Što je MOSFET: rad i njegove primjene

Što je MOSFET: rad i njegove primjene

Tranzistor MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) je poluvodički uređaj koji se široko koristi u svrhe prebacivanja i za pojačavanje elektroničkih signala u elektroničkim uređajima. MOSFET je jezgra ili integrirani krug gdje je dizajniran i izrađen u jednom čipu jer je uređaj dostupan u vrlo malim veličinama. Uvođenje MOSFET uređaja donijelo je promjenu u domeni uključivanje elektronike . Krenimo s detaljnim objašnjenjem ovog koncepta.



Što je MOSFET?

MOSFET je uređaj s četiri terminala koji ima terminale izvora (S), vrata (G), odvoda (D) i kućišta (B). Općenito, tijelo MOSFET-a povezano je s izvornim terminalom tako da tvori trokraki uređaj kao što je tranzistor s efektom polja. MOSFET se općenito smatra tranzistorom i koristi se i u analognom i u digitalnom krugu. Ovo je osnovno uvod u MOSFET . I općenita struktura ovog uređaja je kako slijedi:


MOSFET

MOSFET





Iz navedenog MOSFET struktura , funkcionalnost MOSFET-a ovisi o električnim varijacijama koje se događaju u širini kanala zajedno s protokom nosača (bilo rupa ili elektrona). Nosači naboja ulaze u kanal kroz izvorni terminal i izlaze kroz odvod.

Širinu kanala kontrolira napon na elektrodi koja se naziva zapor i nalazi se između izvora i odvoda. Izoliran je od kanala u blizini izuzetno tankog sloja metalnog oksida. Kapacitet MOS-a koji postoji u uređaju presudan je odjeljak u kojem se odvija čitava operacija.



MOSFET s terminalima

MOSFET s terminalima

MOSFET može funkcionirati na dva načina

  • Način iscrpljivanja
  • Način poboljšanja

Način iscrpljivanja

Kad nema napona na priključku vrata, kanal pokazuje svoju maksimalnu vodljivost. Dok je napon na priključku vrata pozitivan ili negativan, tada se vodljivost kanala smanjuje.


Na primjer

Način skretanjaNačin poboljšanja

Kada nema napona na priključku vrata, uređaj ne radi. Kada postoji maksimalan napon na priključku vrata, tada uređaj pokazuje poboljšanu vodljivost.

Način poboljšanja

Način poboljšanja

Načelo rada MOSFET-a

Glavno načelo MOSFET uređaja je sposobnost upravljanja naponom i strujom između stezaljki izvora i odvoda. Djeluje gotovo kao prekidač, a funkcionalnost uređaja temelji se na MOS kondenzatoru. MOS kondenzator je glavni dio MOSFET-a.

Poluvodička površina na donjem oksidnom sloju koji se nalazi između izvora i odvodne stezaljke može se pretvoriti iz p-tipa u n-tip primjenom bilo pozitivnog, bilo negativnog napona zavoda. Kada primijenimo odbojnu silu za pozitivni napon na vratima, tada se rupe prisutne ispod oksidnog sloja potiskuju prema dolje s podlogom.

Područje osiromašenja naseljeno vezanim negativnim nabojima povezanim s akceptorskim atomima. Kad se dosegnu elektroni, razvija se kanal. Pozitivni napon također privlači elektrone iz izvora n + i odvodnih područja u kanal. Ako se primijeni napon između odvoda i izvora, struja slobodno teče između izvora i odvoda, a napon na vratima kontrolira elektrone u kanalu. Umjesto pozitivnog napona, ako primijenimo negativni napon, ispod oksidnog sloja stvorit će se kanal s rupom.

Blok dijagram MOSFET-a

Blok dijagram MOSFET-a

P-Channel MOSFET

MOSFET s P-kanalom ima područje P-kanala smješteno između terminala izvora i odvoda. To je uređaj s četiri terminala koji ima terminale kao otvor, odvod, izvor i tijelo. Odvod i izvor su jako dopirani p + područje, a tijelo ili podloga su n-tipa. Protok struje je u smjeru pozitivno nabijenih rupa.

Kada negativni napon primijenimo odbojnom silom na terminal vrata, tada se elektroni prisutni ispod oksidnog sloja potiskuju prema dolje u podlogu. Regija iscrpljenja naseljena vezanim pozitivnim nabojima koji su povezani s atomima donora. Negativni napon vrata također privlači rupe od izvora p + i odvodnog područja u područje kanala.

Način iscrpljivanja P kanal

Način iscrpljivanja P kanal

Poboljšani način rada s P kanalom

Poboljšani način rada s P kanalom

N- MOSFET kanala

N-kanalni MOSFET ima područje N-kanala smješteno između izvora i odvodne stezaljke. To je uređaj s četiri terminala koji ima terminale kao otvor, odvod, izvor ili tijelo. U ovoj vrsti tranzistora s efektom polja, odvod i izvor su jako dopirani n + područje, a podloga ili tijelo su P-tipa.

Strujanje struje u ovoj vrsti MOSFET-a događa se zbog negativno nabijenih elektrona. Kad pozitivni napon primijenimo odbojnom silom na terminal vrata, rupe prisutne ispod oksidnog sloja guraju se prema dolje u podlogu. Područje iscrpljivanja naseljeno je povezanim negativnim nabojima koji su povezani s akceptorskim atomima.

Po dosegu elektrona nastaje kanal. Pozitivni napon također privlači elektrone iz izvora n + i odvodnih područja u kanal. Ako se primijeni napon između odvoda i izvora, struja slobodno teče između izvora i odvoda, a napon na vratima kontrolira elektrone u kanalu. Umjesto pozitivnog napona, ako primijenimo negativni napon, tada će se ispod oksidnog sloja stvoriti kanal s rupom.

Način poboljšanja N Channel

Način poboljšanja N Channel

MOSFET područja djelovanja

Prema najopćenitijem scenariju, rad ovog uređaja odvija se uglavnom u tri regije, a to su kako slijedi:

  • Granična regija - To je područje u kojem će uređaj biti u stanju ISKLJUČENO i kroz njega teče nula količina struje. Uređaj ovdje funkcionira kao osnovni prekidač i toliko je zaposlen kad su potrebni za rad kao električni prekidači.
  • Regija zasićenja - U ovom će području uređaji odvod do izvora struje imati konstantnu vrijednost bez razmatranja povećanja napona na odvodu do izvora. To se događa samo jednom kada se napon na odvodu na priključku izvora poveća više od vrijednosti napona stezanja. U ovom scenariju uređaj funkcionira kao zatvoreni prekidač gdje teče zasićena razina struje kroz odvod do stezaljki izvora. Zbog toga se odabire područje zasićenja kada bi uređaji trebali izvoditi prebacivanje.
  • Linearno / omsko područje - To je područje u kojem se struja preko odvoda do priključka izvora povećava s porastom napona na putu odvoda do izvora. Kada MOSFET uređaji funkcioniraju u ovom linearnom području, oni izvode funkcionalnost pojačala.

Razmotrimo sada preklopne karakteristike MOSFET-a

Poluvodiči, poput MOSFET-a ili bipolarnog spojnog tranzistora, u osnovi funkcioniraju kao prekidači u dva scenarija, jedan je u stanju ON, a drugi u stanju OFF. Da bismo razmotrili ovu funkcionalnost, pogledajmo idealne i praktične karakteristike MOSFET uređaja.

Idealne karakteristike prekidača

Kada bi MOSFET trebao funkcionirati kao idealan prekidač, trebao bi sadržavati dolje navedena svojstva, a to su

  • U stanju UKLJUČENO mora postojati trenutno ograničenje koje ono nosi
  • U stanju ISKLJUČENO, blokade napona ne bi trebale imati nikakva ograničenja
  • Kad uređaj funkcionira u stanju UKLJUČENO, vrijednost pada napona trebala bi biti nula
  • Otpor u isključenom stanju trebao bi biti beskonačan
  • Ne bi trebalo biti ograničenja brzine rada

Praktične karakteristike prekidača

Kako svijet nije zaglavljen samo u idealnim aplikacijama, funkcioniranje MOSFET-a je čak primjenjivo u praktične svrhe. U praktičnom scenariju uređaj bi trebao imati sljedeća svojstva

  • U stanju UKLJ., Sposobnosti upravljanja snagom trebaju biti ograničene, što znači da mora biti ograničen protok vodljive struje.
  • U stanju ISKLJUČENO, blokiranje razine napona ne smije biti ograničeno
  • UKLJUČIVANJE I ISKLJUČIVANJE na kraća vremena ograničava ograničenje brzine uređaja i čak ograničava funkcionalnu frekvenciju
  • U stanju UKLJUČENJA MOSFET uređaja, postojat će minimalne vrijednosti otpora gdje to rezultira padom napona u prednaponu. Također, postoji konačni otpor isključenog stanja koji isporučuje obrnutu struju curenja
  • Kada uređaj radi u praktičnim karakteristikama, gubi napajanje pri uključivanju i isključivanju. To se događa i u tranzicijskim državama.

Primjer MOSFET-a kao prekidača

U donjem rasporedu krugova, poboljšani način rada i N-kanalni MOSFET koriste se za uključivanje lampe za uzorke s uvjetima UKLJUČENO i ISKLJUČENO. Pozitivni napon na priključku vrata se primjenjuje na bazu tranzistora i žarulja prelazi u stanje ON i ovdje VGS= + v ili na nultoj razini napona, uređaj se prebacuje u stanje OFF gdje VGS= 0.

MOSFET kao prekidač

MOSFET kao prekidač

Ako bi se otporno opterećenje žarulje trebalo zamijeniti induktivnim opterećenjem i povezati s relejem ili diodom koja je zaštićena od opterećenja. U gornjem krugu to je vrlo jednostavan krug za prebacivanje otpornog opterećenja kao što je svjetiljka ili LED. Ali kada se MOSFET koristi kao prekidač bilo s induktivnim ili kapacitivnim opterećenjem, tada je potrebna zaštita MOSFET uređaja.

Ako u slučaju kada MOSFET nije zaštićen, to može dovesti do oštećenja uređaja. Da bi MOSFET radio kao analogni preklopni uređaj, treba ga prebaciti između svog presječnog područja gdje je VGS= 0 i područje zasićenja gdje je VGS= + v.

Opis videozapisa

MOSFET također može funkcionirati kao tranzistor, a skraćeno je kao tranzistor s efektom silicijskog polja s metalnim oksidom. Ovdje je samo ime naznačilo da se uređajem može raditi kao tranzistor. Imat će P-kanal i N-kanal. Uređaj je povezan na takav način pomoću četiri stezaljke izvora, vrata i odvoda, a rezistentno opterećenje od 24Ω spojeno je u seriju s ampermetrom, a mjerač napona povezan je preko MOSFET-a.

U tranzistoru je struja struje u zapori u pozitivnom smjeru, a izvorni priključak spojen je na masu. Dok je u tranzistorskim uređajima s bipolarnim spojem protok struje preko puta od baze do emitora. Ali u ovom uređaju nema struje jer na početku vrata postoji kondenzator, on samo zahtijeva samo napon.

To se može dogoditi nastavljanjem postupka simulacije i uključivanjem / isključivanjem. Kad je sklopka UKLJUČENA, struja kroz krug ne prolazi, kad su spojeni otpor od 24Ω i 0,29 napona ampermetra, tada nalazimo zanemariv pad napona na izvoru jer na ovom uređaju postoji + 0,21V.

Otpor između odvoda i izvora naziva se RDS. Zbog ovog RDS-a, pad napona pojavljuje se kada u krugu teče struja. RDS se razlikuje ovisno o vrsti uređaja (može varirati između 0,001, 0,005 i 0,05 ovisno o vrsti napona.

Nekoliko koncepata koje treba naučiti su:

1). Kako odabrati MOSFET kao prekidač ?

Pri odabiru MOSFET-a kao prekidača mora se poštovati nekoliko uvjeta, a to su sljedeći:

  • Upotreba polariteta bilo P ili N kanala
  • Maksimalna vrijednost radnog napona i vrijednosti struje
  • Povećani RDS UKLJUČEN što znači da je otpor na priključku Odvod prema izvoru kada je kanal potpuno otvoren
  • Poboljšana operativna frekvencija
  • Vrsta pakiranja je od To-220 i DPAck i mnogih drugih.

2). Što je MOSFET efikasnost prekidača?

Glavno ograničenje u vrijeme rada MOSFET-a kao sklopnog uređaja je poboljšana vrijednost odvodne struje za koju uređaj može biti sposoban. To znači da je RDS u stanju ON ključni parametar koji odlučuje o preklopnoj sposobnosti MOSFET-a. Prikazuje se kao omjer napona odvodnog izvora i napona odvodne struje. Mora se izračunati samo u uključenom stanju tranzistora.

3). Zašto se MOSFET prekidač koristi u Boost Converteru?

Općenito, pretvaraču pojačanja potreban je komutacijski tranzistor za rad uređaja. Dakle, kao sklopni tranzistorski MOSFET-ovi koriste se. Ovi se uređaji koriste za poznavanje trenutne vrijednosti i vrijednosti napona. Također, s obzirom na brzinu prebacivanja i troškove, oni su široko zaposleni.

Na isti način, MOSFET se također može koristiti na više načina. a to su

  • MOSFET kao prekidač za LED
  • ukloni_okrug_okruga
  • MOSFET kao prekidač za Arduino
  • MOSFET prekidač za izmjenično opterećenje
  • MOSFET prekidač za jednosmjerni motor
  • MOSFET prekidač za negativni napon
  • MOSFET kao prekidač s Arduinom
  • MOSFET kao prekidač s mikrokontrolerom
  • MOSFET prekidač s histerezom
  • MOSFET kao prekidačka dioda i aktivni otpornik
  • MOSFET kao jednadžba prekidača
  • MOSFET prekidač za airsoft
  • MOSFET kao otpornik preklopnih vrata
  • MOSFET kao sklopni solenoid
  • MOSFET prekidač pomoću optičkog sprežnika
  • MOSFET prekidač s histerezom

Primjena MOSFET-a kao prekidača

Jedan od najistaknutijih primjera ovog uređaja je što se koristi kao prekidač za automatsko upravljanje svjetlinom u uličnoj rasvjeti. Ovih se dana mnoga svjetla koja uočavamo na autocestama sastoje od visokointenzivnih žarulja za pražnjenje. Ali upotreba HID žarulja troši povećanu razinu energije.

Svjetlina se ne može ograničiti na temelju zahtjeva i zbog toga mora postojati prekidač za alternativni način osvjetljenja i to LED. Korištenjem LED sustava nadvladati će nedostatke žarulja visokog intenziteta. Glavni koncept koji je stajao iza ove konstrukcije bio je upravljanje svjetlima izravno na autocestama korištenjem mikroprocesora.

MOSFET aplikacija kao prekidač

MOSFET aplikacija kao prekidač

To se može postići samo modificiranjem impulsa takta. Ovisno o potrebi, ovaj se uređaj koristi za uključivanje svjetiljki. Sastoji se od maline pi ploče gdje je uključena u procesor za upravljanje. Ovdje se LED mogu zamijeniti umjesto HID-ova i oni imaju vezu s procesorom putem MOSFET-a. Mikrokontroler isporučuje odgovarajuće radne cikluse, a zatim se prebacuje na MOSFET kako bi pružio visoku razinu intenziteta.

Prednosti

Nekoliko prednosti su:

  • Stvara povećanu učinkovitost čak i kada funkcionira na minimalnim razinama napona
  • Nema prisutnosti zaporne struje, to stvara veću ulaznu impedansu što dodatno osigurava povećanu brzinu prebacivanja za uređaj
  • Ovi uređaji mogu funkcionirati na minimalnoj razini snage i koriste minimalnu struju

Mane

Nekoliko nedostataka su:

  • Kada ti uređaji funkcioniraju na razinama napona preopterećenja, to stvara nestabilnost uređaja
  • Budući da uređaji imaju tanki oksidni sloj, to može stvoriti oštećenja na uređaju kada ih potaknu elektrostatički naboji

Prijave

Primjene MOSFET-a su

  • Pojačala izrađena od MOSFET-a izuzetno se koriste u opsežnim frekvencijskim aplikacijama
  • Ovi uređaji omogućuju regulaciju istosmjernih motora
  • Budući da imaju povećane brzine prebacivanja, on djeluje kao savršen za konstrukciju pojačala s helikopterom
  • Funkcije kao pasivna komponenta za razne elektroničke elemente.

Na kraju se može zaključiti da tranzistoru treba struja dok MOSFET zahtijeva napon. Zahtjev za vožnjom MOSFET-a je puno bolji, mnogo jednostavniji u usporedbi s BJT-om. I također znati Kako mogu spojiti Mosfet na prekidač?

Foto bodovi