A MOSFET (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor) tranzisztor egy félvezető eszköz, amelyet széles körben használnak kapcsolási célokra és elektronikus eszközök elektronikus jelének erősítésére. A MOSFET vagy mag, vagy integrált áramkör, ahol egyetlen chipben tervezik és gyártják, mert az eszköz nagyon kis méretben áll rendelkezésre. A MOSFET eszköz bevezetése változást hozott a kapcsolás az elektronikában . Menjünk ennek a koncepciónak a részletes magyarázatára.

Mi az a MOSFET?

A MOSFET egy négy terminálos eszköz, amelynek forrás (S), kapu (G), lefolyó (D) és test (B) kapcsa van. Általánosságban elmondható, hogy a MOSFET teste kapcsolatban áll a forrás terminállal, így egy három terminálos eszközt képez, például egy terepi tranzisztort. A MOSFET-et általában tranzisztornak tekintik, és mind az analóg, mind a digitális áramkörökben alkalmazzák. Ez az alap bevezetés a MOSFET-be . Ennek az eszköznek az általános felépítése a következő:

MOSFET

A fentiekből MOSFET felépítés , a MOSFET funkcionalitása a csatorna szélességében bekövetkező elektromos változásoktól és a hordozók (lyukak vagy elektronok) áramlásától függ. A töltéshordozók a forrás terminálon keresztül jutnak be a csatornába, és a lefolyón keresztül távoznak.

A csatorna szélességét egy kapunak nevezett elektróda feszültsége szabályozza, amely a forrás és a lefolyó között helyezkedik el. A csatornától egy rendkívül vékony fémoxid-réteg közelében szigetelt. Az eszközben meglévő MOS-kapacitás a kulcsfontosságú szakasz, ahol a teljes művelet ezen az oldalon található.

MOSFET terminálokkal

A MOSFET kétféleképpen működhet

Kiürítési mód
Enhancement Mode

Kiürítési mód

Ha a kapu kapcsán nincs feszültség, a csatorna mutatja a maximális vezetőképességét. Míg ha a kapu terminálján a feszültség pozitív vagy negatív, akkor a csatorna vezetőképessége csökken.

Például

Enhancement Mode

Ha a kapu terminálján nincs feszültség, akkor az eszköz nem vezet. Ha a kapu terminálján van a maximális feszültség, akkor az eszköz fokozott vezetőképességet mutat.

Enhancement Mode

A MOSFET működési elve

A MOSFET eszköz fő elve, hogy képes legyen szabályozni a forrás és a leeresztő kapcsok közötti feszültséget és áramot. Szinte kapcsolóként működik, és a készülék funkcionalitása a MOS kondenzátoron alapul. Az MOS kondenzátor a MOSFET fő része.

Az alsó oxidrétegen lévő félvezető felület, amely a forrás és a leeresztő terminál között helyezkedik el, p-típusról n-típusra invertálható pozitív vagy negatív kapufeszültségek alkalmazásával. Amikor visszataszító erőt alkalmazunk a pozitív kapufeszültségre, akkor az oxidréteg alatt található lyukak a hordozóval lefelé tolódnak.

A kimerülési régió megkötött negatív töltésekkel van benépesítve, amelyek az akceptor atomokhoz kapcsolódnak. Az elektronok elérésekor egy csatorna alakul ki. A pozitív feszültség vonzza az elektronokat az n + forrásból és a csatornából a csatornába. Most, ha feszültséget alkalmazunk a lefolyó és a forrás között, az áram szabadon áramlik a forrás és a lefolyó között, és a kapu feszültsége vezérli a csatornában lévő elektronokat. A pozitív feszültség helyett, ha negatív feszültséget alkalmazunk, lyukcsatorna alakul ki az oxidréteg alatt.

MOSFET blokkdiagram

P-csatornás MOSFET

A P-csatornás MOSFET P-csatornás régiója a forrás és a leeresztő terminálok között helyezkedik el. Ez egy négy terminálos eszköz, amelynek kapuja, lefolyója, forrása és teste van. A lefolyó és a forrás erősen adalékolt p + régió, a test vagy az aljzat n típusú. Az áramlás pozitív töltésű furatok irányában történik.

Amikor a negatív feszültséget taszító erővel alkalmazzuk a kapu terminálján, akkor az oxidréteg alatt lévő elektronok lefelé nyomódnak a hordozóba. A kimerülési régió megkötött pozitív töltésekkel van benépesítve, amelyek a donor atomokhoz kapcsolódnak. A negatív kapufeszültség a p + forrásból és a lefolyó régióból a csatornarégióba is lyukakat vonz.

Kiürítési mód P csatorna

P Channel Enhanced Mode

N- csatornás MOSFET

Az N-Channel MOSFET N-csatornás régiója a forrás és a lefolyó terminálok között helyezkedik el. Ez egy négy terminálos eszköz, amelynek kapcsa, lefolyója, forrása, teste van. Az ilyen típusú terepi effektusú tranzisztorokban a lefolyó és a forrás erősen adalékolt n + régióval rendelkezik, az aljzat vagy a test pedig P típusú.

Az ilyen típusú MOSFET áramárama negatív töltésű elektronok miatt következik be. Amikor a pozitív feszültséget taszító erővel alkalmazzuk a kapu terminálján, akkor az oxidréteg alatt lévő furatok lefelé nyomódnak a hordozóba. A kimerülési régiót megkötött negatív töltések töltik be, amelyek az akceptor atomokhoz kapcsolódnak.

Az elektronok elérésekor kialakul a csatorna. A pozitív feszültség vonzza az elektronokat az n + forrásból és a csatornából a csatornába. Most, ha feszültséget alkalmazunk a lefolyó és a forrás között, az áram szabadon áramlik a forrás és a lefolyó között, és a kapu feszültsége vezérli a csatornában lévő elektronokat. Ha negatív feszültséget alkalmazunk, pozitív feszültség helyett lyukcsatorna képződik az oxidréteg alatt.

“hogyan befolyásolta a vezeték nélküli média a távközlést ”

Enhancement Mode N Channel

MOSFET műveleti régiók

A legáltalánosabb forgatókönyv szerint ennek az eszköznek a működése főleg három régióban történik, és ezek a következők:

Levágási régió - Ez az a terület, ahol az eszköz OFF állapotban lesz, és nulla mennyiségű áram folyik rajta keresztül. Itt az eszköz alapkapcsolóként működik, és akkor alkalmazzák, mintha elektromos kapcsolóként működnének.
Telítettségi régió - Ebben a régióban az eszközök leeresztése az áramforrás állandó értékét veszi figyelembe, anélkül, hogy figyelembe vennék a lefolyó és a forrás közötti feszültség növekedését. Ez csak egyszer történik meg, amikor a lefolyó és a forrás terminál közötti feszültség nagyobb, mint a leszorítási feszültség értéke. Ebben a forgatókönyvben az eszköz zárt kapcsolóként funkcionál, ahol a lefolyón át a forrás terminálokig telített áram folyik. Emiatt a telítettségi tartomány akkor kerül kiválasztásra, amikor az eszközöknek állítólag végre kell váltaniuk.
Lineáris / Ohmikus régió - Ez az a terület, ahol a lefolyó és a forrás terminál közötti áram fokozódik a lefolyó és a forrás útja közötti feszültség növekedésével. Amikor a MOSFET eszközök ebben a lineáris régióban működnek, akkor erősítő funkciókat hajtanak végre.

Vizsgáljuk meg most a MOSFET kapcsolási jellemzőit

Egy félvezető, mint például a MOSFET vagy a Bipolar Junction Transistor, alapvetően kapcsolóként funkcionál két forgatókönyvben: az egyik BE, a másik KI állapotban van. Ennek a funkcionalitásnak a figyelembevételével vessünk egy pillantást a MOSFET eszköz ideális és gyakorlati jellemzőire.

Ideális kapcsoló jellemzők

Ha egy MOSFET-nek ideális kapcsolóként kell működnie, akkor meg kell felelnie az alábbi tulajdonságoknak

Az ON állapotban a jelenlegi korlátozásnak kell lennie
KI állapotban a feszültségszint blokkolásának semmiféle korlátozást nem szabad tartalmaznia
Amikor az eszköz ON állapotban működik, a feszültségesés értékének nullának kell lennie
Az ellenállásnak KI állapotban végtelennek kell lennie
A működés sebességét nem szabad korlátozni

Gyakorlatos kapcsolási jellemzők

Mivel a világ nem csupán az ideális alkalmazásokhoz ragaszkodik, a MOSFET működése még gyakorlati célokra is alkalmazható. A gyakorlati forgatókönyv szerint az eszköznek meg kell felelnie az alábbi tulajdonságoknak

Bekapcsolt állapotban korlátozni kell az energiagazdálkodási képességeket, ami azt jelenti, hogy korlátozni kell a vezetési áram áramlását.
KI állapotban a blokkoló feszültségszinteket nem szabad korlátozni
A be- és kikapcsolás véges időre korlátozza a készülék korlátozó sebességét, és még a funkcionális frekvenciát is korlátozza
A MOSFET eszköz BE állapotában minimális ellenállási értékek lesznek, ahol ez a továbbítási torzítás feszültségesését eredményezi. Ezenkívül létezik olyan véges KI állapotú ellenállás, amely fordított szivárgási áramot szolgáltat
Amikor a készülék gyakorlati jellemzői szerint működik, elveszíti a be- és kikapcsolási feltételeket. Ez még az átmeneti állapotokban is megtörténik.

Példa a MOSFET-re mint kapcsolóra

Az alábbi áramköri elrendezésben továbbfejlesztett módot és N-csatornás MOSFET-t használnak egy mintalámpa kapcsolására BE és KI feltételekkel. A kapu kapcsán a pozitív feszültséget a tranzisztor aljára vezetik, és a lámpa bekapcsolt állapotba kerül, és itt V_GS= + v vagy nulla feszültségszint esetén a készülék KI állapotba kapcsol, ahol V_GS= 0.

“hogyan készítsünk hangfegyvert ”

MOSFET kapcsolóként

Ha a lámpa ellenálló terhelését induktív terheléssel kellett volna kicserélni, és a terheléshez védett reléhez vagy diódához kell csatlakoztatni. A fenti áramkörben ez egy nagyon egyszerű áramkör egy rezisztív terhelés, például lámpa vagy LED kapcsolására. De ha a MOSFET-et induktív vagy kapacitív terhelésű kapcsolóként használja, akkor a MOSFET eszköz védelme szükséges.

Ha a MOSFET nincs védve, az a készülék károsodásához vezethet. Ahhoz, hogy a MOSFET analóg kapcsolóként működjön, át kell kapcsolni a vágási tartománya között, ahol V_GS= 0 és telítési régió, ahol V_GS= + v.

Videó leírása

A MOSFET tranzisztorként is funkcionálhat, rövidítése fémoxid szilíciummező tranzisztor. Itt maga a név jelezte, hogy az eszköz tranzisztorként működtethető. P-csatornája és N-csatornája lesz. A készüléket úgy csatlakoztatják a négy forrás-, kapu- és leeresztő kivezetés segítségével, és egy 24Ω-os rezisztív terhelést sorba kötnek ampermérővel, és feszültségmérőt csatlakoztatnak a MOSFET-en keresztül.

A tranzisztorban a kapuban az áramlás pozitív irányban van, és a forrás terminál a földhöz csatlakozik. Míg a bipoláris csomópontú tranzisztoros készülékekben az áram a bázis-emitter útvonalon van. De ebben az eszközben nincs áramáram, mert a kapu elején van egy kondenzátor, csak csak feszültséget igényel.

Ez történhet a szimulációs folyamat folytatásával és BE / KI kapcsolással. Ha a kapcsoló BE van kapcsolva, nincs áramáramlás az áramkörön, amikor a 24Ω és 0,29 ampermérőfeszültség ellenállása össze van kapcsolva, akkor elhanyagolható feszültségesést tapasztalunk a forrás felett, mert ezen az eszközön + 0,21V van.

A lefolyás és a forrás közötti ellenállást RDS-nek nevezik. Ennek az RDS-nek köszönhetően a feszültségesés akkor jelenik meg, ha áram áramlik az áramkörben. Az RDS az eszköz típusától függően változik (0,001, 0,005 és 0,05 között változhat a feszültség típusától függően).

Kevés a megtanulandó fogalom:

1). Hogyan válasszuk a MOSFET-et kapcsolóként ?

A MOSFET kapcsolóként történő kiválasztásakor kevés feltételt kell betartani, és ezek a következők:

A P vagy N csatorna polaritásának használata
Az üzemi feszültség és áramerősség maximális besorolása
Megnövekedett Rds ON, ami azt jelenti, hogy az ellenállás a Drain to Source terminálon, amikor a csatorna teljesen nyitva van
Fokozott működési gyakoriság
A csomagolás fajta a To-220 és a DPAck, és még sokan mások.

2). Mi az a MOSFET kapcsoló hatékonysága?

A MOSFET kapcsolóeszközként való működtetésének fő korlátozása a megnövekedett lefolyóáram, amelyre az eszköz képes lehet. Ez azt jelenti, hogy az RDS ON állapotban van a döntő paraméter, amely eldönti a MOSFET kapcsolási képességét. Ez a lefolyó-forrás feszültségének és a lefolyó áramának arányában jelenik meg. Csak a tranzisztor ON állapotában kell kiszámítani.

3). Miért használják a MOSFET kapcsolót a Boost Converterben?

Általában a boost konverterhez kapcsoló tranzisztorra van szükség a készülék működéséhez. Tehát kapcsoló tranzisztorként MOSFET-eket használnak. Ezeket az eszközöket használják az aktuális érték és a feszültségértékek megismerésére. Ezenkívül, figyelembe véve a kapcsolási sebességet és költségeket, ezeket széles körben alkalmazzák.

Ugyanígy a MOSFET is többféle módon használható. és azok vannak

A MOSFET a LED kapcsolója
remove_circle_outline
A MOSFET az Arduino kapcsolója
MOSFET kapcsoló váltakozó áramú terheléshez
MOSFET kapcsoló egyenáramú motorhoz
MOSFET kapcsoló a negatív feszültséghez
A MOSFET mint kapcsoló az Arduinóval
A MOSFET mint mikrovezérlő kapcsoló
MOSFET kapcsoló hiszterézissel
MOSFET mint kapcsoló dióda és aktív ellenállás
A MOSFET kapcsolóegyenletként
MOSFET kapcsoló az airsoft számára
MOSFET kapcsolókapu ellenállásként
A MOSFET mint kapcsoló mágnesszelep
MOSFET kapcsoló optocsatolóval
MOSFET kapcsoló hiszterézissel

A MOSFET kapcsolóként történő alkalmazása

Ennek az eszköznek az egyik legfontosabb példája, hogy az utcai lámpák automatikus fényerő-szabályozásának kapcsolójaként használják. Manapság az autópályákon megfigyelhető fények nagy része nagy intenzitású kisülőlámpákból áll. De a HID lámpák használata megnövekedett energiaszintet emészt fel.

A fényerő a követelmények alapján nem korlátozható, és emiatt kapcsolónak kell lennie az alternatív megvilágítási módnak, és LED-nek kell lennie. A LED rendszer használata kiküszöböli a nagy intenzitású lámpák hátrányait. Ennek megépítésének fő koncepciója az volt, hogy a fényeket közvetlenül az autópályákon mikroprocesszor segítségével irányítsák.

MOSFET alkalmazás kapcsolóként

Ez csak az óraimpulzusok módosításával érhető el. A szükségesség alapján ezt az eszközt lámpák kapcsolására használják. Ez egy málna pi táblából áll, ahol egy processzorral van ellátva a kezeléshez. Itt a LED-ek helyettesíthetők a HID-ek helyett, és ezek a MOSFET-en keresztül kapcsolódnak a processzorhoz. A mikrovezérlő biztosítja a megfelelő munkaciklusokat, majd MOSFET-re kapcsol, hogy magas szintű intenzitást biztosítson.

Előnyök

Néhány előnye:

Minimális feszültségszint mellett is nagyobb hatékonyságot eredményez
Nincs kapuáram, ezáltal nagyobb a bemeneti impedancia, ami tovább növeli a készülék kapcsolási sebességét
Ezek az eszközök minimális teljesítményszint mellett működhetnek, és minimális áramot használnak

Hátrányok

Kevés a hátrány:

Ha ezek az eszközök túlterhelési feszültségszinteken működnek, az instabilitást teremt
Mivel az eszközök vékony oxidréteggel rendelkeznek, ez károsíthatja a készüléket, amikor az elektrosztatikus töltések stimulálják őket

Alkalmazások

A MOSFET alkalmazásai a következők

A MOSFET-ből készült erősítőket rendkívül kiterjedt frekvenciás alkalmazásokban használják
Az egyenáramú motorok szabályozását ezek az eszközök biztosítják
Mivel ezeknek nagyobb a kapcsolási sebessége, tökéletesen működik a szaggató erősítők felépítéséhez
Különböző elektronikus elemek passzív komponenseként működik.

Végül arra lehet következtetni, hogy a tranzisztor áramot igényel, míg a MOSFET feszültséget igényel. A MOSFET vezetési követelménye sokkal jobb, sokkal egyszerűbb, mint egy BJT esetében. És tudd is Hogyan kapcsolhatom a Mosfetet egy kapcsolóra?

Fotók