CMOS tüpü ve bipolar transistör arasındaki fark
Alan etkili transistörler, yalnızca elektronlardan veya deliklerden biriyle çalıştıkları için bipolar transistörlerden farklıdır. Yapı ve ilkeye göre, ikiye ayrılabilir:
. Bağlantı alanı etkili tüp
. MOS tipi alan etkisi tüpü
Şekilde gösterildiği gibi, N-kanal bağlantı alanı etkili transistör, N-tipi yarı iletkenin P-tipi yarı iletkenin kapısı tarafından her iki taraftan sıkıştırıldığı bir yapıya sahiptir. PN bağlantısına bir ters voltaj uygulandığında oluşan tükenme alanı, akım kontrolü için kullanılır.
N-tipi kristal bölgenin her iki ucuna da bir DC voltajı uygulandığında, elektronlar kaynaktan drenaja akar. Elektronların geçtiği kanalın genişliği, her iki taraftan yayılan P tipi bölge ve bu bölgeye uygulanan negatif voltaj ile belirlenir.
Negatif kapı voltajı güçlendirildiğinde, PN bağlantısının tükenme alanı kanala doğru genişler ve kanal genişliği azalır. Bu nedenle, kaynak boşaltma akımı kapı elektrodunun voltajı ile kontrol edilebilir.
Kullanım
Kapı voltajı sıfır olsa bile, akım akışı vardır, bu nedenle düşük gürültü nedeniyle sabit akım kaynağı veya ses amplifikatörü için kullanılır.
FET bağlantısının grafik sembolü
FET bağlantısının çalışma prensibi (N kanalı)
MOS tipi alan etkisi tüpü
Prensip
Metal (M) ve oksit filmi (O) sandviçleyen yarı iletkenin (S) yapısında (MOS yapısı) bile, (M) ile yarı iletken (S) arasına bir voltaj uygulanırsa, bir tükenme katmanı oluşturulabilir. Ek olarak, daha yüksek bir voltaj uygulandığında, elektronlar veya delikler, bir ters çevirme tabakası oluşturmak için oksijen kabarcık filmi altında birikebilir. MOSFET bir anahtar olarak kullanılır.
Çalışma prensibi diyagramında, kapı voltajı sıfır ise, PN bağlantısı akımı kesecektir, böylece akım kaynak ile drenaj arasında akmaz. Geçide pozitif voltaj uygulanırsa, P-tipi yarı iletkenin delikleri, bir tükenme tabakası oluşturmak için kapının altındaki oksit film-P-tipi yarı iletkenin yüzeyinden çıkarılacaktır. Ayrıca, geçit voltajı tekrar artırılırsa, elektronlar daha ince bir N tipi ters çevirme tabakası oluşturmak için yüzeye çekilecek, böylece kaynak pimi (N-tipi) ve drenaj (N-tipi) bağlanarak akımın akmasına izin verecektir. .
Kullanım
Basit yapısı, hızlı hızı, basit geçit sürücüsü, güçlü yıkıcı gücü ve diğer özellikleri ve mikrofabrikasyon teknolojisinin kullanımı nedeniyle performansı doğrudan artırabilir, bu nedenle LSI temel cihazlardan yüksek frekanslı cihazlarda yaygın olarak kullanılır. Güç cihazları (güç kontrol cihazları) ve diğer alanlar.
MOS FET'in grafik sembolü
MOS FET'in çalışma prensibi (N kanalı)
Ortak alan yardımcı tüpü
1. MOS alan etkisi tüpü
Yani, metal oksit-yarı iletken alan etkili tüp, İngilizce kısaltması MOSFET (Metal-Oksit-Yarı İletken)
Alan Etkili Transistör), yalıtımlı bir geçit tipi olan. Ana özelliği, metal kapı ile kanal arasında bir silikon dioksit yalıtım tabakası olmasıdır, bu nedenle yüksek giriş direncine sahiptir (çoğu
1015'ye kadar). Ayrıca N-kanallı tüp ve P-kanallı tüpe bölünmüştür, sembol Şekil 1'de gösterilmiştir. Genellikle substrat (substrat) ve kaynak S birbirine bağlanır. Farklı iletim moduna göre, MOSFET geliştirme türüne ayrılmıştır,
Tükenme türü. Sözde geliştirilmiş tip şu anlama gelir: VGS = 0 olduğunda, tüp kapalı durumdadır ve doğru VGS'yi ekledikten sonra, taşıyıcıların çoğu kapıya çekilir, böylece bu alandaki taşıyıcıları "güçlendirir" ve iletken bir kanal oluşturur .
Tükenme tipi, VGS = 0 olduğunda, kanalın oluştuğu ve doğru VGS eklendiğinde, taşıyıcıların çoğunun kanaldan dışarı akabileceği, dolayısıyla taşıyıcıların "tüketilmesi" ve tüpün kapatılması anlamına gelir.
N kanalını örnek olarak ele alırsak, iki yüksek katkılı kaynak difüzyon bölgesi N + ve boşaltma difüzyon bölgeleri N + bir P-tipi silikon substrat üzerinde yapılır ve ardından sırasıyla kaynak S ve drenaj D dışarı çıkarılır. Kaynak elektrot ve substrat dahili olarak bağlanır ve ikisi her zaman eşit kalır
Bit. Şekil 1 (a) 'daki sembolün ön yönü dışarıdan elektriğe doğrudur, bu da P-tipi malzemenin (substrat) N-tipi kanala atıfta bulunduğu anlamına gelir. Drenaj, güç kaynağının pozitif kutbuna bağlandığında, kaynak güç kaynağının negatif kutbuna bağlanır ve VGS = 0, kanal akımı (yani, boşaltma akımı)
Akış) ID = 0. VGS kademeli olarak arttıkça, kapının pozitif voltajıyla çekilirken, iki difüzyon bölgesi arasında negatif yüklü azınlık taşıyıcılar indüklenir ve drenajdan kaynağa N tipi bir kanal oluşturur. VGS tüpten daha büyük olduğunda nın-nin
Açma gerilimi VTN (genellikle yaklaşık + 2V) olduğunda, N-kanal tüpü bir boşaltma akımı kimliği oluşturarak çalışmaya başlar.
Yerli N-kanallı MOSFET'lerin tipik ürünleri 3DO1, 3DO2, 3DO4 (yukarıdakilerin tümü tek kapılı tüplerdir) ve 4DO1'dir (çift kapılı tüpler). Pim düzenlemeleri (alttan görünüm) Şekil 2'de gösterilmiştir.
MOS alan etkili tüp daha "gıcırdıyor". Bunun nedeni, giriş direncinin çok yüksek olması ve kapı ile kaynak arasındaki kapasitansın çok küçük olması, harici elektromanyetik alan veya elektrostatik indüksiyon ile şarj edilmesinin çok kolay olması ve elektrotlar arasındaki kapasitansta az miktarda yük oluşabilmesidir.
Çok yüksek bir voltaja (U = Q / C), tüpe zarar verin. Bu nedenle, pinler fabrikada birlikte bükülür veya metal folyoya monte edilir, böylece statik yük birikimini önlemek için G direği ve S kutbu aynı potansiyeldedir. Tüp kullanılmadığında tümünü kullanın
Teller de kısaltılmalıdır. Ölçerken ekstra dikkatli olun ve ilgili anti-statik önlemleri alın.
MOS alan etkili tüp algılama yöntemi
(1). Hazırlıklar Ölçmeden önce, MOSFET pimlerine dokunmadan önce insan vücudunu kısa devre yapın. Toprağa bağlanmak için bileğe bir tel bağlamak en iyisidir, böylece insan vücudu ve dünya eş potansiyeli sağlar. Pimleri tekrar ayırın ve ardından telleri çıkarın.
(2). Tespit elektrot
Multimetreyi R × 100 dişliye ayarlayın, önce ızgarayı belirleyin. Bir pimin ve diğer pimlerin direnci sonsuz ise, bu pimin G ızgarası olduğunu kanıtlar. Yeniden ölçmek için test ucunu değiştirin, S-D arasındaki direnç değeri birkaç yüz ohm ile birkaç bin arasında olmalıdır
Oh, direnç değerinin daha küçük olduğu yerde siyah test ucu D kutbuna ve kırmızı test ucu S kutbuna bağlanır. Japonya'da üretilen 3SK serisi ürünlerde, S kutbu kabuğa bağlanır, bu nedenle S kutbunu belirlemek kolaydır.
(3). Amplifikasyon yeteneğini kontrol edin (geçiş iletkenliği)
G kutbunu havaya asın, siyah test ucunu D kutbuna ve kırmızı test ucunu S kutbuna bağlayın ve ardından G kutbuna parmağınızla dokunun, iğnenin daha büyük bir sapması olmalıdır. Çift kapılı MOS alan etkili transistörün iki G1 ve G2 kapısı vardır. Ayırt etmek için ellerinizle dokunabilirsiniz
G2 kutbunun sola doğru saat ibresinde daha büyük bir sapması olan G1 ve G2 kutupları. Şu anda, bazı MOSFET'ler G-S kutupları arasına koruyucu diyotlar eklediler, bu nedenle her bir pime kısa devre yapmaya gerek yoktur.
MOS alan etkili transistörlerin kullanımı için önlemler.
MOS alan etkili transistörler, kullanıldıklarında sınıflandırılmalı ve istenildiği gibi değiştirilemez. MOS alan etkili transistörler, yüksek giriş empedansları nedeniyle (MOS entegre devreleri dahil) statik elektrik tarafından kolayca parçalanırlar.Kullanırken aşağıdaki kurallara dikkat edin:
MOS cihazları fabrikadan çıktıklarında genellikle siyah iletken köpüklü plastik poşetlerde paketlenir, bunları tek başınıza plastik poşete koymayın. Pimleri birbirine bağlamak için ince bakır teller kullanabilir veya bunları kalay folyoya sarabilirsiniz.
Çıkarılan MOS cihazı plastik levha üzerinde kayamaz ve kullanılacak cihazı tutmak için metal bir plaka kullanılır.
Havya iyi bir şekilde topraklanmalıdır.
Kaynak yapmadan önce, devre kartının güç hattı toprak hattı ile kısa devre edilmeli ve ardından MOS cihazı kaynak sonrası ayrılmalıdır.
MOS cihazının her bir piminin kaynak sırası drenaj, kaynak ve geçittir. Sökme sırasında sıra tersine çevrilir.
Devre kartını takmadan önce, makinenin terminallerine dokunmak için topraklanmış bir kablo kelepçesi kullanın ve ardından devre kartını bağlayın.
MOS alan etkili transistörün kapısı, izin verildiğinde tercihen bir koruma diyotuna bağlanır. Devreyi elden geçirirken, orijinal koruma diyotunun hasar görüp görmediğini kontrol edin.
2. VMOS alan etkisi tüpü
VMOS alan etkili tüp (VMOSFET), VMOS tüpü veya güç alanı efekt tüpü olarak kısaltılmıştır ve tam adı V-oluk MOS alan etkili tüpdür. MOSFET'ten sonra yeni geliştirilmiş yüksek verimli bir güç anahtarıdır.
Parçalar. Yalnızca MOS alan etkili tüpün (108W) yüksek giriş empedansını, küçük sürücü akımını (yaklaşık 0.1A) miras almakla kalmaz, aynı zamanda yüksek dayanım voltajına (1200V'a kadar) ve büyük çalışma akımına sahiptir.
(1.5A 100A), yüksek çıkış gücü (1 250W), iyi bir geçiş iletkenliği doğrusallığı, hızlı anahtarlama hızı, vb. Bunun nedeni tam olarak elektron tüplerinin ve güç transistörlerinin avantajlarını bir araya getirmesidir, dolayısıyla voltaj
Amplifikatörler (birkaç bin kata kadar voltaj amplifikasyonu), güç amplifikatörleri, anahtarlama güç kaynakları ve invertörler yaygın olarak kullanılmaktadır.
Hepimizin bildiği gibi, geleneksel bir MOS alan etkili transistörün kapısı, kaynağı ve tahliyesi, kapı, kaynak ve tahliyenin kabaca aynı yatay düzlemde olduğu ve çalışma akımının temelde yatay bir yönde aktığı bir çip üzerindedir. VMOS tüpü farklıdır, sol alttaki resimden yapabilirsiniz
İki ana yapısal özellik görülebilir: birincisi, metal kapı bir V-oluklu yapıya sahiptir; ikincisi, dikey iletkenliğe sahiptir. Tahliye çipin arkasından çekildiğinden, kimlik çip boyunca yatay olarak akmaz, ancak N + ile yoğun bir şekilde katkılanır.
Bölgeden (kaynak S), P kanalı yoluyla hafif katkılı N-sürüklenme bölgesine akar ve son olarak drenaja dikey olarak aşağıya ulaşır. Akımın yönü şekildeki okla gösterilmiştir çünkü kesit alanı arttığı için büyük akım geçebilir. Çünkü kapıda
Kutup ve çip arasında bir silikon dioksit yalıtım tabakası vardır, bu nedenle hala yalıtımlı bir geçit MOS alan etkili transistördür.
VMOS FET'lerin ana yerel üreticileri arasında 877 Fabrikası, Tianjin Yarı İletken Cihazı Dördüncü Fabrikası, Hangzhou Elektron Tüp Fabrikası vb. Bulunmaktadır. Tipik ürünler arasında VN401, VN672, VMPT2 vb. Yer alır.
VMOS alan etkisi tüpünün algılama yöntemi
(1). G ızgarasını belirleyin. Üç pim arasındaki direnci ölçmek için multimetreyi R × 1k değerine ayarlayın. Bir pinin ve iki pininin direncinin hem sonsuz olduğu hem de test uçları değiştirildikten sonra hala sonsuz olduğu tespit edilirse, bu pinin diğer iki pimden yalıtıldığı için G kutbu olduğu ispatlanmış olur.
(2). Kaynak S ve Drenajın belirlenmesi Şekil 1'den de görülebileceği gibi kaynak ile drenaj arasında bir PN eklemi vardır, bu nedenle PN ekleminin ileri ve geri direnci arasındaki farka göre S kutbu ve D kutbu belirlenebilir. Direnci iki kez ölçmek için değişim ölçer kalem yöntemini kullanın, daha düşük direnç değerine sahip olan (genellikle birkaç bin ohm ila on bin ohm) ileri dirençtir.Şu anda, siyah test ucu S kutbudur ve kırmızı olan D kutbuna bağlıdır.
(3). G-S kutbuna kısa devre yaptırmak için drenaj kaynağı açık durum direncini RDS (açık) ölçün, multimetrenin R × 1 dişlisini seçin, siyah test kablosunu S kutbuna ve kırmızı test ucunu D kutbuna bağlayın. Direnç birkaç ohm ila on ohm'dan fazla olmalıdır.
Farklı test koşulları nedeniyle, ölçülen RDS (açık) değeri kılavuzda verilen tipik değerden daha yüksektir. Örneğin, bir IRFPC50 tipi VMOS tüpü, 500 tipi bir multimetre R × 1 dosyası, RDS ile ölçülür.
(Açık) = 3,2 W, 0,58 W'tan büyük (tipik değer).
(4). İletkenliği kontrol edin.Multimetreyi R × 1k (veya R × 100) konumuna yerleştirin.Kırmızı test ucunu S kutbuna ve siyah test ucunu D kutbuna bağlayın. Izgaraya dokunmak için bir tornavida tutun. İğne önemli ölçüde sapmalıdır. Sapma ne kadar büyükse, İletkenlik ne kadar yüksek olursa.
Önlemler:
VMOS tüpleri ayrıca N kanallı tüplere ve P kanallı tüplere ayrılmıştır, ancak ürünlerin çoğu N kanallı tüplerdir. P-kanallı tüpler için test uçlarının konumu ölçüm sırasında değiştirilmelidir.
G-S arasında koruma diyotlarına sahip birkaç VMOS tüpü vardır, bu algılama yöntemindeki 1 ve 2 öğeleri artık geçerli değildir.
Şu anda, piyasada özellikle AC motor hız kontrolörleri ve invertörler için kullanılan bir VMOS tüp güç modülü bulunmaktadır. Örneğin, Amerikan IR şirketi tarafından üretilen IRFT001 modülü, içinde üç fazlı bir köprü yapısı oluşturan üç N-kanallı ve P-kanallı tüplere sahiptir.
Piyasadaki VNF serisi (N-kanal) ürünler, Supertex tarafından Amerika Birleşik Devletleri'nde üretilen ultra yüksek frekanslı güç alanı etkili transistörlerdir.En yüksek çalışma frekansı fp = 120MHz, IDSM = 1A, PDM = 30W ve ortak kaynak küçük sinyal düşük frekanslı transkondüktans gm'dir. = 2000S. Yüksek hızlı anahtarlama devreleri ve yayın ve iletişim ekipmanı için uygundur.
Bir VMOS tüpü kullanılırken uygun bir soğutucu eklenmelidir. Örnek olarak VNF306'yı alırsak, maksimum güç 140 × 140 × 4 (mm) radyatör taktıktan sonra 30W'a ulaşabilir.
8. Alan etkili tüp ve transistörün karşılaştırılması
Alan etkili tüp, voltaj kontrol elemanıdır ve transistör, akım kontrol elemanıdır. Yalnızca sinyal kaynağından daha az akım çekilmesine izin verildiğinde, bir FET kullanılmalı ve sinyal voltajı düşük olduğunda ve sinyal kaynağından daha fazla akım çekilmesine izin verildiğinde, bir transistör kullanılmalıdır.
Alan etkili transistörler, elektriği iletmek için çoğunluk taşıyıcıları kullanır, bu nedenle tek kutuplu cihazlar olarak adlandırılırken, transistörlerin elektriği iletmek için hem çoğunluk taşıyıcıları hem de azınlık taşıyıcıları vardır. Bipolar cihaz olarak adlandırılır.
Bazı FET'lerin kaynağı ve tahliyesi birbirinin yerine kullanılabilir ve kapı voltajı da pozitif veya negatif olabilir, bu da transistörlerden daha esnektir.
Alan etkili tüp çok küçük akım ve çok düşük voltaj altında çalışabilir ve üretim süreci birçok alan etkili tüpü bir silikon çip üzerinde kolayca entegre edebilir, bu nedenle alan etkili tüp büyük ölçekli entegre devrelerde kullanılmıştır. Geniş uygulama yelpazesi.
