В прошлой публикации мы разбирали основы полевых транзисторов и способы их проверки. Теперь углубимся: что именно происходит внутри кристалла, когда мы подаём напряжение на затвор? Понимание внутренних процессов помогает не просто «втыкать» MOSFET в схему, а осознанно проектировать надёжные устройства — от драйверов до мощных преобразователей.

Физическая основа — эффект электрического поля

MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) управляется напряжением. Когда между затвором (Gate) и истоком (Source) прикладывается достаточное напряжение, возникает сильное электрическое поле. Оно «притягивает» свободные носители заряда к границе между окислом и полупроводником, создавая проводящий канал.

Напряжение, при котором канал только начинает формироваться и ток начинает заметно течь, называют пороговым напряжением V_GS(th). Это один из важнейших параметров любого MOSFET.

Основные режимы работы MOSFET

• Режим отсечки (Cutoff / Закрыт)
  Если V_GS меньше порогового значения — канал отсутствует, ток стока практически равен нулю. Транзистор полностью выключен, идеально для ключевых применений в выключенном состоянии.
• Линейный (омический / активный линейный) режим
  V_GS > V_GS(th), а V_DS относительно небольшое. Транзистор ведёт себя как управляемый резистор с низким сопротивлением. Именно в этой области MOSFET используют как мощный ключ — потери на нагрев минимальны.
• Режим насыщения (Saturation / Постоянный ток)
  При увеличении V_DS ток стока перестаёт существенно расти и почти не зависит от V_DS. Здесь MOSFET работает как источник тока, управляемый напряжением на затворе — типичный режим для усилителей.

Выходные характеристики — ВАХ (семейство кривых)

Самый наглядный способ понять поведение MOSFET — посмотреть на семейство выходных вольт-амперных характеристик (ВАХ). По оси Y — ток стока I_D, по оси X — напряжение сток-исток V_DS. Каждая кривая соответствует фиксированному напряжению затвор-исток V_GS.

На графике чётко видны две главные области:

• Линейная область (слева, крутой подъём) — здесь сопротивление канала минимально, идеально для силовых ключей.
• Область насыщения (справа, почти горизонтальные линии) — ток стабилен, транзистор сильно греется при большом токе.

Для мощных применений (реле, инверторы, драйверы моторов) стараются держать рабочую точку именно в линейной зоне. Попадание в насыщение при высоком токе → резкий рост мощности рассеяния → перегрев и выход из строя.

Самые важные параметры из даташита

При выборе MOSFET всегда проверяйте:

• V_GS(th) — напряжение порога открытия (обычно 2–4 В для логики, 3–5 В для стандартных).
• R_DS(on) — сопротивление открытого канала (чем ниже — тем меньше греется при больших токах).
• C_iss — входная ёмкость затвора (влияет на скорость переключения и требования к драйверу).

Все эти параметры удобно посмотреть и сравнить в поисковой системе ChipCity — там большой выбор MOSFET от разных производителей с актуальными даташитами и ценами.

Итог

Напряжение на затворе управляет проводимостью канала — это и есть вся магия MOSFET. Знание режимов и ВАХ позволяет избежать типичных ошибок: перегрева, медленного переключения, лишних потерь. В следующих материалах сравним полевые и биполярные транзисторы, а также разберём, как правильно подбирать MOSFET под конкретную задачу. Если нужно быстро найти подходящий транзистор — загляните в каталог ChipCity.