MOSFETシンボル｜初心者向けガイド

電子機器の機能と構造を理解することに興味がありますか？MOSFETの記号を解読して、正しい知識を身につけてみませんか？

マイクロチップであろうとパワーデバイスであろうと、MOSFETはあらゆる電化製品に搭載されています。このブログでは、MOSFETの記号について知っておくべきことをすべて、図解を交えて解説します。

詳細については、以下をお読みください。

     

MOSFETとは何ですか？

金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）は、電子信号をスイッチングまたは増幅します。現代の電子機器に不可欠な部品であり、電源、コンバータ、インバータ、マイクロプロセッサなど、多くの用途に使用されています。

 MOSFET には 2 つのタイプがあります。

● PチャネルMOSFET

● NチャネルMOSFET

P チャネル MOSFET はゲートに負の電圧が印加されると電流を導通しますが、N チャネル MOSFET はゲートに正の電圧が印加されると電流を導通します。

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基本的なMOSFETシンボルの説明

    

NチャネルMOSFETシンボル

 

チャネルを指している矢印は、電子が電荷キャリアであることを示しています。ゲートに正電圧（閾値電圧よりも高い電圧）が印加されるとチャネルはオンになります。ゲートに電圧がかかっていない場合、チャネルはオフのままです。

以下にいくつかの機能を紹介します:

● 矢印はチャネルの方向を示します。

● 電子は電荷を運ぶキャリアです。

● ゲートがソースよりも高い電圧レベルを維持すると、デバイスはオンになります。

● 本装置はスイッチング動作と増幅動作を行います。

    

PチャネルMOSFETシンボル

  

このシンボルは、チャネル（電荷キャリアとしてのホール）から遠ざかる矢印です。ゲートに負電圧が印加されるとオンになります。それ以外の場合は、デフォルトでオフになっています。

● 矢印はチャネルと反対方向を向きます。

● 正孔は電荷キャリアです。

● ゲートがソースと比較して負の電位を維持すると、デバイスがアクティブになります。

● N チャネル MOSFET はより広範囲に使用されていますが、P チャネル構成の MOSFET は特定のアプリケーションで有用です。

     

   

3 つの MOSFET 端子は、ゲート (G)、ドレイン (D)、ソース (S) です。

ゲート

ゲートは、ドレインとソース間の電流を制御するMOSFETピンの1つです。基本的には、ゲート・ソース間電圧（V_GS）に基づいて電流の流れを許可または遮断するスイッチのように機能します。

ドレイン

ドレインは電流が排出される出力端子です。NチャネルMOSFETの場合、オンの状態では通常、電流はドレインからソースへ流れます。PチャネルMOSFETの場合、電流はソースからドレインへ流れます。

ソース

ソースは電流が流入する端子です。通常は、グランド（Nチャネル）または正電圧源（Pチャネル）に接続されます。

さらに、ソースに接続された基板本体も備えています。

  

 

MOSFETの分類

 

   

MOSFETは、チャネルタイプ（NチャネルまたはPチャネル）と動作モード（エンハンスメントまたはデプレッション）という2つの基準に基づいて分類されます。チャネルタイプはNチャネル（負電荷キャリア）またはPチャネル（正電荷キャリア）のいずれかですが、動作モードはデプレッションとエンハンスメントに分類されます。

MOSFET の分類をわかりやすくするために、詳しく説明します。

1.    NチャネルエンハンスメントモードMOSFET

このチャネルは、2つの高濃度ドープn領域（i) ソースと ii) ドレインで構成されています。どちらもP型基板に埋め込まれています。ゲートは薄い二酸化シリコン（SiO2）層によって基板から絶縁されています。ゲートに電圧が印加されていないときは、導電性チャネルが存在しないため、電流は流れません。

Nチャネルエンハンスメントは、ゲートに正電圧を印加すると機能します。このエンハンスメントは、電子を二酸化シリコン層の近くに引き寄せます。特定の電圧（VTHまたは閾値）に達すると、十分な量の電子がn領域間に蓄積され、導電性のnチャネルが形成され、電流が流れます。

ゲート・ソース間電圧（VGS）を上昇させると、チャネルがエンハンスされ、導電性が向上します。VDS ≥ VGS - VTHのとき、MOSFETは飽和モードに入り、この領域では増幅器として効果的に動作します。

2.    PチャネルエンハンスメントモードMOSFET（PMOS）

PMOS MOSFETでは、正孔が電荷キャリアの大部分を占めます。nチャネルとは異なり、このデバイスでは電子が支配的です。nチャネルとは異なり、n型基板上に構築されています。絶縁のために薄い二酸化シリコン層が使用されています。

P チャネル エンハンスメントでは、負の電圧によってゲート (G) の MOSFET がアクティブになり、ソースからドレインに電流が流れます。

負のゲート-ソース間電圧 (VGS) が増加すると、導電チャネルが広くなり、電流が増加します。

PチャンネルエンハンスメントモードMOSFETは電圧制御スイッチとして機能し、ハイサイドスイッチングアプリケーションに最適です。ソースとドレイン間の電流をスムーズに制御します。

3.    NチャネルデプレッションモードMOSFET

このチャネルタイプでは、2つのN領域（ソースとドレイン）がp型基板に埋め込まれています。チャネル領域はこれらXNUMXつのN領域の間にあります。さらに、チャネルは製造プロセス中に事前に定義されます。絶縁には二酸化シリコン層が使用されます。

デフォルトでは、VGS=0Vの場合でもnチャネル空乏層に電流が流れます。空乏層モードでは、負のVGSを印加すると電流が減少し、電子が反発します。これは多くの電子機器において電圧制御スイッチとして機能します。

4.    PチャネルデプレッションモードMOSFET

PチャネルデプレッションモードはNチャネルデプレッションモードの逆で、p型チャネルを用いてあらかじめ構築されています。負電圧を印加すると、電子が引き寄せられ、導電性に影響を与えます。pチャネルデプレッションでは、ドレインは逆バイアスされ、電流が流れます。

負のドレイン電圧が増加すると空乏領域が形成され、電流の流れが減少します。

電圧を調整することで、Pチャネルの空乏層における導電性を制御します。ゲートとドレインは負極性のままですが、ソースはゼロ電圧のままです。

回路図におけるMOSFETシンボルの読み方

スイッチとアンプは、MOSFET で駆動される主要な回路の 1 つです。

スイッチとしてのMOSFET

MOSFETスイッチは、モータードライバー、デジタル回路、電力制御に使用されます。ゲート電圧に基づいてオン/オフを切り替える標準的なスイッチとして、NチャネルMOSFETは正のゲート電圧でオンになり、PチャネルMOSFETは負のゲート電圧でオンになります。

増幅器としてのMOSFET

信号処理、オーディオアンプ、RF回路などで使用されます。MOSFETアンプは通常、飽和領域（またはアクティブ領域）で動作し、ゲート電圧の小さな変化によって大きなドレイン電流を制御します。

 

   

回路内のNチャネルとPチャネルのMOSFETを識別するための簡単なヒント

MOSFETの種類を明確に理解することで、より正確に理解できるようになります。回路におけるNチャネルMOSFETとPチャネルMOSFETの最も一般的な違いは次のとおりです。

● N チャネル MOSFET は通常、負荷またはグランドの下側に接続され、P チャネル MOSFET は高側、つまり電源に接続されます。

● 次に、NチャネルMOSFETはゲート電圧がソース電圧を超えるとオンになります。一方、PチャネルMOSFETはゲート電圧がソース電圧よりも低いときにオンになります。

● NチャネルMOSFETでは、電流は P チャネル MOSFET では、電流はドレインからソースに流れますが、ソースからドレインに流れます。

● 最後に、N チャネル MOSFET のボディ ダイオードはソースからドレインに導通しますが、P チャネル MOSFET ではドレインからソースに導通します。

  

 

MOSFETのシンボルを解釈する際によくある間違い

MOSFET シンボルの読み取り時に間違いが起きることはよくあります。

1. MOSFETの解釈において最もよくある間違いは、記号の混同です。これは回路の動作を誤らせる可能性があります。NチャネルMOSFETの記号では、矢印はソースからチャネルを指します。PチャネルMOSFETの記号では、矢印はチャネルからソースを指し、従来の電流（ホールの流れ）の方向を示しています。

2. XNUMX 番目によくある間違いは、ゲート電圧要件を誤って解釈することです。これにより、MOSFET がオンにならない場合があります。

3. 愛好家や専門家でさえ、端子の解釈を間違えることがよくあります。これは、端子のラベルを無視してしまうためです。その結果、すべての端子が同じであると認識してしまいます。そのため、記号の詳細を確認することが不可欠です。

4. 身体の接続を無視すると、予期しない回路反応が発生する可能性があります。

5. デプレッションモードとエンハンスメントモードのシンボルを切り替える際、MOSFETがオフになっていると誤解するかもしれません。そのため、シンボルの指示を見逃さないようにしてください。

6. 操作中にオプションのボディまたは基板シンボルに気づかない人は少なくありません。この端子の機能を理解することは、たとえ独立したディスプレイに表示されていない場合でも非常に重要です。この端子は、特定の回路アプリケーションにおいてMOSFETの動作特性を変更する役割を果たします。この端子を無視すると、電源アプリケーションにおいて誤った解釈につながる可能性があります。

7. 回路図は異なる場合があります。情報源によって記号の見え方が異なる場合があります。部品の仕様は公式データシートを参照して確認してください。

  

  

結論

MOSFETの記号を理解し、正しく解釈することは、効率的な電子回路を構築する上で不可欠です。特定の用途、特に高出力用途向けにMOSFETを選択する際には、ワット（W）またはキロワット（kW）で表された最大消費電力などの電力定格を考慮する必要があります。これにより、トランジスタが目的の電力レベルを効率的に、かつ故障なく処理できることが保証されます。

このガイドには、MOSFET の動作を理解し、PMOS と NMOS のシンボルを認識するために必要なすべての情報が含まれており、エンジニアは効率的な電子回路設計を作成できます。

趣味として電子機器を設計する場合、このガイドは MOSFET の基本的なメカニズムと機能を理解するのに役立ちます。