Какво е MOSFET: Работа и неговите приложения

Какво е MOSFET: Работа и неговите приложения

Транзисторът MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) е полупроводниково устройство, което се използва широко за превключване и за усилване на електронни сигнали в електронни устройства. MOSFET е или ядро, или интегрална схема, където е проектирано и произведено в един чип, тъй като устройството се предлага в много малки размери. Въвеждането на MOSFET устройството доведе до промяна в домейна на превключване в електрониката . Нека да продължим с подробно обяснение на тази концепция.



Какво е MOSFET?

MOSFET е четиритерминално устройство, имащо клеми за източник (S), порта (G), дренаж (D) и корпус (B). По принцип тялото на MOSFET е свързано с изходния терминал, като по този начин формира три-терминално устройство, като например полеви транзистор. MOSFET обикновено се счита за транзистор и се използва както в аналоговите, така и в цифровите схеми. Това е основното въведение в MOSFET . И общата структура на това устройство е както по-долу:


MOSFET

MOSFET





От горното MOSFET структура , функционалността на MOSFET зависи от електрическите вариации, случващи се в ширината на канала, заедно с потока на носители (или дупки, или електрони). Носителите на заряд влизат в канала през изходния терминал и излизат през канализацията.

Широчината на канала се контролира от напрежението на електрод, който се нарича затвор и той се намира между източника и дренажа. Той е изолиран от канала близо до изключително тънък слой метален оксид. Капацитетът на MOS, който съществува в устройството, е решаващият раздел, където цялата операция е свързана с това.



MOSFET с терминали

MOSFET с терминали

MOSFET може да функционира по два начина

  • Режим на изчерпване
  • Режим на подобрение

Режим на изчерпване

Когато няма напрежение през терминала на портата, каналът показва своята максимална проводимост. Докато когато напрежението на терминала на портата е положително или отрицателно, тогава проводимостта на канала намалява.


Например

Режим на отклонениеРежим на подобрение

Когато няма напрежение през терминала на портата, устройството не провежда. Когато има максимално напрежение през терминала на портата, тогава устройството показва повишена проводимост.

Режим на подобрение

Режим на подобрение

Принцип на работа на MOSFET

Основният принцип на MOSFET устройството е да може да контролира напрежението и тока между клемите на източника и източника. Работи почти като превключвател и функционалността на устройството се основава на MOS кондензатора. MOS кондензаторът е основната част на MOSFET.

Полупроводниковата повърхност в долния оксиден слой, който е разположен между източника и изтичащия терминал, може да бъде обърната от p-тип към n-тип чрез прилагане съответно на положително или отрицателно напрежение на затвора. Когато прилагаме отблъскваща сила за положителното напрежение на затвора, тогава дупките под оксидния слой се изтласкват надолу с основата.

Областта на изчерпване, населена от свързани отрицателни заряди, които са свързани с акцепторните атоми. Когато се достигнат електрони, се развива канал. Положителното напрежение също привлича електрони от n + източника и отводните области в канала. Сега, ако се приложи напрежение между дренажа и източника, токът протича свободно между източника и дренажа и напрежението на затвора контролира електроните в канала. Вместо положителното напрежение, ако приложим отрицателно напрежение, под оксидния слой ще се образува канал с отвор.

Блок-схема на MOSFET

Блок-схема на MOSFET

P-Channel MOSFET

P-каналът MOSFET има регион P-канал, разположен между изходния и източващия терминали. Това е четиритерминално устройство, имащо клемите като затвор, дренаж, източник и тяло. Дренажът и източникът са силно легирани р + регион и тялото или субстратът е от n-тип. Потокът на ток е в посока на положително заредени дупки.

Когато прилагаме отрицателното напрежение с отблъскваща сила към терминала на портата, тогава електроните, присъстващи под оксидния слой, се изтласкват надолу в субстрата. Областта на изчерпване, населена от свързаните положителни заряди, които са свързани с донорните атоми. Отрицателното напрежение на затвора също привлича дупки от източника p + и източващата област в областта на канала.

Режим на изчерпване P канал

Режим на изчерпване P канал

Подобрен режим на P Channel

Подобрен режим на P Channel

N- канал MOSFET

N-Channel MOSFET има N-канален регион, разположен между изходния и източващия терминали. Това е четиритерминално устройство, имащо терминалите като затвор, дренаж, източник, тяло. При този тип полеви транзистор дренажът и източникът са силно легирани n + регион, а субстратът или тялото са от тип P.

Текущият поток в този тип MOSFET се случва поради отрицателно заредени електрони. Когато прилагаме положителното напрежение с отблъскваща сила към терминала на портата, отворите, намиращи се под оксидния слой, се избутват надолу в основата. Областта на изчерпване е населена от свързани отрицателни заряди, които са свързани с акцепторните атоми.

При достигане на електрони се формира каналът. Положителното напрежение също привлича електрони от n + източника и отводните области в канала. Сега, ако е приложено напрежение между дренажа и източника, токът тече свободно между източника и дренажа и напрежението на затвора контролира електроните в канала. Вместо положително напрежение, ако прилагаме отрицателно напрежение, под оксидния слой ще се образува канал с отвор.

Режим на подобрение N Канал

Режим на подобрение N Канал

MOSFET региони на работа

Според най-общия сценарий, работата на това устройство се случва главно в три региона и те са както следва:

  • Ограничен регион - Това е регионът, в който устройството ще бъде в състояние ИЗКЛЮЧЕНО и в него няма нулево количество ток. Тук устройството функционира като основен превключвател и се използва толкова, че когато са необходими за работа като електрически превключватели.
  • Регион на насищане - В този регион устройствата ще имат постоянна стойност на изтичане към източника, без да се отчита повишаването на напрежението през източника към източника. Това се случва само веднъж, когато напрежението на изтичането към извода на източника се увеличи повече от стойността на напрежението на откъсване. В този сценарий устройството функционира като затворен превключвател, където тече наситено ниво на ток през изтичането към изходните клеми. Поради това районът на насищане се избира, когато устройствата трябва да извършват превключване.
  • Линеен / Омически регион - Това е регионът, в който токът през изхода на източника към източника се усилва с нарастването на напрежението през пътя към източника към източника. Когато MOSFET устройствата функционират в тази линейна област, те изпълняват усилвателна функционалност.

Нека сега разгледаме характеристиките на превключване на MOSFET

Полупроводник, също като MOSFET или биполярен преходен транзистор, по принцип функционира като превключватели в два сценария, единият е в състояние ON, а другият е в състояние OFF. За да разгледаме тази функционалност, нека да разгледаме идеалните и практични характеристики на MOSFET устройството.

Идеални характеристики на превключвателя

Когато MOSFET трябва да функционира като идеален превключвател, той трябва да съдържа следните свойства и тези са

  • В състояние ON трябва да има текущото ограничение, което то носи
  • В изключено състояние блокиращите нива на напрежение не трябва да имат никакви ограничения
  • Когато устройството функционира в състояние ВКЛ, стойността на спада на напрежението трябва да е нула
  • Съпротивлението в изключено състояние трябва да бъде безкрайно
  • Не трябва да има ограничения за скоростта на работа

Практически характеристики на превключвателя

Тъй като светът не се придържа само към идеалните приложения, функционирането на MOSFET е приложимо дори за практически цели. В практическия случай устройството трябва да притежава следните свойства

  • В състояние ON, способностите за управление на мощността трябва да бъдат ограничени, което означава, че потокът на тока на проводимост трябва да бъде ограничен.
  • В изключено състояние блокиращите нива на напрежение не трябва да бъдат ограничавани
  • Включването и изключването за краен период ограничава ограничителната скорост на устройството и дори ограничава функционалната честота
  • В състояние ON на MOSFET устройството ще има минимални стойности на съпротивлението, когато това води до спадане на напрежението при пренасочване. Също така съществува ограничено съпротивление на изключено състояние, което осигурява обратен ток на изтичане
  • Когато устройството работи в практически характеристики, то губи захранването при включване и изключване. Това се случва дори и в преходните държави.

Пример за MOSFET като превключвател

В схемата по-долу схема, подобрен режим и N-канален MOSFET се използват за превключване на образец лампа с условия ON и OFF. Положителното напрежение на клемата на порта се подава към основата на транзистора и лампата се премества в състояние ON и тук VGS= + v или при нулево ниво на напрежение, устройството се превключва в състояние OFF, където VGS= 0.

MOSFET като превключвател

MOSFET като превключвател

Ако резистивното натоварване на лампата трябваше да бъде заменено с индуктивно натоварване и свързано към релето или диода, който е защитен от товара. В горната схема това е много проста схема за превключване на резистивен товар като лампа или светодиод. Но когато се използва MOSFET като превключвател или с индуктивен товар, или с капацитивен товар, тогава се изисква защита на MOSFET устройството.

Ако в случая, когато MOSFET не е защитен, това може да доведе до повреда на устройството. За да работи MOSFET като аналогово комутационно устройство, той трябва да се превключва между своята гранична зона, където VGS= 0 и област на насищане, където VGS= + v.

Видео описание

MOSFET може да функционира и като транзистор и е съкратено като Транзистор с полеви ефект на силициев метален оксид. Тук самото име показва, че устройството може да работи като транзистор. Той ще има P-канал и N-канал. Устройството е свързано по такъв начин, като се използват четирите клеми за източник, порта и източване, а резистивен товар от 24Ω е свързан последователно с амперметър, а измервателното напрежение е свързано през MOSFET.

В транзистора текущият поток в затвора е в положителна посока и изводът на източника е свързан към земята. Докато при биполярните транзисторни устройства токовият поток е през пътя на базата към емитер. Но в това устройство няма токов поток, тъй като в началото на порта има кондензатор, той просто изисква само напрежение.

Това може да се случи чрез продължаване на процеса на симулация и чрез включване / изключване. Когато превключвателят е включен, през веригата няма токов поток, когато са свързани съпротивлението от 24Ω и 0,29 от напрежението на амперметъра, тогава откриваме незначителния спад на напрежението в източника, тъй като има + 0,21V през това устройство.

Съпротивлението между дренаж и източник се нарича RDS. Благодарение на този RDS спадът на напрежението се появява, когато има верижен поток. RDS варира в зависимост от типа на устройството (може да варира между 0,001, 0,005 и 0,05 в зависимост от вида на напрежението.

Малко от понятията за учене са:

1). Как да избера MOSFET като превключвател ?

Има малко условия, които трябва да се спазват при избора на MOSFET като превключвател и това са следните:

  • Използване на полярност или P, или N канал
  • Максимална номинална стойност на работното напрежение и ток
  • Увеличен Rds ON, което означава, че съпротивлението при изтичане към изходния терминал, когато каналът е напълно отворен
  • Подобрена оперативна честота
  • Видът на опаковката е от To-220 и DPAck и много други.

2). Какво представлява ефективността на превключвателя на MOSFET?

Основното ограничение по време на работа на MOSFET като превключващо устройство е повишената стойност на изтичащия ток, на която устройството може да бъде способно. Това означава, че RDS в състояние ON е решаващият параметър, който решава възможността за превключване на MOSFET. Представено е като отношение на напрежението източник-източник към това на източващия ток. Той трябва да се изчислява само в състояние ON на транзистора.

3). Защо превключвателят MOSFET се използва в Boost Converter?

Като цяло, усилващ преобразувател се нуждае от превключващ транзистор за работата на устройството. Така че, като превключващи транзистори се използват MOSFET транзистори. Тези устройства се използват, за да се знае текущата стойност и стойностите на напрежението. Също така, като се има предвид скоростта на превключване и разходите, те са широко използвани.

По същия начин MOSFET може да се използва по много начини. и това са

  • MOSFET като превключвател за LED
  • remove_circle_outline
  • MOSFET като превключвател за Arduino
  • MOSFET превключвател за променлив товар
  • Превключвател MOSFET за постоянен ток
  • MOSFET ключ за отрицателно напрежение
  • MOSFET като превключвател с Arduino
  • MOSFET като превключвател с микроконтролер
  • MOSFET ключ с хистерезис
  • MOSFET като превключващ диод и активен резистор
  • MOSFET като уравнение на превключвателя
  • MOSFET превключвател за еърсофт
  • MOSFET като резистор на превключвател
  • MOSFET като превключващ соленоид
  • MOSFET превключвател с помощта на оптрон
  • MOSFET ключ с хистерезис

Приложение на MOSFET като превключвател

Един от най-ярките примери за това устройство е, че се използва като превключвател за автоматично регулиране на яркостта при улично осветление. В наши дни много от светлините, които наблюдаваме по магистралите, се състоят от разрядни лампи с висока интензивност. Но използването на HID лампи консумира повишени нива на енергия.

Яркостта не може да бъде ограничена въз основа на изискването и поради това трябва да има превключвател за алтернативния метод на осветление и той е LED. Използването на LED система ще преодолее недостатъците на лампите с висока интензивност. Основната концепция, която стои зад конструкцията на това, е да управлява светлините директно на магистралите, като използва микропроцесор.

MOSFET приложение като превключвател

MOSFET приложение като превключвател

Това може да се постигне само чрез модифициране на тактовите импулси. Въз основа на необходимостта това устройство се използва за превключване на лампи. Състои се от малинова пи дъска, където е включена с процесор за управление. Тук светодиодите могат да бъдат заменени на мястото на HID и те имат връзка с процесора чрез MOSFET. Микроконтролерът осигурява съответните работни цикли и след това преминава към MOSFET, за да осигури високо ниво на интензивност.

Предимства

Малко от предимствата са:

  • Той генерира повишена ефективност, дори когато функционира при минимални нива на напрежение
  • Няма присъствие на ток на затвора, това създава повече входен импеданс, което допълнително осигурява повишена скорост на превключване на устройството
  • Тези устройства могат да функционират при минимални нива на мощност и използват минимален ток

Недостатъци

Малко от недостатъците са:

  • Когато тези устройства функционират при нива на напрежение от претоварване, това създава нестабилност на устройството
  • Тъй като устройствата имат тънък оксиден слой, това може да доведе до повреда на устройството, когато се стимулира от електростатичните заряди

Приложения

Приложенията на MOSFET са

  • Усилвателите, направени от MOSFET, са изключително използвани в широкообхватни честотни приложения
  • Регулацията за постояннотокови двигатели се осигурява от тези устройства
  • Тъй като те имат подобрени скорости на превключване, той действа перфектно за изграждането на усилватели на хеликоптер
  • Функции като пасивен компонент за различни електронни елементи.

В крайна сметка може да се заключи, че транзисторът изисква ток, докато MOSFET изисква напрежение. Изискването за управление на MOSFET е много по-добро, много по-просто в сравнение с BJT. И също така знам Как да свържа Mosfet към превключвател?

Снимки Кредити