MOSFET Nedir?

Kavşak alan etkili transistörün (JFET) yanı sıra, gate girişi ana akım taşıma kanalından elektriksel olarak izole edilen ve bu nedenle yalıtılmış bir kapı alan etkili transistör olarak adlandırılan başka bir alan etkili transistör tipi vardır.

Birçok farklı elektronik devrede kullanılan en yaygın yalıtımlı kapı FET tipi, metal oksit yarı iletken alan etkili transistör veya kısaca MOSFET olarak adlandırılır.

IGFET veya MOSFET, bir jfet’den farklı olarak voltaj kontrollü bir alan etkili transistördür. Çünkü ana yarı iletken n-kanalından veya p-kanalından, genellikle cam olarak bilinen çok ince bir yalıtım malzemesi tabakası ile elektriksel olarak izole edilen bir “Metal oksit” gate elektroduna sahiptir.

Bu ultra ince yalıtımlı metal kapı elektrodu, bir kondansatörün bir plakası olarak düşünülebilir. Kontrol gate’inin izolasyonu, Mosfet’in giriş direncini Mega-ohm ( MΩ ) bölgesinde son derece yüksek hale getirir ve böylece neredeyse sonsuz hale getirir.

Gate terminali, drain ve soruce arasındaki ana akım taşıma kanalından elektriksel olarak izole edildiğinden, ” Gate’e akım akmaz” ve tıpkı JFET gibi, MOSFET ayrıca, drain ve source arasındaki ana kanaldan akan akımın giriş voltajı ile orantılı olduğu voltaj kontrollü bir direnç gibi davranır. Ayrıca, JFET gibi, çok yüksek giriş direncine sahip Mosfet’ler, dikkatli bir şekilde kullanılmadığı veya korunmadığı sürece MOSFET’İN kolayca hasar görmesine neden olan büyük miktarda statik yükü kolayca biriktirebilir.

Önceki JFET öğreticisinde olduğu gibi, Mosfet’ler bir gate, drain ve source’a sahip üç terminal cihazıdır. Hem P-kanalı (PMOS) hem de N-kanalı (NMOS) Mosfet’leri mevcuttur. Bu seferki ana fark, Mosfet’lerin iki temel formda mevcut olmasıdır:

  • Tükenme tipi-transistör, cihazı “kapatmak”için gate source voltajını ( VGS ) gerektirir. Tükenme modu MOSFET, “normalde kapalı” bir anahtara eşdeğerdir.
  • Geliştirme tipi-transistör, cihazı “açmak”için bir gate source voltajı ( VGS ) gerektirir. Geliştirme modu MOSFET, “normalde açık” bir anahtara eşdeğerdir.

Her iki MOSFET konfigürasyonu için semboller ve temel yapı aşağıda gösterilmiştir.

MOSFET
semboller ve temel yapı

Yukarıdaki dört MOSFET sembolü, substrat adı verilen ek bir terminali gösterir ve normalde bir giriş veya çıkış bağlantısı olarak kullanılmaz. Bunun yerine substratı topraklamak için kullanılır. Ana yarı iletken kanala, bir diyot kavşağı vasıtasıyla mosfet’in gövdesine veya metal tırnağına bağlanır.

Genellikle ayrık tip Mosfet’lerde, bu substrat kablosu DAHİLİ olarak source terminaline bağlanır. Bu durumda, geliştirme türlerinde olduğu gibi, açıklama için sembolden çıkarılır.

Drain (D) ve source (lar) bağlantıları arasındaki MOSFET sembolündeki çizgi, transistörlerin yarı iletken kanalını temsil eder. Bu kanal çizgisi sağlam bir kesintisiz çizgi ise, boşaltma akımı sıfır gate bias potansiyeli ile akabileceğinden, “tükenme” (normalde açık) tipi bir MOSFET’İ temsil eder.

Kanal çizgisi noktalı veya kırık bir çizgi olarak gösteriliyorsa, sıfır drain akımı sıfır gate potansiyeli ile akarken bir “geliştirme” (normalde kapalı) tipi MOSFET’İ temsil eder. Bu kanal çizgisine işaret eden okun yönü, iletken kanalın bir p tipi mi yoksa bir N tipi yarı iletken cihaz mı olduğunu gösterir.

Temel MOSFET Yapısı ve Sembolü

MOSFET
Temel MOSFET Yapısı ve Sembolü

Metal oksit yarı iletken FET’İN yapısı, bağlantı FET’inkinden çok farklıdır. Hem tükenme hem de geliştirme tipi Mosfet’ler, yarı iletken drain source kanalı boyunca yük taşıyıcılarının, n-kanalı için elektronların veya P-kanalı için deliklerin akışını değiştirmek için bir gate voltajı tarafından üretilen bir elektrik alanı kullanır. Gate elektrodu çok ince bir yalıtım tabakasının üzerine yerleştirilir. Drain ve source elektrotlarının hemen altında bir çift küçük n tipi bölge vardır.

Önceki öğreticide, JFET alan etkili transistör kavşağının kapısının, pn kavşağını tersine çevirecek şekilde biased olması gerektiğini gördük. Yalıtılmış bir kapı MOSFET cihazı ile böyle bir sınırlama uygulanmaz, bu nedenle bir MOSFET’İN gate’ini polarite, pozitif (+ve) veya negatif (-ve) olarak bias’lamak mümkündür.

Bu, MOSFET cihazını elektronik anahtarlar olarak veya mantık kapıları yapmak için özellikle değerli kılar. Çünkü bias olmadan normalde iletken değildirler ve bu yüksek gate giriş direnci, Mosfet’ler voltaj kontrollü cihazlar olduğu için çok az veya hiç kontrol akımına ihtiyaç duyulmadığı anlamına gelir. Hem p-kanalı hem de n-kanalı Mosfet’leri, geliştirme tipi ve tükenme tipi olmak üzere iki temel formda mevcuttur.

Tükenme(Depletion) Modu MOSFET

Geliştirme modu tiplerinden daha az yaygın olan tükenme modu MOSFET, normalde bir gate bias voltajı uygulanmadan “açık” (iletken) olarak açılır. Yani, kanal VGS = 0 olduğunda “normalde kapalı” bir cihaz haline getirir. Bir tükenme MOS transistörü için yukarıda gösterilen devre sembolü, normalde kapalı bir iletken kanalı belirtmek için katı bir kanal çizgisi kullanır.

Negatif bir gate source voltajı olan n-kanal depletion, MOS transistörü için-vgs, transistörü “kapalı”olarak değiştiren serbest elektronlarının iletken kanalını tüketir. Benzer şekilde, bir p-kanal depletion MOS transistörü için pozitif bir gate source voltajı, +VGS serbest deliklerinin kanalını “kapalı” hale getirecektir. Başka bir deyişle, bir n-kanal depletion modu için MOSFET: +VGS daha fazla elektron ve daha fazla akım anlamına gelir.

Tükenme Modu N-Kanal MOSFET ve Devre Sembolleri

MOSFET
Tükenme Modu N-Kanal MOSFET ve Devre Sembolleri

Tükenme modu MOSFET, JFET transistör muadillerine benzer şekilde inşa edilmiştir, drain source kanalı, n-tipi veya p-tipi kanal içinde zaten mevcut olan elektronlar ve delikler ile doğal olarak iletkendir. Kanalın bu dopingi, drain ve source arasında sıfır gate bias olan düşük dirençli bir iletken yol üretir.

MOSFET Amplifikatör

Daha yaygın geliştirme modu Amplifikatör MOSFET, tükenme modu tipinin tersidir. Burada iletken kanal hafif katkılı veya hatta açılmamış olup iletken değildir. Bu, gate bias voltajı, vgs sıfıra eşit olduğunda cihazın normal olarak “kapalı” (iletken olmayan) olmasına neden olur. Bir geliştirme MOS transistörü için yukarıda gösterilen devre sembolü, normalde açık iletken olmayan bir kanalı belirtmek için kırık bir kanal çizgisi kullanır.

N-kanal geliştirme MOS transistörü için bir drain akımı, sadece iletkenliğin gerçekleştiği eşik voltajından ( VTH ) daha büyük bir gate terminaline bir gate voltajı ( VGS ) uygulandığında akacaktır ve bu da onu bir transconductance cihazı haline getirecektir.

N-tipi bir mosfete pozitif (+ve) bir gate voltajının uygulanması, gate’in etrafındaki oksit tabakasına doğru daha fazla elektron çeker. Böylece daha fazla akımın akmasına izin veren kanalın kalınlığını arttırır. Bu nedenle, bu tür bir transistöre, bir gate voltajının uygulanması kanalı arttırdığı için bir geliştirme modu cihazı denir.

Bu pozitif gate voltajının arttırılması, kanal direncinin daha da azalmasına neden olur ve kanal boyunca drain akımında bir artışa neden olur. Başka bir deyişle, bir n-kanal geliştirme modu için MOSFET: +vgs transistörü “açık”, sıfır veya-vgs ise transistörü “kapalı”hale getirir. Bu nedenle, geliştirme modu MOSFET, “normalde açık” bir anahtara eşdeğerdir.

Bunun tersi, p-kanal geliştirme MOS transistörü için geçerlidir. Vgs = 0 olduğunda cihaz “kapalı ” ve kanal açık. P-tipi emosfet’e negatif (- ve) bir gate voltajının uygulanması, kanalların iletkenliğini “açık”hale getirir. Daha sonra p-kanal geliştirme modu için MOSFET: +VGS transistörü “kapalı”,- vgs ise transistörü “açık”hale getirir.

Geliştirme Modu N-Kanal MOSFET ve Devre Sembolleri

MOSFET
Geliştirme Modu N-Kanal MOSFET ve Devre Sembolleri

Bu ortak source (CS) MOSFET amplifikatör devresinin DC bias, JFET amplifikatörü ile hemen hemen aynıdır. MOSFET devresi, R1 ve R2 dirençleri tarafından oluşturulan voltaj bölücü ağı tarafından A sınıfı modda biased’dır. AC giriş direnci rın = rg = 1MΩ olarak verilir.

Metal oksit yarı iletken alan etkili Transistörler, küçük bir sinyal voltajının uygulanmasıyla bir yalıtkan veya iletken olarak hareket edebilen farklı yarı iletken malzemelerden yapılmış üç terminal aktif cihazdır.