Что такое NMOS-транзистор?
NMOS-транзистор — это тип полевого транзистора (FET), который работает с использованием отрицательной полярности.
Структура NMOS
Он состоит из трех областей: истока, стока и затвора. Исток — это место, где ток входит, сток — место, где он выходит, а затвор контролирует поток тока. Когда на затвор подается напряжение, он создает электрическое поле, которое влияет на поведение электронов в канале между истоком и стоком. Это может либо усилить, либо ослабить поток тока через транзистор.
Как работает NMOS?
NMOS работает путем управления потоком тока через проводящий канал между выводами истока и стока путем приложения электрического поля к затворному электроду, который отделен от канала тонким изолирующим слоем.
Когда напряжение между затвором и истоком (vGS) равно нулю, и даже если приложено напряжение между стоком и истоком (vDS), PN-переходы между истоком и стоком NMOS-транзистора имеют обратное смещение, и область истощения между ними становится слишком широкой, чтобы поддерживать протекание тока. Поэтому ток между стоком и истоком (iD) незначителен.
Однако, когда vGS положительно, в изолирующем слое SiO2 между затвором и подложкой возникает электрическое поле. Это поле притягивает электроны и отталкивает дырки от подложки вблизи затвора, создавая область истощения. Когда величина vGS увеличивается, больше электронов притягивается к поверхности подложки, образуя канал N-типа, который соединяет выводы истока и стока. Затем канал может поддерживать протекание тока между выводами истока и стока.
Напряжение, при котором канал только начинает формироваться, называется пороговым напряжением (VT). NMOS-транзистор считается транзистором с обогащенным режимом, поскольку для создания проводящего канала требуется, чтобы vGS было больше VT.
Напряжение между стоком и истоком (vDS) влияет на ток, протекающий через канал. По мере увеличения vDS толщина канала вблизи стока уменьшается, а ток увеличивается. Однако, когда vDS достигает значения, равного vGS минус VT, канал сужается до такой степени, что ток больше не увеличивается, и транзистор переходит в режим насыщения.
Таким образом, NMOS-транзистор работает путем создания проводящего канала между выводами истока и стока при подаче положительного напряжения на затвор, что позволяет току протекать между выводами истока и стока. Ток регулируется напряжением, подаваемым на затвор и сток.
NMOS против PMOS
NMOS и PMOS — это металл-оксид-полупроводник, между ними есть некоторые различия:
| NMOS | PMOS | |
|---|---|---|
| VGS включения (режим обогащения) | Затвор положительнее истока | Затвор отрицательнее истока |
| Тип канала | n-канал | p-канал |
| Носители в канале | Электроны | Дырки |
| VGS(th) (режим обогащения) | Положительное; задаётся при малом тестовом токе | Отрицательное; задаётся при малом тестовом токе |
| Скорость переключения | Зависит от заряда затвора, драйвера и нагрузки | Зависит от заряда затвора, драйвера и нагрузки |
| Стоимость | Сравнивайте выбранный прибор и необходимый драйвер | Сравнивайте выбранный прибор и необходимый драйвер |
| Потери мощности | Зависят от RDS(on), тока и условий переключения | Зависят от RDS(on), тока и условий переключения |
| Примеры применения | Ключи нижнего плеча, силовые каскады, логические и аналоговые схемы | Ключи нагрузки верхнего плеча и комплементарные логические/аналоговые схемы |
Применение NMOS
NMOS-транзисторы широко используются в цифровых схемах в качестве переключателей или усилителей. Они также могут быть найдены в микропроцессорах, микросхемах памяти и других электронных устройствах.
Выбор и проверка ключа на NMOS
Выбирайте транзистор и драйвер вместе с учётом питания, тока нагрузки, частоты переключения и тепловых пределов.
Затвор, путь тока и температура
| Область | Что проверить | Зачем это нужно |
|---|---|---|
| Управление затвором | Проверьте RDS(on) при доступном VGS, заряд затвора и ток драйвера | VGS(th) задаёт порог при малом токе, а не гарантирует низкое сопротивление |
| Путь тока | Проверьте потенциал истока, направление встроенного диода, ток нагрузки и ограничение выбросов | Встроенный диод может проводить и при выключенном затворе |
| Тепловой расчёт | Оцените потери проводимости и переключения, SOA, температуру кристалла и теплоотвод | Допустимый ток зависит от режима работы и теплоотвода |
