NMOS transistörü nedir?
NMOS transistörü, negatif polariteyle çalışan bir tür alan etkili transistördür (FET).
NMOS Yapısı
Üç bölgeden oluşur: kaynak, drenaj ve geçit. Kaynak, akımın girdiği yerdir; drenaj ise çıktığı yerdir; geçit ise akım akışını kontrol eder. Geçide bir gerilim uygulandığında, kaynak ile drenaj arasındaki kanaldaki elektronların davranışını etkileyen bir elektrik alanı oluşur. Bu durum, transistörden geçen akım akışını ya artırabilir ya da azaltabilir.
NMOS nasıl çalışır?
NMOS, ince bir yalıtım tabakasıyla kanaldan ayrılmış olan geçit elektroduna bir elektrik alanı uygulayarak, kaynak ve drenaj uçları arasındaki iletken kanaldan geçen akım akışını kontrol ederek çalışır.
Kapı-kaynak gerilimi (vGS) sıfır olduğunda ve drenaj-kaynak gerilimi (vDS) uygulansa bile, bir NMOS transistörünün kaynağı ile drenajı arasındaki PN bağlantıları ters yönde polarize olur ve aralarındaki tükenme bölgesi akım akışını destekleyemeyecek kadar geniş hale gelir. Bu nedenle, drenaj ile kaynak arasındaki akım (iD) ihmal edilebilir düzeydedir.
Ancak, vGS pozitif olduğunda, geçit ile alt tabaka arasındaki SiO2 yalıtım tabakasında bir elektrik alanı oluşur. Bu alan, geçit yakınındaki alt tabakadan elektronları çeker ve delikleri iter, böylece bir tükenme bölgesi oluşturur. vGS'nin büyüklüğü arttığında, daha fazla elektron alt tabakanın yüzeyine çekilir ve kaynak ile drenaj terminallerini birbirine bağlayan bir N-tipi kanal oluşturur. Kanal, bu durumda kaynak ve drenaj terminalleri arasındaki akım akışını destekleyebilir.
Kanalın oluşmaya başladığı voltaj, eşik voltajı (VT) olarak adlandırılır. Bir NMOS transistörü, iletken bir kanal oluşturmak için vGS'nin VT'den büyük olmasını gerektirdiği için, zenginleştirme modu transistörü olarak kabul edilir.
Drenaj-kaynak gerilimi (vDS), kanal üzerinden akan akımı etkiler. vDS arttıkça, drenaj yakınındaki kanalın kalınlığı azalır ve akım artar. Ancak, vDS, vGS eksi VT'ye eşit bir değere ulaştığında, kanal akımın artık artmadığı noktaya kadar daralır ve transistör doygunluk moduna girer.
Özetle, bir NMOS transistör, geçide pozitif bir gerilim uygulandığında kaynak ve dren terminalleri arasında iletken bir kanal oluşturarak çalışır ve akımın kaynak ve dren terminalleri arasında akmasına izin verir. Akım, geçit ve dren terminallerine uygulanan gerilim tarafından kontrol edilir.
NMOS ve PMOS
NMOS ve PMOS, her ikisi de Metal-Oksit-Yarıiletken (MOS) teknolojisidir; ancak aralarında bazı farklar vardır:
| NMOS | PMOS | |
|---|---|---|
| Açılma VGS’si (artırmalı tip) | Kapı, kaynağa göre pozitif | Kapı, kaynağa göre negatif |
| Kanal türü | n-kanal | p-kanal |
| Kanal taşıyıcıları | Elektronlar | Delikler |
| VGS(th) (artırmalı tip) | Pozitif; küçük bir test akımında belirtilir | Negatif; küçük bir test akımında belirtilir |
| Anahtarlama hızı | Kapı yükü, sürücü ve yüke bağlıdır | Kapı yükü, sürücü ve yüke bağlıdır |
| Maliyet | Seçilen elemanı ve gereken sürücüyü karşılaştırın | Seçilen elemanı ve gereken sürücüyü karşılaştırın |
| Güç kaybı | RDS(on), akım ve anahtarlama koşullarına bağlıdır | RDS(on), akım ve anahtarlama koşullarına bağlıdır |
| Kullanım örnekleri | Alt kol anahtarları, güç katları ve lojik/analog devreler | Üst kol yük anahtarları ve tamamlayıcı lojik/analog devreler |
NMOS'un Kullanımı
NMOS transistörleri, dijital devrelerde genellikle anahtar veya amplifikatör olarak kullanılır. Ayrıca mikroişlemcilerde, bellek yongalarında ve diğer elektronik cihazlarda da bulunurlar.
NMOS anahtarını seçme ve kontrol etme
Transistör ve kapı sürücüsünü besleme, yük akımı, anahtarlama frekansı ve ısıl sınırlara göre birlikte seçin.
Kapı sürme, akım yolu ve sıcaklık
| Alan | Kontrol edilecekler | Önemi |
|---|---|---|
| Kapı sürme | Mevcut VGS’de RDS(on), kapı yükü ve sürücü akımını kontrol edin | VGS(th) düşük akımlı eşiktir; düşük iletim direncini garanti etmez |
| Akım yolu | Kaynak referansını, gövde diyodu yönünü, yük akımını ve geçici gerilim sınırlamasını kontrol edin | Gövde diyodu kapı kapalıyken de iletebilir |
| Isıl tasarım | İletim ve anahtarlama kayıplarını hesaplayın; SOA, jonksiyon sıcaklığı ve ısı akışını kontrol edin | İzin verilen akım çalışma koşulları ve ısıl tasarıma bağlıdır |
