Kaj je MOSFET: Delo in njegove uporabe

Tranzistor MOSFET (polprevodniški polimerni tranzistor kovinskega oksida) je polprevodniška naprava, ki se pogosto uporablja za preklopne namene in za ojačanje elektronskih signalov v elektronskih napravah.  MOSFET je bodisi jedro bodisi integrirano vezje, kjer je zasnovan in izdelan v enem čipu ker je naprava na voljo v zelo majhnih velikostih. Uvedba naprave MOSFET je prinesla sprememba na področju preklopa v elektroniki. Pojdimo s podrobno razlago tega koncepta.

Kaj je MOSFET?

MOSFET je štiri terminalna naprava, ki ima terminale za vir (S), vrata (G), odtok (D) in telo (B). Na splošno je telo MOSFET-a povezano z izvornim terminalom in tako tvori tri-terminalno napravo, kot je tranzistor s poljskim učinkom. MOSFET se na splošno šteje za tranzistor in se uporablja v analognem in digitalnem vezju. To je osnovni uvod v MOSFET. Splošna zgradba te naprave je naslednja:

Iz zgornje strukture MOSFET-a je funkcionalnost MOSFET-a odvisna od električnih sprememb v širini kanala skupaj s pretokom nosilcev (bodisi lukenj bodisi elektronov). Nosilci polnjenja vstopijo v kanal skozi izvorni terminal in izstopijo skozi odtok.

Širino kanala nadzira napetost na elektrodi, ki se imenuje vrata in se nahaja med izvorom in odtokom. Izoliran je iz kanala blizu izredno tanke plasti kovinskega oksida. Kapaciteta MOS, ki obstaja v napravi, je ključnega pomena, kjer je celotna operacija v zvezi s tem.

MOSFET lahko deluje na dva načina

Način izboljšave

Ko na priključku ni napetosti, kanal prikaže svojo največjo prevodnost. Medtem ko je napetost na sponki vrat pozitivna ali negativna, se prevodnost kanala zmanjša.

Načelo delovanja MOSFET-a

Glavno načelo naprave MOSFET je zmožnost nadzora napetosti in toka med njimi virsko in odtočno sponko. Deluje skoraj kot stikalo in funkcionalnost naprave temelji na kondenzatorju MOS. MOS kondenzator je glavni del MOSFET-a.

Polprevodniška površina na spodnji oksidni plasti, ki se nahaja med izvorom in odtokom terminal lahko pretvorite iz p-tipa v n-tip z uporabo bodisi pozitivnega bodisi negativnega prehoda napetosti. Ko uporabimo odbojno silo za pozitivno napetost vrat, potem luknje prisotni pod oksidno plastjo se s podlago potisnejo navzdol.

Območje izčrpavanja, naseljeno z vezanimi negativnimi naboji, ki so povezani s sprejemnikom atomi. Ko dosežemo elektrone, se razvije kanal. Pozitivna napetost privlači tudi elektrone od n + izvorne in odtočne regije v kanal. Zdaj, če med odtokom deluje napetost in vira tok teče prosto med virom in odtokom, napetost vrat pa krmili elektroni v kanalu. Namesto pozitivne napetosti, če uporabimo negativno napetost, bo kanal z luknjo pod oksidno plastjo.

P-kanalni MOSFET

P-kanalni MOSFET ima območje P-kanala, ki se nahaja med terminalom vira in odtoka. je štirimi terminali, ki imajo terminale kot vrata, odtok, vir in telo. Odtok in vir sta močno dopirana p + regija in telo ali substrat je n-tipa. Pretok toka je v smeri pozitivno napolnjene luknje.Ko negativno napetost z odbojno silo nanašamo na terminal vrat, potem so prisotni elektroni pod oksidno plastjo potisnemo navzdol v podlago. Območje izčrpavanja, naseljeno s vezani pozitivni naboji, ki so povezani z donatorskimi atomi. Tudi negativna napetost vrat privablja luknje iz vira p + in odtočne regije v območje kanala.N-Channel MOSFET ima območje N-kanala, ki se nahaja med terminalom vira in odtoka. je 

štirimi terminali, ki imajo terminale kot vrata, odtok, vir, telo. Pri tej vrsti Field Effect Tranzistor, odtok in vir so močno dopirani v območju n +, podlaga ali telo pa P-tipa.Tok toka v tej vrsti MOSFET-a se zgodi zaradi negativno nabitih elektronov. Ko smo pozitivno napetost z odbojno silo priklopite na priključek vrat, nato luknje pod oksidom plast potisnemo navzdol v podlago. Območje izčrpavanja naseljuje vezani negativ naboji, ki so povezani s sprejemnimi atomi.Po dosegu elektronov nastane kanal. Pozitivna napetost privablja tudi elektrone iz n + izvorna in odtočna območja v kanal. Zdaj, če med odtokom in izvorom deluje napetost tok teče prosto med virom in odtokom, napetost vrat pa nadzira elektrone v kanal. Namesto pozitivne napetosti, če uporabimo negativno napetost, se bo pod njo oblikoval kanal z luknjo oksidna plast.

N- kanal MOSFET
N-Channel MOSFET ima območje N-kanala, ki se nahaja med terminalom vira in odtoka. Gre za štirih terminalno napravo, ki ima terminale kot vrata, odtok, vir, telo. Pri tej vrsti tranzistorja z efektom polja sta odtok in vir močno dopirana n + regija, podlaga ali telo pa P-tipa.

Tok toka v tej vrsti MOSFET-a se zgodi zaradi negativno nabitih elektronov. Ko pozitivno napetost z odbojno silo nanašamo na priključek vrat, se luknje pod oksidno plastjo potisnejo navzdol v podlago. Območje izčrpavanja naseljujejo vezani negativni naboji, ki so povezani z akceptorskimi atomi.

Po dosegu elektronov nastane kanal. Pozitivna napetost privlači tudi elektrone iz vira n + in odtočne regije v kanal. Zdaj, če med odtokom in izvorom deluje napetost, tok teče prosto med virom in odtokom, napetost vrat pa nadzira elektrone v kanalu. Namesto pozitivne napetosti, če uporabimo negativno napetost, bo pod oksidno plastjo nastal kanal z luknjami.

MOSFET regije delovanja

Na splošno je delovanje te naprave v glavnem v treh regijah, in sicer kot sledi:

Cut-off Region - To je območje, kjer bo naprava v stanju OFF in tam nič tok toka skozi to. Tu naprava deluje kot osnovno stikalo in je tako zaposlena kot takrat, ko so potrebno za delovanje kot električna stikala.

Regija nasičenosti - v tej regiji bodo naprave odtekale do trenutne vrednosti vira kot konstantne brez upoštevanja povečanja napetosti na odtoku do vira. To se zgodi samo enkrat ko se napetost na odtoku do terminala vira poveča več kot vrednost napetosti odklopa. V V tem primeru naprava deluje kot zaprto stikalo, kjer je nasičena raven toka čez odtok do izvorni terminali. Zaradi tega je območje nasičenja izbrano, ko naj bi naprave izvedite preklop.

Linearna / Ohmična regija - To je območje, kjer se tok čez odtok do vira poveča s povečanjem napetosti na odtoku do poti vira. Ko delujejo naprave MOSFET to linearno območje izvajajo ojačevalno funkcionalnost.

Oglejmo si zdaj preklopne značilnosti MOSFET-a Tudi polprevodnik, kot je MOSFET ali bipolarni križni tranzistor, v bistvu deluje kot stikala v dva scenarija je eden v stanju ON, drugi pa v stanju OFF. Če želimo razmisliti o tej funkcionalnosti, si oglejmo na idealnih in praktičnih lastnostih naprave MOSFET.

Idealne značilnosti stikala

Kadar naj bi MOSFET deloval kot idealno stikalo, bi moral vsebovati spodnje lastnosti in lastnosti so

V stanju ON mora obstajati trenutna omejitev, ki jo nosi
V izklopljenem stanju napetosti blokiranja ne smejo imeti nobenih omejitev
Ko naprava deluje v stanju ON, mora biti vrednost padca napetosti nična
Upor v izklopljenem stanju mora biti neskončen
Hitrost delovanja ne sme biti omejena

Praktične značilnosti stikal

Ker se svet ne drži zgolj idealnih aplikacij, je delovanje MOSFET-a celo uporabno za praktične namene. V praktičnem primeru mora imeti naprava naslednje lastnosti

V stanju vklopa bi morale biti zmožnosti upravljanja moči omejene, kar pomeni, da pretok prevodni tok je treba omejiti.

V izklopljenem stanju napetosti blokiranja ne smejo biti omejeneVklop in izklop za končni čas omeji omejitveno hitrost naprave in celo omeji hitrost funkcionalna frekvenca

Po dosegu elektronov nastane kanal. Pozitivna napetost privlači tudi elektrone iz vira n + in odtočne regije v kanal. Zdaj, če med odtokom in izvorom deluje napetost, tok teče prosto med virom in odtokom, napetost vrat pa nadzira elektrone v kanalu. Namesto pozitivne napetosti, če uporabimo negativno napetost, bo pod oksidno plastjo nastal kanal z luknjami.

V stanju VKLOP naprave MOSFET bodo minimalne vrednosti upora, kjer to povzroči padec napetosti pri posredovanju. Obstaja tudi končni upor izklopljenega stanja, ki zagotavlja povratni tok uhajanja

Ko naprava deluje v praktičnih lastnostih, izgubi vklop in izklop. To se dogaja tudi v prehodnih državah.

Primer MOSFET-a kot stikala

V spodnji razporeditvi vezij se za preklop a uporabljata izboljšani način in N-kanalni MOSFET vzorčna žarnica s pogoji ON in OFF. Pozitivna napetost na sponki vrat deluje na osnova tranzistorja in svetilka se premakne v stanje ON in tukaj je VGS = + v ali pri ničelni napetosti, naprava se preklopi v stanje OFF, kjer je VGS = 0.   

Če bi uporovno obremenitev svetilke zamenjali z induktivno obremenitvijo in jo povezali z relejem oz dioda, ki je zaščitena pred obremenitvijo. V zgornjem vezju gre za zelo preprosto vezje za preklapljanje upora obremenitev, kot je žarnica ali LED. Toda pri uporabi MOSFET-a kot stikala bodisi z induktivno obremenitvijo bodisi kapacitivnim obremenitve, potem je za napravo MOSFET potrebna zaščita.

Če v primeru, ko MOSFET ni zaščiten, lahko pride do poškodbe naprave. Za MOSFET do deluje kot analogna preklopna naprava, jo je treba preklopiti med njenim mejnim območjem, kjer je VGS = 0 in območje nasičenja, kjer je VGS = + v.

Opis videoposnetka

MOSFET lahko deluje tudi kot tranzistor in je okrajšan kot Metal Oxide Silicon Field Effect Tranzistor. Že samo ime je tu nakazovalo, da lahko napravo upravljamo kot tranzistor. Imel bo P-kanal in N-kanal. Naprava je na tak način povezana s štirimi viri, odprtino in odtokom sponk in uporovna obremenitev 24Ω je zaporedno povezana z ampermetrom, napetostni števec pa povezan prek MOSFET-a.

V tranzistorju je tok toka v vratih v pozitivni smeri, izvorni priključek pa povezan z zemljo. Medtem ko je v bipolarnih priključnih tranzistorskih napravah trenutni tok čez osnovnopot do oddajnika. Toda v tej napravi ni toka, ker je na začetku kondenzator vrat, zahteva le napetost.

To se lahko zgodi tako, da nadaljujete s postopkom simulacije in vklopite / izklopite. Ko stikalo je vklopljeno, ni toka skozi vezje, ko je upor 24Ω in 0.29 ampermetra napetost priključena, potem ugotovimo zanemarljiv padec napetosti na viru, ker je + 0.21V v tej napravi.

Odpornost med odtokom in izvorom se imenuje RDS. Zaradi tega RDS se pojavi padec napetosti ko v tokokrogu teče tok. RDS se razlikuje glede na vrsto naprave (lahko se razlikuje v med 0.001, 0.005 in 0.05 glede na vrsto napetosti.

Nekaj ​​konceptov, ki se jih je treba naučiti, je:
1). Kako izbrati MOSFET kot stikalo?
Pri izbiri MOSFET-a kot stikala je treba upoštevati le nekaj pogojev:Uporaba polarnosti bodisi P bodisi N kanalaNajvišja vrednost obratovalne napetosti in tokovnih vrednostiPovečana Rds ON, kar pomeni, da je upor na odtoku do terminala Source, ko je kanal popolnoma odprtaIzboljšana delovna frekvencaVrsta pakiranja je To-220 in DPAck ter številna druga.
2). Kaj je učinkovitost MOSFET stikala?
Glavna omejitev v času delovanja MOSFET-a kot preklopne naprave je povečan odtočni tok vrednost, ki jo naprava lahko zmore. To pomeni, da je RDS v stanju ON ključni parameter, ki odloča o preklopni sposobnosti MOSFET-a. Predstavljeno je kot razmerje med napetostjo odtočnega vira in napetostjo toka odtočnega toka. Izračunati ga je treba samo v stanju vklopa tranzistorja.
3). Zakaj se MOSFET stikalo uporablja v Boost Converterju?Na splošno boost pretvornik za delovanje naprave potrebuje preklopni tranzistor. Torej, kot preklop 
uporabljajo se tranzistorski MOSFET-ji. Te naprave se uporabljajo za poznavanje trenutne vrednosti in vrednosti napetosti. Prav tako glede na hitrost preklapljanja in stroške so ti široko zaposleni.Na enak način se MOSFET lahko uporablja tudi na več načinov. in to soMOSFET kot stikalo za LEDodstrani_oris_kroga
MOSFET kot stikalo za Arduino
MOSFET stikalo za izmenično obremenitev
MOSFET stikalo za enosmerni motor
MOSFET stikalo za negativno napetost
MOSFET kot stikalo z Arduinom
MOSFET kot stikalo z mikrokrmilnikom
MOSFET stikalo s histerezo
MOSFET kot stikalna dioda in aktivni upor
MOSFET kot enačba stikala
MOSFET stikalo za airsoft
MOSFET kot preklopni upor
MOSFET kot preklopni elektromagnet
Stikalo MOSFET z uporabo optičnega sklopnika

MOSFET stikalo s histerezo

Uporaba MOSFET-a kot stikala

Eden najpomembnejših primerov te naprave je, da se uporablja kot stikalo za samodejni nadzor svetlosti v ulične svetilke. Danes je veliko luči, ki jih opazimo na avtocestah, visokointenzivnih prazne žarnice. Toda uporaba HID žarnic porabi večjo raven energije.

Svetlosti ni mogoče omejiti glede na zahteve, zato mora obstajati stikalo za alternativni način osvetlitve in je LED. Uporaba LED sistema bo premagala slabosti visokointenzivnih svetilk. Glavni koncept tega je bil neposreden nadzor luči na avtocestah z uporabo mikroprocesorja.

To lahko dosežemo samo s spreminjanjem urnih impulzov. Glede na potrebo se ta naprava uporablja za stikalne svetilke. Sestavljen je iz maline pi plošče, kjer je priložen procesorju za upravljanje. Tu je mogoče namesto HID nadomestiti LED, ki imajo povezavo s procesorjem prek MOSFET-a. Mikrokrmilnik odda ustrezne delovne cikle in nato preklopi na MOSFET na zagotavljajo visoko stopnjo intenzivnosti.

prednosti

Nekaj ​​prednosti je:

Ustvari večjo učinkovitost tudi pri delovanju pri minimalni napetosti.

Vratnega toka ni, to ustvarja večjo vhodno impedanco, ki še poveča preklopna hitrost za napravo.

Te naprave lahko delujejo pri minimalni moči in porabijo minimalni tokSlabosti.

pomanjkljivosti

Nekaj ​​pomanjkljivosti je:

Ko te naprave delujejo pri preobremenitvenih napetostnih stopnjah, to ustvari nestabilnost naprave

Ker imajo naprave tanko oksidno plast, lahko to povzroči škodo na napravi, če jo stimulira elektrostatičnih nabojev

Aplikacije

Aplikacije MOSFET-a so:

Ojačevalniki iz MOSFET-a so izjemno uporabni v obsežnih frekvenčnih aplikacijahTe naprave zagotavljajo regulacijo za enosmerne motorje

Ker imajo te izboljšane preklopne hitrosti, deluje kot nalašč za izdelavo sekljalnika ojačevalniki

Deluje kot pasivna komponenta za različne elektronske elemente.

Na koncu lahko sklepamo, da tranzistor potrebuje tok, MOSFET pa napetost. Vozne zahteve za MOSFET so v primerjavi z BJT veliko boljše in enostavnejše.

Pustite sporočilo 

Seznam sporočilo