오른쪽에서 작동한다고 말할 수 있습니다. 포화 영역 . 따라서 수학적으로 Vgs 전압이 > 또는 = Vgs-Vt일 때마다 포화 영역에서 작동합니다. 따라서 이것은 향상 MOSFET의 다른 영역에서 드레인 특성에 관한 것입니다.

전송 특성

그만큼 N 채널 향상 MOSFET의 전송 특성 아래에 나와 있습니다. 전달 특성은 입력 전압 'Vgs'와 출력 드레인 전류 'Id' 사이의 관계를 보여줍니다. 이러한 특성은 기본적으로 Vgs 값이 변경될 때 'Id'가 어떻게 변경되는지 보여줍니다. 따라서 이러한 특성에서 드레인 전류 'Id'가 문턱 전압까지 0임을 알 수 있습니다. 그 후 Vgs 값을 증가시키면 'Id'가 증가합니다.

현재 'Id'와 Vgs 사이의 관계는 Id = k(Vgs-Vt)^2로 주어질 수 있습니다. 여기서 'K'는 장치의 물리적 매개변수에 따라 달라지는 장치 상수입니다. 따라서 이 식을 사용하여 고정 Vgs 값에 대한 드레인 전류 값을 찾을 수 있습니다.

P 채널 향상 MOSFET

그만큼 P 채널 향상 MOSFET 드레인 특성 아래에 나와 있습니다. 여기서 Vds와 Vgs는 음수가 됩니다. 드레인 전류 'Id'는 소스에서 드레인 단자로 공급됩니다. 이 그래프에서 알 수 있듯이 Vgs가 더 음이 되면 드레인 전류 'Id'도 증가합니다.

Vgs > VT일 때 이 MOSFET은 차단 영역에서 작동합니다. 마찬가지로 이 MOSFET의 전달 특성을 관찰하면 N 채널의 미러 이미지가 됩니다.

애플리케이션

인핸스먼트 MOSFET의 바이어싱

일반적으로 E-MOSFET(Enhancement MOSFET)은 전압 분배기 바이어스로 바이어스되거나 그렇지 않으면 드레인 피드백 바이어스로 바이어스됩니다. 하지만 E-MOSFET 자기 편향 및 제로 편향으로 편향될 수 없습니다.

전압 분배기 바이어스

N 채널 E-MOSFET의 전압 분배기 바이어스는 아래와 같습니다. 전압 분배기 바이어스는 BJT를 사용하는 분배기 회로와 유사합니다. 사실 NPN BJT가 이미터에 비해 더 높은 베이스 전압을 필요로 하는 것처럼 N-채널 강화 MOSFET은 소스보다 더 높은 게이트 단자가 필요합니다.

이 회로에서 R1 및 R2와 같은 저항은 게이트 전압을 설정하기 위한 분배기 회로를 만드는 데 사용됩니다.

E-MOSFET의 소스가 GND에 직접 연결되면 VGS = VG입니다. 따라서 저항 R2 양단의 전위는 I와 같은 E-MOSFET 특성 방정식으로 적절한 작동을 위해 VGS(th) 이상으로 설정되어야 합니다. _디 = K(V _GS -에 _GS (일))^2.

VG 값을 알면 E-MOSFET의 특성 방정식을 사용하여 드레인 전류를 설정합니다. 그러나 장치 상수 'K'는 VGS(on) 및 ID(on) 좌표 쌍에 따라 특정 장치에 대해 계산할 수 있는 유일한 누락 요소입니다.

상수 'K'는 K = I와 같은 E-MOSFET의 특성 방정식에서 파생됩니다. _디 /(에 _GS -에 _GS (일))^2.

케이 = 나 _디 /(에 _GS -에 _GS (일))^2.

따라서 이 값은 다른 바이어스 포인트에 사용됩니다.

드레인 피드백 바이어스

이 바이어싱은 위에서 언급한 특성 곡선의 '켜짐' 작동 지점을 사용합니다. 아이디어는 전원 공급 장치 및 드레인 저항을 적절히 선택하여 드레인 전류를 설정하는 것입니다. 드레인 피드백 회로 프로토타입은 아래와 같습니다.

이것은 몇 가지 기본 구성 요소를 사용하는 아주 간단한 회로입니다. 이 작업은 KVL을 적용하여 이해됩니다.

에 _DD = V _RD + V _RG + V _GS

에 _DD = 나 _디 아르 자형 _디 + 나 _G 아르 자형 _G + V _GS

여기서 게이트 전류는 중요하지 않으므로 위의 방정식은 다음과 같이 됩니다.

에 _DD =나 _디 아르 자형 _디 +V _GS

또한 V _{DS =} 에 _GS

따라서,

에 _GS =V _DS = V _DD - 나 _디 아르 자형 _디

이 방정식은 바이어스 회로 설계의 기초로 사용할 수 있습니다.

강화 MOSFET 대 공핍 MOSFET

향상 MOSFET과 공핍 MOSFET의 차이점은 다음과 같습니다.

에 대한 자세한 내용은 이 링크를 참조하십시오. 공핍 모드 MOSFET .

그만큼 강화 MOSFET의 응용 다음을 포함합니다.

• 일반적으로 인핸스먼트 MOSFET은 스위칭, 증폭기 및 인버터 회로에 사용됩니다.
• 이들은 다양한 모터 드라이버, 디지털 컨트롤러 및 전력 전자 IC에 사용됩니다.
• 디지털 전자 제품에 사용됩니다.

따라서 이것은 Enhancement의 개요에 관한 것입니다. MOSFET – 작동 응용 프로그램과 함께. E-MOSFET은 향상 모드에서만 작동하는 고전력 및 저전력 버전 모두에서 얻을 수 있습니다. 공핍 MOSFET이란 무엇입니까?