2. Metal-Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
NAVDENG - 2. Nîvçêkerê FET-Moksîda oksîdê (MOSFET)
BİXWÎNE- 1. Alîkar û Disadavên FETs
Metal-Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
FET-Axideductor FET (MOSFET) di çarçoveyek çar termînal e. Terminals in Çavkanî (S), deriyê (G) û drain (D). Ew perestgehê or beden çar terminal MOSFET bi der barê tîrêjeyê ji hêla kanalek bi silicon dioxide vekirî de tête avakirin. MOSFET dikarin bibin hilweşandin or mode. Em her du şertên kurt têne şert kirin.
1-n-channel Dijandina MOSFET
MOSFET carinan ji bo IGFET ve tê gotin (Ji ber SiO2 levî wekî wekî insulator di navbera deriyê û perestgehê de tê bikaranîn. Em bi analîzê re bi rêbazên hilweşandina MOSFET dest pê bikin. Wek ku BJT jî dikarin bibin npn or pnp, MOSFET dikarin bibin n(NMOS) an p(PMOS). 1 Xweseriya fîzîkî û sembolê ji bo pêşveçûnek nîşan dide nMOSFET Hişyar bikin ku sabstratek bi çavkaniya termînal ve girêdayî ye. Ev dê hema hema hema hebe.
Rastkirina MOSFET bi avahiyek ava kirin cûsseyî kanalek di navbera dûr û çavkaniyê de tête navnîş kirin. Wekî encam, dema ku voltage, vDS, di navbera drain û çavkaniyê de, tête pejirandin, niha, iD, di navbera drain û çavkaniyê de hebe ku deriyê Terminal G is unconnected (vGS = 0 V).
Avakirina avakirina nMOSFET-destûra têkildarî bi dest pê dike psilicon. Ew nçavkaniyên çavdêriya û kûçikên deryayan di navbera dûrên berxwedana kêm-berxwedan de ava bikin n-channel, wekî ku di 1-ê de nîşan dide. Pirtûka piçûk ya sîlîkon dioxide tête navnîşê li navenda çavkaniyê û deryayê. SiO2 însulator e. Li ser pirtûka lîmonê li ser pisîka çelîkkirina dîkoxonê da ku da ku deriyê terminalê ava bike. Di operasyonê de, neyînî vGS elektronên ji herêmê ji kanaleyê vekişîne, bi vî awayî kanalek derxistin. Heke vGS têkoşîna hinek voltage, VT, kanal e avêtin. Nirxên erênî yên vGS mezinbûna kanalê zêde bikin, ji ber ku zêdebûna zêdekirina drainê. Dijmeya MOSFET dikare bi nirxên erênî an jî neyînî neyên xebitandin vGS. Ji ber ku deriyê ji kanalê veguhestin, dergeha niha zehfî ye (ne bi armanca 10-12 YEK).
2 - P-channel Zebûrkirina MOSFET
2 Xuyakirina 1 Nîşan e, bêyî ku em guhertin nMOSFET-a-rakirin pMOSFET
Ew nMOSFET-pêşveçûna MOSFET di 3-ê de bi navnîşa sembolê xuya dike. Ev forma herî gelemperî ya zevî-bandorê bandor e.
3-n-channel zêdekirin MOSFET
Ew n-Helavkirina MOSFET ji MOSFETê ne ji hêla piçûk ve ye n-pel. Ew di navbera deriyê û çavkaniya ku ji bo kanalek çêkirek voltageek erênî ye. Ev kanalek ji hêla çalakiya erênî ya erênî ve girêdayî ye, vGS, ku ji elektrîkê ve di navbera ndrain û çavkaniyê. Pozîtîf vGS dibe sedema elektronên ku li binê erdê de li ser erdê hilber bikin. Dema ku voltage veguhestin, VT, hejmara hejmara elektrîkê bes li vê herêmê dikişînin ku ji bo ku tevgeran pêk anîn pêk bikin n-qenal. Naveroka nirxên nirx, iD heta heya vGS bêtir VT.
4 Xuyakirina 3 Nîşan e, bêyî ku em guhertin nMOSFET-aşelbûnê ji bo ppêşveçûna MOSFET.
4 - Pêşveçûna p-channel MOSFET
Wekî kurtasî, malbata MOSFET nasnameyê dike iD beramber vGS curên 5 di xuyaniyê de nîşan dide. Her cure taybetmendî bi bi drain-voltage çavkaniyek tête pêşve kirin vDS ji bo parastina herêmê li herêmê operasyona normal ya parastinê iD beramber vDS cur Di gotûbêjên paşê de beşdarî wê gotûbêjê dê voltage veguhestin bike VT ji bo herdu zêdekirina MOSFET û hilweşandina MOSFET.
Jimar 5 - iD beramber vGS taybetmendiyên malbata MOSFET ji bo volteya veguhestina dorpêk VDS
2.1 Enhancement-Mode MOSFET Taybetiyên Termînal
Naha ku me avahî û bingeha bingehîn a ji bo xebitandina MOSFET-ê pêşkêş kir, em rêgezek bikar tînin da ku tevgera termînalê ya amûrê başkirin-modê lêkolîn bikin. Ka em pêşîn ji Figureêwira 1. ve hin çavdêriyên gelemperî bikin. Bifikirin ku herika normal a herikîna di MOSFET-ê de wekî ji kaniyê ber bi çavkaniyê ve ye (mîna BJT, ew di navbera berhevkar û belavker de ye). Wekî bi npn BJT, du dû-paş-ê diodes di nav drain û çavkaniyê de hene. Ji ber vê yekê divê em vakslêdanên derveyî li ser dergehê bidin bicîh bikin ku ji bo destûrê ve diçin di navbera dûr û çavkaniyê de.
Heke ku em çavkaniyê dakêşin, û bi deriyê veguhestina erênî bi kar bînin, da ku ew voltage bi awayekî veguhestina dergeh-çavkaniyê ye. Volteya erênî ya erênî yên elektronîk veguhestin û hêşikên xweş dike. Dema ku voltage ji dorpêçê (VT), elektronên ku di navbera dûr û çavkaniyê de kanalek çêbikin. Di vê yekê de, transistor li ser veguherîne û niha niha fonksiyonek herdu jî ye vGS û vDS. Divê ev eşkere bikin VT hejmareke erênî ye ncîhaza -channel, û hejmareke neyînî pdevice -channel.
Dema ku kanalek çêkiriye (ango, vGS >VT), pêvajoya niha dikare di navbera kanal û çavkaniyê de kanalek dibe. Vê gavê niha ye vDS, lê ew jî girêdayî ye vGS. Heke vGS tenê bi tenê bi zehfeya voltageê derbas dibe, dibe ku pir kêmtir dibe. Dema vGS zêdeyî dorpêçê zêde dibe, kanala kanalek zêdetir pargîdan û pirtirên bilind dibe. 6 Têkiliya di navbera têkiliyê de nîşan dide iD û vDS ko vGS parameter e. Têbigere ku ji bo vGS ji hêja kêmtir, nîrek nîne. Ji bo bilindtir vGS, têkiliyek di navbera iD û vDS nêzîkî linear eşkere dike ku MOSFET wekî berxwedana dijberî ku berxwedanê girêdayî ye vGS.
6 -iD beramber vDS ji bo pêşveçûn-mode ngava MOSFET vDS piçûk e
Wek curên 6-ê wekî çavên rasterast. Lêbelê, ew ê di rêza rêzan de berdewam nakin vDS mezin dibe. Bawer bikin ku vakslêdana derveyî erênî tê bikaranîn ku kanala kanalek çêbikin. Ew ji hêla elektronan vekişîn dike. Vê voltage ya erênî yên erênî jî heman tiştê dike. Wekî ku em nêzîkî kanalek dorpêç dikin, voltage ji nêzîkên rêwîtiyê biafirîne vGS-vDS Ji ber ku du çavkaniyên hevdu dijber dikin. Dema ku ev cudahî ji kêmtir e VT, kanalek ji bo dora tevahiya çavkaniyê û çavdêriya jîngehê tune. Ev kanal e asteng kirin li dora dawiyê, û bêtir zêde dibe vDS encama bêtir zêde dibe iD. Ew wekî herêmê operasyona normal an jî tê zanîn saturation herêm di 7-ê de ji hêla qada horizontal ya curvesên taybetmendiyê ve nîşan dide. Dema ku cudahî ji mezintir e VT, em vê yekê dibêjin sêyemîn mode, ji ber ku potansiyonên her sê termînal re bandor dike ku niha.
Gotûbêja berê dişewitîne ser curvesên xebitandinê yên 7.
7 -iD beramber vGS ji bo MOSFET-ê-pêşveçûnê
Di navbera 7-ê de xuya ye, di nav devera veguhastina sêyemîn û herêmê operasyona normal (tête navnîşê devera qada navendî) û operasyonek di operasyonê de tê bikaranîn.
(1)
Li ser sînorê sêyemîn de, kincên curên nêzîkî pêwendiyê peyda bikin,
(2)
Di Equation (2), K ji bo amûreke danûstandinek berdewam e. Nirxê wê di çarçoveyên cîhûbarê de amûr û materyalên di avakirina avakirina wê de. Hêza berdewam tê dayîn,
(3)
Di vê wekheviyê de μn mobîliya elektrîkê ye; Coxax, gaziya oxaxê, her perçeya perçeyê ya deriyê ye; W çarçeya deriyê ye; L dirêjahiya deriyê ye. Wekhevkirina têkiliyên paqij û nelinear di navbera iD û du voltages, vDS û vGS. Ji ber ku em dixwazin dixwazin nêzîkî lênêrîn bi cûreyek cûda bikin vGS (serbixwe vDS), FET bi gelemperî li herêma sêyemîn tê bikaranîn.
Niha em dixwazin ku ji bo curvesên operasyona di navenda saturationê de wekheviyek peyda bikin. Em dikarin li ser veguhastina navbera navbera sêyek û saturationê de bi binirxandina Nirxandina (2) de li ser veguherînê (qeş). Ku heye,
(4)
Ev yekrengiya mezinahiya dravê ya li ser sînorê niha (linea dashed in 8-wêne) wekî fonksiyona voltage-yê-ê-voltage vGS. Heke pêwîst hebe, em ji bo dorpêçeya hûrgelê ya taybetmendiya taybetmendiyê di herêmê saturationê de ji hêla faktora lîar re zêde dibe.
(5)
Di Navnetewî (5) λ hêjayî piçûk e (parçeya qada nêzîk ya curvanên taybetmendiyê nîşan bide xNUMX). Ew bi gelemperî 8 (V-1). Paşan
(6)
Tevahiya hevdîtina me ya berê bi nîjeriya NMOSyê ve girêdayî ye. Em niha nuha li ser PMOS ji bo guhertinên hûrgelan bêjin. Ji bo PMOS, nirxên li vDS wê neyînî be. Additionally, ji bo PMOS-ê çêbikin, 
.
8 - Tewendên Termînalê ya Tîstistorê MOSFET
Tenê ji bo taybetmendiyên NMOS veguherîner ên NOS (7 Xuyen) guhertin ew e ku axa horizontal niha niha -vDS li ser + vDS, û curvesên parametricê nîşan dide ku wekî niha veguhestina voltageê kêmtir dibe (ji ber ku zêdekirina ji bo niştecîhên NMOS). Ji bo nirxên heyî yên zêdebûna volksiyonê ya deriyê mizgîn negirtî. Heke vGS > VT, traktor eşkere ye. Ji bo zêdekirina PMOS, VT neyînî ye, û ji bo kêmkirina PMOS, VT erênî ye.
Wekhevkirina ji bo veguherandina herêmê ya herêmê ya ji bo PMOS veguherîna PMOS ve wekhev e ku wê ya NMOS e. Ku heye,
(7)
Zanibe ku vGS û vDS hejmarek negatîf in. Wekheviyê ji bo herêmê ya saturationê di PMOS transistor jî ji bo wê ya NMOS e. Ku heye,
(8)
Zanibe ku λ Ji ber rêjeya guherîna curve (ji bo veguhestinê) ji bo trajberên PMOS
) neyînî ye.
Bi riya dravî ya her du aliyên Hemî (6) bi rêzgirtina xwe digirin vGS, 
, Em distînin
(9)
Em nirxê bîr dikin gm berdewam bimînin, bi taybetî ji bo pevçûnên mezin. Lêbelê, em dikarin tenê heya vê rewşê nêzîkî heger em ê ji bo serîlêdanên sepanên biçûk yên FET bikar bînin. Ji bo mercên sembolên mezin, distortion of waveform dibe ku di hin hinek daxwazan de nayê qebûl kirin.
2.2 Depletion-Mode MOSFET
Di beşa berê de MOSFET-ê bi zêdekirina xurtkirinê-mode. Em nuha vê yekê li dijî MOSFET-mode. Bo nMode-zêdekirina modela, ku kanalek ku em mecbûr kiribû ku li deriyê veguhestina erênî ya erênî pêk bînin. Vê voltage ji bo hêza mezin tête ku hejmara hejmarên mobîl mobîl bi hêza xwe re çêbikin ku ji bo kanala kanalek çêbikin.
Nîşan 9 - MOSFET-n-channel-navek perçekirin
Di n-modê xilaskirina qenalê MOSFET, ji ber ku me qenalek bi fîzîkî hatî çandin hewceyê vê voltaja erênî ne hewce ye. Ev dihêle ku em bi voltajên neyînî yên ku li ber derî têne sepandin di navbera termînalên jêderkîn û çavkaniyê de hengav hebe. Bê guman, sînorek heye ku mîqyara voltaja neyînî ku dikare li ber derî were sepandin dema ku hîn jî di navbêna jêderk û çavkaniyê de herikîn heye. Ev sînor dîsa wekî voltaja bendavê tête destnîşankirin, VT. Guherîn ji moda zêdekirinê ev e ku voltaja dergeh-bi-çavkanî nuha dikare neyînî an erênî be, wekî ku di Figureikil 9 de tê xuyang kirin.
Hemheviyên ku diyar dikin ku operasyona hilweşandina demokrasiyê MOSFET pir ji wan re rêbazên çêtirîn e. Çirxê darê dema ku niha vGS wekî sifir tête naskirin IDSS. Ev pir caran tê gotin çavdêriya dûr-çavkaniyê ya heyî, An ji sifir - herikîna dergeh. Comparing equations of mode-mode MOSFET bi wan re modela hilweşînê, em dibînin
(10)
Em paşê bibînin,
(11)
MOSFETs di formek dîskûpêk de hene, an jî ew dikarin li ser çarçoveyên mûzeyên rastîn ên di çarçoveya rêbazan de tevlihev bibin. Di heman demê de herdu p-type û n-awa. Ev di nav teknîkên sêwirînê de bêtir veşartî destûr dide.
2.3 Gelek navber-navnîşa navendî
Niha em dixwazin dixwazin ku di çarçoveya satirasyonê de ku ji taybetmendiyên mezin yên nîşana 8 [Equation (5) an jî (8) di nav pêvajoya saturation de nîşan dide. Têbînî ku dora niha, iDgirêdayî ye vGS û vDS. Ji bo voltaja derî-ser-çavkanî ya domdar, em li rex yek ji bendên parametrîkî yên jimar tevdigerin, û têkilî nêzîkê xêzek rast e. Têkiliyek rasterast di navbera heyî û voltajê de ji hêla berxwedanek ve tête model kirin. Ji ber vê yekê çerxa wekhev ji berxwedanek paralel bi çavkaniya heyî re ku nirxê çavkaniya heyî ya ku ji ber vGS. Çarçoveya çiravê girêdayî ye vGS. Dîlok beşek derveyî ye,
(12)
ko r0 berxwedanê hilberîner e. Em ji Yekitiya ([5] an jî (8)] dibînin ku ew berxwedanê ji hêla têne dayîn
(13)
Li ku em ê bi karûbarên dûr binêrin VGS ku nîşan bide ku berxwedanê ji bo nirxa yekser a parçeya voltê ya dergehê ve tête diyar kirin. Nêzika dawî ya di Equation (13) encamên ji Yekîtiya (5) ve têgihîştin ku λ piçûk e. Berxwedana vê yekê ji hêla hêja ya heyî, ID. Mînakek wekhevek nîşana mezin ji aliyê 11 wêneyê ve tê dayîn r0 wekî wekhevî di Equation (13) de ye.
11 - Nîşanek mezin-hûrgelê wekhev
2.4 Modela MOSFET
Niha em dixwazin dixwazin li ser bandora zêdebûna bandorên têkçûna hevpeymanan. Parametên çarçoveyên ku di wekheviyê de, iD, vGS û vDS ji du dc (bias) û ac pêkhatî (ji ber ku em di beşdariya mûçeya jorîn de di navnîşan de) bikaranîn. Em dixwazin balkêş in ac beşên ji bo modela piçûk-biçûk. Em dibînin ku dora niha di du voltages, dergeh-çavkaniyê û drain-to-source girêdayî ye. Ji bo nirxên navdar, em dikarin têkiliya vê têkiliyê binivîsin
(14)
Di Navnetewî (14) gm is veguherandina pêşdibistanê û r0 berxwedana hilberînê ye. Nirxên wan têne derxistin ku di derheqê partiyê de wekhevkirina (5) têne kirin. Ji ber vê yekê,
(15)
Girêdana li Equation (15) ji çavdêriya ku encam dide λ heke biçûk. Equation (14) ji bo modela 12-ê pergala piçûk-biçûk.
Nîşan 12 - Modela MOSFET-Hûrgelê