Чому МОП-транзистори контролюють напругу?

МОП-транзистори (металооксидні напівпровідникові польові транзистори) називаються пристроями з керуванням напругою головним чином тому, що принцип їх роботи базується головним чином на управлінні напругою затвора (Vgs) над струмом стоку (Id), а не на керуванні струмом, оскільки це стосується біполярних транзисторів (таких як BJT). Нижче наведено детальне пояснення MOSFET як пристрою з керуванням напругою:

Принцип роботи

Контроль напруги затвора:Серце МОП-транзистора знаходиться в структурі між затвором, витоком і стоком, а також ізоляційним шаром (зазвичай діоксид кремнію) під затвором. Коли на затвор подається напруга, під ізоляційним шаром створюється електричне поле, яке змінює провідність області між джерелом і стоком.

Формування провідного каналу:Для N-канальних МОП-транзисторів, коли напруга на затворі Vgs є достатньо високою (вище певного значення, яке називається пороговою напругою Vt), електрони в підкладці P-типу під затвором притягуються до нижньої сторони ізоляційного шару, утворюючи N- типу провідного каналу, який забезпечує провідність між джерелом і стоком. І навпаки, якщо Vgs менше, ніж Vt, провідний канал не формується, і MOSFET перебуває в стані відсічення.

Контроль струму зливу:величина струму стоку Id в основному контролюється напругою на затворі Vgs. Чим вище Vgs, тим ширший утворюється провідний канал і тим більший струм стоку Id. Цей зв’язок дозволяє МОП-транзистору діяти як пристрій струму, керований напругою.

Переваги п'єзохарактеристики

Високий вхідний опір:Вхідний опір MOSFET є дуже високим завдяки ізоляції затвора та області витік-сток ізоляційним шаром, а струм затвора майже дорівнює нулю, що робить його корисним у схемах, де потрібен високий вхідний опір.

Низький рівень шуму:МОП-транзистори створюють відносно низький рівень шуму під час роботи, головним чином завдяки їхньому високому вхідному опору та уніполярному механізму провідності несучої.

Швидка швидкість перемикання:Оскільки МОП-транзистори є пристроями з керуванням напругою, їхня швидкість перемикання зазвичай вища, ніж у біполярних транзисторів, які мають пройти через процес накопичення заряду та звільнення під час перемикання.

Низьке енергоспоживання:У включеному стані опір сток-витік (RDS(on)) MOSFET відносно низький, що допомагає зменшити споживання електроенергії. Крім того, у стані відсічення статичне споживання енергії дуже низьке, оскільки струм затвора майже дорівнює нулю.

Підводячи підсумок, МОП-транзистори називаються пристроями з керуванням напругою, оскільки принцип їх роботи значною мірою залежить від керування струмом стоку за допомогою напруги затвора. Ця керована напругою характеристика робить MOSFET багатообіцяючим для широкого спектру застосувань в електронних схемах, особливо там, де потрібні високий вхідний опір, низький рівень шуму, висока швидкість перемикання та низьке енергоспоживання.