MOSFET kanála N: obvod, práca, rozdiely a jeho aplikácie

MOSFET je druh tranzistora a nazýva sa aj IGFET (tranzistor s insulated Gate Field Effect Transistor) alebo MIFET (Metal Insulator Field Effect Transistor). V MOSFET kanál a hradlo sú oddelené tenkou vrstvou SiO2 a tvoria kapacitu, ktorá sa mení s napätím hradla. MOSFET teda funguje ako MOS kondenzátor, ktorý je ovládaný cez vstupnú bránu na zdroj napätia. MOSFET teda možno použiť aj ako napäťovo riadený kondenzátor. Štruktúra MOSFET je podobná kondenzátoru MOS, pretože kremíková báza v tomto kondenzátore je typu p.

Tieto sú rozdelené do štyroch typov vylepšenia p kanála, n kanála vylepšenia, p kanála deplécie a n kanála deplécie. Tento článok pojednáva o jednom z typov podobných MOSFET MOSFET s kanálom N - práca s aplikáciami.

Čo je MOSFET kanála N?

Typ MOSFET, v ktorom je kanál MOSFET zložený z väčšiny nosičov náboja ako prúdových nosičov, ako sú elektróny, je známy ako N kanálový MOSFET. Keď je tento MOSFET zapnutý, väčšina nosičov náboja sa bude pohybovať po kanáli. Tento MOSFET je kontrastom k P-kanálovému MOSFETu.

Tento MOSFET zahŕňa N- kanálovú oblasť, ktorá sa nachádza v strede terminálov zdroja a odtoku. Je to trojsvorkové zariadenie, kde sú svorky ako G (brána), D (odtok) a S (zdroj). V tomto tranzistore je zdroj a odtok silne dotovaný v oblasti n+ a telo alebo substrát je typu P.

Pracovné

Tento MOSFET obsahuje N-kanálovú oblasť, ktorá sa nachádza v strede terminálov zdroja a odtoku. Je to trojsvorkové zariadenie, ktorého svorky sú G (brána), D (odtok) a S (zdroj). V tomto FET je zdroj a odtok silne dotovaný v oblasti n+ a telo alebo substrát je typu P.

Tu sa kanál vytvorí pri príchode elektrónov. Kladné napätie tiež priťahuje elektróny z n+ zdrojovej aj odtokovej oblasti do kanála. Akonáhle je napätie aplikované medzi kolektor a zdroje, prúd voľne prúdi medzi zdroj a kolektor a napätie na bráne jednoducho riadi elektróny nosičov náboja v kanáli. Podobne, ak aplikujeme záporné napätie na svorku brány, potom sa pod vrstvou oxidu vytvorí dierový kanál.

Symbol MOSFET kanála N

N kanálový symbol MOSFET je zobrazený nižšie. Tento MOSFET obsahuje tri terminály, ako je zdroj, odtok a brána. Pre n-kanálový mosfet je smer symbolu šípky dovnútra. Symbol šípky teda určuje typ kanálu, ako je P-kanál alebo N-kanál.

Obvod MOSFET kanála N

The schéma zapojenia pre riadenie bezkomutátorového jednosmerného ventilátora pomocou N kanálových mosfetov a Arduino Uno rev3 je znázornené nižšie. Tento obvod môže byť zostavený s doskou Arduino Uno rev3, n kanálovým mosfetom, bezkomutátorovým jednosmerným ventilátorom a spojovacími vodičmi.

MOSFET použitý v tomto obvode je 2N7000 N-kanálový MOSFET a je to vylepšený typ, takže by sme mali nastaviť výstupný kolík Arduina na vysoký, aby poskytoval energiu ventilátoru.

Zapojenia tohto obvodu sú nasledovné;

• Pripojte zdrojový kolík MOSFET ku GND
• Hradlový kolík MOSFET je pripojený k kolíku 2 Arduina.
• Odtokový kolík MOSFET k čiernemu drôtu ventilátora.
• Červený drôt bezkartáčového jednosmerného ventilátora je pripojený k pozitívnej koľajnici doštičky.
• Z kolíka Arduino 5V k kladnej koľajnici doštičky je potrebné pripojiť ďalšie pripojenie.

Vo všeobecnosti sa MOSFET používa na prepínanie a zosilňovanie signálov. V tomto príklade sa tento mosfet používa ako spínač, ktorý obsahuje tri terminály, ako je brána, zdroj a odtok. N-kanálový MOSFET je jeden typ napäťovo riadeného zariadenia a tieto MOSFETy sú dostupné v dvoch typoch vylepšených mosfetov a mosfetov s vyčerpaním.

Vo všeobecnosti platí, že vylepšený MOSFET je vypnutý, keď je Vgs (napätie zdroja brány) 0 V, preto by malo byť na svorku brány privedené napätie, aby prúd pretekal cez kanál zdroja odtoku. Zatiaľ čo vyčerpaný MOSFET je vo všeobecnosti zapnutý, keď je Vgs (napätie zdroja brány) 0 V, takže prúd tečie cez odtok do zdrojového kanála, kým sa na termináli brány neuvedie kladné napätie.

kód

void setup() {
// sem vložte kód nastavenia, aby sa spustil raz:
pinMode(2, OUTPUT);

}

void loop() {
// sem vložte svoj hlavný kód, aby sa spustil opakovane:
digitalWrite(2, HIGH);
oneskorenie(5000);
digitalWrite(2, LOW);
oneskorenie(5000);
}

Keď je teda na svorku brány mosfetu privedené 5V napájanie, bezkomutátorový jednosmerný ventilátor sa zapne. Podobne, keď sa 0v dostane na svorku brány mosfetu, ventilátor sa vypne.

Typy N kanálových MOSFET

N kanálový MOSFET je napäťovo riadené zariadenie, ktoré je rozdelené do dvoch typov typu vylepšenia a typu vyčerpania.

Vylepšenie kanála N MOSFET

MOSFET typu N s kanálom vylepšenia je vo všeobecnosti vypnutý, keď je napätie medzi hradlom a zdrojom nula voltov, preto by malo byť na svorku hradla privedené napätie, aby sa prúd dodával cez kanál zdroja odberu.

Fungovanie n-kanálového vylepšeného MOSFET je rovnaké ako vylepšeného p-kanálového MOSFET s výnimkou konštrukcie a prevádzky. V tomto type MOSFET môže telo zariadenia tvoriť substrát typu p, ktorý je jemne dopovaný. Oblasti zdroja a odtoku sú silne dopované nečistotami typu n.

Tu sú zdroj a telo bežne pripojené k uzemňovacej svorke. Akonáhle aplikujeme kladné napätie na hradlový terminál, potom sa menšinové nosiče náboja substrátu typu p pritiahnu k hradlovému terminálu z dôvodu pozitivity hradla a ekvivalentného kapacitného efektu.

Väčšinové nosiče náboja, ako sú elektróny a menšinové nosiče náboja substrátu typu p, budú priťahované smerom k hradlovému terminálu tak, že pod dielektrickou vrstvou vytvorí negatívnu nekrytú iónovú vrstvu rekombináciou elektrónov s dierami.

Ak neustále zvyšujeme napätie kladného hradla, proces rekombinácie sa po prahovej úrovni napätia nasýti, potom sa na mieste začnú hromadiť nosiče náboja, ako sú elektróny, aby vytvorili vodivý kanál pre voľné elektróny. Tieto voľné elektróny budú tiež pochádzať zo silne dopovaného zdroja a odčerpať oblasť typu n.

Ak na svorku odtoku použijeme kladné napätie, prúd bude prúdiť cez kanál. Takže odpor kanála bude závisieť od voľných nosičov náboja, ako sú elektróny v kanáli a opäť tieto elektróny budú závisieť od potenciálu brány zariadenia v kanáli. Keď koncentrácia voľných elektrónov vytvorí kanál a tok prúdu cez kanál sa zvýši v dôsledku zvýšenia napätia brány.

Vyčerpanie kanála N MOSFET

Vo všeobecnosti sa tento MOSFET aktivuje vždy, keď je napätie na hradle k zdroju 0 ​​V, preto prúd dodáva z kolektora do zdrojového kanála, kým sa na svorku hradla (G) neprivedie kladné napätie. Fungovanie MOSFET s vyčerpaním N kanálov je odlišné v porovnaní s MOSFET s vylepšeným n kanálom. V tomto MOSFET je použitým substrátom polovodič typu p.

V tomto MOSFET sú oblasti zdroja aj odtoku silne dotované polovodiče typu n. Medzera medzi oblasťami zdroja a odtoku je rozptýlená prostredníctvom nečistôt typu n.

Akonáhle aplikujeme potenciálny rozdiel medzi zdrojovými a odtokovými terminálmi, prúd preteká cez n oblasť substrátu. Keď aplikujeme záporné napätie na svorku brány, nosiče náboja, ako sú elektróny, sa zrušia a posunú nadol v n-oblasti tesne pod dielektrickou vrstvou oxidu kremičitého.

V dôsledku toho budú pod dielektrickou vrstvou Si02 kladné nepokryté iónové vrstvy. Takže týmto spôsobom dôjde v kanáli k vyčerpaniu nosičov náboja. Celková vodivosť kanála sa tak zníži.

V tomto stave, keď je na odtokovom termináli aplikované rovnaké napätie, prúd na odtokovom potrubí sa zníži. Tu sme pozorovali, že odtokový prúd môže byť riadený zmenou vyčerpania nosičov náboja v kanáli, takže je známy ako vyčerpanie MOSFET.

V tomto prípade je brána v zápornom potenciáli, odtok je v kladnom potenciáli a zdroj je na potenciáli „0“. Výsledkom je, že rozdiel napätia je väčší medzi odtokom do brány ako medzi zdrojom a bránou, preto je šírka vrstvy vyčerpania viac smerom k odtoku ako k zdroju.

Rozdiel medzi MOSFET N kanála a MOSFET P kanála

Rozdiel medzi n kanálovými a p kanálovými mosfetmi zahŕňa nasledovné.

Ako otestovať MOSFET N kanála

Kroky zahrnuté v testovaní N kanálových MOSFET sú diskutované nižšie.

• Na testovanie n-kanálového MOSFETu sa používa analógový multimeter. Na to musíme umiestniť gombík do rozsahu 10K.
• Na testovanie tohto MOSFETu najskôr umiestnite čiernu sondu na vypúšťací kolík MOSFET a červenú sondu na kolík hradla, aby sa vybila vnútorná kapacita v rámci MOSFET.
• Potom presuňte červenú sondu na zdrojový kolík, zatiaľ čo čierna sonda je stále na odtokovom kolíku
• Pravým prstom sa dotknite uzáveru a vypúšťacieho kolíka, aby sme mohli pozorovať, že ukazovateľ analógového multimetra sa otočí nabok do stredu rozsahu stupnice glukomera.
• Odstráňte červenú sondu multimetra a tiež pravý prst zo zdrojového kolíka MOSFET, potom znova položte prst na červenú sondu a kolík zdroja, ukazovateľ zostane stále v strede stupnice multimetra.
• Na jej vybitie musíme odobrať červenú sondu a len sa raz dotknúť čapu brány. Nakoniec sa tým opäť vybije vnútorná kapacita.
• Teraz musíte znova použiť červenú sondu, aby ste sa dotkli kolíka zdroja, potom sa ukazovateľ multimetra vôbec nevychýli, ako ste ho predtým vybili jednoduchým dotykom kolíka hradla.

Charakteristika

MOSFET s kanálom N má dve charakteristiky, ako sú odvodňovacie charakteristiky a prenosové charakteristiky.

Charakteristiky odtoku

Odtokové charakteristiky N-kanálového mosfetu zahŕňajú nasledujúce.

• Odtokové charakteristiky n-kanálových mosfetov sú vynesené medzi výstupný prúd a VDS, ktorý je známy ako Drain to source voltage VDS.
• Ako môžeme vidieť na diagrame, pre rôzne hodnoty Vgs vykreslíme aktuálne hodnoty. Takže môžeme vidieť rôzne grafy odtokového prúdu v diagrame, ako je najnižšia hodnota Vgs, maximálne hodnoty Vgs atď.
• Vo vyššie uvedených charakteristikách zostane prúd konštantný po určitom odberovom napätí. Preto je na fungovanie MOSFET potrebné minimálne napätie pre odtok k zdroju.
• Keď teda zväčšíme „Vgs“, šírka kanála sa zväčší a výsledkom bude väčší ID (odtokový prúd).

Prenosové charakteristiky

Prenosové charakteristiky N-kanálových mosfetov zahŕňajú nasledujúce.

• Prenosové charakteristiky sú tiež známe ako transkonduktančná krivka, ktorá je vynesená medzi vstupným napätím (Vgs) a výstupným prúdom (ID).
• Najprv vždy, keď nie je žiadna brána k zdroju napätia (Vgs), potom bude prúdiť oveľa menej prúdu ako v mikroampéroch.
• Keď je napätie brány k zdroju kladné, odtokový prúd sa postupne zvyšuje.
• Potom dôjde k rýchlemu nárastu odtokového prúdu ekvivalentného zvýšeniu vo vgs.
• Odtokový prúd možno dosiahnuť pomocou Id= K (Vgsq- Vtn)^2.

Aplikácie

The aplikácie n kanála mosfe t zahŕňajú nasledujúce.

• Tieto MOSFETy sa často používajú v aplikáciách nízkonapäťových zariadení, ako je napríklad úplný mostík a usporiadanie mostíka B6 s použitím motora a zdroja jednosmerného prúdu.
• Tieto MOSFETy sú užitočné pri prepínaní záporného napájania motora v opačnom smere.
• n-kanálový MOSFET funguje v saturačných a hraničných oblastiach. potom funguje ako spínací obvod.
• Tieto MOSFETy sa používajú na zapnutie/vypnutie LAMP alebo LED.
• Tieto sú preferované vo vysokoprúdových aplikáciách.

Toto je teda všetko o prehľade n kanála mosfet – funkčný s aplikáciami. Tu je otázka pre vás, čo je p kanál mosfet?