Cos'è un transistor NMOS?
Un transistor NMOS è un tipo di transistor ad effetto di campo (FET) che opera utilizzando polarità negativa.
Struttura NMOS
È composto da tre regioni: la sorgente, il drain e il gate. La sorgente è dove entra la corrente, il drain è dove esce e il gate controlla il flusso di corrente. Quando una tensione viene applicata al gate, crea un campo elettrico che influenza il comportamento degli elettroni nel canale tra la sorgente e il drain. Questo può aumentare o ridurre il flusso di corrente attraverso il transistor.
Come funziona NMOS?
NMOS funziona controllando il flusso di corrente attraverso un canale conduttivo tra i terminali di sorgente e drain applicando un campo elettrico a un elettrodo di gate, che è separato dal canale da un sottile strato isolante.
Quando la tensione gate-source (vGS) è zero, e anche se viene applicata la tensione drain-source (vDS), le giunzioni PN tra la sorgente e il drain di un transistor NMOS sono polarizzate inversamente e la regione di svuotamento tra loro diventa troppo ampia per supportare il flusso di corrente. Pertanto, la corrente tra il drain e la sorgente (iD) è trascurabile.
Tuttavia, quando vGS è positiva, viene generato un campo elettrico nello strato di isolamento SiO2 tra il gate e il substrato. Questo campo attrae elettroni e respinge lacune dal substrato vicino al gate, creando una regione di svuotamento. Quando l’entità di vGS aumenta, più elettroni vengono attratti sulla superficie del substrato, formando un canale di tipo N che collega i terminali di sorgente e drain. Il canale è quindi in grado di supportare il flusso di corrente tra i terminali di sorgente e drain.
La tensione alla quale il canale inizia a formarsi è chiamata tensione di soglia (VT). Un transistor NMOS è considerato un transistor a modalità di miglioramento perché richiede che vGS sia maggiore di VT per creare un canale conduttivo.
La tensione drain-source (vDS) influisce sulla corrente che scorre attraverso il canale. Man mano che vDS aumenta, lo spessore del canale vicino al drain diminuisce e la corrente aumenta. Tuttavia, quando vDS raggiunge un valore uguale a vGS meno VT, il canale si restringe fino al punto in cui la corrente non aumenta più e il transistor entra in modalità di saturazione.
In sintesi, un transistor NMOS funziona creando un canale conduttivo tra i terminali di sorgente e drain quando una tensione positiva viene applicata al gate, consentendo alla corrente di fluire tra i terminali di sorgente e drain. La corrente è controllata dalla tensione applicata ai terminali di gate e drain.
NMOS vs PMOS
NMOS e PMOS sono entrambi il Metal-Oxide-Semiconductor, ci sono alcune differenze tra loro:
| NMOS | PMOS | |
|---|---|---|
| VGS di accensione (modo ad arricchimento) | Gate positivo rispetto al source | Gate negativo rispetto al source |
| Tipo di canale | Canale n | Canale p |
| Portatori nel canale | Elettroni | Lacune |
| VGS(th) (modo ad arricchimento) | Positiva; specificata a una piccola corrente di prova | Negativa; specificata a una piccola corrente di prova |
| Velocità di commutazione | Dipende da carica di gate, driver e carico | Dipende da carica di gate, driver e carico |
| Costo | Confrontare il dispositivo scelto e il driver necessario | Confrontare il dispositivo scelto e il driver necessario |
| Perdite di potenza | Dipendono da RDS(on), corrente e condizioni di commutazione | Dipendono da RDS(on), corrente e condizioni di commutazione |
| Esempi d’uso | Interruttori sul lato basso, stadi di potenza e circuiti logici/analogici | Interruttori di carico sul lato alto e circuiti logici/analogici complementari |
Applicazione di NMOS
I transistor NMOS sono comunemente usati nei circuiti digitali come interruttori o amplificatori. Possono essere trovati anche in microprocessori, chip di memoria e altri dispositivi elettronici.
Scegliere e verificare un interruttore NMOS
Scegliere transistor e driver di gate insieme in base ad alimentazione, corrente di carico, frequenza di commutazione e limiti termici.
Pilotaggio del gate, percorso della corrente e temperatura
| Area | Che cosa verificare | Perché conta |
|---|---|---|
| Pilotaggio del gate | Verificare RDS(on) alla VGS disponibile, carica di gate e corrente del driver | VGS(th) indica una soglia a bassa corrente, non garantisce bassa resistenza di conduzione |
| Percorso della corrente | Verificare riferimento del source, verso del diodo intrinseco, corrente di carico e limitazione dei transitori | Il diodo intrinseco può condurre anche con gate disattivato |
| Progetto termico | Stimare perdite di conduzione e commutazione; verificare SOA, temperatura di giunzione e dissipazione | La corrente ammessa dipende dalle condizioni operative e dal progetto termico |
