Hvad er en MOSFET: Working og dens applikationer

Hvad er en MOSFET: Working og dens applikationer

MOSFET-transistoren (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) er en halvlederindretning, der er meget brugt til skifteformål og til forstærkning af elektroniske signaler i elektroniske enheder. En MOSFET er enten en kerne eller et integreret kredsløb, hvor den er designet og fremstillet i en enkelt chip, fordi enheden er tilgængelig i meget små størrelser. Introduktionen af ​​MOSFET-enheden har medført en ændring i domænet for skifte elektronik . Lad os gå med en detaljeret forklaring af dette koncept.



Hvad er MOSFET?

En MOSFET er en fire-terminal enhed med kilde (S), gate (G), afløb (D) og krop (B) terminaler. Generelt er MOSFET-kroppen i forbindelse med kildeterminalen og danner således en tre-terminal enhed, såsom en felt-effekt transistor. MOSFET betragtes generelt som en transistor og anvendes i både de analoge og digitale kredsløb. Dette er det grundlæggende introduktion til MOSFET . Og den generelle struktur for denne enhed er som nedenfor:


MOSFET

MOSFET





Fra ovenstående MOSFET struktur afhænger funktionaliteten af ​​MOSFET af de elektriske variationer, der sker i kanalbredden sammen med strømmen af ​​bærere (enten huller eller elektroner). Ladebærerne kommer ind i kanalen gennem kildeterminalen og går ud via afløbet.

Kanalens bredde styres af spændingen på en elektrode, der kaldes porten, og den er placeret mellem kilden og afløbet. Det er isoleret fra kanalen nær et ekstremt tyndt lag metaloxid. Den MOS-kapacitet, der findes i enheden, er det afgørende afsnit, hvor hele operationen er på tværs af dette.



MOSFET med terminaler

MOSFET med terminaler

En MOSFET kan fungere på to måder

  • Udtømningstilstand
  • Forbedringstilstand

Udtømningstilstand

Når der ikke er nogen spænding over portterminalen, viser kanalen sin maksimale ledningsevne. Mens spændingen over portterminalen enten er positiv eller negativ, falder kanalens ledningsevne.


For eksempel

AfbøjningstilstandForbedringstilstand

Når der ikke er spænding over portterminalen, leder enheden ikke. Når der er den maksimale spænding over portterminalen, viser enheden forbedret ledningsevne.

Forbedringstilstand

Forbedringstilstand

Arbejdsprincip for MOSFET

Hovedprincippet for MOSFET-enheden er at være i stand til at kontrollere spændingen og strømmen mellem kilde- og afløbsterminalerne. Det fungerer næsten som en switch, og enhedens funktionalitet er baseret på MOS-kondensatoren. MOS-kondensatoren er hoveddelen af ​​MOSFET.

Halvlederoverfladen ved det nedenstående oxidlag, som er placeret mellem kilde- og afløbsterminalen, kan vendes fra p-type til n-type ved anvendelse af henholdsvis en positiv eller en negativ portspænding. Når vi anvender en frastødende kraft for den positive gate-spænding, skubbes hullerne under oxidlaget nedad med substratet.

Udtømningsregionen befolket af de bundne negative ladninger, der er forbundet med acceptoratomerne. Når elektroner nås, udvikles en kanal. Den positive spænding tiltrækker også elektroner fra n + kilden og dræneregionerne ind i kanalen. Hvis der nu påføres en spænding mellem afløbet og kilden, strømmer strømmen frit mellem kilden og afløbet, og portens spænding styrer elektronerne i kanalen. I stedet for den positive spænding, hvis vi anvender en negativ spænding, dannes der en hulkanal under oxidlaget.

MOSFET-blokdiagram

MOSFET-blokdiagram

P-Channel MOSFET

P-kanal MOSFET har en P-kanalregion placeret mellem kilde- og afløbsterminalerne. Det er en fireterminalenhed, der har terminalerne som port, afløb, kilde og krop. Afløbet og kilden er stærkt doteret p + region og kroppen eller substratet er af n-typen. Strømmen strømmer i retning af positivt ladede huller.

Når vi anvender den negative spænding med frastødende kraft ved portterminalen, skubbes elektronerne, der er til stede under oxidlaget, nedad i substratet. Udtømningsregionen befolket af de bundne positive ladninger, der er forbundet med donoratomer. Den negative portspænding tiltrækker også huller fra p + kilden og afløbsområdet ind i kanalområdet.

Udtømningstilstand P-kanal

Udtømningstilstand P-kanal

P Kanalforbedret tilstand

P Kanalforbedret tilstand

N- kanal MOSFET

N-Channel MOSFET har et N-kanalområde placeret mellem kilde- og afløbsterminalerne. Det er en fire-terminal enhed, der har terminaler som gate, afløb, kilde, krop. I denne type felteffekttransistor er afløbet og kilden stærkt doteret n + region, og substratet eller kroppen er af P-type.

Strømmen i denne type MOSFET sker på grund af negativt ladede elektroner. Når vi påfører den positive spænding med frastødende kraft ved portterminalen, skubbes hullerne under oxidlaget nedad i substratet. Udtømningsområdet er befolket af de bundne negative ladninger, der er forbundet med acceptoratomerne.

Ved elektronernes rækkevidde dannes kanalen. Den positive spænding tiltrækker også elektroner fra n + kilden og dræneregionerne ind i kanalen. Hvis der nu påføres en spænding mellem afløbet og kilden, strømmer strømmen frit mellem kilden og afløbet, og portens spænding styrer elektronerne i kanalen. I stedet for positiv spænding, hvis vi anvender negativ spænding, dannes der en hulkanal under oxidlaget.

Forbedringstilstand N-kanal

Forbedringstilstand N-kanal

MOSFET-driftsregioner

For det mest generelle scenario sker denne enheds drift hovedsageligt i tre regioner, og de er som følger:

  • Afskåret region - Det er regionen, hvor enheden vil være i OFF-tilstand, og der strømmer nul strøm gennem den. Her fungerer enheden som en grundkontakt og er så anvendt, som når de er nødvendige for at fungere som elektriske afbrydere.
  • Mætningsregion - I denne region vil enhederne have deres afløb til kildestrømværdi som konstant uden at overveje forbedringen i spændingen over afløbet til kilden. Dette sker kun en gang, når spændingen over afløbet til kildeterminalen stiger mere end klemspændingsværdien. I dette scenarie fungerer enheden som en lukket switch, hvor et mættet strømniveau over afløbet til kildeterminaler strømmer. På grund af dette vælges mætningsregionen, når enhederne skal udføre skift.
  • Lineær / ohmsk region - Det er regionen, hvor strømmen over afløbet til kildeterminalen forbedres med stigningen i spændingen over afløbet til kildestien. Når MOSFET-enhederne fungerer i dette lineære område, udfører de forstærkerfunktionalitet.

Lad os nu overveje MOSFETs skifteegenskaber

En halvleder som MOSFET eller Bipolar Junction Transistor fungerer grundlæggende som switche i to scenarier, den ene er ON-tilstand og den anden er OFF-tilstand. For at overveje denne funktionalitet, lad os se på de ideelle og praktiske egenskaber ved MOSFET-enheden.

Ideel switch egenskaber

Når en MOSFET skal fungere som en ideel switch, skal den indeholde nedenstående egenskaber, og de er

  • I ON-tilstand skal der være den nuværende begrænsning, som den bærer
  • I OFF-tilstand bør blokering af spændingsniveauer ikke indeholde nogen form for begrænsninger
  • Når enheden fungerer i ON-tilstand, skal spændingsfaldværdien være nul
  • Modstanden i OFF-tilstand skal være uendelig
  • Der bør ikke være nogen begrænsninger for driftshastigheden

Praktiske skifteegenskaber

Da verden ikke bare holder fast i ideelle applikationer, fungerer MOSFETs funktion endda til praktiske formål. I det praktiske scenarie skal enheden indeholde nedenstående egenskaber

  • I TIL-tilstand skal strømstyringsevnerne være begrænsede, hvilket betyder, at strømmen af ​​ledningsstrøm skal begrænses.
  • I OFF-tilstand bør blokerende spændingsniveauer ikke begrænses
  • At tænde og slukke for begrænsede tider begrænser enhedens begrænsningshastighed og begrænser endda funktionsfrekvensen
  • I MOSFET-enhedens TIL-tilstand vil der være minimale modstandsværdier, hvor dette resulterer i spændingsfald i fremadrettet bias. Der findes også en endelig OFF-modstand, der leverer omvendt lækstrøm
  • Når enheden udfører praktiske egenskaber, mister den strømmen til ON og OFF-forhold. Dette sker også i overgangsstaterne.

Eksempel på MOSFET som switch

I nedenstående kredsløbsarrangement bruges en forbedret tilstand og N-kanal MOSFET til at tænde en prøvelampe med betingelserne TIL og FRA. Den positive spænding ved portterminalen påføres transistorens bund, og lampen bevæger sig i ON-tilstand og her VGS= + v eller ved nul spændingsniveau, skifter enheden til OFF-tilstand, hvor VGS= 0.

MOSFET Som switch

MOSFET Som switch

Hvis lampens modstandsbelastning skulle udskiftes med en induktiv belastning og sluttes til relæet eller dioden, der er beskyttet mod belastningen. I ovenstående kredsløb er det et meget simpelt kredsløb til at skifte en resistiv belastning, såsom en lampe eller LED. Men når du bruger MOSFET som switch enten med induktiv belastning eller kapacitiv belastning, er det nødvendigt med beskyttelse til MOSFET-enheden.

Hvis MOSFET ikke er beskyttet, kan det føre til beskadigelse af enheden. For at MOSFET skal fungere som en analog omskifterenhed, skal den skiftes mellem dens afskæringsområde, hvor VGS= 0 og mætningsregion hvor VGS= + v.

Video Beskrivelse

MOSFET kan også fungere som en transistor, og den forkortes som Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor. Her angav selve navnet, at enheden kan betjenes som en transistor. Det vil have P-kanal og N-kanal. Enheden er forbundet på en sådan måde ved hjælp af de fire kilde-, gate- og afløbsterminaler, og en resistiv belastning på 24Ω er forbundet i serie med et amperemeter, og en spændingsmåler er forbundet over MOSFET.

I transistoren er strømmen i porten i en positiv retning, og kildeterminalen er forbundet til jorden. Mens der i bipolære forbindelsestransistoranordninger er strømmen over basen til emitterstien. Men i denne enhed er der ingen strømflow, fordi der er en kondensator i begyndelsen af ​​porten, det kræver kun spænding.

Dette kan ske ved at fortsætte med simuleringsprocessen og ved at tænde / slukke. Når kontakten er tændt, er der ingen strøm gennem kredsløbet, når modstanden på 24Ω og 0,29 af amperespændingen er forbundet, så finder vi det ubetydelige spændingsfald over kilden, fordi der er + 0,21V på tværs af denne enhed.

Modstanden mellem afløb og kilde betegnes som RDS. På grund af denne RDS vises spændingsfaldet, når der er strøm i kredsløbet. RDS varierer afhængigt af enhedstypen (den kan variere mellem 0,001, 0,005 og 0,05 baseret på spændingstypen.

Få af de begreber, der skal læres, er:

1). Sådan vælges MOSFET som switch ?

Der er kun få forhold, der skal overholdes, når du vælger MOSFET som switch, og disse er som følger:

  • Anvendelse af polaritet enten P- eller N-kanal
  • En maksimal vurdering af driftsspænding og strømværdier
  • Øget Rds ON, hvilket betyder, at modstand ved Drain to Source terminal, når kanalen er helt åben
  • Forbedret driftsfrekvens
  • Emballage er af To-220 og DPAck og mange andre.

2). Hvad er MOSFET switch-effektivitet?

Den vigtigste begrænsning på tidspunktet for betjening af MOSFET som en switch-enhed er den forbedrede afløbsstrømværdi, som enheden kan være i stand til. Det betyder, at RDS i ON-tilstand er den afgørende parameter, der bestemmer MOSFET's skifteevne. Det er repræsenteret som forholdet mellem afløbsspænding og afløbsstrømmen. Det skal kun beregnes i transistorens ON-tilstand.

3). Hvorfor bruges MOSFET-switch i Boost Converter?

Generelt har en boostkonverter brug for en omskiftningstransistor til betjening af enheden. Så som skiftetransistor anvendes MOSFET'er. Disse enheder bruges til at kende den aktuelle værdi og spændingsværdier. Også i betragtning af skiftehastighed og -omkostninger er disse i vid udstrækning ansat.

På samme måde kan MOSFET også bruges på flere måder. og det er de

  • MOSFET som switch til LED
  • remove_circle_outline
  • MOSFET som switch til Arduino
  • MOSFET-switch til vekselstrømsbelastning
  • MOSFET-switch til jævnstrømsmotor
  • MOSFET-switch til negativ spænding
  • MOSFET som switch med Arduino
  • MOSFET som switch med en mikrocontroller
  • MOSFET-switch med hysterese
  • MOSFET som switch diode og aktiv modstand
  • MOSFET som en switchligning
  • MOSFET-switch til airsoft
  • MOSFET som switch gate-modstand
  • MOSFET som en koblingsmagnet
  • MOSFET-switch ved hjælp af en optokobler
  • MOSFET-switch med hysterese

Anvendelse af MOSFET som switch

Et af de førende eksempler på denne enhed er, at den bruges som en switch er automatisk lysstyringskontrol i gadebelysning. I disse dage består mange af de lys, vi observerer på motorveje, afladningslamper med høj intensitet. Men brug af HID-lamper forbruger øgede energiniveauer.

Lysstyrken kan ikke begrænses ud fra kravet, og på grund af dette skal der være en kontakt til den alternative belysningsmetode, og den er LED. Brug af LED-system vil overvinde ulemperne ved lamper med høj intensitet. Hovedkonceptet bag konstruktionen af ​​dette var at styre lysene direkte på motorveje ved hjælp af en mikroprocessor.

MOSFET-applikation som switch

MOSFET-applikation som switch

Dette kan opnås bare ved at ændre urimpulser. Baseret på nødvendigheden bruges denne enhed til at skifte lamper. Det består af et hindbær-pi-kort, hvor det følger med en processor til styring. Her kan LED'er erstattes i stedet for HID'er, og disse har forbindelse til processoren via MOSFET. Mikrocontrolleren leverer tilsvarende driftscyklusser og skifter derefter til MOSFET for at give et højt intensitetsniveau.

Fordele

Få af fordelene er:

  • Det genererer forbedret effektivitet, selv når det fungerer ved minimale spændingsniveauer
  • Der er ingen tilstedeværelse af portstrøm, dette skaber mere indgangsimpedans, hvilket yderligere giver øget skiftehastighed for enheden
  • Disse enheder kan fungere ved minimale effektniveauer og bruger minimal strøm

Ulemper

Få af ulemperne er:

  • Når disse enheder fungerer ved overbelastningsspændingsniveauer, skaber det enhedens ustabilitet
  • Som fordi enhederne har et tyndt oxidlag, kan dette medføre beskadigelse af enheden, når de stimuleres af de elektrostatiske ladninger

Ansøgninger

Anvendelserne af MOSFET er

  • Forstærkere lavet af MOSFET anvendes ekstremt i omfattende frekvensapplikationer
  • Reguleringen for jævnstrømsmotorer leveres af disse enheder
  • Som fordi disse har forbedrede skiftehastigheder, fungerer det som perfekt til konstruktion af chopperforstærkere
  • Fungerer som en passiv komponent til forskellige elektroniske elementer.

I sidste ende kan det konkluderes, at transistoren kræver strøm, mens MOSFET kræver en spænding. Kørekravet til MOSFET er meget bedre, meget enklere sammenlignet med en BJT. Og også vide Hvordan tilslutter jeg en Mosfet til en switch?

Fotokreditter