MOSFET-transistorn (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) är en halvledaranordning som används i stor utsträckning för omkopplingsändamål och för förstärkning av elektroniska signaler i elektroniska enheter. En MOSFET är antingen en kärna eller en integrerad krets där den är utformad och tillverkad i ett enda chip eftersom enheten finns i mycket små storlekar. Introduktionen av MOSFET-enheten har medfört en förändring av domänen för koppla in elektronik . Låt oss gå med en detaljerad förklaring av detta koncept.

Vad är MOSFET?

En MOSFET är en fyrterminalanordning med källa (S), grind (G), avlopp (D) och kropp (B) terminaler. I allmänhet är MOSFET-kroppen i anslutning till källterminalen och bildar således en treterminalenhet, såsom en fälteffekt-transistor. MOSFET betraktas generellt som en transistor och används i både analoga och digitala kretsar. Detta är det grundläggande introduktion till MOSFET . Och den allmänna strukturen för denna enhet är som nedan:

MOSFET

Från ovan MOSFET-struktur , beror funktionaliteten hos MOSFET på de elektriska variationerna som sker i kanalbredden tillsammans med flödet av bärare (antingen hål eller elektroner). Laddhållarna går in i kanalen genom källterminalen och går ut via avloppet.

Kanalens bredd styrs av spänningen på en elektrod som kallas grinden och den är placerad mellan källan och avloppet. Den är isolerad från kanalen nära ett extremt tunt lager metalloxid. MOS-kapaciteten som finns i enheten är det avgörande avsnittet där hela operationen är över detta.

MOSFET med terminaler

En MOSFET kan fungera på två sätt

Utarmningsläge
Förbättringsläge

Utarmningsläge

När det inte finns någon spänning över portterminalen visar kanalen sin maximala konduktans. Medan spänningen över portterminalen antingen är positiv eller negativ, minskar kanalens ledningsförmåga.

Till exempel

Förbättringsläge

När det inte finns någon spänning över portterminalen leder enheten inte. När det finns maximal spänning över portterminalen visar enheten förbättrad konduktivitet.

Förbättringsläge

Arbetsprincip för MOSFET

Huvudprincipen för MOSFET-enheten är att kunna styra spänningen och strömflödet mellan käll- och avloppsterminalerna. Det fungerar nästan som en omkopplare och enhetens funktionalitet baseras på MOS-kondensatorn. MOS-kondensatorn är huvuddelen av MOSFET.

Halvledarytan vid det nedanstående oxidskiktet som är beläget mellan källans och avloppsterminalen kan inverteras från p-typ till n-typ genom applicering av antingen en positiv respektive en negativ grindspänning. När vi applicerar en avstötande kraft för den positiva grindspänningen, trycks hålen under oxidskiktet nedåt med substratet.

Utarmningsregionen befolkad av de bundna negativa laddningarna som är associerade med acceptoratomerna. När elektroner nås utvecklas en kanal. Den positiva spänningen drar också till sig elektroner från n + källan och dräneringsregionerna in i kanalen. Nu, om en spänning appliceras mellan avloppet och källan, strömmar strömmen fritt mellan källan och avloppet och grindspänningen styr elektronerna i kanalen. Istället för den positiva spänningen, om vi applicerar en negativ spänning, kommer en hålkanal att bildas under oxidskiktet.

MOSFET-blockdiagram

P-Channel MOSFET

P-kanal MOSFET har en P-kanalregion mellan käll- och avloppsterminalerna. Det är en fyrterminalanordning som har terminalerna som grind, avlopp, källa och kropp. Avloppet och källan är kraftigt dopade p + region och kroppen eller substratet är av n-typ. Strömmen flödar i riktning mot positivt laddade hål.

När vi applicerar den negativa spänningen med avstötande kraft vid grindterminalen, trycks elektronerna som finns under oxidskiktet nedåt i substratet. Utarmningsregionen befolkad av de bundna positiva laddningarna som är associerade med givaratomerna. Den negativa grindspänningen drar också till hål från p + källan och dräneringsområdet in i kanalområdet.

Utarmningsläge P-kanal

P Kanalförbättrat läge

N-kanal MOSFET

N-Channel MOSFET har en N-kanalregion mellan käll- och avloppsterminalerna. Det är en fyrterminalanordning som har terminalerna som grind, avlopp, källa, kropp. I denna typ av fälteffekttransistor är avloppet och källan kraftigt dopad n + -region och substratet eller kroppen är av P-typ.

Strömflödet i denna typ av MOSFET sker på grund av negativt laddade elektroner. När vi applicerar den positiva spänningen med avstötande kraft vid grindterminalen trycks hålen under oxidskiktet nedåt i substratet. Utarmningsregionen befolkas av de bundna negativa laddningarna som är associerade med acceptoratomerna.

Vid elektronernas räckvidd bildas kanalen. Den positiva spänningen drar också till sig elektroner från n + källan och dräneringsregionerna in i kanalen. Nu, om en spänning appliceras mellan avloppet och källan strömmar strömmen fritt mellan källan och avloppet och grindspänningen styr elektronerna i kanalen. Istället för positiv spänning om vi applicerar negativ spänning kommer en hålkanal att bildas under oxidskiktet.

“12v ac till 5v dc ”

Förbättringsläge N-kanal

MOSFET: s driftsregioner

För det mest allmänna scenariot sker driften av denna enhet huvudsakligen i tre regioner och de är som följer:

Avskärningsregion - Det är regionen där enheten kommer att vara i OFF-läge och det strömmar ingen ström genom den. Här fungerar enheten som en grundläggande omkopplare och används så som när de är nödvändiga för att fungera som elektriska omkopplare.
Mättnadsregion - I denna region kommer enheterna att ha sitt avlopp till källans strömvärde som konstant utan att överväga förbättringen av spänningen över avloppet till källan. Detta händer bara en gång när spänningen över avloppet till källterminalen ökar mer än avklämningsspänningsvärdet. I det här scenariot fungerar enheten som en sluten omkopplare där en mättad strömnivå över avloppet till källterminalerna flyter. På grund av detta väljs mättnadsregionen när enheterna ska utföra omkoppling.
Linjär / ohmisk region - Det är regionen där strömmen över avloppet till källterminalen förbättras med ökningen av spänningen över avloppet till källbanan. När MOSFET-enheterna fungerar i detta linjära område utför de förstärkarfunktionalitet.

Låt oss nu överväga MOSFETs omkopplingsegenskaper

En halvledare som MOSFET eller Bipolar Junction Transistor fungerar i grunden som omkopplare i två scenarier, den ena är PÅ-status och den andra är AV-tillstånd. För att överväga denna funktionalitet, låt oss ta en titt på de idealiska och praktiska egenskaperna hos MOSFET-enheten.

Perfekta omkopplaregenskaper

När en MOSFET ska fungera som en idealisk omkopplare, ska den innehålla egenskaperna nedan och de är

I ON-tillståndet måste det finnas den nuvarande begränsningen som den bär
I OFF-läge bör blockerande spänningsnivåer inte innehålla någon form av begränsningar
När enheten fungerar i ON-läge ska spänningsfallets värde vara noll
Motståndet i OFF-läge bör vara oändligt
Det bör inte finnas några begränsningar för driftshastigheten

Praktiska omkopplaregenskaper

Eftersom världen inte bara håller fast vid ideala applikationer, är MOSFETs funktion även tillämplig för praktiska ändamål. I det praktiska scenariot ska enheten innehålla egenskaperna nedan

I ON-tillståndet bör strömhanteringsförmågan begränsas, vilket innebär att strömmen av ledningsström måste begränsas.
I OFF-läge bör blockerande spänningsnivåer inte begränsas
Att slå PÅ och AV under begränsade tider begränsar enhetens begränsningshastighet och begränsar till och med funktionsfrekvensen
I MOSFET-enhetens PÅ-tillstånd kommer det att finnas minimala motståndsvärden där detta resulterar i spänningsfall i vidarebefordran. Det finns också begränsat OFF-tillståndsmotstånd som ger omvänd läckström
När enheten utför praktiska egenskaper tappar den strömmen till PÅ och AV-förhållanden. Detta händer även i övergångstillstånden.

Exempel på MOSFET som switch

I nedanstående kretsarrangemang används ett förbättrat läge och N-kanal MOSFET för att koppla en samplampa med villkoren PÅ och AV. Den positiva spänningen vid grindterminalen appliceras på transistorns bas och lampan rör sig i ON-tillstånd och här V_GS= + v eller vid noll spänningsnivå, växlar enheten till OFF-läge där V_GS= 0.

“hur man gör en linje efter roboten ”

MOSFET Som omkopplare

Om lampans resistiva belastning skulle ersättas med en induktiv belastning och anslutas till reläet eller dioden som är skyddad mot lasten. I ovanstående krets är det en mycket enkel krets för att växla en resistiv belastning såsom en lampa eller LED. Men när du använder MOSFET som omkopplare antingen med induktiv belastning eller kapacitiv belastning, krävs skydd för MOSFET-enheten.

Om MOSFET inte skyddas kan det leda till skada på enheten. För att MOSFET ska fungera som en analog omkopplingsenhet måste den bytas mellan dess avgränsningsområde där V_GS= 0 och mättnadsregion där V_GS= + v.

Videobeskrivning

MOSFET kan också fungera som en transistor och den förkortas som Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor. Här angav själva namnet att enheten kan drivas som en transistor. Den kommer att ha P-kanal och N-kanal. Enheten är ansluten på ett sådant sätt med hjälp av de fyra käll-, grind- och avloppsterminalerna och en resistiv belastning på 24Ω är ansluten i serie med en amperemätare och en spänningsmätare är ansluten över MOSFET.

I transistorn är strömflödet i grinden i positiv riktning och källterminalen är ansluten till jord. Medan i bipolära förbindelsetransistoranordningar är strömflödet över bas-till-emittervägen. Men i den här enheten finns det inget strömflöde eftersom det finns en kondensator i början av grinden, det kräver bara spänning.

Detta kan hända genom att fortsätta med simuleringsprocessen och genom att slå PÅ / AV. När omkopplaren är PÅ finns inget strömflöde över kretsen, när motståndet på 24Ω och 0,29 av amperespänningen är ansluten, hittar vi det försumbara spänningsfallet över källan eftersom det är + 0,21V över denna enhet.

Motståndet mellan avlopp och källa benämns RDS. På grund av denna RDS visas spänningsfallet när det finns strömflöde i kretsen. RDS varierar beroende på typ av enhet (den kan variera mellan 0,001, 0,005 och 0,05 baserat på typen av spänning.

Få av begreppen att lära sig är:

1). Hur man väljer MOSFET som switch ?

Det finns få förhållanden som ska observeras när du väljer MOSFET som omkopplare och dessa är följande:

Användning av polaritet antingen P- eller N-kanal
En maximal värdering av driftspänning och strömvärden
Ökad Rds PÅ vilket innebär att motstånd vid Drain to Source terminal när kanalen är helt öppen
Förbättrad driftsfrekvens
Förpackningstyp är To-220 och DPAck och många andra.

2). Vad är MOSFET-switcheffektivitet?

Den huvudsakliga begränsningen vid drift av MOSFET som en omkopplingsanordning är det förbättrade dräneringsströmvärde som enheten kan ha. Det betyder att RDS i PÅ-tillstånd är den avgörande parametern som bestämmer MOSFETs kopplingsförmåga. Det representeras som förhållandet mellan avloppskällans spänning och avloppsströmmen. Det måste bara beräknas i transistorns PÅ-tillstånd.

3). Varför används MOSFET Switch i Boost Converter?

I allmänhet behöver en boost-omvandlare en omkopplingstransistor för drift av enheten. Så som omkopplingstransistor används MOSFET. Dessa enheter används för att känna till aktuellt värde och spänningsvärden. Med tanke på omkopplingshastigheten och kostnaden används dessa i stor utsträckning.

På samma sätt kan MOSFET också användas på flera sätt. och de är det

MOSFET som omkopplare för LED
remove_circle_outline
MOSFET som switch för Arduino
MOSFET-omkopplare för växelström
MOSFET-omkopplare för likströmsmotor
MOSFET-omkopplare för negativ spänning
MOSFET som switch med Arduino
MOSFET som en switch med en mikrokontroller
MOSFET-omkopplare med hysteres
MOSFET som omkopplingsdiod och aktivt motstånd
MOSFET som omkopplarekvation
MOSFET-omkopplare för airsoft
MOSFET som omkopplingsgrindmotstånd
MOSFET som en växlingsmagnet
MOSFET-omkopplare med en optokopplare
MOSFET-omkopplare med hysteres

Tillämpning av MOSFET som switch

Ett av de främsta exemplen på denna enhet är att den används som omkopplare är automatisk ljusstyrningskontroll i gatubelysning. Dessa dagar består många av lamporna som vi ser på motorvägar av urladdningslampor med hög intensitet. Men att använda HID-lampor förbrukar ökade energinivåer.

Ljusstyrkan kan inte begränsas utifrån kravet och därför måste det finnas en omkopplare för den alternativa belysningsmetoden och den är LED. Användning av LED-system kommer att övervinna nackdelarna med högintensiva lampor. Huvudkonceptet bakom konstruktionen av detta var att styra lamporna direkt på motorvägarna genom att använda en mikroprocessor.

MOSFET-applikation som omkopplare

Detta kan uppnås bara genom att ändra klockpulserna. Baserat på nödvändigheten används denna enhet för att byta lampor. Den består av ett hallon-pi-kort där det ingår i en processor för hantering. Här kan lysdioder ersättas i stället för HID och dessa har en anslutning till processorn via MOSFET. Mikrokontrollern levererar motsvarande arbetscykler och växlar sedan till MOSFET för att ge en hög intensitetsnivå.

Fördelar

Få fördelar är:

Det genererar förbättrad effektivitet även när den fungerar vid minimala spänningsnivåer
Det finns ingen närvaro av grindström, detta skapar mer ingångsimpedans vilket ytterligare ger ökad växlingshastighet för enheten
Dessa enheter kan fungera vid minimala effektnivåer och använder minimal ström

Nackdelar

Få av nackdelarna är:

När dessa enheter fungerar vid överbelastningsnivåer skapar det instabilitet hos enheten
Som för att enheterna har ett tunt oxidskikt kan detta orsaka skador på enheten när de stimuleras av elektrostatiska laddningar

Applikationer

Tillämpningarna av MOSFET är

Förstärkare gjorda av MOSFET används extremt i omfattande frekvensapplikationer
Regleringen för likströmsmotorer tillhandahålls av dessa enheter
Eftersom dessa har förbättrade omkopplingshastigheter fungerar det som perfekt för konstruktion av chopperförstärkare
Fungerar som en passiv komponent för olika elektroniska element.

I slutändan kan man dra slutsatsen att transistorn kräver ström medan MOSFET kräver en spänning. Körkravet för MOSFET är mycket bättre, mycket enklare jämfört med en BJT. Och vet också Hur kopplar jag en Mosfet till en switch?

Fotokrediter