N-kanalni MOSFET: vezje, delovanje, razlike in njegove uporabe

MOSFET je vrsta tranzistorja in se imenuje tudi IGFET (Tranzistor z učinkom polja z izoliranimi vrati) ali MIFET (Tranzistor z učinkom polja s kovinskim izolatorjem). V MOSFET , sta kanal in vrata ločena s tanko plastjo SiO2 in tvorita kapacitivnost, ki se spreminja z napetostjo vrat. MOSFET torej deluje kot kondenzator MOS, ki je krmiljen prek vhodnih vrat do izvorne napetosti. Tako se lahko MOSFET uporablja tudi kot napetostno krmiljen kondenzator. Struktura MOSFET je podobna kondenzatorju MOS, ker je silicijeva osnova v tem kondenzatorju tipa p.

Ti so razvrščeni v štiri vrste: izboljšanje kanala p, izboljšanje kanala n, zmanjšanje kanala p in zmanjšanje kanala n. Ta članek obravnava eno od vrst MOSFET-ov N-kanalni MOSFET – delo z aplikacijami.

Kaj je N Channel MOSFET?

Tip MOSFET-a, pri katerem je kanal MOSFET sestavljen iz večine nosilcev naboja kot nosilcev toka, kot so elektroni, je znan kot N-kanalni MOSFET. Ko je ta MOSFET vklopljen, se bo večina nosilcev naboja premikala po kanalu. Ta MOSFET je kontrast P-kanalnemu MOSFET-u.

Ta MOSFET vključuje N-kanalno območje, ki se nahaja na sredini izvornega in odvodnega priključka. To je naprava s tremi terminali, kjer so terminali G (vrata), D (odtok) in S (vir). V tem tranzistorju sta vir in odtok močno dopirana regija n+ in telo ali podlaga je tipa P.

Delo

Ta MOSFET vključuje območje N-kanala, ki se nahaja na sredini izvornih in odvodnih terminalov. To je naprava s tremi terminali, kjer so terminali G (vrata), D (odtok) in S (vir). V tem FET sta izvor in odtok močno dopirana regija n+ in telo ali substrat je tipa P.

Tu se kanal ustvari ob prihodu elektronov. Napetost +ve prav tako pritegne elektrone tako iz n+ izvorne kot odtočne regije v kanal. Ko je napetost uporabljena med odtokom in virom, tok prosto teče med virom in odvodom, napetost na vratih pa preprosto nadzoruje elektrone nosilcev naboja v kanalu. Podobno, če uporabimo -ve napetost na priključku vrat, se pod plastjo oksida oblikuje luknjasti kanal.

Simbol MOSFET kanala N

Spodaj je prikazan N-kanalni MOSFET simbol. Ta MOSFET vključuje tri terminale, kot so izvor, odtok in vrata. Za n-kanalni MOSFET je smer simbola puščice navznoter. Torej simbol puščice določa vrsto kanala, kot je P-kanal ali N-kanal.

N kanal MOSFET vezje

The shema vezja za krmiljenje brezkrtačnega enosmernega ventilatorja z N-kanalnim mosfetom in Arduino Uno rev3 je prikazano spodaj. To vezje je mogoče sestaviti s ploščo Arduino Uno rev3, n-kanalnim mosfetom, brezkrtačnim enosmernim ventilatorjem in povezovalnimi žicami.

MOSFET, ki se uporablja v tem vezju, je N-kanalni MOSFET 2N7000 in je izboljšanega tipa, zato moramo izhodni zatič Arduina nastaviti na visoko, da zagotovimo napajanje ventilatorju.

Povezave tega vezja so naslednje:

• Priključite izvorni pin MOSFET-a na GND
• Zatič vrat MOSFET-a je povezan z zatičem 2 Arduina.
• Odtočni zatič MOSFET-a na črno žico ventilatorja.
• Rdeča žica brezkrtačnega ventilatorja za enosmerni tok je priključena na pozitivno vodilo testne plošče.
• Dodatno povezavo je treba vzpostaviti od zatiča Arduino 5V do pozitivnega vodila testne plošče.

Na splošno se MOSFET uporablja za preklapljanje in ojačanje signalov. V tem primeru se ta mosfet uporablja kot stikalo, ki vključuje tri terminale, kot so vrata, vir in odtok. n-kanalni MOSFET je ena vrsta napetostno krmiljenih naprav in ti MOSFET-ji so na voljo v dveh vrstah izboljšanega mosfeta in izčrpanega mosfeta.

Na splošno se izboljšani MOSFET izklopi, ko je Vgs (napetost vrat-izvor) 0 V, zato je treba na priključek vrat zagotoviti napetost, tako da tok teče po kanalu odtok-izvor. Medtem ko se izčrpni MOSFET na splošno vklopi, ko je Vgs (napetost vrat-izvor) 0 V, tako da tok teče po celotnem odtoku do kanala vira, dokler se na priključku vrat ne pojavi napetost +ve.

Koda

void setup() {
// tukaj vstavite svojo nastavitveno kodo, da se zažene enkrat:
pinMode(2, IZHOD);

}

void loop() {
// tukaj vstavite svojo glavno kodo, da se bo večkrat izvajala:
digitalWrite(2, HIGH);
zamuda (5000);
digitalWrite(2, LOW);
zamuda (5000);
}

Tako se bo brezkrtačni ventilator za enosmerni tok vklopil, ko je napajanje 5 V na priključku vrat mosfeta. Podobno se ventilator izklopi, ko je 0v priključen na priključek vrat mosfeta.

Vrste N kanalnih MOSFET

N-kanalni MOSFET je napetostno krmiljena naprava, ki je razvrščena v dve vrsti: izboljšava in izčrpanost.

N MOSFET za izboljšanje kanalov

Kanalski MOSFET N tipa izboljšave je na splošno izklopljen, ko je napetost od vrat do vira nič voltov, zato je treba na priključek vrat zagotoviti napetost, tako da se tok napaja skozi kanal odtok-izvor.

Delovanje MOSFET-a za izboljšanje n-kanala je enako kot MOSFET-a za izboljšanje p-kanala, razen konstrukcije in delovanja. Pri tej vrsti MOSFET lahko substrat p-tipa, ki je rahlo dopiran, tvori ohišje naprave. Območji izvora in odtoka sta močno dopirana z nečistočami tipa n.

Tu sta vir in telo običajno povezana z ozemljitvenim priključkom. Ko uporabimo pozitivno napetost na priključku vrat, se bodo manjšinski nosilci naboja substrata p-tipa pritegnili proti terminalu vrat zaradi pozitivnosti vrat in enakovrednega kapacitivnega učinka.

Večinski nosilci naboja, kot so elektroni, in manjšinski nosilci naboja substrata p-tipa, bodo pritegnjeni proti priključku vrat, tako da tvorijo plast negativnih nepokritih ionov pod dielektrično plastjo z rekombinacijo elektronov z luknjami.

Če nenehno povečujemo pozitivno napetost vrat, bo proces rekombinacije postal nasičen po mejni napetostni ravni, nato pa se bodo nosilci naboja, kot so elektroni, začeli kopičiti na tem mestu in tvoriti prevodni kanal za proste elektrone. Ti prosti elektroni bodo prav tako prišli iz močno dopiranega vira in izpraznili območje tipa n.

Če uporabimo +ve napetost na odtočnem priključku, bo tok potekal po celotnem kanalu. Torej bo upor kanala odvisen od prostih nosilcev naboja, kot so elektroni v kanalu, in spet bodo ti elektroni odvisni od potenciala vrat naprave v kanalu. Ko koncentracija prostih elektronov tvori kanal, se bo tok skozi kanal povečal zaradi povečanja napetosti vrat.

N MOSFET z osiromašenim kanalom

Na splošno se ta MOSFET aktivira vsakič, ko je napetost na vratih do vira 0 V, zato se tok napaja iz odvodnega kanala v izvorni kanal, dokler se na priključku vrat (G) ne uporabi pozitivna napetost. Delovanje MOSFET-a z osiromašenim kanalom N je drugačno v primerjavi z MOSFET-om za izboljšanje n-kanala. V tem MOSFET-u je uporabljena podlaga polprevodnik tipa p.

V tem MOSFET-u sta oba območja izvora in odtoka močno dopirana polprevodnika n-tipa. Vrzel med območji izvora in odtoka je razpršena skozi nečistoče tipa n.

Ko uporabimo potencialno razliko med izvornimi in odvodnimi priključki, tok teče po celotnem območju n substrata. Ko uporabimo -ve napetost na priključku vrat, se bodo nosilci naboja, kot so elektroni, razveljavili in premaknili navzdol v n-območje tik pod dielektrično plastjo silicijevega dioksida.

Posledično bodo pod dielektrično plastjo SiO2 plasti pozitivnih nepokritih ionov. Tako bo na ta način prišlo do izčrpavanja nosilcev naboja znotraj kanala. Tako se bo splošna prevodnost kanala zmanjšala.

V tem stanju, ko je enaka napetost uporabljena na odvodnem priključku, se bo tok na odtoku zmanjšal. Tu smo opazili, da je odvodni tok mogoče nadzorovati s spreminjanjem izčrpanosti nosilcev naboja znotraj kanala, zato je znan kot izčrpani MOSFET.

Tu so vrata v potencialu -ve, odvod je v potencialu +ve in vir je pri potencialu '0'. Posledično je napetostna razlika večja med odtokom in vrati kot izvorom in vrati, zato je širina osiromašene plasti bolj usmerjena proti odtoku kot proti izvoru.

Razlika med MOSFET kanala N in MOSFET kanala P

Razlika med n-kanalnim in p-kanalnim mosfetom vključuje naslednje.

Kako preizkusiti N-kanalni MOSFET

Spodaj so opisani koraki pri testiranju N-kanalnega MOSFET-a.

• Za testiranje n-kanalnega MOSFET-a se uporablja analogni multimeter. Za to moramo gumb postaviti v območje 10K.
• Za testiranje tega MOSFET-a najprej namestite črno sondo na odvodni zatič MOSFET-a in rdečo sondo na zatič vrat, da izpraznite notranjo kapacitivnost znotraj MOSFET-a.
• Po tem premaknite rdečo barvno sondo na izvorni zatič, medtem ko je črna sonda še vedno na odtočnem zatiču
• Z desnim prstom se dotaknite obeh zatičev vrat in odtoka, tako da lahko opazimo, da se bo kazalec analognega multimetra obrnil na sredino lestvice merilnika.
• Odstranite rdečo sondo multimetra in tudi desni prst z izvornega zatiča MOSFET-a, nato ponovno položite prst na rdečo sondo in izvorni zatič, kazalec bo še vedno ostal na sredini lestvice multimetra.
• Za izpraznitev moramo odstraniti rdečo sondo in se samo enkrat dotakniti zatiča vrat. Končno bo to ponovno izpraznilo notranjo kapacitivnost.
• Zdaj je treba ponovno uporabiti rdečo sondo, da se dotaknete izvornega zatiča, potem se kazalec multimetra sploh ne bo odklonil, saj ste ga prej izpraznili s preprostim dotikom zatiča vrat.

Značilnosti

N-kanalni MOSFET ima dve značilnosti, kot sta odvodna in prenosna.

Značilnosti odtoka

Odtočne lastnosti N-kanalnega mosfeta vključujejo naslednje.

• Karakteristike odtoka n-kanalnega MOSFET-a so narisane med izhodnim tokom in VDS, ki je znan kot VDS napetosti odvod v izvor.
• Kot lahko vidimo na diagramu, za različne vrednosti Vgs izrišemo trenutne vrednosti. Tako lahko vidimo različne risbe odtočnega toka v diagramu, kot so najnižja vrednost Vgs, največje vrednosti Vgs itd.
• V zgornjih značilnostih bo tok ostal konstanten po nekaj odtočne napetosti. Zato je za delovanje MOSFET-a potrebna minimalna napetost med odvodom in virom.
• Torej, ko povečamo 'Vgs', se širina kanala poveča, kar ima za posledico več ID-ja (odvodni tok).

Značilnosti prenosa

Prenosne značilnosti N-kanalnega MOSFET vključujejo naslednje.

• Značilnosti prenosa so znane tudi kot krivulja prevodnosti, ki je narisana med vhodno napetostjo (Vgs) in izhodnim tokom (ID).
• Sprva, kadar koli ni vrat do napetosti vira (Vgs), bo teklo zelo manj toka kot pri mikro amperih.
• Ko je napetost med vrati in izvorom pozitivna, se odvodni tok postopoma poveča.
• Nato pride do hitrega povečanja odvodnega toka, kar je enako povečanju v vgs.
• Odvodni tok je mogoče doseči z Id= K (Vgsq- Vtn)^2.

Aplikacije

The aplikacije n kanalnega mosfe t vključujejo naslednje.

• Ti MOSFET-ji se pogosto uporabljajo v aplikacijah nizkonapetostnih naprav, kot je polni most in ureditev mostu B6 z uporabo motorja in vira enosmernega toka.
• Ti MOSFET-ji so v pomoč pri preklopu negativnega napajanja za motor v obratni smeri.
• n-kanalni MOSFET deluje v nasičenih in mejnih območjih. potem deluje kot preklopno vezje.
• Ti MOSFET-i se uporabljajo za vklop/izklop LAMP ali LED.
• Ti so prednostni pri aplikacijah z velikim tokom.

Gre torej za pregled kanala n mosfet - deluje z aplikacijami. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je p kanalni mosfet?