MOSFET z kanałem N: obwód, praca, różnice i jego zastosowania

MOSFET jest rodzajem tranzystora i jest również nazywany IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor) lub MIFET (Metal Insulator Field Effect Transistor). W MOSFET , kanał i bramka są oddzielone cienką warstwą SiO2 i tworzą pojemność, która zmienia się wraz z napięciem bramki. Tak więc MOSFET działa jak kondensator MOS, który jest kontrolowany przez bramkę wejściową do napięcia źródłowego. W ten sposób MOSFET może być również używany jako kondensator sterowany napięciem. Struktura MOSFET jest podobna do kondensatora MOS, ponieważ krzemowa baza w tym kondensatorze jest typu p.

Są one podzielone na cztery typy wzmocnienia p-kanałowego, uwydatnienia n-kanałowego, wyczerpywania p-kanałowego i zubożenia n-kanałowego. W tym artykule omówiono jeden z typów tranzystorów MOSFET, takich jak N-kanałowy MOSFET – praca z aplikacjami.

Co to jest N-kanałowy MOSFET?

Typ MOSFET, w którym kanał MOSFET składa się z większości nośników ładunku, takich jak nośniki prądu, takie jak elektrony, jest znany jako MOSFET z kanałem N. Gdy ten MOSFET jest WŁĄCZONY, większość nośników ładunku będzie poruszać się po całym kanale. Ten MOSFET jest przeciwieństwem P-Channel MOSFET.

Ten MOSFET zawiera N- obszar kanału, który znajduje się pośrodku zacisków źródła i odpływu. Jest to urządzenie z trzema zaciskami, w których zaciski to G (brama), D (odpływ) i S (źródło). W tym tranzystorze źródło i dren są silnie domieszkowane regionem n+, a ciało lub podłoże jest typu P.

Pracujący

Ten MOSFET zawiera region kanału N, który znajduje się pośrodku zacisków źródła i spustu. Jest to urządzenie z trzema zaciskami, gdzie zaciski to G (brama), D (dren) i S (źródło). W tym FET źródło i dren są silnie domieszkowane regionem n+, a ciało lub substrat jest typu P.

Tutaj kanał jest tworzony po przybyciu elektronów. Napięcie +ve przyciąga również elektrony z obu obszarów źródła n+ i drenu do kanału. Gdy napięcie zostanie przyłożone między drenem i źródłami, prąd swobodnie przepływa między źródłem i drenem, a napięcie na bramce po prostu kontroluje elektrony nośników ładunku w kanale. Podobnie, jeśli zastosujemy napięcie –ve na zacisku bramki, to pod warstwą tlenku tworzy się kanał dziury.

Symbol kanału N MOSFET

Symbol N-kanałowego MOSFET jest pokazany poniżej. Ten MOSFET zawiera trzy terminale, takie jak źródło, dren i brama. W przypadku mosfetu n-kanałowego kierunek symbolu strzałki jest skierowany do wewnątrz. Tak więc symbol strzałki określa typ kanału, taki jak kanał P lub kanał N.

Obwód N-kanałowy MOSFET

The schemat obwodu do sterowania bezszczotkowym wentylatorem prądu stałego za pomocą mosfeta z kanałem N oraz Arduino Uno wer.3 pokazano poniżej. Ten obwód może być zbudowany z płyty Arduino Uno rev3, n-kanałowym mosfetem, bezszczotkowym wentylatorem prądu stałego i przewodami połączeniowymi.

MOSFET użyty w tym obwodzie to 2N7000 N-kanałowy MOSFET i jest to typ rozszerzenia, dlatego powinniśmy ustawić pin wyjściowy Arduino na wysoki, aby zapewnić zasilanie wentylatora.

Połączenia tego obwodu są następujące;

• Podłącz pin źródłowy MOSFET do GND
• Pin bramki MOSFET jest podłączony do pinu 2 Arduino.
• Kołek spustowy MOSFET do przewodu w kolorze czarnym wentylatora.
• Czerwony przewód bezszczotkowego wentylatora prądu stałego jest podłączony do dodatniej szyny płytki stykowej.
• Należy zapewnić dodatkowe połączenie z pinu Arduino 5V do dodatniej szyny płytki stykowej.

Ogólnie rzecz biorąc, MOSFET służy do przełączania i wzmacniania sygnałów. W tym przykładzie ten mosfet jest używany jako przełącznik, który zawiera trzy terminale, takie jak brama, źródło i dren. n-kanałowy MOSFET jest jednym z typów urządzeń sterowanych napięciem, a te MOSFETy są dostępne w dwóch typach mosfetów wzmacniających i mosfetowych zubożających.

Ogólnie rzecz biorąc, wzmocnienie MOSFET jest wyłączone, gdy Vgs (napięcie bramka-źródło) wynosi 0 V, dlatego napięcie powinno być dostarczone do zacisku bramki, aby prąd przepływał przez kanał dren-źródło. Natomiast MOSFET zubożony jest zwykle włączany, gdy Vgs (napięcie bramka-źródło) wynosi 0 V, tak że prąd przepływa przez dren do kanału źródłowego, aż do momentu podania napięcia +ve na zacisku bramki.

Kod

pusta konfiguracja () {
// umieść tutaj swój kod instalacyjny, aby uruchomić raz:
pinMode(2, WYJŚCIE);

}

pusta pętla () {
// umieść tutaj swój główny kod, aby uruchamiał się wielokrotnie:
digitalWrite(2, WYSOKI);
opóźnienie(5000);
digitalWrite(2, NISKI);
opóźnienie(5000);
}

Tak więc, gdy zasilanie 5 V zostanie podane do zacisku bramki mosfet, bezszczotkowy wentylator prądu stałego zostanie włączony. Podobnie, gdy napięcie 0V zostanie podane do zacisku bramki mosfet, wentylator zostanie wyłączony.

Rodzaje N-kanałowych MOSFET

MOSFET z kanałem N to urządzenie sterowane napięciem, które jest podzielone na dwa typy typu wzmocnienia i typu wyczerpania.

Wzmocnienie kanału N MOSFET

Wzmocniony kanał MOSFET typu N jest generalnie wyłączony, gdy napięcie bramki do źródła wynosi zero woltów, dlatego napięcie powinno być dostarczone do zacisku bramki, aby prąd dostarczał przez kanał dren-źródło.

Działanie wzmocnienia n-kanałowego MOSFET-u jest takie samo, jak wzbogacającego n-kanałowego MOSFET-u, z wyjątkiem budowy i działania. W tego typu tranzystorach MOSFET podłoże typu p, które jest lekko domieszkowane, może tworzyć korpus urządzenia. Regiony źródłowe i drenażowe są silnie domieszkowane zanieczyszczeniami typu n.

Tutaj źródło i korpus są zwykle połączone z zaciskiem uziemienia. Po przyłożeniu dodatniego napięcia do zacisku bramki, nośniki ładunku mniejszościowego podłoża typu p będą przyciągać się w kierunku zacisku bramki ze względu na dodatniość bramki i równoważny efekt pojemnościowy.

Większość nośników ładunku, takich jak elektrony i nośniki ładunku mniejszościowego podłoża typu p, zostanie przyciągnięta w kierunku końcówki bramki, tak że utworzy pod warstwą dielektryczną ujemną warstwę jonów odsłoniętych przez rekombinację elektronów z dziurami.

Jeśli stale zwiększamy dodatnie napięcie bramki, proces rekombinacji zostanie nasycony po progowym poziomie napięcia, a następnie nośniki ładunku, takie jak elektrony, zaczną gromadzić się w tym miejscu, tworząc kanał przewodzący wolne elektrony. Te wolne elektrony będą również pochodzić z silnie domieszkowanego źródła i drenować region typu n.

Jeśli przyłożymy napięcie +ve do zacisku spustowego, prąd będzie przepływał przez kanał. Tak więc rezystancja kanału będzie zależeć od wolnych nośników ładunku, takich jak elektrony w kanale i ponownie te elektrony będą zależeć od potencjału bramki urządzenia w kanale. Gdy w kanale utworzy się koncentracja wolnych elektronów, przepływ prądu w kanale zostanie zwiększony z powodu wzrostu napięcia bramki.

MOSFET z wyczerpywaniem kanału N

Ogólnie rzecz biorąc, ten MOSFET jest aktywowany, gdy napięcie na bramce do źródła wynosi 0 V, dlatego prąd dostarczany jest z drenu do kanału źródłowego, dopóki na zacisku bramki (G) nie zostanie przyłożone napięcie dodatnie. Działanie MOSFET-a zubożającego N-kanał jest inne w porównaniu z MOSFET-em z n-kanałowym wzmocnieniem. W tym tranzystorze MOSFET użytym podłożem jest półprzewodnik typu p.

W tym tranzystorze MOSFET zarówno regiony źródła, jak i drenu są silnie domieszkowanymi półprzewodnikami typu n. Szczelina między obszarami źródła i odpływu jest rozpraszana przez zanieczyszczenia typu n.

Gdy zastosujemy różnicę potencjałów między zaciskami źródła i drenu, prąd płynie przez obszar n podłoża. Kiedy zastosujemy napięcie -ve na zacisku bramki, nośniki ładunku, takie jak elektrony, zostaną uchylone i przesunięte w dół w regionie n tuż pod warstwą dielektryka dwutlenku krzemu.

W konsekwencji pod warstwą dielektryczną SiO2 będą znajdować się dodatnie warstwy jonów nieosłoniętych. W ten sposób w kanale nastąpi wyczerpanie nośników ładunku. W ten sposób zmniejszy się ogólna przewodność kanału.

W tym stanie, gdy to samo napięcie jest przyłożone do końcówki spustowej, prąd na drenażu zmniejszy się. Tutaj zaobserwowaliśmy, że prąd drenu może być kontrolowany przez zmianę zubożenia nośników ładunku w kanale, więc jest to znane jako zubożony MOSFET.

Tutaj bramka jest na potencjale -ve, dren jest na potencjale +ve, a źródło ma potencjał „0”. W rezultacie różnica napięć jest większa między drenem a bramką niż źródłem i bramką, dlatego szerokość warstwy zubożonej jest bardziej w kierunku drenu niż źródła.

Różnica między kanałem N MOSFET i kanałem P MOSFET

Różnica między n-kanałowym i p-kanałowym mosfetem obejmuje następujące elementy.

Jak przetestować MOSFET z kanałem N?

Kroki związane z testowaniem N-kanałowego MOSFET są omówione poniżej.

• Aby przetestować n-kanałowy MOSFET, używany jest multimetr analogowy. W tym celu musimy ustawić gałkę w zakresie 10K.
• Aby przetestować ten MOSFET, najpierw umieść czarną sondę na bolcu spustowym MOSFET, a czerwoną sondę na bolcu bramki, aby rozładować wewnętrzną pojemność w MOSFET-ie.
• Następnie przesuń czerwoną sondę koloru do bolca źródłowego, podczas gdy czarna sonda nadal znajduje się na bolcu spustowym
• Użyj prawego palca, aby dotknąć obu pinów bramki i spustu, abyśmy mogli zaobserwować, że wskazówka multimetru analogowego przesunie się na środkowy zakres skali miernika.
• Zdejmij czerwoną sondę multimetru, a także prawy palec z pinu źródłowego MOSFET, a następnie ponownie umieść palec na czerwonej sondzie i pinzie źródłowym, wskaźnik nadal pozostanie na środku skali multimetru.
• Aby go rozładować, musimy wyjąć czerwoną sondę i tylko raz dotknąć bolca bramki. W końcu to ponownie rozładuje wewnętrzną pojemność.
• Teraz czerwona sonda musi ponownie użyć, aby dotknąć szpilki źródłowej, wtedy wskazówka multimetru nie będzie się w ogóle odchylać, tak jak wcześniej rozładowałeś ją po prostu dotykając szpilki bramki.

Charakterystyka

N-kanałowy MOSFET ma dwie cechy, takie jak charakterystyka odpływu i charakterystyka przenoszenia.

Charakterystyka odpływu

Charakterystyka drenażu mosfetu N-kanałowego obejmuje następujące elementy.

• Charakterystyki drenu n-kanałowych mosfetów są wykreślone pomiędzy prądem wyjściowym a VDS, co jest znane jako VDS od drenażu do źródła.
• Jak widać na diagramie, dla różnych wartości Vgs wykreślamy wartości bieżące. Możemy więc zobaczyć różne wykresy prądu drenu na schemacie, takie jak najniższa wartość Vgs, maksymalna wartość Vgs itp.
• W powyższej charakterystyce prąd pozostanie stały po pewnym napięciu drenażu. Dlatego do pracy MOSFET wymagane jest minimalne napięcie od drenu do źródła.
• Tak więc, gdy zwiększymy „Vgs”, szerokość kanału zostanie zwiększona, co skutkuje większym ID (prądem drenażu).

Charakterystyka transferu

Charakterystyki przenoszenia mosfetu N-kanałowego obejmują następujące elementy.

• Charakterystyki przenoszenia są również znane jako krzywa transkonduktancji, która jest wykreślana pomiędzy napięciem wejściowym (Vgs) a prądem wyjściowym (ID).
• Na początku, gdy nie ma napięcia bramki do źródła (Vgs), popłynie bardzo mniej prądu, jak w mikroamperach.
• Gdy napięcie bramki do źródła jest dodatnie, prąd drenu stopniowo się zwiększa.
• Następnie następuje szybki wzrost prądu drenu, co odpowiada wzrostowi vgs.
• Prąd drenu można osiągnąć przez Id= K (Vgsq-Vtn)^2.

Aplikacje

The zastosowania n-kanałowych mosfe t obejmują następujące elementy.

• Te tranzystory MOSFET są często używane w aplikacjach niskonapięciowych, takich jak pełny mostek i układ mostka B6 z wykorzystaniem silnika i źródła prądu stałego.
• Te tranzystory MOSFET są pomocne w przełączaniu ujemnego zasilania silnika w odwrotnym kierunku.
• n-kanałowy MOSFET działa w regionach nasycenia i odcięcia. wtedy działa jak obwód przełączający.
• Te tranzystory MOSFET służą do włączania/wyłączania LAMPY lub diody LED.
• Są one preferowane w zastosowaniach wysokoprądowych.

Tak więc chodzi o przegląd kanału n mosfet – działa z aplikacjami. Oto pytanie dla Ciebie, czym jest mosfet kanału p?