MOSFET (metāla oksīda pusvadītāju lauka efekta tranzistors) tranzistors ir pusvadītāju ierīce, ko plaši izmanto komutācijas nolūkos un elektronisko signālu pastiprināšanai elektroniskajās ierīcēs. MOSFET ir vai nu kodols, vai integrētā shēma, kur tā ir projektēta un izgatavota vienā mikroshēmā, jo ierīce ir pieejama ļoti mazos izmēros. MOSFET ierīces ieviešana ir ieviesusi izmaiņas domēnā pārslēgšanās elektronikā . Ļaujiet mums detalizēti izskaidrot šo jēdzienu.

Kas ir MOSFET?

MOSFET ir četru termināļu ierīce ar avota (S), vārtu (G), notekas (D) un korpusa (B) spailēm. Kopumā MOSFET korpuss ir savienots ar avota spaili, tādējādi veidojot trīs termināļu ierīci, piemēram, lauka tranzistoru. MOSFET parasti uzskata par tranzistoru un tiek izmantots gan analogajās, gan digitālajās ķēdēs. Tas ir pamata ievads MOSFET . Šīs ierīces vispārējā struktūra ir šāda:

MOSFET

No iepriekš minētā MOSFET struktūra , MOSFET funkcionalitāte ir atkarīga no elektriskajām variācijām, kas notiek kanāla platumā kopā ar nesēju (vai nu caurumu, vai elektronu) plūsmu. Lādēšanas nesēji iekļūst kanālā caur avota termināli un iziet caur drenāžu.

Kanāla platumu kontrolē spriegums uz elektroda, ko sauc par vārtiem, un tas atrodas starp avotu un noteku. Tas ir izolēts no kanāla netālu no īpaši plāna metāla oksīda slāņa. Ierīcē esošā MOS jauda ir izšķirošā sadaļa, kurā visa darbība notiek visā šajā ierīcē.

MOSFET ar termināliem

MOSFET var darboties divējādi

Iztukšošanas režīms
Uzlabošanas režīms

Iztukšošanas režīms

Ja vārtu spailē nav sprieguma, kanāls parāda tā maksimālo vadītspēju. Ja spriegums vārtu spailē ir vai nu pozitīvs, vai negatīvs, tad kanāla vadītspēja samazinās.

Piemēram

Uzlabošanas režīms

Ja vārtu spailē nav sprieguma, ierīce nevada. Kad vārtu spailē ir maksimālais spriegums, ierīce parāda paaugstinātu vadītspēju.

Uzlabošanas režīms

MOSFET darbības princips

MOSFET ierīces galvenais princips ir spēja kontrolēt sprieguma un strāvas plūsmu starp avota un drenāžas spailēm. Tas darbojas gandrīz kā slēdzis, un ierīces funkcionalitāte ir balstīta uz MOS kondensatoru. MOS kondensators ir galvenā MOSFET sastāvdaļa.

Pusvadītāja virsmu zem oksīda slāņa, kas atrodas starp avotu un drenāžas spaili, var apgriezt no p tipa uz n tipu, piemērojot attiecīgi pozitīvu vai negatīvu vārtu spriegumu. Kad mēs pieliekam atgrūšanas spēku pozitīvajam vārtu spriegumam, tad zem oksīda slāņa esošās atveres ar pamatni tiek virzītas uz leju.

Izsīkuma reģions, kurā dzīvo saistītie negatīvie lādiņi, kas saistīti ar akceptora atomiem. Sasniedzot elektronus, tiek izveidots kanāls. Pozitīvais spriegums piesaista arī elektronus no n + avota un kanalizācijas novadīšanas reģioniem. Ja starp drenāžu un avotu tiek piemērots spriegums, strāva brīvi plūst starp avotu un kanalizāciju, un vārtu spriegums kontrolē kanālā esošos elektronus. Pozitīva sprieguma vietā, ja mēs izmantojam negatīvu spriegumu, zem oksīda slāņa tiks izveidots cauruma kanāls.

MOSFET blokshēma

P-kanāla MOSFET

P-kanāla MOSFET P-kanāla reģions atrodas starp avota un drenāžas spailēm. Tā ir četru termināļu ierīce, kuras spailes ir vārti, notekas, avots un korpuss. Notekcaurulē un iztekā ir stipri leģēts p + reģions, un ķermenis vai substrāts ir n tipa. Strāvas plūsma ir pozitīvi uzlādētu atveru virzienā.

Kad vārtu spailē ar atgrūdošu spēku pieliekam negatīvo spriegumu, tad elektroni, kas atrodas zem oksīda slāņa, tiek virzīti uz leju substrātā. Izsīkuma reģions, kurā dzīvo piesaistītie pozitīvie lādiņi, kas saistīti ar donora atomiem. Negatīvais vārtu spriegums arī piesaista caurumus no p + avota un drenāžas reģiona kanāla reģionā.

Iztukšošanas režīma P kanāls

P kanāla uzlabotais režīms

N kanāla MOSFET

N-Channel MOSFET ir N-channel reģions, kas atrodas starp avota un drenāžas spailēm. Tā ir četru termināļu ierīce, kuras spailes ir vārti, kanalizācija, avots, korpuss. Šāda veida lauka efekta tranzistorā notece un avots ir stipri leģēti ar n + reģionu, un substrāts vai korpuss ir P tipa.

Pašreizējā plūsma šāda veida MOSFET notiek negatīvi lādētu elektronu dēļ. Kad vārtu spailē ar atgrūdošu spēku pieliekam pozitīvo spriegumu, atveres, kas atrodas zem oksīda slāņa, tiek virzītas uz leju substrātā. Izsīkuma reģionu apdzīvo piesaistītie negatīvie lādiņi, kas saistīti ar akceptora atomiem.

Pēc elektronu sasniedzamības izveidojas kanāls. Pozitīvais spriegums piesaista arī elektronus no n + avota un kanalizācijas novadīšanas reģioniem. Ja starp drenāžu un avotu tiek piemērots spriegums, strāva brīvi plūst starp avotu un kanalizāciju, un vārtu spriegums kontrolē kanālā esošos elektronus. Pozitīva sprieguma vietā, ja mēs izmantojam negatīvu spriegumu, zem oksīda slāņa tiks izveidots cauruma kanāls.

“tālvadības ķēde sadzīves tehnikai ”

Uzlabošanas režīma N kanāls

MOSFET darbības reģioni

Vispārīgākajā gadījumā šīs ierīces darbība galvenokārt notiek trīs reģionos, un tie ir šādi:

Atsevišķs reģions - Tas ir reģions, kurā ierīce būs izslēgtā stāvoklī, un caur to plūst nulle strāvas. Šeit ierīce darbojas kā pamata slēdzis un tiek izmantota tik daudz, cik nepieciešams, lai darbotos kā elektriskie slēdži.
Piesātinājuma reģions - Šajā reģionā ierīču iztukšošanas avota strāvas vērtība būs nemainīga, neņemot vērā sprieguma palielināšanos kanalizācijā līdz avotam. Tas notiek tikai vienu reizi, kad spriegums pāri kanalizācijai līdz avota spailei palielinās vairāk nekā saspiešanas sprieguma vērtība. Šajā scenārijā ierīce darbojas kā slēgts slēdzis, kur piesātināts strāvas līmenis pāri kanalizācijai līdz avota spailēm plūst. Tādēļ piesātinājuma reģions tiek izvēlēts, kad ierīcēm ir paredzēts veikt pārslēgšanos.
Lineārais / omiskais reģions - Tas ir reģions, kurā strāva pāri kanalizācijai līdz avota spailei palielinās, palielinoties spriegumam pāri kanalizācijai līdz avota ceļam. Kad MOSFET ierīces darbojas šajā lineārajā reģionā, tās veic pastiprinātāja funkcionalitāti.

Ļaujiet mums tagad apsvērt MOSFET pārslēgšanās īpašības

Arī pusvadītājs, piemēram, MOSFET vai bipolārā savienojuma tranzistors, divos gadījumos galvenokārt darbojas kā slēdži, viens ir ieslēgts un otrs izslēgts. Lai apsvērtu šo funkcionalitāti, apskatīsim MOSFET ierīces ideālās un praktiskās īpašības.

Ideālas slēdža īpašības

Ja paredzēts, ka MOSFET darbojas kā ideāls slēdzis, tam vajadzētu būt zemāk norādītajām īpašībām

ON stāvoklī ir jābūt pašreizējam ierobežojumam, ko tas veic
Izslēgtā stāvoklī sprieguma līmeņu bloķēšanai nevajadzētu būt nekādiem ierobežojumiem
Kad ierīce darbojas ieslēgtā stāvoklī, sprieguma krituma vērtībai jābūt nullei
Pretestībai OFF stāvoklī jābūt bezgalīgai
Darbības ātrumam nevajadzētu būt ierobežojumiem

Praktiskās slēdža īpašības

Tā kā pasaule nav pievērsusies tikai ideālām lietojumprogrammām, MOSFET darbība ir piemērojama pat praktiskiem mērķiem. Praktiskajā scenārijā ierīcei vajadzētu būt šādām īpašībām

Ieslēgtā stāvoklī jaudas pārvaldīšanas spējām jābūt ierobežotām, kas nozīmē, ka ir jāierobežo vadīšanas strāvas plūsma.
Izslēgtā stāvoklī bloķēšanas sprieguma līmeņus nevajadzētu ierobežot
Ieslēgšana un izslēgšana uz noteiktu laiku ierobežo ierīces ierobežojošo ātrumu un pat ierobežo funkcionālo frekvenci
MOSFET ierīces ON stāvoklī būs minimālas pretestības vērtības, ja tas novedīs pie sprieguma krituma pārsūtīšanas novirzēs. Turklāt pastāv ierobežota OFF stāvokļa pretestība, kas nodrošina pretēju noplūdes strāvu
Kad ierīce darbojas praktiski, tā zaudē ieslēgšanas un izslēgšanas režīmu. Tas notiek arī pārejas valstīs.

MOSFET kā komutatora piemērs

Zemāk esošajā ķēdes izvietojumā tiek izmantots uzlabots režīms un N-kanālu MOSFET, lai ieslēgtu parauga lampu ar ieslēgtiem un izslēgtiem apstākļiem. Pozitīvais spriegums vārtu spailē tiek iedarbināts uz tranzistora pamatni, un lampa pāriet ON stāvoklī un šeit V_GS= + v vai nulles sprieguma līmenī ierīce pārslēdzas uz OFF stāvokli, kur V_GS= 0.

“kā izveidot suņu repelentu ar ultraskaņu ”

MOSFET kā slēdzis

Ja luktura pretestības slodze bija jāaizstāj ar induktīvo slodzi un jāpievieno relejam vai diodei, kas ir aizsargāta pret slodzi. Iepriekš minētajā ķēdē tā ir ļoti vienkārša shēma, lai pārslēgtu pretestības slodzi, piemēram, lampu vai LED. Bet, izmantojot MOSFET kā slēdzi vai nu ar induktīvu slodzi, vai ar kapacitatīvu slodzi, MOSFET ierīcei ir nepieciešama aizsardzība.

Ja MOSFET nav aizsargāts, tas var izraisīt ierīces bojājumus. Lai MOSFET darbotos kā analogā komutācijas ierīce, tas jāpārslēdz starp tā izslēgšanas apgabalu, kur V_GS= 0 un piesātinājuma apgabals, kur V_GS= + v.

Video apraksts

MOSFET var darboties arī kā tranzistors, un to saīsina kā metāla oksīda silīcija lauka efekta tranzistoru. Šeit pats nosaukums norādīja, ka ierīci var darbināt kā tranzistoru. Tam būs P-kanāls un N-kanāls. Ierīce ir savienota šādā veidā, izmantojot četrus avota, vārtu un iztukšošanas spailes, un 24Ω pretestības slodze tiek sērijveidā savienota ar ampermetru, bet sprieguma mērītājs ir savienots visā MOSFET.

Transistorā strāvas plūsma vārtos ir pozitīvā virzienā, un avota spaile ir savienota ar zemi. Tā kā bipolārā savienojuma tranzistora ierīcēs strāvas plūsma ir pāri ceļam no bāzes līdz izstarotājam. Bet šajā ierīcē nav strāvas plūsmas, jo vārtu sākumā ir kondensators, tam nepieciešams tikai spriegums.

Tas var notikt, turpinot simulācijas procesu un ieslēdzot / izslēdzot. Kad slēdzis ir ieslēgts, ķēdē nav strāvas plūsmas, kad ir savienota 24Ω pretestība un ampērmetra sprieguma 0,29, tad mēs atrodam nenozīmīgu sprieguma kritumu visā avotā, jo šai ierīcei ir + 0,21 V.

Pretestību starp noteci un avotu sauc par RDS. Sakarā ar šo RDS sprieguma kritums parādās, kad ķēdē ir strāvas plūsma. RDS mainās atkarībā no ierīces veida (atkarībā no sprieguma veida tas var mainīties starp 0,001, 0,005 un 0,05.

Daži no apgūstamajiem jēdzieniem ir:

1). Kā izvēlēties MOSFET kā slēdzi ?

Izvēloties MOSFET kā slēdzi, ir jāievēro daži nosacījumi, un tie ir šādi:

P vai N kanāla polaritātes izmantošana
Maksimālais darba sprieguma un strāvas vērtību vērtējums
Palielināts RDS ON, kas nozīmē, ka pretestība Drain to Source terminālā, kad kanāls ir pilnībā atvērts
Uzlabota darbības frekvence
Iepakojuma veids ir To-220 un DPAck un daudzi citi.

2). Kas ir MOSFET slēdža efektivitāte?

Galvenais ierobežojums brīdī, kad MOSFET darbojas kā komutācijas ierīce, ir uzlabota notekas strāvas vērtība, uz kuru ierīce spēj darboties. Tas nozīmē, ka RDS ieslēgtā stāvoklī ir izšķirošais parametrs, kas izlemj MOSFET komutācijas iespējas. To attēlo kā notekas avota sprieguma un notekas strāvas attiecību. Tas jāaprēķina tikai tranzistora ON stāvoklī.

3). Kāpēc MOSFET slēdzis tiek izmantots Boost Converter?

Parasti jaudas pārveidotājam ierīces darbībai ir nepieciešams komutācijas tranzistors. Tātad, kā komutācijas tranzistori tiek izmantoti MOSFET. Šīs ierīces tiek izmantotas, lai uzzinātu pašreizējo vērtību un sprieguma vērtības. Ņemot vērā pārslēgšanās ātrumu un izmaksas, tie tiek plaši izmantoti.

Tādā pašā veidā MOSFET var izmantot arī vairākos veidos. un tie ir

MOSFET kā LED slēdžs
remove_circle_outline
MOSFET kā slēdzis Arduino
MOSFET slēdzis maiņstrāvas slodzei
MOSFET slēdzis līdzstrāvas motoram
MOSFET slēdzis negatīvam spriegumam
MOSFET kā slēdzis ar Arduino
MOSFET kā slēdzis ar mikrokontrolleru
MOSFET slēdzis ar histerēzi
MOSFET kā slēdža diode un aktīvais rezistors
MOSFET kā slēdža vienādojums
MOSFET slēdzis airsoft
MOSFET kā slēdža vārtu rezistors
MOSFET kā komutācijas solenoīds
MOSFET slēdzis, izmantojot optronu
MOSFET slēdzis ar histerēzi

MOSFET kā komutatora izmantošana

Viens no galvenajiem šīs ierīces piemēriem ir tas, ka to izmanto kā slēdzi, kas ir automātiska spilgtuma kontrole ielu apgaismojumā. Mūsdienās daudzas gaismas, kuras mēs novērojam uz lielceļiem, sastāv no augstas intensitātes izlādes lampām. Bet, izmantojot HID lampas, tiek patērēts paaugstināts enerģijas līmenis.

Spilgtumu nevar ierobežot, pamatojoties uz prasību, un tādēļ ir jābūt slēdzim alternatīvai apgaismojuma metodei, un tas ir LED. Izmantojot LED sistēmu, tiks novērsti augstas intensitātes spuldžu trūkumi. Galvenā koncepcija, kas to veidoja, bija kontrolēt gaismas tieši uz lielceļiem, izmantojot mikroprocesoru.

MOSFET lietojumprogramma kā slēdzis

To var panākt, tikai modificējot pulksteņa impulsus. Pamatojoties uz nepieciešamību, šo ierīci izmanto lampu pārslēgšanai. Tas sastāv no aveņu pi plātnes, kur tas ir iekļauts procesorā pārvaldīšanai. Šeit gaismas diodes var aizstāt HID vietā, un tām ir savienojums ar procesoru, izmantojot MOSFET. Mikrokontrolleris nodrošina atbilstošus darba ciklus un pēc tam pārslēdzas uz MOSFET, lai nodrošinātu augstu intensitātes līmeni.

Priekšrocības

Dažas no priekšrocībām ir:

Tas rada lielāku efektivitāti pat tad, ja darbojas ar minimālu sprieguma līmeni
Nav vārtu strāvas, tas rada lielāku ieejas pretestību, kas vēl vairāk nodrošina ierīces pārslēgšanās ātrumu
Šīs ierīces var darboties ar minimālu jaudas līmeni un izmantot minimālu strāvu

Trūkumi

Daži no trūkumiem ir:

Ja šīs ierīces darbojas pārslodzes sprieguma līmenī, tas rada ierīces nestabilitāti
Tā kā ierīcēm ir plāns oksīda slānis, tas var radīt ierīces bojājumus, kad to stimulē elektrostatiskie lādiņi

Pieteikumi

MOSFET lietojumprogrammas ir

Pastiprinātājus, kas izgatavoti no MOSFET, ārkārtīgi izmanto plašas frekvences lietojumos
Līdzstrāvas motoru regulēšanu nodrošina šīs ierīces
Tā kā tiem ir palielināts pārslēgšanās ātrums, tas darbojas kā ideāls smalcinātāju pastiprinātāju konstrukcijai
Darbojas kā dažādu elektronisko elementu pasīvā sastāvdaļa.

Galu galā var secināt, ka tranzistoram nepieciešama strāva, savukārt MOSFET - spriegums. MOSFET braukšanas prasība ir daudz labāka, daudz vienkāršāka nekā BJT. Un arī zināt Kā pieslēgt Mosfet slēdzim?

Fotoattēlu kredīti