MOSFET はなぜ電圧制御されるのですか?

MOSFET (金属酸化物半導体電界効果トランジスタ) は、主に、その動作原理が、電流を制御するのではなく、ドレイン電流 (Id) に対するゲート電圧 (Vgs) の制御に依存しているため、電圧制御デバイスと呼ばれます。バイポーラ トランジスタ (BJT など) の場合がこれに該当します。以下は、電圧制御デバイスとしての MOSFET の詳細な説明です。

動作原理

ゲート電圧制御:MOSFET の心臓部は、ゲート、ソース、ドレインの間の構造と、ゲートの下の絶縁層 (通常は二酸化シリコン) にあります。ゲートに電圧が印加されると、絶縁層の下に電界が生成され、この電界によりソースとドレイン間の領域の導電率が変化します。

導電チャネルの形成:N チャネル MOSFET の場合、ゲート電圧 Vgs が十分に高い (しきい値電圧 Vt と呼ばれる特定の値を超える) と、ゲートの下の P 型基板内の電子が絶縁層の下側に引き寄せられ、N チャネルが形成されます。ソースとドレイン間の導電性を可能にするタイプの導電性チャネル。逆に、Vgs が Vt より低い場合、導電チャネルは形成されず、MOSFET はカットオフになります。

ドレイン電流制御:ドレイン電流 Id の大きさは主にゲート電圧 Vgs によって制御されます。 Vgs が高くなるほど、より広い導電チャネルが形成され、ドレイン電流 Id が大きくなります。この関係により、MOSFET は電圧制御電流デバイスとして機能することができます。

ピエゾ特性評価の利点

高入力インピーダンス:MOSFET の入力インピーダンスは、ゲートとソース・ドレイン領域が絶縁層で分離されているため非常に高く、ゲート電流はほぼゼロであるため、高い入力インピーダンスが必要な回路で役立ちます。

低ノイズ:MOSFET は、主にその高い入力インピーダンスと単極キャリア伝導メカニズムにより、動作中に発生するノイズが比較的低くなります。

高速スイッチング速度:MOSFET は電圧制御デバイスであるため、スイッチング速度は通常、スイッチング中に電荷の蓄積と解放のプロセスを経る必要があるバイポーラ トランジスタよりも高速です。

低消費電力:オン状態では、MOSFET のドレイン-ソース抵抗 (RDS(on)) が比較的低く、消費電力の削減に役立ちます。また、カットオフ状態では、ゲート電流がほぼゼロになるため、静的消費電力は非常に低くなります。

要約すると、MOSFET は、その動作原理がゲート電圧によるドレイン電流の制御に大きく依存しているため、電圧制御デバイスと呼ばれます。この電圧制御特性により、MOSFET は電子回路の幅広い用途、特に高入力インピーダンス、低ノイズ、高速スイッチング速度、低消費電力が要求される用途に有望です。