N-kanali MOSFET: vooluahel, töö, erinevused ja rakendused

MOSFET on teatud tüüpi transistor ja seda nimetatakse ka IGFET-iks (Isolated Gate Field Effect Transistor) või MIFET-iks (Metal Insulator Field Effect Transistor). Sees MOSFET , kanal ja värav on eraldatud läbi õhukese SiO2 kihi ja need moodustavad mahtuvuse, mis muutub paisu pingega. Seega töötab MOSFET nagu MOS-kondensaator, mida juhitakse sisendvärava kaudu lähtepingele. Seega saab MOSFET-i kasutada ka pingega juhitava kondensaatorina. MOSFET-i struktuur on sarnane MOS-kondensaatoriga, kuna selle kondensaatori räni alus on p-tüüpi.

Need on jagatud nelja tüüpi: p kanali suurendamine, n kanali täiustamine, p kanali ammendumine ja n kanali ammendumine. Selles artiklis käsitletakse ühte MOSFETi tüüpi N-kanaliga MOSFET – rakendustega töötamine.

Mis on N-kanali MOSFET?

MOSFET-i tüüp, milles MOSFET-kanal koosneb enamikust laengukandjatest voolukandjatena nagu elektronid, on tuntud kui N-kanali MOSFET. Kui see MOSFET on SEES, liigub suurem osa laengukandjaid kogu kanali ulatuses. See MOSFET on kontrastiks P-kanali MOSFET-ile.

See MOSFET sisaldab N- kanalipiirkonda, mis asub allika ja äravoolu klemmide keskel. See on kolme terminaliga seade, mille klemmid on G (värav), D (äravool) ja S (allikas). Selles transistoris on allikas ja äravool tugevalt legeeritud n+ piirkond ning korpus või põhimik on P-tüüpi.

Töötab

See MOSFET sisaldab N-kanali piirkonda, mis asub allika ja äravoolu klemmide keskel. See on kolme terminaliga seade, mille klemmid on G (värav), D (äravool) ja S (allikas). Selles FET-is on allikas ja äravool tugevalt legeeritud n+ piirkond ning korpus või põhimik on P-tüüpi.

Siin luuakse kanal elektronide saabumisel. +ve pinge meelitab kanalisse ka elektrone nii n+ allika kui ka äravoolu piirkonnast. Kui äravoolu ja allikate vahele on rakendatud pinge, siis voolab vool vabalt allika ja äravoolu vahele ning pinge väravas juhib lihtsalt laengukandjate elektrone kanalis. Samamoodi, kui rakendame paisuklemmile –ve pinget, siis moodustub oksiidikihi alla augukanal.

N-kanali MOSFET-sümbol

N-kanali MOSFET-i sümbol on näidatud allpool. See MOSFET sisaldab kolme terminali, nagu allikas, äravool ja värav. N-kanaliga mosfeti puhul on noole sümboli suund sissepoole. Niisiis, noolesümbol määrab kanali tüübi, näiteks P-kanal või N-kanal.

N-kanali MOSFET-ahel

The lülitusskeem harjadeta alalisvooluventilaatori juhtimiseks N-kanaliga mosfeti abil ja Arduino Uno rev3 on näidatud allpool. Selle skeemi saab ehitada Arduino Uno rev3 plaadi, n-kanalilise mosfeti, harjadeta alalisvoolu ventilaatori ja ühendusjuhtmetega.

Selles vooluringis kasutatav MOSFET on 2N7000 N-kanaliga MOSFET ja see on täiustustüüpi, seega peaksime ventilaatori toiteallikaks seadma Arduino väljundi kõrgele.

Selle vooluahela ühendused on järgmised:

• Ühendage MOSFET-i lähtekontakt GND-ga
• MOSFET-i värava viik on ühendatud Arduino viiguga 2.
• MOSFETi äravoolutihvt ventilaatori musta värvi juhtme külge.
• Harjadeta alalisvooluventilaatori punane juhe on ühendatud leivaplaadi positiivse siiniga.
• Arduino 5V tihvtilt leivaplaadi positiivsele siinile tuleb anda lisaühendus.

Üldiselt kasutatakse MOSFET-i signaalide vahetamiseks ja võimendamiseks. Selles näites kasutatakse seda mosfeti lülitina, mis sisaldab kolme terminali, nagu värav, allikas ja äravool. N-kanaliga MOSFET on ühte tüüpi pingega juhitavad seadmed ja need MOSFET-id on saadaval kahte tüüpi täiustus- ja ammendumis-mosfeti kujul.

Üldiselt on täiustus-MOSFET välja lülitatud, kui Vgs (värava allika pinge) on 0 V, seega tuleks paisu klemmile anda pinge, et vool voolaks kogu äravooluallika kanalis. Kusjuures ammendumise MOSFET lülitatakse tavaliselt sisse, kui Vgs (värava allika pinge) on 0 V, nii et vool liigub kogu äravoolu kaudu lähtekanalisse, kuni paisu klemmile antakse + ve pinge.

Kood

void setup() {
// pane oma seadistuskood siia, et seda üks kord käivitada:
pinMode(2, VÄLJUND);

}

void loop() {
// pane oma põhikood siia, et seda korduvalt käivitada:
digitalWrite(2, HIGH);
viivitus(5000);
digitalWrite(2, LOW);
viivitus(5000);
}

Seega, kui 5 V toide antakse MOSFETi väravaklemmile, lülitub harjadeta alalisvoolu ventilaator SISSE. Samamoodi, kui 0v antakse MOSFETi väravaklemmile, lülitatakse ventilaator VÄLJA.

N-kanaliga MOSFET-i tüübid

N-kanaliga MOSFET on pingega juhitav seade, mis jaguneb kahte tüüpi täiustustüüpi ja ammendumise tüüpi.

N kanali täiustamise MOSFET

N-kanali täiustustüüpi MOSFET on tavaliselt välja lülitatud, kui paisu ja allika pinge on null volti, seega tuleks paisu klemmile anda pinge, et vool saaks kogu äravooluallika kanali.

N-kanali täiustus-MOSFET-i töö on sama, mis p-kanali täiustus-MOSFET-i, välja arvatud ehitus ja töö. Seda tüüpi MOSFET-i puhul võib seadme korpuse moodustada p-tüüpi substraat, mis on kergelt legeeritud. Lähte- ja äravoolupiirkonnad on tugevalt legeeritud n-tüüpi lisanditega.

Siin on allikas ja korpus tavaliselt ühendatud maandusklemmiga. Kui rakendame paisuklemmile positiivse pinge, tõmbuvad p-tüüpi substraadi vähemuslaengukandjad paisu klemmi poole värava positiivsuse ja samaväärse mahtuvusliku efekti tõttu.

Enamik laengukandjaid, nagu elektronid ja p-tüüpi substraadi vähemuslaengukandjad, tõmmatakse paisu terminali poole, nii et see moodustab dielektrilise kihi alla negatiivse katmata ioonikihi, ühendades elektronid aukudega.

Kui me suurendame pidevalt positiivset paisupinget, siis rekombinatsiooniprotsess küllastub pärast lävipinge taset, seejärel hakkavad sinna kogunema laengukandjad nagu elektronid, moodustades vaba elektrone juhtiva kanali. Need vabad elektronid pärinevad ka tugevalt legeeritud allikast ja tühjendavad n-tüüpi piirkonda.

Kui rakendame äravooluklemmile +ve pinget, siis vool on seal kogu kanalis. Seega sõltub kanali takistus vabadest laengukandjatest nagu kanalis olevad elektronid ja jällegi sõltuvad need elektronid seadme paisupotentsiaalist kanalis. Kui vabade elektronide kontsentratsioon moodustab kanali, suureneb voolu vool kogu kanalis paisu pinge suurenemise tõttu.

N kanali tühjenemise MOSFET

Üldiselt aktiveeritakse see MOSFET alati, kui allika paisu pinge on 0 V, seega antakse vool äravoolust allikakanalisse, kuni paisu (G) klemmile rakendatakse positiivset pinget. N-kanali ammendumise MOSFET-i töö erineb võrreldes n-kanali täiustus-MOSFET-iga. Selles MOSFETis on substraadiks p-tüüpi pooljuht.

Selles MOSFETis on nii lähte- kui ka äravoolupiirkonnad tugevalt legeeritud n-tüüpi pooljuhid. Lõhe nii lähte- kui ka äravoolupiirkonna vahel hajub n-tüüpi lisandite kaudu.

Kui rakendame allika- ja äravooluklemmide vahel potentsiaalse erinevuse, voolab vool kogu substraadi n piirkonnas. Kui rakendame paisuklemmile -ve pinget, siis laengukandjad, nagu elektronid, tühistatakse ja nihkuvad allapoole n-piirkonnas vahetult ränidioksiidi dielektrilise kihi all.

Järelikult on SiO2 dielektrilise kihi all positiivsed katmata ioonikihid. Nii et sel viisil toimub kanali sees laengukandjate ammendumine. Seega väheneb kanali üldine juhtivus.

Selles olukorras, kui äravooluklemmile rakendatakse sama pinget, väheneb äravoolu vool. Siin oleme täheldanud, et äravooluvoolu saab juhtida, muutes kanali laengukandjate ammendumist, seega nimetatakse seda MOSFET-i ammendumisena.

Siin on värav -ve potentsiaalis, äravool on +ve potentsiaalis ja allikas on '0' potentsiaalis. Selle tulemusena on pinge erinevus pigem äravoolu kui allika ja värava vahel, seega on tühjenduskihi laius rohkem äravoolu kui allika poole.

Erinevus N-kanali MOSFET-i ja P-kanali MOSFET-i vahel

Erinevus n-kanali ja p-kanali mosfeti vahel hõlmab järgmist.

Kuidas testida N-kanaliga MOSFET-i

N-kanali MOSFET-i testimise etappe käsitletakse allpool.

• N-kanaliga MOSFET-i testimiseks kasutatakse analoogmultimeetrit. Selleks peame asetama nupu 10K vahemikku.
• Selle MOSFET-i testimiseks asetage esmalt must sond MOSFET-i tühjendustihvtile ja punane sond paisutihvtile, et tühjendada MOSFET-i sisemine mahtuvus.
• Pärast seda liigutage punane värvisond lähtetihvti, kui must sond on endiselt tühjendustihvti küljes
• Kasutage paremat sõrme, et puudutada nii väravat kui ka äravoolutihvte, et saaksime jälgida, et analoogmultimeetri osuti pöördub kõrvale arvesti skaala keskpiirkonna suunas.
• Eemaldage multimeetri punane sond ja ka parem sõrm MOSFET-i lähtetihvtilt ja asetage sõrm uuesti punasele sondile ja lähtetihvtile, osuti jääb ikkagi multimeetri skaala keskele.
• Selle tühjendamiseks peame eemaldama punase sondi ja vaid ühekordselt puudutama väravatihvti. Lõpuks tühjendab see taas sisemise mahtuvuse.
• Nüüd tuleb lähtetihvti puudutamiseks uuesti kasutada punast sondi, siis ei kaldu multimeetri osuti üldse kõrvale, kuna varem olete selle tühjaks laadinud, puudutades lihtsalt värava tihvti.

Omadused

N-kanaliga MOSFET-il on kaks omadust, nagu äravoolu omadused ja ülekandeomadused.

Drenaaži omadused

N-kanaliga mosfeti äravoolu omadused hõlmavad järgmist.

• N-kanaliga MOSFETi äravoolu omadused on kantud väljundvoolu ja VDS-i vahele, mida nimetatakse äravooluks allika pingeks VDS.
• Nagu diagrammil näha, joonistame erinevate Vgs väärtuste korral praegused väärtused. Seega näeme diagrammil erinevaid äravooluvoolu graafikuid, nagu madalaim Vgs väärtus, maksimaalne Vgs väärtus jne.
• Ülaltoodud omaduste korral jääb vool pärast mõningast äravoolupinget konstantseks. Seetõttu on MOSFET-i töötamiseks vajalik minimaalne pinge äravoolu allikale.
• Seega, kui suurendame väärtust Vgs, suureneb kanali laius ja selle tulemuseks on suurem ID (äravooluvool).

Ülekande omadused

N-kanaliga mosfeti ülekandeomadused hõlmavad järgmist.

• Ülekandekarakteristikuid tuntakse ka kui transjuhtivuskõverat, mis on joonistatud sisendpinge (Vgs) ja väljundvoolu (ID) vahele.
• Alguses, kui lähtepingele (Vgs) pole väravat, liigub voolu väga vähem nagu mikroamprites.
• Kui paisu ja allika pinge on positiivne, suureneb äravooluvool järk-järgult.
• Seejärel suureneb äravooluvool kiiresti, mis on samaväärne vgs-i suurenemisega.
• Tühjendusvoolu saab saavutada läbi Id= K (Vgsq-Vtn)^2.

Rakendused

The n-kanali mosfe rakendused t sisaldama järgmist.

• Neid MOSFETe kasutatakse sageli madalpingeseadmete rakendustes, nagu täissild ja B6-silla paigutus, kasutades mootorit ja alalisvooluallikat.
• Need MOSFET-id on abiks mootori negatiivse toite lülitamisel vastupidises suunas.
• N-kanaliga MOSFET töötab küllastus- ja väljalülituspiirkondades. siis see toimib nagu lülitusahel.
• Neid MOSFETE kasutatakse LAMPI või LED-i SISSE/VÄLJA lülitamiseks.
• Neid eelistatakse suure vooluga rakendustes.

Seega on siin tegemist n kanali ülevaatega mosfet – töökorras rakendustega. Siin on teile küsimus, mis on p-kanali mosfet?