MOSFET の仕組み:基本的な理解、種類、応用

MOSFETは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタの略です。従来のトランジスタと同様に、これは現代のパワーエレクトロニクスで多くの用途を持つトランジスタの一種です。さらに、その機能は、電気がどのように流れるかに基づいています。さまざまな回路での MOSFET の使用には多くのバリエーションがあることに注意することが重要です。この記事では、MOSFET の仕組み、MOSFET の基本的なタイプ、BJT に対する利点、およびそのアプリケーションについて説明します。また、回路で MOSFET を使用する方法も学びます。

始めましょう!

MOSFET とは?

MOSFETはコンパクトなトランジスタです。トランジスタは、どれだけの電圧が流れるかを調整することによって、電流の流れを制御するために使用される半導体デバイスです。

BJT との違いは、電流を通す方法です。 MOSFET では、ゲート領域に印加される電圧によって、ドレインからソースに流れる電流の量が決まります。そして、この特性は MOSFET に金属酸化物半導体電界効果トランジスタという名前を付けます。興味深いことに、これらのトランジスタは信号を増幅したり、特定の種類の電荷キャリアのみを通過させたりすることができます.

(MOSFET構造)

ソース:ウィキコモンズ

簡単に言えば、閉回路の電気の流れを決める三端子装置です。その主な構造の端末は次のとおりです。ソース (S)、ゲート (G)、およびドレイン (D)。それが何をするかは、印加されたゲート電圧に依存します。ただし、その本体を考慮すると、MOSFET は 4 端子デバイスです。

(電子計算機ハードウェアのバックグラウンドを持つ MOSFET)

MOSFET の基本的なタイプ

MOSFET には 3 つの基本的なタイプがあります。

最初のタイプは、「N チャネルエンハンスメントモード MOSFET」または通常オン (n チャネル MOSFET) です。端子間にゼロ入力電圧が印加されていても、ドレインとソースの間のチャネルを介して電流が流れることができます。また、これは、動作にゲート信号を必要としないことを意味するため、単純なデジタル回路に役立ちます。ここでは、ピンは物理的に分離されています。

(NチャネルエンハンスメントモードMOSFET)

2 番目のタイプの MOSFET は、「N チャネル空乏モード」または通常はオフ (n チャネル) です。このタイプは、オンにして電流を流すために負の電圧が必要です。また、このタイプのトランジスタは、オフのときに抵抗として機能するため、利点があります。したがって、入力電圧の制御を必要とする特定のアプリケーションで非常に役立ちます。ピンは物理的に接続されています。

(N チャネル空乏モード MOSFET)

第三に、「PチャネルデプレッションモードMOSFETトランジスタ」は通常オフです（pチャネルMOSFET）。このタイプは、端子間に正電荷が流れない限り、電流が流れるのをブロックします。これは、このタイプのトランジスタが絶縁体として機能することを意味します。したがって、常に電流を流す必要がある特定のアプリケーションには適していません。

(P チャネル空乏モード MOSFET)

最後に、「P チャネルエンハンスメントモード MOSFET」または通常オン (p チャネル) MOSFET です。このタイプは、電流伝導のためにゼロのゲート - ソース間電圧を必要とします。また、オフ状態のときにエネルギーを消費しないため、n チャネルの対応物よりも優れています。この機能により、アプリケーションの切り替えに使用できます。

(P チャネルエンハンスメントモード MOSFET)

MOSFET はどのように機能しますか?

最初に話すべきことは、MOSFET がどのように機能するかということです。答えはあなたを驚かせるかもしれません!

(MOSFET回路図)

ソース:ウィキコモンズ

MOSFET は、印加された電圧に依存せずに、端子間で電流を流すかどうかによって動作します。これは、金属酸化物層に隣接する半導体表面に印加される電圧によって生成される電界効果で動作します。その結果、MOSFET は p 型または n 型として機能します。

ゲート電極は、デバイス内のソース領域とドレイン領域のチャネル間のチャネル導電率を制御します。この動作原理により、トランジスタは理想的なスイッチとして機能します。これにより、電気が回路を流れる方法を制御できるようになります。

それがMOSFETの使い方です。ゲート領域を流れる電圧の量を制御することで、ドレイン-ソースチャネルのドレイン電流を決定できます。

(MOSFET シンボルインラインデザイン)

注意; MOSFET トランジスタと BJT トランジスタはわずかに異なることに注意することが重要です。 BJT では、電流はコレクタからエミッタに流れますが、MOSFET では、この流れはソースとドレインの間で発生します。ゲート端子に印加された電圧が特定のしきい値電圧を超えると、電流が流れ始めます。

BJT に対する MOSFET の利点

BJT に対する MOSFET の利点は次のとおりです。

まず、MOSFET はよりコンパクトな回路を作るのに役立ちます。
第二に、MOSFET は BJT トランジスタよりも電力とエネルギーが少なくて済むため、全体的に効率が高くなります。ベース電流がないため、デバイスがオフ状態のときに消費するエネルギーはごくわずかです。
第 3 に、MOSFET は BJT トランジスタよりも安価に製造できます。したがって、自宅や愛好家向けの回路を設計する際には、これらが好まれます。
次に、MOSFET は、PNP トランジスタのようにゲート端子を絶縁する必要がないため、高温環境で動作できます。温度が非常に高くなるアプリケーションで役立ちます。
最後に、MOSFET には 2 つの導電端子があるため、電圧増幅に役立ちます。この機能により、オン状態のときに回路を流れる電流が大幅に増加します。対照的に、BJT では、ドレイン端子からソース端子へ、またはその逆に電流を流すために必要な端子は 1 つだけです。

(コンピュータエンジニアのピンセット)

MOSFET の応用

スイッチとしての MOSFET

MOSFET は、制御電圧用の電力アプリケーションで非常に役立ちます。これは、ゲート端子を介して電流フロー制御を行うことで簡単に行うことができます。したがって、これにより、オンまたはオフになります (プライマリスイッチによく似ています)。さらに、これにより MOSFET は、電源と給電が必要なデバイスとの間のインターフェースとして有用な理想的なデバイスになります。