MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) -transistori on puolijohdelaite, jota käytetään laajasti kytkentätarkoituksiin ja elektronisten laitteiden elektronisten signaalien vahvistamiseen. MOSFET on joko ydin tai integroitu piiri, jossa se on suunniteltu ja valmistettu yhdellä sirulla, koska laitetta on saatavana hyvin pieninä kokona. MOSFET-laitteen käyttöönotto on muuttanut verkkotunnusta elektroniikan kytkentä . Mennään yksityiskohtainen selitys tästä käsitteestä.

Mikä on MOSFET?

MOSFET on nelinapainen laite, jossa on lähde (S), portti (G), tyhjennys (D) ja runko (B). Yleensä MOSFETin runko on lähdeliittimen yhteydessä ja muodostaa siten kolminapaisen laitteen, kuten kenttätransistorin. MOSFETia pidetään yleensä transistorina ja sitä käytetään sekä analogisissa että digitaalisissa piireissä. Tämä on perusta MOSFETin esittely . Ja tämän laitteen yleinen rakenne on seuraava:

MOSFET

Edellä esitetystä MOSFET-rakenne , MOSFETin toimivuus riippuu kanavan leveydessä tapahtuvista sähköisistä vaihteluista yhdessä kantoaaltojen (joko reikien tai elektronien) virtauksen kanssa. Latauskantajat tulevat kanavaan lähdepäätteen kautta ja poistuvat viemärin kautta.

Kanavan leveyttä säätelee jännite elektrodissa, jota kutsutaan portiksi, ja se sijaitsee lähteen ja viemärin välissä. Se on eristetty kanavasta lähellä erittäin ohutta metallioksidikerrosta. Laitteessa oleva MOS-kapasiteetti on ratkaiseva osa, jossa koko operaatio on tämän alueen yli.

MOSFET terminaaleilla

MOSFET voi toimia kahdella tavalla

Ehtymistila
Parannustila

Ehtymistila

Kun portin liittimen yli ei ole jännitettä, kanava näyttää suurimman johtokykynsä. Kun portin liittimen jännite on joko positiivinen tai negatiivinen, kanavan johtavuus pienenee.

Esimerkiksi

Parannustila

Kun portin liittimen yli ei ole jännitettä, laite ei johda. Kun hilaliittimen yli on maksimijännite, laite näyttää parantuneen johtavuuden.

Parannustila

MOSFETin toimintaperiaate

MOSFET-laitteen pääperiaatteena on pystyä ohjaamaan jännitettä ja virtaa lähteen ja tyhjennysliittimien välillä. Se toimii melkein kuin kytkin ja laitteen toiminnallisuus perustuu MOS-kondensaattoriin. MOS-kondensaattori on pääosa MOSFETistä.

Lähteen ja tyhjennysterminaalin välissä oleva alla olevan oksidikerroksen puolijohdepinta voidaan kääntää p-tyypistä n-tyypiksi soveltamalla joko positiivista tai negatiivista hilajännitettä. Kun käytämme vastahäiriötä positiiviselle hilajännitteelle, oksidikerroksen alla olevat reiät työnnetään alaspäin alustan kanssa.

Pienennysalue, jossa asuvat sitoutuneet negatiiviset varaukset, jotka liittyvät akseptoriatomeihin. Kun elektronit saavutetaan, kehitetään kanava. Positiivinen jännite houkuttelee myös elektroneja n + -lähteestä ja tyhjennysalueista kanavaan. Jos nyt viemärin ja lähteen väliin syötetään jännitettä, virta kulkee vapaasti lähteen ja viemärin välillä ja hilajännite ohjaa kanavan elektroneja. Positiivisen jännitteen sijasta, jos käytämme negatiivista jännitettä, muodostuu reikäkanava oksidikerroksen alle.

MOSFET-lohkokaavio

P-kanavainen MOSFET

P-kanavan MOSFET: ssä on P-kanava-alue, joka sijaitsee lähde- ja tyhjennysliittimien välissä. Se on nelinapainen laite, jonka päätteet ovat portti, viemäri, lähde ja runko. Viemäri ja lähde ovat voimakkaasti seostettua p + -aluetta ja runko tai substraatti on n-tyyppistä. Virran virtaus on positiivisesti varautuneiden reikien suuntaan.

Kun käytämme negatiivista jännitettä hylkivällä voimalla portin liittimeen, oksidikerroksen alla olevat elektronit työnnetään alaspäin alustaan. Puutosalue, jossa asuvat sitoutuneet positiiviset varaukset, jotka liittyvät luovuttaja-atomeihin. Negatiivinen hilajännite houkuttelee myös reikiä p + -lähteestä ja tyhjennysalueesta kanava-alueelle.

Pienennystila P -kanava

P-kanavan parannettu tila

N-kanavainen MOSFET

N-Channel MOSFET: ssä on N-kanava-alue, joka sijaitsee lähde- ja tyhjennysliittimien välissä. Se on nelinapainen laite, jonka liittimet ovat portti, viemäri, lähde, runko. Tämäntyyppisessä kenttäefektitransistorissa tyhjennys ja lähde ovat voimakkaasti seostettuja n + -aluetta ja substraatti tai runko ovat P-tyyppisiä.

Tämän tyyppisessä MOSFET-virtavirta tapahtuu negatiivisesti varautuneiden elektronien takia. Kun käytämme positiivista jännitettä hylkivällä voimalla portin päätteeseen, oksidikerroksen alla olevat reiät työnnetään alaspäin alustaan. Puuttumisalue on asuttu sitoutuneilla negatiivisilla varauksilla, jotka liittyvät akseptoriatomeihin.

Elektronien ulottuvilla kanava muodostuu. Positiivinen jännite houkuttelee myös elektroneja n + -lähteestä ja tyhjennysalueista kanavaan. Jos nyt viemärin ja lähteen väliin syötetään jännitettä, virta virtaa vapaasti lähteen ja viemärin välillä ja hilajännite ohjaa kanavan elektroneja. Positiivisen jännitteen sijasta, jos käytämme negatiivista jännitettä, muodostuu reikäkanava oksidikerroksen alle.

“3 -vaiheinen moottorinohjain ”

Parannustila N-kanava

MOSFET-operaation alueet

Yleisimmässä tilanteessa tämän laitteen toimintaa tapahtuu pääasiassa kolmella alueella, ja ne ovat seuraavat:

Raja-alue - Se on alue, jolla laite on OFF-tilassa ja sen läpi virtaa nolla virtaa. Tässä laite toimii peruskytkimenä ja sitä käytetään niin kuin silloin, kun niitä tarvitaan toimimaan sähkökytkiminä.
Kylläisyysalue - Tällä alueella laitteiden tyhjennys lähdevirtalähteen arvoon on vakio ottamatta huomioon viemärin ja lähteen välisen jännitteen parannusta. Tämä tapahtuu vain kerran, kun jännite viemärin kautta lähdeliittimeen kasvaa enemmän kuin puristusjännitteen arvo. Tässä skenaariossa laite toimii suljettuna kytkimenä, jossa kyllästetty virta virtaa lähteen liittimiin. Tästä syystä saturaatioalue valitaan, kun laitteiden oletetaan suorittavan kytkennät.
Lineaarinen / ohminen alue - Se on alue, jolla virta viemärin kautta lähtöliittimeen kasvaa jännitteen kasvaessa viemärin ja lähteen välisen polun yli. Kun MOSFET-laitteet toimivat tällä lineaarisella alueella, ne suorittavat vahvistimen toimintoja.

Tarkastellaan nyt MOSFETin kytkentäominaisuuksia

Puolijohde, kuten MOSFET tai kaksisuuntainen liitostransistori, toimii periaatteessa kytkiminä kahdessa tilanteessa, joista toinen on ON-tilassa ja toinen OFF-tilassa. Tarkastellaksemme tätä toimintoa, katsokaamme MOSFET-laitteen ihanteellisia ja käytännöllisiä ominaisuuksia.

Ihanteelliset kytkimen ominaisuudet

Kun MOSFETin odotetaan toimivan ihanteellisena kytkimenä, sen tulisi olla alla olevien ominaisuuksien kanssa

ON-tilassa on oltava sen nykyinen rajoitus
POIS-tilassa jännitetasojen estämisellä ei saisi olla minkäänlaisia rajoituksia
Kun laite toimii ON-tilassa, jännitteen pudotusarvon tulisi olla nolla
Vastuksen OFF-tilassa tulisi olla ääretön
Toiminnan nopeutta ei pitäisi rajoittaa

Käytännölliset kytkimen ominaisuudet

Koska maailma ei ole vain kiinni ihanteellisista sovelluksista, MOSFETin toimintaa voidaan käyttää jopa käytännön tarkoituksiin. Käytännön tilanteessa laitteella tulisi olla seuraavat ominaisuudet

ON-tilassa virranhallintakykyjen tulisi olla rajoitettuja, mikä tarkoittaa, että johtovirran virtausta on rajoitettava.
OFF-tilassa estojännitetasoja ei pitäisi rajoittaa
Virran kytkeminen päälle ja pois päältä rajalliseksi ajaksi rajoittaa laitteen rajoittavaa nopeutta ja jopa rajoittaa toimintataajuutta
MOSFET-laitteen ON-tilassa on minimaalisia vastusarvoja, jos tämä johtaa jännitteen pudotukseen eteenpäin suuntautuvassa esijännityksessä. Lisäksi on olemassa rajallinen POIS-tilan vastus, joka tuottaa päinvastaisen vuotovirran
Kun laite toimii käytännön ominaisuuksissa, se menettää virran päälle ja pois -tiloissa. Tämä tapahtuu myös siirtymätiloissa.

Esimerkki MOSFET-kytkimestä

Alla olevassa piirijärjestelyssä käytetään parannettua tilaa ja N-kanavaista MOSFET-mallilampun kytkemistä olosuhteiden ollessa PÄÄLLÄ ja POIS. Portin liittimen positiivinen jännite kohdistetaan transistorin pohjaan ja lamppu siirtyy ON-tilaan ja tässä V_GS= + v tai nollajännitetasolla laite kytkeytyy pois päältä -tilaan, jossa V_GS= 0.

“kuinka muuntaa yksivaiheinen kolmivaiheiseksi piirikaavioksi ”

MOSFET kytkimenä

Jos lampun resistiivinen kuorma oli tarkoitus korvata induktiivisella kuormalla ja liittää releeseen tai diodiin, joka on suojattu kuormitukselle. Edellä olevassa piirissä se on hyvin yksinkertainen piiri resistiivisen kuorman, kuten lampun tai LED: n, kytkemiseksi. Mutta kun MOSFETiä käytetään kytkimenä joko induktiivisella tai kapasitiivisella kuormalla, MOSFET-laitteelle tarvitaan suojaus.

Jos MOSFETiä ei ole suojattu, se voi vahingoittaa laitetta. Jotta MOSFET toimisi analogisena kytkinlaitteena, se on vaihdettava sen raja-alueen välillä, jossa V_GS= 0 ja kyllästysalue, jossa V_GS= + v.

Videon kuvaus

MOSFET voi toimia myös transistorina, ja se on lyhennetty metallioksidipäästötransistoriksi. Tässä nimi itse osoitti, että laitetta voidaan käyttää transistorina. Siinä on P-kanava ja N-kanava. Laite on kytketty tällä tavalla käyttämällä neljää lähde-, portti- ja tyhjennysliitintä, ja 24 Ω: n resistiivinen kuorma kytketään sarjaan ampeerimittarilla ja jännitemittari on kytketty MOSFETin yli.

Transistorissa virran virtaus portissa on positiivisessa suunnassa ja lähdeliitin on kytketty maahan. Bipolaarisissa liitostransistorilaitteissa virtavirta on emäksen ja emitterin välisen polun poikki. Mutta tässä laitteessa ei ole virtausta, koska portin alussa on kondensaattori, se vaatii vain jännitettä.

Tämä voi tapahtua jatkamalla simulointiprosessia ja kytkemällä päälle / pois päältä. Kun kytkin on PÄÄLLÄ, virtaa ei virtaa virtapiirin yli, kun 24Ω: n ja 0,29 ampeerimittarin jännitteen vastus on kytketty, löydämme merkityksetön jännitehäviön lähteen yli, koska laitteen yli on + 0,21 V

Viemärin ja lähteen välistä vastusta kutsutaan RDS: ksi. Tämän RDS: n ansiosta jännitehäviö ilmestyy, kun piirissä on virtaa. RDS vaihtelee laitteen tyypin mukaan (se voi vaihdella välillä 0,001, 0,005 ja 0,05 jännitetyypin mukaan.

Harvat opittavista käsitteistä ovat:

1). Kuinka valita MOSFET kytkimeksi ?

On vain vähän ehtoja, joita on noudatettava, kun valitset MOSFET-kytkimen, ja ne ovat seuraavat:

Napaisuuden käyttö joko P- tai N-kanavalla
Suurin käyttöjännite- ja virta-arvot
Lisääntynyt Rds ON, mikä tarkoittaa sitä vastustusta Drain to Source -liittimessä, kun kanava on täysin auki
Parannettu toimintataajuus
Pakkauslaji on To-220 ja DPAck ja monet muut.

2). Mikä on MOSFET-kytkimen tehokkuus?

Tärkein rajoitus silloin, kun MOSFET-laitetta käytetään kytkinlaitteena, on parannettu tyhjennysvirran arvo, johon laite pystyy. Se tarkoittaa, että RDS ON-tilassa on ratkaiseva parametri, joka päättää MOSFETin kytkentäkyvyn. Se esitetään tyhjennyslähteen jännitteen ja tyhjennysvirran suhteena. Se on laskettava vain transistorin ON-tilassa.

3). Miksi MOSFET-kytkintä käytetään Boost Converterissa?

Yleensä tehostinmuunnin tarvitsee kytkentätransistorin laitteen toimintaan. Joten kytkentätransistoreina käytetään MOSFET-laitteita. Näitä laitteita käytetään nykyisen arvon ja jännitteen arvojen tuntemiseen. Kun otetaan huomioon kytkentänopeus ja kustannukset, niitä käytetään myös laajasti.

Samalla tavalla MOSFETiä voidaan käyttää myös monin tavoin. ja ne ovat

MOSFET LED-kytkimeksi
remove_circle_outline
MOSFET kytkimeksi Arduinolle
MOSFET-kytkin vaihtovirralle
MOSFET-kytkin tasavirtamoottorille
MOSFET-kytkin negatiiviselle jännitteelle
MOSFET kytkin Arduinon kanssa
MOSFET kytkimellä mikrokontrollerilla
MOSFET-kytkin hystereesillä
MOSFET kytkindiodina ja aktiivisena vastuksena
MOSFET kytkimen yhtälöksi
MOSFET-kytkin airsoftille
MOSFET kytkinporttivastuksena
MOSFET kytkentäsolenoidina
MOSFET-kytkin optokytkimen avulla
MOSFET-kytkin hystereesillä

MOSFETin käyttäminen kytkimenä

Yksi tämän laitteen tärkeimmistä esimerkeistä on, että sitä käytetään katuvalojen automaattisena kirkkauden säätimenä. Nykyään monet valtateillä havaitsemistamme valoista koostuvat suuritehoisista purkauslampuista. Mutta HID-lamppujen käyttö kuluttaa enemmän energiatasoja.

Kirkkautta ei voida rajoittaa vaatimuksen perusteella, ja tämän vuoksi vaihtoehtoiselle valaistusmenetelmälle on oltava kytkin ja se on LED. LED-järjestelmän avulla voitetaan suuritehoisten lamppujen haitat. Tämän rakentamisen pääkonsepti oli ohjata valoja suoraan moottoriteillä käyttämällä mikroprosessoria.

MOSFET-sovellus kytkimenä

Tämä voidaan saavuttaa vain muokkaamalla kellopulsseja. Tarpeesta johtuen tätä laitetta käytetään lamppujen vaihtamiseen. Se koostuu vadelma pi-levystä, jossa se sisältyy prosessoriin hallintaa varten. Tässä LEDit voidaan korvata HID: iden sijasta, ja niillä on yhteys prosessoriin MOSFETin kautta. Mikrokontrolleri toimittaa vastaavat toimintajaksot ja siirtyy sitten MOSFETiin korkean intensiteetin aikaansaamiseksi.

Edut

Harvat edut ovat:

Se parantaa tehokkuutta myös silloin, kun se toimii pienimmällä jännitetasolla
Porttivirtaa ei ole läsnä, mikä luo enemmän tuloimpedanssia, mikä lisää laitteen kytkentänopeutta
Nämä laitteet voivat toimia minimaalisella tehotasolla ja käyttävät minimaalista virtaa

Haitat

Harvat haitat ovat:

Kun näitä laitteita käytetään ylikuormitusjännitteillä, se aiheuttaa laitteen epävakautta
Koska laitteilla on ohut oksidikerros, se voi vahingoittaa laitetta sähköstaattisten varausten stimuloimana

Sovellukset

MOSFETin sovellukset ovat

MOSFETistä valmistettuja vahvistimia käytetään erittäin laajasti taajuussovelluksissa
DC-moottorit säätävät nämä laitteet
Koska niillä on parannettu kytkentänopeus, se toimii täydellisesti chopper-vahvistimien rakentamiseen
Toimii passiivisena komponenttina erilaisille elektronisille elementeille.

Loppujen lopuksi voidaan päätellä, että transistori vaatii virtaa, kun taas MOSFET vaatii jännitettä. MOSFETin ajovaatimus on paljon parempi, paljon yksinkertaisempi kuin BJT. Ja myös tietää Kuinka johdan Mosfetin kytkimeen?

Valokuvahyvitykset