N csatornás MOSFET: Áramkör, működés, különbségek és alkalmazásai

A MOSFET egyfajta tranzisztor, és IGFET-nek (Insulated Gate Field Effect Transistor) vagy MIFET-nek (Metal Insulator Field Effect Transistor) is nevezik. Az a MOSFET , a csatorna és a kapu egy vékony SiO2 rétegen keresztül van elválasztva, és olyan kapacitást képeznek, amely a kapu feszültségével változik. Tehát a MOSFET úgy működik, mint egy MOS-kondenzátor, amelyet a bemeneti kapun keresztül vezérelnek a forrásfeszültségig. Így a MOSFET feszültségvezérelt kondenzátorként is használható. A MOSFET felépítése hasonló a MOS kondenzátoréhoz, mivel ebben a kondenzátorban a szilícium alap p-típusú.

Ezeket négy típusba soroljuk: p-csatorna-javítás, n-csatorna-javítás, p-csatorna-kimerülés és n-csatorna-kimerítés. Ez a cikk a MOSFET egyik típusát tárgyalja N csatornás MOSFET – alkalmazásokkal való munka.

Mi az az N-csatornás MOSFET?

A MOSFET egy olyan típusa, amelyben a MOSFET csatorna többségében töltéshordozókból áll, mint áramhordozók, például elektronok, az N csatornás MOSFET néven ismert. Ha ez a MOSFET be van kapcsolva, akkor a töltéshordozók többsége a csatornán keresztül mozog. Ez a MOSFET a P-Channel MOSFET kontrasztja.

Ez a MOSFET magában foglalja az N- csatorna régiót, amely a forrás és leeresztő terminálok közepén található. Ez egy három terminálból álló eszköz, ahol a terminálok G (kapu), D (lefolyó) és S (forrás). Ebben a tranzisztorban a forrás és a lefolyó erősen adalékolt n+ régióban, a test vagy a hordozó pedig P-típusú.

Dolgozó

Ez a MOSFET egy N-csatornás régiót tartalmaz, amely a forrás és leeresztő csatlakozók közepén található. Ez egy három terminálból álló eszköz, ahol a terminálok G (kapu), D (lefolyó) és S (forrás). Ebben a FET-ben a forrás és a lefolyó erősen adalékolt n+ régió, és a test vagy a hordozó P-típusú.

Itt a csatorna az elektronok érkezésekor jön létre. A +ve feszültség is vonzza az elektronokat az n+ forrásból és a lefolyó régióból a csatornába. Ha feszültséget kapcsolunk a lefolyó és a forrás között, akkor az áram szabadon áramlik a forrás és a lefolyó között, és a kapu feszültsége egyszerűen szabályozza a töltéshordozó elektronokat a csatornán belül. Hasonlóképpen, ha a kapukapcson –ve feszültséget kapcsolunk, akkor az oxidréteg alatt lyukcsatorna képződik.

N csatorna MOSFET szimbólum

Az N csatornás MOSFET szimbólum az alábbiakban látható. Ez a MOSFET három terminált tartalmaz, például forrás, lefolyó és kapu. Az n-csatornás mosfet esetében a nyíl szimbólum iránya befelé mutat. Tehát a nyíl szimbólum a csatorna típusát határozza meg, például P-csatorna vagy N-csatorna.

N csatornás MOSFET áramkör

Az kapcsolási rajz egy kefe nélküli egyenáramú ventilátor N csatornás mosfet segítségével történő vezérléséhez és Arduino Uno rev3 alább látható. Ez az áramkör megépíthető Arduino Uno rev3 kártyával, n csatornás mosfettel, kefe nélküli egyenáramú ventilátorral és csatlakozó vezetékekkel.

Az ebben az áramkörben használt MOSFET 2N7000 N-csatornás MOSFET, és ez bővítő típusú, ezért az Arduino kimeneti lábát magasra kell állítani, hogy a ventilátor áramellátását biztosítsa.

Ennek az áramkörnek a csatlakozásai a következők:

• Csatlakoztassa a MOSFET forrás érintkezőjét a GND-hez
• A MOSFET kapu érintkezője az Arduino 2-es érintkezőjéhez csatlakozik.
• A MOSFET leeresztőcsapja a ventilátor fekete színű vezetékéhez.
• A kefe nélküli egyenáramú ventilátor piros színű vezetéke a kenyérsütőtábla pozitív sínjéhez csatlakozik.
• Extra csatlakozást kell adni az Arduino 5V-os érintkezőjétől a kenyérsütőtábla pozitív sínjéhez.

Általában a MOSFET-et a jelek kapcsolására és erősítésére használják. Ebben a példában ezt a MOSFET-et kapcsolóként használjuk, amely három kivezetést tartalmaz, például kaput, forrást és lefolyót. Az n csatornás MOSFET a feszültségvezérelt eszközök egyik típusa, és ezek a MOSFET-ek kétféle bővítő mosfetben és kimerítő MOSFET-ben állnak rendelkezésre.

Általában a bővítő MOSFET kikapcsol, ha a Vgs (gate-source feszültség) 0 V, ezért feszültséget kell biztosítani a kapu kivezetésére, hogy az áram az egész leeresztő-forrás csatornán folyjon. Míg a kimerülési MOSFET általában akkor kapcsol be, ha a Vgs (kapuforrás feszültség) 0 V, így az áram a leeresztőn keresztül a forráscsatornába folyik, amíg +ve feszültséget nem kap a kapu terminálján.

Kód

void setup() {
// Tedd ide a beállítási kódodat, hogy egyszer lefusson:
pinMode(2, OUTPUT);

}

void loop() {
// tedd ide a fő kódodat, hogy ismételten lefusson:
digitalWrite(2, HIGH);
késleltetés(5000);
digitalWrite(2, LOW);
késleltetés (5000);
}

Így amikor az 5V-os tápellátást a MOSFET kaputermináljára adják, a kefe nélküli egyenáramú ventilátor BEKAPCSOLVA lesz. Hasonlóképpen, amikor a 0v-ot a MOSFET kapukapcsa kapja, akkor a ventilátor kikapcsol.

Az N csatornás MOSFET típusai

Az N csatornás MOSFET egy feszültségvezérelt eszköz, amely két típusra osztható: fokozás típusa és kimerülése.

N csatornajavító MOSFET

Az N-csatornás MOSFET továbbfejlesztett típusa általában ki van kapcsolva, ha a forráskapu feszültsége nulla volt, ezért feszültséget kell biztosítani a kapu kivezetésére, hogy az áramellátás a teljes leeresztő-forrás csatornán legyen.

Az n csatornás továbbfejlesztett MOSFET működése megegyezik a továbbfejlesztett p csatornás MOSFET-tel, kivéve a felépítést és a működést. Az ilyen típusú MOSFET-ben egy enyhén adalékolt p-típusú hordozó alkothatja az eszköz testét. A forrás és a lefolyó területek erősen n-típusú szennyeződésekkel vannak adalékolva.

Itt a forrás és a test általában a földelési csatlakozóhoz csatlakozik. Ha pozitív feszültséget kapcsolunk a kapukapocsra, akkor a p-típusú szubsztrát kisebbségi töltéshordozói a kapukapocs felé vonzódnak a kapu pozitivitása és az egyenértékű kapacitív hatás miatt.

A p-típusú szubsztrát többségi töltéshordozói, mint például az elektronok és a kisebbségi töltéshordozók a gate terminál felé vonzódnak, így az elektronok lyukakkal való rekombinációjával negatív fedetlen ionréteget képez a dielektromos réteg alatt.

Ha folyamatosan növeljük a pozitív kapufeszültséget, akkor a rekombinációs folyamat a küszöbfeszültségszint után telítődik, majd a helyén töltéshordozók, például elektronok kezdenek felhalmozódni, hogy egy szabad elektronvezető csatornát képezzenek. Ezek a szabad elektronok szintén az erősen adalékolt forrásból származnak, és elszívják az n-típusú régiót.

Ha +ve feszültséget kapcsolunk a leeresztő kivezetésre, akkor az áram áramlása ott lesz a csatornán keresztül. Tehát a csatorna ellenállása a szabad töltéshordozóktól, például a csatornán belüli elektronoktól függ, és ezek az elektronok ismét az eszköz csatornán belüli kapupotenciáljától függenek. Amikor a szabad elektronok koncentrációja kialakítja a csatornát, és az áram áramlása a csatornában megnövekszik a kapufeszültség növekedése miatt.

N Channel Depletion MOSFET

Általában ez a MOSFET akkor aktiválódik, amikor a feszültség a forrás kapuján 0 V, ezért az áram a lefolyóból a forráscsatornába áramlik, amíg pozitív feszültség nem kerül a kapu (G) kivezetésére. Az N csatornás kimerítő MOSFET működése eltér az n csatornás kimerítő MOSFET-től. Ebben a MOSFET-ben a használt hordozó egy p-típusú félvezető.

Ebben a MOSFET-ben mind a forrás, mind az elvezető régió erősen adalékolt n-típusú félvezető. A forrás és az elvezető régió közötti rés n-típusú szennyeződéseken keresztül diffundálódik.

Miután potenciálkülönbséget alkalmazunk a forrás- és lefolyókapcsok között, az áram a hordozó n tartományában folyik. Ha -ve feszültséget alkalmazunk a gate terminálon, akkor a töltéshordozók, például az elektronok megszűnnek és lefelé tolódnak el a szilícium-dioxid dielektromos réteg alatti n-régióban.

Következésképpen pozitív, fedetlen ionrétegek lesznek a SiO2 dielektromos réteg alatt. Tehát ily módon a töltéshordozók kimerülése megy végbe a csatornán belül. Így a teljes csatorna vezetőképessége csökken.

Ebben az esetben, ha ugyanazt a feszültséget kapcsolják a leeresztő kivezetésre, akkor a leeresztő áramerőssége csökken. Itt megfigyeltük, hogy a leeresztőáramot a csatornán belüli töltéshordozók kimerülésének változtatásával lehet szabályozni, ezért ezt depletion MOSFET néven ismerjük.

Itt a kapu -ve potenciálban van, az elvezetés +ve potenciálban, a forrás pedig '0' potenciálon van. Ennek eredményeként a feszültségkülönbség nagyobb a kapuhoz vezető lefolyó között, mint a forrástól a kapuig, ezért a kimerítő réteg szélessége inkább a lefolyó, mint a forrás felé van.

Az N csatornás MOSFET és a P csatornás MOSFET közötti különbség

Az n csatornás és a p csatornás mosfet közötti különbség a következőket tartalmazza.

N-csatornás MOSFET tesztelése

Az N csatornás MOSFET tesztelésének lépéseit az alábbiakban tárgyaljuk.

• Az n csatornás MOSFET teszteléséhez analóg multimétert használnak. Ehhez a gombot a 10K tartományba kell helyeznünk.
• A MOSFET teszteléséhez először helyezze a fekete szondát a MOSFET leeresztő tűjére, a piros szondát pedig a kapu tüskéjére, hogy kisüljön a MOSFET belső kapacitása.
• Ezt követően mozgassa a piros színű szondát a forrástüskére, miközben a fekete szonda még mindig a leeresztőtüskén van
• A jobb ujjunkkal érintse meg a kaput és a lefolyócsapot, hogy megfigyeljük, hogy az analóg multiméter mutatója félrefordul a mérő skálájának középső tartományába.
• Vegye le a multiméter piros szondáját és a jobb ujját is a MOSFET forrástüskéjéről, majd helyezze az ujját ismét a piros szondára és a forrástűre, a mutató továbbra is a multiméter skála közepén marad.
• A kisütéshez el kell távolítanunk a piros szondát és csak egyszer kell megérintenünk a kapucsapot. Végül ez ismét kisüti a belső kapacitást.
• Most ismét egy piros szondával kell megérinteni a forrástüskét, ekkor a multiméter mutatója egyáltalán nem fog elhajolni, ahogy korábban a kapucsap megérintésével kisütötte.

Jellemzők

Az N csatornás MOSFET-nek két jellemzője van, mint például a leeresztő karakterisztikák és az átviteli jellemzők.

Lefolyó jellemzői

Az N-csatornás mosfet leeresztési jellemzői a következők.

• Az n csatornás mosfet leeresztési jellemzői a kimeneti áram és a VDS között vannak ábrázolva, amelyet Drain to source feszültség VDS néven ismerünk.
• Ahogy a diagramon is láthatjuk, a különböző Vgs értékeknél az aktuális értékeket ábrázoljuk. Így a diagramon a leeresztőáram különböző diagramjait láthatjuk, például a legalacsonyabb Vgs-értéket, a maximális Vgs-értékeket stb.
• A fenti jellemzőkben az áram állandó marad némi leeresztő feszültség után. Ezért a MOSFET működéséhez minimális feszültségre van szükség a forráshoz vezető csatorna számára.
• Tehát, ha növeljük a „Vgs”-t, akkor a csatorna szélessége megnő, és ez több ID-t (leeresztőáramot) eredményez.

Átviteli jellemzők

Az N-csatornás MOSFET átviteli jellemzői a következők.

• Az átviteli jellemzőket transzkonduktancia görbének is nevezik, amely a bemeneti feszültség (Vgs) és a kimeneti áram (ID) között van ábrázolva.
• Eleinte, amikor nincs kapu a forrásfeszültséghez (Vgs), akkor nagyon kevesebb áram folyik, mint a mikroamperekben.
• Amint a kapu és a forrás feszültsége pozitív, a leeresztő áram fokozatosan növekszik.
• Utána a leeresztő áramon belüli gyors növekedés következik be, ami megegyezik a vgs növekedésével.
• A leeresztőáramot Id= K (Vgsq- Vtn)^2 segítségével érhetjük el.

Alkalmazások

Az n csatornás mosfe alkalmazásai t tartalmazza a következőket.

• Ezeket a MOSFET-eket gyakran használják alacsony feszültségű eszközalkalmazásokban, például teljes hídban és B6-hídelrendezésben, motort és egyenáramú forrást használva.
• Ezek a MOSFET-ek segítenek a motor negatív tápellátásának fordított irányú átkapcsolásában.
• Egy n-csatornás MOSFET a telítettségi és levágási régiókban működik. akkor kapcsolóáramkörként működik.
• Ezekkel a MOSFET-ekkel lehet a LÁMPÁT vagy a LED-et BE/KI állásba kapcsolni.
• Ezeket előnyben részesítik nagyáramú alkalmazásokban.

Így ez az egész az n csatorna áttekintéséről szól mosfet – működő pályázatokkal. Itt egy kérdés, hogy mi az a p channel mosfet?