N-kanavainen MOSFET: Piiri, toiminta, erot ja sen sovellukset

MOSFET on eräänlainen transistori, ja sitä kutsutaan myös nimellä IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor) tai MIFET (Metal Insulator Field Effect Transistor). Jonkin sisällä MOSFET , kanava ja hila erotetaan ohuen SiO2-kerroksen läpi ja ne muodostavat kapasitanssin, joka muuttuu hilajännitteen mukaan. Joten MOSFET toimii kuin MOS-kondensaattori, jota ohjataan tuloportin kautta lähdejännitteeseen. Siten MOSFETiä voidaan käyttää myös jänniteohjattavana kondensaattorina. MOSFETin rakenne on samanlainen kuin MOS-kondensaattorin, koska tämän kondensaattorin piipohja on p-tyyppinen.

Nämä luokitellaan neljään tyyppiin: p-kanavan tehostaminen, n-kanavan tehostaminen, p-kanavan ehtyminen ja n-kanavan tyhjennys. Tässä artikkelissa käsitellään yhtä MOSFET-tyyppistä, kuten N-kanavainen MOSFET – sovellusten parissa työskenteleminen.

Mikä on N-kanavainen MOSFET?

Eräs MOSFET-tyyppi, jossa MOSFET-kanava koostuu suurimmasta osasta varauksenkuljettajia, kuten elektroneja, tunnetaan nimellä N-kanavainen MOSFET. Kun tämä MOSFET on PÄÄLLÄ, suurin osa varauksenkantajista liikkuu koko kanavalla. Tämä MOSFET on vastakohta P-kanavan MOSFETille.

Tämä MOSFET sisältää N- kanava-alueen, joka sijaitsee lähde- ja nieluliittimien keskellä. Se on kolmen terminaalin laite, jossa terminaalit ovat G (portti), D (drain) ja S (lähde). Tässä transistorissa lähde ja valuma on voimakkaasti seostettu n+-alueella ja runko tai substraatti on P-tyyppiä.

Työskentely

Tämä MOSFET sisältää N-kanavaisen alueen, joka sijaitsee lähde- ja nieluliittimien keskellä. Se on kolminapainen laite, jossa liittimet ovat G (portti), D (drain) ja S (lähde). Tässä FET:ssä lähde ja valuma on voimakkaasti seostettu n+-alueella ja runko tai substraatti on P-tyyppiä.

Täällä kanava syntyy elektronien saapuessa. +ve-jännite myös houkuttelee elektroneja sekä n+-lähde- että valuma-alueelta kanavaan. Kun jännite syötetään nielun ja lähteiden väliin, virta kulkee vapaasti lähteen ja nielun välissä ja jännite hilalla yksinkertaisesti ohjaa varauksenkuljettajien elektroneja kanavassa. Vastaavasti, jos käytämme -ve-jännitettä hilaliittimeen, muodostuu reikäkanava oksidikerroksen alle.

N-kanavan MOSFET-symboli

N-kanavan MOSFET-symboli näkyy alla. Tämä MOSFET sisältää kolme liitintä, kuten lähde, tyhjennys ja portti. N-kanavaisessa MOSFET:ssä nuolen symbolin suunta on sisäänpäin. Joten nuolisymboli määrittää kanavatyypin, kuten P-kanava tai N-kanava.

N-kanavainen MOSFET-piiri

The piirikaavio harjattoman tasavirtapuhaltimen ohjaamiseksi N-kanavaisella MOSFETilla ja Arduino Uno rev3 näkyy alla. Tämä piiri voidaan rakentaa Arduino Uno rev3 -kortilla, n-kanavaisella mosfetilla, harjattomalla tasavirtatuulettimella ja liitäntäjohdoilla.

Tässä piirissä käytetty MOSFET on 2N7000 N-kanavainen MOSFET ja se on parannustyyppinen, joten meidän tulisi asettaa Arduinon lähtönasta korkealle tuulettimen tehon saamiseksi.

Tämän piirin liitännät ovat seuraavat:

• Kytke MOSFETin lähdenasta GND:hen
• MOSFETin portin nasta on kytketty Arduinon nastaan ​​2.
• MOSFETin tyhjennystappi tuulettimen mustaan ​​johtoon.
• Harjattoman tasavirtapuhaltimen punainen johto on kytketty leipälevyn positiiviseen kiskoon.
• Arduino 5V -nastasta on annettava ylimääräinen liitäntä leipälevyn positiiviseen kiskoon.

Yleensä MOSFETiä käytetään signaalien kytkemiseen ja vahvistamiseen. Tässä esimerkissä tätä mosfetia käytetään kytkimenä, joka sisältää kolme liitintä, kuten portti, lähde ja tyhjennys. N-kanavainen MOSFET on yhden tyyppinen jänniteohjattu laite, ja näitä MOSFET-laitteita on saatavana kahden tyyppisinä parannusmosfeteina ja tyhjennys-mosfeteina.

Yleensä parannus-MOSFET on pois päältä, kun Vgs (porttilähdejännite) on 0 V, joten hilaliittimeen tulisi antaa jännite, jotta virta kulkee läpi nielulähdekanavan. Sitä vastoin tyhjennys-MOSFET kytketään yleensä päälle, kun Vgs (portin lähdejännite) on 0 V, joten virta kulkee läpi nielun lähdekanavaan, kunnes + ve -jännite annetaan portin liittimessä.

Koodi

void setup() {
// laita asetuskoodisi tähän, jotta se suoritetaan kerran:
pinMode(2, OUTPUT);

}

void loop() {
// laita pääkoodisi tähän, jotta se suoritetaan toistuvasti:
digitalWrite(2, KORKEA);
viive (5000);
digitalWrite(2, LOW);
viive (5000);
}

Siten, kun 5v syöttö annetaan MOSFETin porttiliittimeen, harjaton tasavirtapuhallin kytkeytyy PÄÄLLE. Vastaavasti, kun 0v annetaan MOSFETin porttiliittimeen, tuuletin kytkeytyy pois päältä.

N-kanavan MOSFET-tyypit

N-kanavainen MOSFET on jänniteohjattu laite, joka on luokiteltu kahteen tyyppiin parannustyyppiin ja tyhjennystyyppeihin.

N-kanavan parannus MOSFET

Parannustyypin N kanavan MOSFET on yleensä pois päältä, kun hila-lähdejännite on nolla volttia, joten hilaliittimeen tulisi syöttää jännite, jotta virta syötetään koko nielulähdekanavalle.

n-kanavan lisäys-MOSFETin toiminta on sama kuin parannus-p-kanavan MOSFETin rakennetta ja toimintaa lukuun ottamatta. Tässä MOSFET-tyypissä p-tyypin substraatti, joka on kevyesti seostettu, voi muodostaa laitteen rungon. Lähde- ja valuma-alueet on seostettu voimakkaasti n-tyypin epäpuhtauksilla.

Tässä lähde ja runko on yleensä kytketty maadoitusliittimeen. Kun asetamme positiivisen jännitteen hilaliittimeen, p-tyypin substraatin vähemmistövarauksenkantajat vetävät puoleensa hilapäätettä hilan positiivisuuden ja vastaavan kapasitiivisen vaikutuksen vuoksi.

P-tyypin substraatin enemmistövarauksen kantajat, kuten elektronit ja vähemmistövarauksen kantajat, vedetään hilapäätettä kohti niin, että se muodostaa negatiivisen peittämättömän ionikerroksen dielektrisen kerroksen alle yhdistämällä elektronit uudelleen reikiin.

Jos lisäämme positiivista hilajännitettä jatkuvasti, rekombinaatioprosessi kyllästyy kynnysjännitetason jälkeen, jolloin varauksenkantajat, kuten elektronit, alkavat kerääntyä paikalleen muodostaen vapaita elektroneja johtavan kanavan. Nämä vapaat elektronit tulevat myös voimakkaasti seostetusta lähteestä ja tyhjentävät n-tyypin alueen.

Jos käytämme +ve-jännitettä tyhjennysliittimeen, virta kulkee siellä koko kanavassa. Joten kanavan vastus riippuu vapaista varauksen kantajista, kuten kanavan sisällä olevista elektroneista, ja jälleen nämä elektronit riippuvat laitteen hilapotentiaalista kanavassa. Kun vapaiden elektronien pitoisuus muodostaa kanavan, virran virtaus koko kanavassa paranee hilajännitteen kasvun vuoksi.

N Channel Depletion MOSFET

Yleensä tämä MOSFET aktivoituu aina, kun jännite lähteen portissa on 0 V, joten virtaa syötetään nielusta lähdekanavaan, kunnes positiivinen jännite syötetään portin (G) napaan. N-kanavan tyhjennys-MOSFET-toiminta on erilainen verrattuna n-kanavan lisäys-MOSFETiin. Tässä MOSFET:ssä substraattina käytetään p-tyyppistä puolijohdetta.

Tässä MOSFETissä sekä lähde- että nielualueet ovat voimakkaasti seostettuja n-tyypin puolijohteita. Sekä lähde- että valuma-alueen välinen rako hajaantuu n-tyypin epäpuhtauksien läpi.

Kun käytämme potentiaalieroa lähde- ja nieluliittimien välillä, virta kulkee koko substraatin n alueella. Kun käytämme -ve-jännitettä hilaterminaaliin, varauksen kantajat, kuten elektronit, kumoutuvat ja siirtyvät alaspäin n-alueella juuri piidioksididielektrisen kerroksen alla.

Näin ollen SiO2-dielektrisen kerroksen alla tulee olemaan positiivisia peittämättömiä ionikerroksia. Joten tällä tavalla kanavan sisällä tapahtuu varauskantajien ehtymistä. Näin ollen kanavan kokonaisjohtavuus heikkenee.

Tässä tilassa, kun sama jännite syötetään nieluliittimeen, nielun virta pienenee. Tässä olemme havainneet, että nieluvirtaa voidaan ohjata muuttamalla varauksenkuljettajien ehtymistä kanavassa, joten se tunnetaan nimellä depletion MOSFET.

Tässä portti on -ve-potentiaalissa, nielu on +ve-potentiaalissa ja lähde on '0'-potentiaalissa. Tämän seurauksena jännite-ero on enemmän nielun hilalle kuin lähteen hilalle, joten tyhjennyskerroksen leveys on enemmän viemäriin kuin lähteeseen.

Ero N-kanavan MOSFETin ja P-kanavan MOSFETin välillä

Ero n-kanavan ja p-kanavan mosfetin välillä sisältää seuraavan.

N-kanavaisen MOSFETin testaus

N-kanavan MOSFET-testauksen vaiheita käsitellään alla.

• N-kanavaisen MOSFETin testaamiseen käytetään analogista yleismittaria. Tätä varten meidän on asetettava nuppi 10K-alueelle.
• Tämän MOSFETin testaamista varten aseta ensin musta anturi MOSFETin tyhjennystappiin ja punainen anturi hilan nastan purkaaksesi MOSFETin sisäisen kapasitanssin.
• Siirrä sen jälkeen punainen värianturi lähdetappiin, kun musta anturi on edelleen tyhjennystapissa
• Kosketa oikealla sormella sekä porttia että tyhjennystappeja, jotta voimme havaita, että analogisen yleismittarin osoitin kääntyy sivuun mittarin asteikon keskialueelle.
• Ota pois yleismittarin punainen anturi ja myös oikea sormi MOSFETin lähdenastasta ja aseta sitten sormi punaiseen anturiin ja lähdetappiin, osoitin pysyy silti yleismittarin asteikon keskellä.
• Sen purkamista varten meidän on poistettava punainen anturi ja vain kerran kosketus portin tappiin. Lopuksi tämä purkaa jälleen sisäisen kapasitanssin.
• Nyt punaista anturia on käytettävä uudelleen koskettamaan lähdetappia, jolloin yleismittarin osoitin ei taipu ollenkaan, koska olet aiemmin purkanut sen yksinkertaisesti koskettamalla porttitappia.

Ominaisuudet

N-kanavaisella MOSFETillä on kaksi ominaisuutta, kuten nieluominaisuudet ja siirtoominaisuudet.

Viemärin ominaisuudet

N-kanavaisen mosfetin tyhjennysominaisuudet ovat seuraavat.

• N-kanavaisen MOSFETin nieluominaisuudet on piirretty lähtövirran ja VDS:n väliin, joka tunnetaan nimellä Drain to source -jännite VDS.
• Kuten kaaviosta näemme, eri Vgs-arvoille piirrämme nykyiset arvot. Joten voimme nähdä kaaviossa erilaisia ​​tyhjennysvirran kuvaajia, kuten pienin Vgs-arvo, maksimi Vgs-arvo jne.
• Yllä olevissa ominaisuuksissa virta pysyy vakiona jonkin verran tyhjennysjännitteen jälkeen. Siksi nielun lähteeseen tarvitaan minimijännite MOSFETin toimimiseksi.
• Joten kun lisäämme 'Vgs': tä, kanavan leveys kasvaa ja mikä johtaa enemmän ID: hen (tyhjennysvirta).

Siirron ominaisuudet

N-kanavaisen MOSFETin siirto-ominaisuudet ovat seuraavat.

• Siirto-ominaisuudet tunnetaan myös transkonduktanssikäyränä, joka piirretään tulojännitteen (Vgs) ja lähtövirran (ID) väliin.
• Aluksi aina kun lähdejännitteeseen (Vgs) ei ole porttia, virtaa kulkee hyvin vähemmän kuin mikroampeereissa.
• Kun portin lähteen jännite on positiivinen, tyhjennysvirta kasvaa vähitellen.
• Myöhemmin tyhjennysvirta kasvaa nopeasti, mikä vastaa vgs:n kasvua.
• Tyhjennysvirta voidaan saavuttaa kautta Id= K (Vgsq-Vtn)^2.

Sovellukset

The n-kanavan mosfe-sovellukset t sisällä seuraavia.

• Näitä MOSFETejä käytetään usein pienjännitelaitteiden sovelluksissa, kuten täyssillassa ja B6-siltajärjestelyssä, jossa käytetään moottoria ja tasavirtalähdettä.
• Nämä MOSFETit auttavat vaihtamaan moottorin negatiivista syöttöä päinvastaiseen suuntaan.
• N-kanavainen MOSFET toimii kyllästymis- ja katkaisualueilla. silloin se toimii kuin kytkentäpiiri.
• Näitä MOSFETS-laitteita käytetään lampun tai LEDin kytkemiseen ON/OFF-asentoon.
• Nämä ovat suositeltavia suurivirtasovelluksissa.

Näin ollen tässä on kyse n-kanavan yleiskatsauksesta mosfet - toimii sovellusten kanssa. Tässä on kysymys sinulle, mikä on p-kanavan mosfet?