MOS tüpü hakkında derinlemesine konuşma
Görüntülemek için tıklayın-- > : Yarı iletken insanların dikkat etmesi gereken üç halka açık hesap
Kaynak: EETOP blogu Yazar: Xu Huan
Bağlantı:
Yarı iletken alanındaki en temel cihazlardan biri olan MOS transistörleri, hem IC tasarımında hem de kart düzeyinde devre uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Şu anda, özellikle yüksek güçlü yarı iletkenler alanında, çeşitli yapıların MOS transistörleri yeri doldurulamaz bir rol oynuyor. Temel bir cihaz olarak, genellikle basitlik ve karmaşıklığı birleştirir. Basitlik yapısında, karmaşıklık ise uygulamaya dayalı derinlemesine değerlendirmede yatmaktadır. Bu nedenle, bir donanım geliştiricisi olarak devre tasarımında ilerlemek istiyorsanız, MOS transistörlerini anlamak vazgeçilmez bir adımdır. Bugün konuşalım.
1. MOS tüpünün yarı iletken yapısı
Yarı iletken bir cihaz olarak, kaynağı hala yarı iletkenlerin katkılanmasıyla oluşan en ilkel malzemeler, P ve N tipi maddelerdir.
Peki, yarı iletken teknolojisinde MOS tüpleri nasıl yapılır?
Bu, çok basit görünen üç uçlu bir bileşen olan NMOS yapısının şematik bir diyagramıdır. Spesifik üretim süreci, tasarıma göre belirli bir temel (alt tabaka) üzerinde adım adım "kapsanan" yapı blokları gibidir.
MOS tüpünün sembol açıklaması:
2. MOS tüpünün çalışma mekanizması
Geliştirilmiş MOS tüpünü örnek alarak, kısaca MOS tüpünün çalışma prensibine bakalım.
Yukarıdaki yapıdan, MOS tüpünün bir triyota benzediğini ve aynı zamanda arka arkaya iki PN bağlantısı olduğunu görebiliriz! Triodun prensibi, elektron deliği rekombinasyonu yoluyla CE'ler arasındaki iletimi kontrol etmek için önyargı koşulları altında çok ince bir taban alanına akım enjekte etmektir ve MOS transistörleri, iletişim için kapıda bir taşıyıcı kanal oluşturmak için elektrik alanları kullanır. DS arasında.
Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, açma voltajı yetersiz olduğunda, taşıyıcıların doğal rekombinasyonu nedeniyle N bölgesi ile substrat P arasında bir nötr tükenme bölgesi oluşacaktır. Geçit ileri bir voltajla sağlandıktan sonra, P alanındaki azınlık taşıyıcılar (elektronlar), elektrik alanın etkisi altında kapı silikon oksit altında toplanacak ve son olarak, çoğunlukta elektronların bulunduğu bir alan oluşacaktır, bu da inversiyon katmanı adı verilen inversiyon katmanı. P tipi alt tabaka bölgesinde bir N-tipi kanal bölgesi oluştuğu için yazın. Bu şekilde DS bağlanır.
Aşağıdaki şekil basit bir MOS tüpü açma simülasyonudur:
Bu, MOS tüp akımı Id'nin Vgs'ye karşı eğrisidir ve açma voltajı 1,65V'dur. Aşağıdaki şekil, bir triyota benzer şekilde IDS ile VGS ve MOS tüpünün VDS'si arasındaki karakteristik eğri diyagramıdır.
Cihaz yapısı perspektifinden MOS tüpünü açmanın tüm sürecine bir göz atalım.
1. Vgs'nin MOS tüpü üzerindeki açılma etkisi
Belirli bir aralıktaki vgs > Vth, Vds < Vgs-Vth, Vgs ne kadar büyükse, inversiyon katmanı o kadar geniş ve akım o kadar büyük olur. Bu alan, MOS tüpünün doğrusal alanıdır (değişken direnç alanı). hangisi:
Vgs sabit olduğunda, Vds yükselir ve Id yaklaşık olarak doğrusal olarak yükselir ve bir direnç özelliği gösterir.
Vds sabit olduğunda, Vgs yükselir ve Id yaklaşık olarak doğrusal olarak yükselir, bu da voltaj kontrollü bir direnç özelliği gösterir.
Eğrinin sol tarafı
2. MOS tüp kanalında Vds'nin kontrolü
Vgs ne zaman > Vth, Vds < Vgs-Vth olduğunda, analiz yukarıdaki eğrinin sol tarafı ile aynı olduğunda, değişken direnç alanı olan Vds'nin artmasıyla mevcut Id artar.
Ne zaman Vds > Vgs-Vth'den sonra DS arasındaki elektrik alanın sağ taraftaki kanalı daraltmaya ve direnci artırmaya başladığını görebiliriz. Bu nedenle, mevcut Id'deki artış yavaşlamaya başlar. Vds belli bir ölçüde arttığında, sağ kanal tamamen sıkışmıştı!
Bu sırada, DS arasındaki voltaj D terminaline yakın sıkıştırma tükenme bölgesinde dağıtılır.Pinç-off bölgesindeki artış, yani W kanal genişliğindeki azalmanın neden olduğu direnç artışı, Vds'nin Id üzerindeki pozitif etkisini dengeleyerek akıma neden olur. Vds artışı ile id neredeyse hiç değişmiyor. Bu sırada, D ucundaki taşıyıcılar, güçlü bir elektrik alanının etkisi altında S ucuna ulaşmak için tükenme bölgesinden geçerler!
Bu alan, doyma alanı ve amplifikasyon alanı olarak da adlandırılan MOS tüpünün sabit akım alanıdır.
Bununla birlikte, kanal uzunluğu L, kanal modülasyon etkisine bağlı olarak değişir, bu nedenle eğri biraz yukarı doğru eğrilir.
Önemli not: MOS tüpünün ve transistörün çalışma alanının tanımı farklıdır
Triodun doygunluk alanı: çıkış akımı Ic, giriş akımı Ib ile değişmez.
MOS tüpünün doygunluk alanı: Çıkış akımı kimliği, Vds çıkış voltajıyla değişmez.
3. Arıza
Aşırı Vgs, kapının ince oksit tabakasında bozulmaya ve hasara neden olacaktır.
Aşırı Vds, D ile alt tabaka arasındaki ters PN bağlantısının çığ gibi bozulmasına neden olur ve büyük bir akım doğrudan alt tabakaya akar.
3. MOS tüpünün anahtarlama sürecinin analizi
MOS tüpünün çalışma prensibini daha iyi anlamak ve MOS tüpünün kesilmesinden açılmasına kadar tüm sürecini analiz etmek istiyorsanız, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi eksiksiz bir devre yapısı modeli oluşturmalı ve parazitik parametreleri tanıtmalısınız.
Ayrıntılı açılış süreci:
t0 ~ t1 aşaması: Kapı akımı Cgs ve Cgd'yi yükler ve Vgs, açma voltajı Vgs (th) 'ye yükselir Bu süre boyunca, MOS açılmaz ve MOS tüpünün kesme alanı olan hiçbir akım akışı olmaz. Bu aşamada, Vd voltajının Vg'den daha büyük olduğu açıktır, bu da kapasitans Cgd'nin pozitif ve negatif olduğu şeklinde anlaşılabilir.
Aşama t1 ~ t2: Vgs, Vth'ye ulaştıktan sonra, MOS transistörü kademeli olarak tam yük akım değeri Io'ya dönmeye başlar ve mevcut Ids görünür.Ids ve Vgs doğrusal bir ilişkiye sahiptir.Bu aşama, MOS tüpünün değişken direnç bölgesi veya doğrusal bölgesidir.
Faz t3 ~ t4: Miller platformundan geçtikten sonra Cgd ters olarak Vgs'ye yüklenir ve Vgs son gerilime yükselmeye devam eder Bu gerilim değeri MOS tüpünün Ron açılma direncini belirler.
Spesifik süreci simülasyon yoluyla görebiliriz:
b: ZVS sıfır gerilim anahtarlama teknolojisi Miller etkisini ortadan kaldırabilir, yani kanal, yüksek güçlü uygulamalarda daha fazla olan Vds 0 olduğunda açılır.
c: Geçit, tasarım maliyetini artıran negatif voltajla çalıştırılır.
d: Aktif Miller kelepçesi. Yani, kapıya bir triyot eklenir ve kapatıldığında kapı voltajı aşağı çekilir.
MOS tüpünün çalışma mekanizması yukarıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır, böylece veri sayfasına ve bu parametrelere bir bakışta bakabiliriz.
Sınır değeri parametresi, en yüksek uygulama aralığını temsil eder.Güç tüketimi ve ısı dağıtımı, yüksek güçlü uygulamaların odak noktasıdır.
Vücut diyotu:
Ayrı cihaz NMOS tüpünde, S terminali genellikle substrattır, bu nedenle DS arasında bir parazitik diyot vardır.
Ancak entegre devrenin içinde, S terminali, substrata zorunlu olarak değil, düşük veya yüksek bir potansiyele bağlıdır, bu nedenle parazitik diyot yoktur.
Parazitik diyot, MOS tüpünü koruma işlevine sahiptir ve anlık ters büyük akımı türetmektedir.
Dördüncü olarak, MOS tüpünün sürüş uygulaması
MOS'un sürücüsü, uygulama tasarımının odak noktasıdır.Ardından, sürüş yöntemleri ve özelliklerinden bahsedelim.
4.1 Doğrudan sürüş
Sürücü çipi doğrudan PWM dalgasını verir
Özellikler: Sürücü döngüsü çok uzak olmamalıdır, aksi takdirde parazitik endüktans anahtarlama hızını düşürür ve çınlamaya neden olur. Ek olarak, genel sürücülerin büyük bir sürüş akımı sağlaması zordur.
4.2 İtme-çekme tahriki
PWM sürücüsü, geçidi bir itme-çekme yapısı boyunca sürer
Özellikler: Daha küçük bir sürücü döngüsü ve daha büyük sürücü akımı elde etmek için, kapı voltajı Vb + Vbe ile GND ve Vbe arasında sıkıştırılır.
4.3 Kapı sürücü hızlanma devresi
Paralel diyotlar akımı şöntleyebilir, ancak voltaj düştükçe diyotlar yavaş yavaş işlevlerini kaybeder.
4.4 PNP kapatma devresi
Özellikler: PNP, kapatıldığında kısa devre deşarjı oluşturur, ancak tamamen sıfır olamaz.Diyot Don, transistörün bozulmasını önlemek için kenetlenebilir.
V. Özet
Yukarıdakiler kabaca MOS tüpünün temel yarı iletken bileşenlerinin çalışma prensibini ve uygulamasını ayrıntılı olarak tanıtmaktadır.Çalışmada ihtiyaç duyulan şey, özellikle bazı uygulamalarda, özellikle uygulama problemlerinde gerçek test ve deneylerdir. Bu şekilde, ilgili temel bilgileri kendi yeteneklerinize gerçekten entegre edebilir ve teknik sorunları kolaylıkla çözebilirsiniz. Teknolojiyle uğraşmak için, tıpkı bir insan gibi, küçükten başlayıp yukarı bakmalısınız.
Yazarın diğer bloglarının bazı ekran görüntüleri:
(Bağlantıyı kopyalayın: Bilgisayarda açın ve görüntüleyin)
Yarı iletken endüstrisinin ilgili kamu hesaplarının neler olduğunu görmek için orijinal metni okumak için tıklayın.
