Il principio di funzionamento del MOSFET si basa principalmente sulle sue proprietà strutturali uniche e sugli effetti del campo elettrico. Di seguito è riportata una spiegazione dettagliata di come funzionano i MOSFET:
I. Struttura di base del MOSFET
Un MOSFET è costituito principalmente da un gate (G), un source (S), un drain (D) e un substrato (B, talvolta collegato al source per formare un dispositivo a tre terminali). Nei MOSFET di potenziamento a canale N, il substrato è solitamente un materiale di silicio di tipo P a basso drogaggio su cui sono fabbricate due regioni di tipo N altamente drogate che fungono rispettivamente da source e drain. La superficie del substrato di tipo P è ricoperta da una pellicola di ossido molto sottile (biossido di silicio) come strato isolante e un elettrodo viene disegnato come gate. Questa struttura rende il gate isolato dal substrato semiconduttore di tipo P, dal drain e dal source, ed è quindi chiamato anche tubo ad effetto di campo con gate isolato.
II. Principio di funzionamento
I MOSFET funzionano utilizzando la tensione gate source (VGS) per controllare la corrente di drain (ID). Nello specifico, quando la tensione della sorgente di gate positiva applicata, VGS, è maggiore di zero, sullo strato di ossido sotto il gate appariranno un campo elettrico positivo superiore e uno negativo inferiore. Questo campo elettrico attrae gli elettroni liberi nella regione P, facendoli accumulare sotto lo strato di ossido, mentre respinge i buchi nella regione P. All’aumentare della VGS, aumenta l’intensità del campo elettrico e aumenta la concentrazione degli elettroni liberi attratti. Quando VGS raggiunge una certa tensione di soglia (VT), la concentrazione di elettroni liberi raccolti nella regione è sufficientemente grande da formare una nuova regione di tipo N (canale N), che agisce come un ponte che collega drain e source. A questo punto, se esiste una certa tensione di pilotaggio (VDS) tra drain e source, la corrente di drain ID inizia a fluire.
III. Formazione e cambio di canale di conduzione
La formazione del canale conduttore è la chiave per il funzionamento del MOSFET. Quando VGS è maggiore di VT, viene stabilito il canale conduttivo e l'ID della corrente di drenaggio è influenzato sia da VGS che da VDS. VGS influisce sull'ID controllando la larghezza e la forma del canale conduttivo, mentre VDS influisce direttamente sull'ID come tensione di pilotaggio. È importante notare che se il canale di conduzione non è stabilito (ovvero, VGS è inferiore a VT), anche se VDS è presente, l'ID della corrente di drenaggio non viene visualizzato.
IV. Caratteristiche dei MOSFET
Alta impedenza di ingresso:L'impedenza di ingresso del MOSFET è molto elevata, prossima all'infinito, poiché è presente uno strato isolante tra il gate e la regione source-drain e solo una debole corrente di gate.
Bassa impedenza di uscita:I MOSFET sono dispositivi controllati in tensione in cui la corrente source-drain può cambiare con la tensione di ingresso, quindi la loro impedenza di uscita è piccola.
Flusso costante:Quando si opera nella regione di saturazione, la corrente del MOSFET non è praticamente influenzata dalle variazioni della tensione source-drain, fornendo un'eccellente corrente costante.
Buona stabilità della temperatura:I MOSFET hanno un ampio intervallo di temperature operative da -55°C a circa +150°C.
V. Applicazioni e classificazioni
I MOSFET sono ampiamente utilizzati nei circuiti digitali, nei circuiti analogici, nei circuiti di alimentazione e in altri campi. In base al tipo di funzionamento, i MOSFET possono essere classificati in tipi di potenziamento e di svuotamento; a seconda del tipo di canale conduttore si possono classificare in canale N e canale P. Questi diversi tipi di MOSFET presentano i propri vantaggi in diversi scenari applicativi.
In sintesi, il principio di funzionamento del MOSFET è controllare la formazione e il cambiamento del canale conduttivo attraverso la tensione source di gate, che a sua volta controlla il flusso della corrente di drain. L'elevata impedenza di ingresso, la bassa impedenza di uscita, la corrente costante e la stabilità della temperatura rendono i MOSFET un componente importante nei circuiti elettronici.
Orario di pubblicazione: 25 settembre 2024
