Transistor MOSFET (metalloksiidist pooljuhtide väljatransistor) on pooljuhtseade, mida kasutatakse laialdaselt lülitamise eesmärgil ja elektrooniliste seadmete elektrooniliste signaalide võimendamiseks. MOSFET on kas tuum või integraallülitus, kus see on kavandatud ja valmistatud ühes kiibis, kuna seade on saadaval väga väikestes suurustes. MOSFET-seadme kasutuselevõtt on muutnud domeeni domeeni elektroonika vahetamine . Lähme selle mõiste üksikasjaliku selgitusega.

Mis on MOSFET?

MOSFET on nelja terminaliga seade, millel on allika (S), värava (G), äravoolu (D) ja kere (B) klemmid. Üldiselt on MOSFET-i keha ühendatud allikaklemmiga, moodustades seega kolme terminaliga seadme, näiteks väljatransistori. MOSFETi peetakse tavaliselt transistoriks ja seda kasutatakse nii analoog- kui ka digitaalahelates. See on põhiline sissejuhatus MOSFETi . Ja selle seadme üldine struktuur on järgmine:

MOSFET

Ülaltoodust MOSFETi struktuur , sõltub MOSFETi funktsionaalsus kanali laiuses toimuvatest elektrilistest variatsioonidest koos kandjate (kas aukude või elektronide) vooluga. Laengukandjad sisenevad kanalisse lähteterminali kaudu ja väljuvad äravoolu kaudu.

Kanali laiust reguleerib elektroodi, mida nimetatakse väravaks, pinge ja see asub allika ja äravoolu vahel. See on isoleeritud kanalist äärmiselt õhukese metalloksiidikihi lähedal. Seadmes olev MOS-võimsus on ülioluline osa, kus kogu operatsioon on kogu selle osa.

MOSFET terminalidega

MOSFET võib toimida kahel viisil

Tühjendusrežiim
Täiendusrežiim

Tühjendusrežiim

Kui värava terminalis pole pinget, näitab kanal selle maksimaalset juhtivust. Kui pinge üle värava terminali on kas positiivne või negatiivne, siis kanali juhtivus väheneb.

Näiteks

Täiendusrežiim

Kui värava terminalis pole pinget, siis seade ei juhi. Kui värava terminalis on maksimaalne pinge, näitab seade juhtivust.

Täiendusrežiim

MOSFETi tööpõhimõte

MOSFET-seadme peamine põhimõte on suuteline juhtima pinge ja voolu voolu allika ja äravooluklemmide vahel. See töötab peaaegu nagu lüliti ja seadme funktsionaalsus põhineb MOS-kondensaatoril. MOSFET-i põhiosa on MOS-kondensaator.

Pooljuhi pinna allpool oleva oksiidikihi juures, mis asub allika ja äravooluklemmi vahel, saab pöörata p-tüübist n-tüüpi, rakendades vastavalt kas positiivse või negatiivse värava pinget. Kui rakendame värava positiivse pinge tõukejõudu, surutakse oksiidikihi all olevad augud substraadiga alla.

Tühjenduspiirkond, kus asetsevad seotud negatiivsed laengud, mis on seotud aktseptori aatomitega. Elektroonide saavutamisel tekib kanal. Positiivne pinge meelitab ka n + allika elektronid ja kanalisatsiooni äravoolupiirkonnad. Nüüd, kui äravoolu ja allika vahel rakendatakse pinget, voolab vool allika ja äravoolu vahel vabalt ja värava pinge juhib kanali elektrone. Positiivse pinge asemel moodustatakse negatiivse pinge asemel oksiidikihi all aukkanal.

MOSFETi plokkskeem

P-kanaliga MOSFET

P-kanaliga MOSFETil on P-kanali piirkond, mis asub allika- ja äravooluklemmide vahel. See on nelja terminaliga seade, mille klemmid on värava, äravoolu, allika ja korpusena. Drenaažiks ja allikaks on tugevalt legeeritud p + piirkond ja korpus või põhimik on n-tüüpi. Vooluhulk on positiivselt laetud aukude suunas.

Kui rakendame negatiivse pinge tõukejõuga värava klemmile, surutakse oksiidikihi all olevad elektronid allapoole substraati. Tühjenduspiirkond, kus asetsevad seotud positiivsed laengud, mis on seotud doonori aatomitega. Negatiivne värava pinge meelitab ka auke p + allikast ja äravoolupiirkonnast kanali piirkonda.

Tühjendusrežiimi P kanal

P-kanali täiustatud režiim

N-kanaliga MOSFET

N-Channel MOSFETil on N-kanaliline piirkond, mis asub allika ja äravooluklemmide vahel. See on nelja terminaliga seade, mille klemmid on värav, äravool, allikas, korpus. Seda tüüpi väljatransistori puhul on äravool ja allikas tugevalt legeeritud n + piirkonnas ja substraat või korpus on P-tüüpi.

Seda tüüpi MOSFET-i vooluhulk toimub negatiivselt laetud elektronide tõttu. Kui rakendame värava klemmi positiivse pinge tõrjuva jõuga, surutakse oksiidikihi all olevad augud allapoole. Tühjenduspiirkonda asustavad seonduvad negatiivsed laengud, mis on seotud aktseptori aatomitega.

Elektronide jõudmisel moodustub kanal. Positiivne pinge meelitab ka n + allika elektronid ja kanalisatsiooni äravoolupiirkonnad. Nüüd, kui äravoolu ja allika vahel rakendatakse pinget, voolab vool allika ja äravoolu vahel vabalt ning värava pinge juhib kanali elektrone. Positiivse pinge asemel, kui rakendame negatiivset pinget, moodustub oksiidikihi alla auk.

“lõbusaid inseneriprojekte kolledži üliõpilastele ”

Täiendusrežiim N kanal

MOSFETi operatsioonipiirkonnad

Kõige üldisema stsenaariumi korral toimub selle seadme töö peamiselt kolmes piirkonnas ja need on järgmised:

Piiratud piirkond - See on piirkond, kus seade on väljalülitatud olekus ja selle kaudu voolab null vooluhulka. Siin toimib seade põhilülitina ja seda kasutatakse nii, nagu oleks neid vaja elektrilülititena töötada.
Küllastuspiirkond - Selles piirkonnas on seadmete voolutugevus vooluallika saamiseks konstantne, võtmata arvesse äravooluallika pinge suurenemist. See juhtub ainult üks kord, kui pinge äravoolust allika klemmini tõuseb rohkem kui näpistamise pinge väärtus. Selles stsenaariumis toimib seade suletud lülitina, kus voolab küllastunud voolutase üle äravoolu kuni lähteklemmideni. Seetõttu valitakse küllastuspiirkond, kui seadmed peaksid lülitama.
Lineaarne / oomiline piirkond - See on piirkond, kus vool läbi äravoolu kuni allika terminalini suureneb koos äravoolu kuni allika tee pinge suurenemisega. Kui MOSFET-seadmed töötavad selles lineaarses piirkonnas, täidavad nad võimendi funktsionaalsust.

Mõelgem nüüd MOSFETi lülitusomadustele

Ka pooljuht nagu MOSFET või bipolaarse ristmiku transistor toimib lülititena kahes stsenaariumis: üks on ON ja teine OFF. Selle funktsionaalsuse kaalumiseks vaatame MOSFET-seadme ideaalseid ja praktilisi omadusi.

Ideaalsed lüliti omadused

Kui MOSFET peaks toimima ideaalse lülitina, peaks sellel olema järgmised omadused ja need on

ON-seisundis peab kehtima praegune piirang
VÄLJAS olekus ei tohiks pingetasemete blokeerimisel olla mingeid piiranguid
Kui seade töötab ON-olekus, peaks pingelanguse väärtus olema null
Takistus väljalülitatud olekus peaks olema lõpmatu
Töökiirusel ei tohiks olla mingeid piiranguid

Lüliti praktilised omadused

Kuna maailm pole kinni vaid ideaalsetes rakendustes, on MOSFETi toimimine rakendatav isegi praktilistel eesmärkidel. Praktilises stsenaariumis peaks seadmel olema järgmised omadused

Sisse lülitatud olekus peaksid võimsuse haldamise võimalused olema piiratud, mis tähendab, et juhtivusvoolu voolu tuleb piirata.
VÄLJAS olekus ei tohiks blokeerida pingetasemeid
Lõplikuks ajaks sisse- ja väljalülitamine piirab seadme piirkiirust ja isegi piirab funktsionaalset sagedust
MOSFET-seadme olekus ON on minimaalsed takistuse väärtused, kui see põhjustab pinge languse edastamise eelarvamuses. Samuti on olemas piiratud OFF-takistus, mis annab vastupidise lekkevoolu
Kui seade töötab praktiliste omadustega, kaotab see toite sisse- ja väljalülitamise tingimustes. See juhtub ka üleminekuriikides.

Näide MOSFETist kui lülitist

Allpool toodud vooluahela paigutuses kasutatakse näidislampide sisselülitamiseks tingimustega SISSE ja VÄLJAS täiustatud režiimi ja N-kanaliga MOSFET-i. Värava klemmi positiivne pinge rakendatakse transistori alusele ja lamp liigub olekusse SEES ja siin V_GS= + v või nullpingetasemel lülitub seade olekusse VÄLJAS, kus V_GS= 0.

“4 -pin regulaatori alaldi ühendusskeem ”

MOSFET lülitina

Kui lambi takistuskoormus tuleks asendada induktiivkoormusega ja ühendada relee või dioodiga, mis on koormuse eest kaitstud. Ülaltoodud vooluahelas on see väga lihtne voolu takisti, näiteks lambi või LED-i, lülitamiseks. Kuid kui MOSFET-i kasutatakse lülitina kas induktiivkoormuse või mahtuvusliku koormusega, on MOSFET-seadme jaoks vaja kaitset.

Kui MOSFET pole kaitstud, võib see põhjustada seadme kahjustusi. Selleks, et MOSFET töötaks analooglülitusseadmena, tuleb see ümber lülitada selle väljalõikepiirkonna vahel, kus V_GS= 0 ja küllastuspiirkond, kus V_GS= + v.

Video kirjeldus

MOSFET võib toimida ka transistorina ja seda lühendatakse kui metallioksiidi räni väljatransistorit. Siin näitas nimi ise, et seadet saab kasutada transistorina. Sellel on P-kanal ja N-kanal. Seade on sellisel viisil ühendatud nelja allika-, värava- ja äravooluklemmi abil ning takistuskoormus 24Ω ühendatakse järjestikku ampermeetriga ja üle MOSFET-i ühendatakse pingemõõtur.

Transistoris on voolu vool väravas positiivses suunas ja allika klemm on ühendatud maaga. Kui bipolaarsete ristmiktransistoride seadmetes on voolu põhi-emitter rada. Kuid selles seadmes puudub vooluhulk, sest värava alguses on kondensaator, see nõuab lihtsalt ainult pinget.

Seda võib juhtuda simulatsiooniprotsessi jätkates ja sisse / välja lülitades. Kui lüliti on sisse lülitatud, pole voolu voolu üle vooluahela, kui takistus 24Ω ja ampermeetri pinge 0,29 on ühendatud, leiame allika tühise pingelanguse, kuna selle seadme ulatuses on + 0,21V.

Vastupanu äravoolu ja allika vahel nimetatakse RDS-ks. Selle RDS-i tõttu ilmub pingelangus siis, kui vooluahelas on vool. RDS varieerub sõltuvalt seadme tüübist (see võib pingetüübi põhjal varieeruda vahemikus 0,001, 0,005 kuni 0,05.

Vähesed õpitavad mõisted on:

1). Kuidas valida lülitiks MOSFET ?

MOSFETi lülitina valimisel tuleb järgida vähe tingimusi ja need on järgmised:

P või N kanali polaarsuse kasutamine
Tööpinge ja voolu maksimaalne nimiväärtus
Suurenenud Rds ON, mis tähendab, et kanal Drain to Source terminalis on takistus, kui kanal on täielikult avatud
Tõhustatud töösagedus
Pakendiliik on To-220 ja DPAck ning paljud teised.

2). Mis on MOSFET-lüliti efektiivsus?

Peamine piirang MOSFETi kui lülitusseadme käitamise ajal on suurenenud äravooluvoolu väärtus, mida seade suudab. See tähendab, et RDS ON-olekus on ülioluline parameeter, mis otsustab MOSFET-i lülitamise võime. Seda tähistatakse äravooluallika pinge ja äravooluvoolu suhtena. Seda tuleb arvutada ainult transistori ON-olekus.

3). Miks MOSFET-lülitit kasutatakse Boost Converteris?

Üldiselt vajab võimenduse muundur seadme tööks lülitustransistorit. Niisiis, lülitustransistorina kasutatakse MOSFET-e. Neid seadmeid kasutatakse praeguse väärtuse ja pinge väärtuste teadmiseks. Arvestades ka lülituskiirust ja maksumust, kasutatakse neid laialdaselt.

Samamoodi saab MOSFETi kasutada ka mitmel viisil. ja need on

MOSFET LED-i lülitina
remove_circle_outline
MOSFET lülitina Arduino jaoks
MOSFET-lüliti vahelduvvoolu koormuse jaoks
MOSFET lüliti alalisvoolumootorile
MOSFET-lüliti negatiivse pinge jaoks
MOSFET lülitina Arduinoga
MOSFET kui mikrokontrolleriga lüliti
Hystereesiga MOSFET-lüliti
MOSFET kui lülitidiood ja aktiivtakisti
MOSFET lüliti võrrandina
MOSFET-lüliti airsofti jaoks
MOSFET kui lülitusvärava takisti
MOSFET kui lülitussolenoid
MOSFET lüliti optroni abil
Hystereesiga MOSFET-lüliti

MOSFETi kasutamine lülitina

Selle seadme üks peamisi näiteid on see, et seda kasutatakse lülitina, mis on tänavavalgustuse automaatne heleduse reguleerimine. Nendel päevadel koosnevad paljud maanteedel jälgitavad valgustid suure intensiivsusega tühjenduslampidest. Kuid HID-lampide kasutamine tarbib suurenenud energiataset.

Heledust ei saa nõudest lähtuvalt piirata ja seetõttu peab alternatiivse valgustusmeetodi jaoks olema lüliti ja see on LED. LED-süsteemi kasutamine ületab kõrge intensiivsusega lampide puudused. Selle ehitamise peamine kontseptsioon oli tulede juhtimine otse maanteedel mikroprotsessori abil.

MOSFETi rakendus lülitina

Seda saab saavutada lihtsalt kellaimpulsside muutmisega. Vajaduse tõttu kasutatakse seda seadet lampide ümberlülitamiseks. See koosneb vaarika pi-plaadist, kus see on haldamiseks kaasas protsessoriga. Siin saab LED-e asendada HID-de asemel ja neil on protsessoriga ühendus MOSFETi kaudu. Mikrokontroller edastab vastavad töötsüklid ja lülitub seejärel MOSFETile, et tagada kõrge intensiivsus.

Eelised

Vähesed eelised on:

See suurendab tõhusust isegi siis, kui see töötab minimaalsel pingetasemel
Väravavool puudub, see loob suurema sisendtakistuse, mis tagab seadme veelgi suurema lülituskiiruse
Need seadmed võivad töötada minimaalsel võimsustasemel ja kasutavad minimaalset voolutugevust

Puudused

Vähesed puudused on:

Kui neid seadmeid kasutatakse ülekoormuse pingetasemel, tekitab see seadme ebastabiilsuse
Kuna seadmetel on õhuke oksiidikiht, võib see elektrostaatiliste laengute stimuleerimisel seadet kahjustada

Rakendused

MOSFETi rakendused on

MOSFETist valmistatud võimendeid kasutatakse äärmiselt sagedastes rakendustes
Alalisvoolumootorite reguleerimine on ette nähtud nende seadmete abil
Kuna neil on suurem lülituskiirus, toimib see helikopterivõimendite ehitamiseks ideaalselt
Toimib erinevate elektrooniliste elementide passiivse komponendina.

Lõppkokkuvõttes võib järeldada, et transistor vajab voolu, samas kui MOSFET vajab pinget. MOSFETi juhtimisnõue on BJT-ga võrreldes palju parem, palju lihtsam. Ja tea ka Kuidas ühendada Mosfet lülitiga?

Foto autorid