MOSFET ના કાર્યકારી સિદ્ધાંત ડાયાગ્રામની વિગતવાર સમજૂતી

MOSFET સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં સૌથી મૂળભૂત ઘટકોમાંનું એક છે. ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ્સમાં, MOSFET નો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે પાવર એમ્પ્લીફાયર સર્કિટ અથવા સ્વિચિંગ પાવર સપ્લાય સર્કિટમાં થાય છે અને તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. નીચે,ઓલુકેયતમને MOSFET ના કાર્યકારી સિદ્ધાંતની વિગતવાર સમજૂતી આપશે અને MOSFET ની આંતરિક રચનાનું વિશ્લેષણ કરશે.

શું છેMOSFET

MOSFET, મેટલ ઓક્સાઇડ સેમિકન્ડક્ટર ફાઇલ્ડ ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર (MOSFET). તે ફિલ્ડ ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર છે જેનો વ્યાપકપણે એનાલોગ સર્કિટ અને ડિજિટલ સર્કિટમાં ઉપયોગ કરી શકાય છે. તેની "ચેનલ" (વર્કિંગ કેરિયર) ના ધ્રુવીય તફાવત અનુસાર, તેને બે પ્રકારમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: "N-type" અને "P-type", જેને ઘણીવાર NMOS અને PMOS કહેવામાં આવે છે.

MOSFET કાર્ય સિદ્ધાંત

MOSFET ને વર્કિંગ મોડ અનુસાર ઉન્નતીકરણ પ્રકાર અને અવક્ષય પ્રકારમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. ઉન્નતીકરણ પ્રકાર MOSFET નો સંદર્ભ આપે છે જ્યારે કોઈ પૂર્વગ્રહ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવતું નથી અને ત્યાં કોઈ ગેરવ્યવસ્થા નથીડક્ટિવ ચેનલ. જ્યારે કોઈ બાયસ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવતું નથી ત્યારે ડિપ્લેશન પ્રકાર MOSFET નો સંદર્ભ આપે છે. એક વાહક ચેનલ દેખાશે.

વાસ્તવિક એપ્લિકેશન્સમાં, ફક્ત N-ચેનલ ઉન્નતીકરણ પ્રકાર અને P-ચેનલ ઉન્નતીકરણ પ્રકાર MOSFETs છે. NMOSFETs નાનું રાજ્ય પર પ્રતિકાર ધરાવે છે અને ઉત્પાદનમાં સરળ હોવાથી, NMOS વાસ્તવિક એપ્લિકેશનમાં PMOS કરતાં વધુ સામાન્ય છે.

ઉન્નતીકરણ મોડ MOSFET

ઉન્નતીકરણ-મોડ MOSFET ના ડ્રેઇન D અને સ્ત્રોત S વચ્ચે બે બેક-ટુ-બેક PN જંકશન છે. જ્યારે ગેટ-સ્રોત વોલ્ટેજ VGS=0, ભલે ડ્રેઇન-સ્રોત વોલ્ટેજ VDS ઉમેરવામાં આવે, ત્યાં હંમેશા રિવર્સ-બાયસ્ડ સ્થિતિમાં PN જંકશન હોય છે, અને ડ્રેઇન અને સ્ત્રોત વચ્ચે કોઈ વાહક ચેનલ નથી (કોઈ વર્તમાન પ્રવાહ નથી. ). તેથી, આ સમયે ડ્રેઇન વર્તમાન ID=0.

આ સમયે, જો ગેટ અને સ્ત્રોત વચ્ચે ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ ઉમેરવામાં આવે છે. એટલે કે, VGS>0, પછી ગેટ ઇલેક્ટ્રોડ અને સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ વચ્ચેના SiO2 ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્તરમાં P-પ્રકાર સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ સાથે સંરેખિત ગેટ સાથેનું ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થશે. કારણ કે ઓક્સાઇડ સ્તર ઇન્સ્યુલેટીંગ છે, ગેટ પર લાગુ વોલ્ટેજ VGS વર્તમાન પેદા કરી શકતું નથી. ઓક્સાઇડ સ્તરની બંને બાજુએ એક કેપેસિટર જનરેટ થાય છે, અને VGS સમકક્ષ સર્કિટ આ કેપેસિટર (કેપેસિટર) ચાર્જ કરે છે. અને ઈલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ જનરેટ કરો, કારણ કે VGS ધીમે ધીમે વધે છે, ગેટના પોઝિટિવ વોલ્ટેજ દ્વારા આકર્ષાય છે. આ કેપેસિટર (કેપેસિટર) ની બીજી બાજુએ મોટી સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોન એકઠા થાય છે અને ડ્રેઇનથી સ્ત્રોત સુધી એન-પ્રકારની વાહક ચેનલ બનાવે છે. જ્યારે VGS ટ્યુબના ટર્ન-ઓન વોલ્ટેજ VT (સામાન્ય રીતે લગભગ 2V) ને વટાવે છે, ત્યારે N-ચેનલ ટ્યુબ માત્ર વહન કરવાનું શરૂ કરે છે, ડ્રેઇન કરંટ ID જનરેટ કરે છે. જ્યારે ચેનલ પ્રથમ વખત ટર્ન-ઓન વોલ્ટેજ જનરેટ કરવાનું શરૂ કરે ત્યારે અમે ગેટ-સોર્સ વોલ્ટેજ કહીએ છીએ. સામાન્ય રીતે VT તરીકે વ્યક્ત કરવામાં આવે છે.

ગેટ વોલ્ટેજ VGS ના કદને નિયંત્રિત કરવાથી ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની શક્તિ અથવા નબળાઈમાં ફેરફાર થાય છે, અને ડ્રેઇન વર્તમાન ID ના કદને નિયંત્રિત કરવાની અસર પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. આ MOSFETs ની એક મહત્વપૂર્ણ વિશેષતા પણ છે જે વર્તમાનને નિયંત્રિત કરવા માટે ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રોનો ઉપયોગ કરે છે, તેથી તેને ફિલ્ડ ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર પણ કહેવામાં આવે છે.

MOSFET આંતરિક માળખું

ઓછી અશુદ્ધતાની સાંદ્રતાવાળા પી-ટાઈપ સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ પર, ઉચ્ચ અશુદ્ધતાની સાંદ્રતાવાળા બે N+ પ્રદેશો બનાવવામાં આવે છે, અને ધાતુના એલ્યુમિનિયમમાંથી બે ઈલેક્ટ્રોડ્સ અનુક્રમે ડ્રેઇન ડી અને સ્ત્રોત તરીકે કામ કરવા માટે દોરવામાં આવે છે. પછી સેમિકન્ડક્ટર સપાટી અત્યંત પાતળા સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (SiO2) ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્તરથી આવરી લેવામાં આવે છે, અને ગેટ g તરીકે સેવા આપવા માટે ડ્રેઇન અને સ્ત્રોત વચ્ચેના ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્તર પર એલ્યુમિનિયમ ઇલેક્ટ્રોડ ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવે છે. સબસ્ટ્રેટ પર ઇલેક્ટ્રોડ B પણ દોરવામાં આવે છે, જે એન-ચેનલ એન્હાન્સમેન્ટ-મોડ MOSFET બનાવે છે. પી-ચેનલ એન્હાન્સમેન્ટ-ટાઈપ MOSFETs ની આંતરિક રચના માટે પણ આ જ સાચું છે.

N-ચેનલ MOSFET અને P-ચેનલ MOSFET સર્કિટ પ્રતીકો

ઉપરનું ચિત્ર MOSFET ના સર્કિટ પ્રતીક દર્શાવે છે. ચિત્રમાં, D એ ડ્રેઇન છે, S એ સ્ત્રોત છે, G એ દરવાજો છે અને મધ્યમાં આવેલો તીર સબસ્ટ્રેટને રજૂ કરે છે. જો તીર અંદર તરફ નિર્દેશ કરે છે, તો તે N-ચેનલ MOSFET સૂચવે છે, અને જો તીર બહારની તરફ નિર્દેશ કરે છે, તો તે P-ચેનલ MOSFET સૂચવે છે.

ડ્યુઅલ એન-ચેનલ MOSFET, ડ્યુઅલ P-ચેનલ MOSFET અને N+P-ચેનલ MOSFET સર્કિટ પ્રતીકો

હકીકતમાં, MOSFET ઉત્પાદન પ્રક્રિયા દરમિયાન, સબસ્ટ્રેટ ફેક્ટરી છોડતા પહેલા સ્ત્રોત સાથે જોડાયેલ છે. તેથી, પ્રતીકશાસ્ત્રના નિયમોમાં, ગટર અને સ્ત્રોતને અલગ પાડવા માટે સબસ્ટ્રેટને રજૂ કરતું તીર પ્રતીક પણ સ્રોત સાથે જોડાયેલ હોવું આવશ્યક છે. MOSFET દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતા વોલ્ટેજની ધ્રુવીયતા આપણા પરંપરાગત ટ્રાંઝિસ્ટર જેવી જ છે. N-ચેનલ એ NPN ટ્રાન્ઝિસ્ટર જેવું જ છે. ડ્રેઇન D હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સાથે જોડાયેલ છે અને સ્ત્રોત S નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સાથે જોડાયેલ છે. જ્યારે ગેટ G પાસે હકારાત્મક વોલ્ટેજ હોય છે, ત્યારે એક વાહક ચેનલ રચાય છે અને N-ચેનલ MOSFET કામ કરવાનું શરૂ કરે છે. એ જ રીતે, P-ચેનલ PNP ટ્રાન્ઝિસ્ટર જેવી જ છે. ડ્રેઇન ડી નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સાથે જોડાયેલ છે, સ્ત્રોત S હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સાથે જોડાયેલ છે, અને જ્યારે ગેટ G ને નકારાત્મક વોલ્ટેજ હોય છે, ત્યારે એક વાહક ચેનલ રચાય છે અને P-ચેનલ MOSFET કામ કરવાનું શરૂ કરે છે.

MOSFET સ્વિચિંગ નુકશાન સિદ્ધાંત

ભલે તે NMOS હોય કે PMOS, તેને ચાલુ કર્યા પછી વહન આંતરિક પ્રતિકાર ઉત્પન્ન થાય છે, જેથી વર્તમાન આ આંતરિક પ્રતિકાર પર ઊર્જાનો વપરાશ કરશે. વપરાશમાં લેવાયેલી ઊર્જાના આ ભાગને વહન વપરાશ કહેવાય છે. નાના વહન આંતરિક પ્રતિકાર સાથે MOSFET પસંદ કરવાથી વહન વપરાશ અસરકારક રીતે ઘટશે. લો-પાવર MOSFET નો વર્તમાન આંતરિક પ્રતિકાર સામાન્ય રીતે દસ મિલિઓહમ્સની આસપાસ હોય છે, અને ત્યાં ઘણા મિલિઓહમ્સ પણ છે.

જ્યારે MOS ચાલુ અને સમાપ્ત થાય છે, ત્યારે તે ત્વરિતમાં સમજવું જોઈએ નહીં. એમઓએસની બંને બાજુઓ પરના વોલ્ટેજમાં અસરકારક ઘટાડો થશે, અને તેમાંથી વહેતા પ્રવાહમાં વધારો થશે. આ સમયગાળા દરમિયાન, MOSFET નું નુકસાન એ વોલ્ટેજ અને વર્તમાનનું ઉત્પાદન છે, જે સ્વિચિંગ નુકશાન છે. સામાન્ય રીતે કહીએ તો, સ્વિચિંગ નુકસાન વહન નુકસાન કરતાં ઘણું મોટું હોય છે, અને સ્વિચિંગ આવર્તન જેટલી ઝડપી હોય છે, તેટલું વધારે નુકસાન થાય છે.

વહનની ક્ષણે વોલ્ટેજ અને વર્તમાનનું ઉત્પાદન ખૂબ મોટું છે, પરિણામે ખૂબ મોટી ખોટ થાય છે. સ્વિચિંગ નુકસાન બે રીતે ઘટાડી શકાય છે. એક સ્વિચિંગ સમય ઘટાડવાનો છે, જે દરેક ટર્ન-ઓન દરમિયાન નુકસાનને અસરકારક રીતે ઘટાડી શકે છે; બીજું સ્વિચિંગ આવર્તન ઘટાડવાનું છે, જે એકમ સમય દીઠ સ્વીચોની સંખ્યા ઘટાડી શકે છે.

ઉપરોક્ત MOSFET ના કાર્યકારી સિદ્ધાંત ડાયાગ્રામ અને MOSFET ની આંતરિક રચનાના વિશ્લેષણની વિગતવાર સમજૂતી છે. MOSFET વિશે વધુ જાણવા માટે, તમને MOSFET ટેકનિકલ સપોર્ટ આપવા માટે OLUKEY નો સંપર્ક કરવા સ્વાગત છે!