N Channel MOSFET: circuit, funcționare, diferențe și aplicațiile sale

Încercați Instrumentul Nostru Pentru Eliminarea Problemelor





MOSFET este un fel de tranzistor și se mai numește IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor) sau MIFET (Metal Insulator Field Effect Transistor). Într-o MOSFET , canalul și poarta sunt separate printr-un strat subțire de SiO2 și formează o capacitate care se modifică odată cu tensiunea de poartă. Deci, MOSFET funcționează ca un condensator MOS care este controlat prin poarta de intrare la tensiunea sursei. Astfel, MOSFET poate fi folosit și ca condensator controlat de tensiune. Structura MOSFET-ului este similară cu condensatorul MOS, deoarece baza de siliciu a acestui condensator este de tip p.


Acestea sunt clasificate în patru tipuri de îmbunătățire a canalului p, îmbunătățire a canalului n, epuizare a canalului p și epuizare a canalului n. Acest articol discută unul dintre tipurile de MOSFET precum MOSFET cu canal N – lucrul cu aplicații.



Ce este N Channel MOSFET?

Un tip de MOSFET în care canalul MOSFET este compus dintr-o majoritate de purtători de sarcină ca purtători de curent, cum ar fi electronii, este cunoscut ca MOSFET cu canal N. Odată ce acest MOSFET este PORNIT, atunci majoritatea purtătorilor de încărcare se vor muta pe tot canalul. Acest MOSFET este un contrast cu MOSFET-ul P-Channel.

Acest MOSFET include N- regiunea canalului care este situată în mijlocul terminalelor sursă și dren. Este un dispozitiv cu trei terminale în care terminalele sunt G (poartă), D (scurgere) și S (sursă). În acest tranzistor, sursa și scurgerea sunt puternic dopate în regiunea n+, iar corpul sau substratul este de tip P.



Lucru

Acest MOSFET include o regiune N-canal care este situată în mijlocul terminalelor sursă și de scurgere. Este un dispozitiv cu trei terminale în care terminalele sunt G (poartă), D (scurgere) și S (sursă). În acest FET, sursa și scurgerea sunt puternic dopate în regiunea n+, iar corpul sau substratul este de tip P.

Aici, canalul este creat la sosirea electronilor. Tensiunea +ve atrage, de asemenea, electroni din ambele regiuni sursă și dren n+ în canal. Odată ce o tensiune este aplicată între dren și surse, curentul curge liber între sursă și dren, iar tensiunea de la poartă controlează pur și simplu electronii purtători de sarcină din canal. În mod similar, dacă aplicăm tensiune –ve la terminalul porții, atunci se formează un canal de gaură sub stratul de oxid.

Simbol MOSFET canal N

Simbolul MOSFET canal N este prezentat mai jos. Acest MOSFET include trei terminale, cum ar fi sursa, scurgerea și poarta. Pentru mosfet-ul cu canale n, direcția simbolului săgeată este spre interior. Deci, simbolul săgeată specifică tipul de canal, cum ar fi canalul P sau canalul N.

  Simbol
Simbol MOSFET canal N

Circuit MOSFET canal N

The Schema de circuit pentru controlul unui ventilator de curent continuu fără perii folosind mosfet cu canale N și Arduino Uno rev3 este prezentat mai jos. Acest circuit poate fi construit cu o placă Arduino Uno rev3, un mosfet cu canale n, un ventilator de curent continuu fără perii și fire de conectare.

MOSFET-ul utilizat în acest circuit este MOSFET cu canal N 2N7000 și este de tip îmbunătățire, așa că ar trebui să setăm pinul de ieșire al Arduino la mare pentru a furniza putere ventilatorului.

  MOSFET cu canal N 2N7000
MOSFET cu canal N 2N7000

Conexiunile acestui circuit urmează ca;

  • Conectați pinul sursă al MOSFET-ului la GND
  • Pinul de poartă al MOSFET este conectat la pinul 2 al Arduino.
  • Pinul de scurgere al MOSFET-ului la firul de culoare neagră al ventilatorului.
  • Firul de culoare roșie al ventilatorului de curent continuu fără perii este conectat la șina pozitivă a plăcii.
  • Trebuie să fie furnizată o conexiune suplimentară de la pinul Arduino 5V la șina pozitivă a plăcii.

În general, un MOSFET este utilizat pentru comutarea și amplificarea semnalelor. În acest exemplu, acest mosfet este folosit ca un comutator care include trei terminale precum poarta, sursă și scurgere. MOSFET-ul cu canal n este un tip de dispozitiv controlat de tensiune și aceste MOSFET-uri sunt disponibile în două tipuri de mosfet de îmbunătățire și mosfet de epuizare.

  Controlul ventilatorului DC fără perii cu MOSFET cu canal N
Controlul ventilatorului DC fără perii cu MOSFET cu canal N

În general, un MOSFET de îmbunătățire este oprit odată ce Vgs (tensiunea sursă-poartă) este de 0V, prin urmare ar trebui furnizată o tensiune la terminalul de poartă, astfel încât curentul să curgă prin canalul sursei de scurgere. Întrucât, MOSFET-ul de epuizare este în general pornit odată ce Vgs (tensiunea sursă-portă) este de 0V, astfel încât curentul curge prin canalul de scurgere către canalul sursă până când este dată o tensiune +ve la terminalul porții.

Cod

void setup() {
// pune codul de configurare aici, pentru a rula o dată:
pinMode(2, OUTPUT);

}

void loop() {
// pune codul principal aici, pentru a rula în mod repetat:
digitalWrite(2, HIGH);
întârziere (5000);
digitalWrite(2, LOW);
întârziere (5000);
}

Astfel, atunci când sursa de 5v este dată la terminalul de poartă al mosfetului, ventilatorul de curent continuu fără perii va fi pornit. În mod similar, atunci când 0v este dat terminalului de poartă al mosfetului, atunci ventilatorul va fi oprit.

Tipuri de MOSFET cu canal N

MOSFET-ul cu canal N este un dispozitiv controlat de tensiune care este clasificat în două tipuri, tip de îmbunătățire și tip de epuizare.

N Channel Enhancement MOSFET

Un MOSFET cu canal N de tip îmbunătățire este în general oprit odată ce tensiunea de la poarta la sursă este zero volți, prin urmare ar trebui furnizată o tensiune la terminalul de poartă, astfel încât sursa de curent să fie alimentată prin canalul de scurgere-sursă.

Funcționarea MOSFET de îmbunătățire a canalelor n este aceeași cu MOSFET de îmbunătățire a canalului p, cu excepția construcției și funcționării. În acest tip de MOSFET, un substrat de tip p care este ușor dopat poate forma corpul dispozitivului. Regiunile sursă și de scurgere sunt puternic dopate cu impurități de tip n.

Aici sursa și corpul sunt de obicei conectate la borna de masă. Odată ce aplicăm o tensiune pozitivă la terminalul porții, purtătorii de sarcină minoritari ai substratului de tip p se vor atrage spre terminalul porții din cauza pozitivității porții și a efectului capacitiv echivalent.

  N Channel Enhancement MOSFET
N Channel Enhancement MOSFET

Purtătorii de sarcină majoritari, cum ar fi electronii și purtătorii de sarcină minoritari ai substratului de tip p, vor fi atrași către terminalul porții, astfel încât să formeze un strat de ioni negativi neacoperiți sub stratul dielectric prin recombinarea electronilor cu găuri.

Dacă creștem continuu tensiunea porții pozitive, procesul de recombinare va deveni saturat după nivelul tensiunii de prag, atunci purtătorii de sarcină precum electronii vor începe să se acumuleze în locul respectiv pentru a forma un canal conductiv de electroni liberi. Acești electroni liberi vor veni, de asemenea, din sursa puternic dopată și vor drena regiunea de tip n.

Dacă aplicăm +ve tensiune la terminalul de scurgere, atunci fluxul de curent va fi acolo pe tot canalul. Deci, rezistența canalului va depinde de purtătorii de sarcină liberi, cum ar fi electronii din canal și, din nou, acești electroni vor depinde de potențialul de poartă al dispozitivului din canal. Când concentrația de electroni liberi formează canalul și fluxul de curent prin canal va fi îmbunătățit din cauza creșterii tensiunii de poartă.

N Channel Depletion MOSFET

În general, acest MOSFET este activat ori de câte ori tensiunea de la poarta către sursă este de 0V, prin urmare se alimentează curent de la dren către canalul sursă până când se aplică o tensiune pozitivă la terminalul porții (G). Funcționarea MOSFET de epuizare a canalelor N este diferită în comparație cu MOSFET de îmbunătățire a canalelor n. În acest MOSFET, substratul utilizat este un semiconductor de tip p.

În acest MOSFET, atât regiunile sursă, cât și cele de scurgere sunt semiconductori de tip n puternic dopați. Decalajul dintre ambele regiuni sursă și dren este difuzat prin impurități de tip n.

  MOSFET de epuizare a canalului N
N Channel Depletion MOSFET

Odată ce aplicăm o diferență de potențial între terminalele de sursă și de scurgere, curentul curge în regiunea n a substratului. Când aplicăm o tensiune -ve la terminalul porții, atunci purtătorii de sarcină precum electronii vor fi abroși și mutați în jos în regiunea n chiar sub stratul dielectric de dioxid de siliciu.

În consecință, vor exista straturi de ioni pozitivi neacoperiți sub stratul dielectric de SiO2. Deci, în acest fel, va avea loc o epuizare a purtătorilor de sarcină în interiorul canalului. Astfel, conductibilitatea generală a canalului va fi scăzută.

În această condiție, atunci când se aplică aceeași tensiune la borna de scurgere, atunci curentul de la dren va fi scăzut. Aici am observat că curentul de scurgere poate fi controlat prin schimbarea epuizării purtătorilor de sarcină în interiorul canalului, deci este cunoscut ca MOSFET de epuizare.

Aici, poarta este într-un potențial -ve, drenul este într-un potențial +ve și sursa este la potențialul „0”. Ca rezultat, diferența de tensiune este mai mare între drenajul la poartă decât sursa către poartă, prin urmare lățimea stratului de epuizare este mai mult spre dren decât sursă.

Diferența dintre MOSFET canal N și MOSFET canal P

Diferența dintre mosfetul de canal n și canalul p include următoarele.

MOSFET canal N P Channel MOSFET
MOSFET cu canal N folosește electronii ca purtători de sarcină. MOSFET-ul canalului P folosește găuri ca purtători de încărcare.
În general, canalul N merge pe partea GND a sarcinii. În general, P-Channel merge pe partea VCC.
Acest MOSFET cu canal N se activează odată ce aplicați o tensiune +ve la terminalul G (poartă). Acest MOSFET cu canal P se activează odată ce aplicați o tensiune -ve la terminalul G (poartă).
Acest MOSFET este clasificat în două tipuri de mosfet de îmbunătățire a canalului N și mosfet de epuizare a canalului N. Acest MOSFET este clasificat în două tipuri de mosfet de îmbunătățire a canalului P și mosfet de epuizare a canalului P.

Cum se testează un MOSFET cu canal N

Pașii implicați în testarea MOSFET-ului N canal sunt discutați mai jos.

  • Pentru a testa un MOSFET cu canale n, se folosește un multimetru analogic. Pentru asta, trebuie să plasăm butonul în intervalul 10K.
  • Pentru a testa acest MOSFET, puneți mai întâi sonda neagră pe pinul de scurgere al MOSFET și sonda roșie pe pinul porții pentru a descărca capacitatea internă din MOSFET.
  • După aceea, mutați sonda de culoare roșie la pinul sursă în timp ce sonda neagră este încă pe pinul de scurgere
  • Folosiți degetul drept pentru a atinge atât pinii de poartă, cât și de scurgere, astfel încât să putem observa că indicatorul multimetrului analogic se va întoarce în zona centrală a scalei contorului.
  • Îndepărtați sonda roșie a multimetrului și, de asemenea, degetul drept de la pinul sursă al MOSFET, apoi plasați din nou degetul pe sonda roșie și pinul sursă, indicatorul va rămâne în continuare în centrul scalei multimetrului.
  • Pentru a-l descărca, trebuie să luăm sonda roșie și să atingem o singură dată știftul porții. În cele din urmă, aceasta va descărca din nou capacitatea internă.
  • Acum, o sondă roșie trebuie să fie folosită din nou pentru a atinge pinul sursei, apoi indicatorul multimetrului nu se va devia deloc, deoarece anterior l-ați descărcat prin simpla atingere a pinului porții.

Caracteristici

MOSFET cu canal N are două caracteristici, cum ar fi caracteristicile de drenaj și caracteristicile de transfer.

Caracteristici de scurgere

Caracteristicile de scurgere ale mosfetului cu canal N includ următoarele.

  Caracteristici de scurgere
Caracteristici de scurgere
  • Caracteristicile de drenare ale mosfetului cu n canale sunt reprezentate între curentul de ieșire și VDS, care este cunoscut sub numele de Drain to source voltage VDS.
  • După cum putem vedea în diagramă, pentru diferite valori Vgs, trasăm valorile curente. Deci, putem vedea diferite grafice ale curentului de scurgere în diagramă, cum ar fi cea mai mică valoare Vgs, valori maxime Vgs etc.
  • În caracteristicile de mai sus, curentul va rămâne constant după o tensiune de scurgere. Prin urmare, este necesară tensiunea minimă pentru scurgerea la sursă pentru a funcționa MOSFET.
  • Deci, când creștem „Vgs”, atunci lățimea canalului va fi mărită, ceea ce duce la mai mult ID (curent de scurgere).

Caracteristici de transfer

Caracteristicile de transfer ale mosfetului N-canal includ următoarele.

  Caracteristici de transfer
Caracteristici de transfer
  • Caracteristicile de transfer sunt, de asemenea, cunoscute ca curba de transconductanță, care este reprezentată între tensiunea de intrare (Vgs) și curentul de ieșire (ID).
  • La început, ori de câte ori nu există o poartă la tensiunea sursei (Vgs), atunci va curge foarte puțin curent ca în microamperi.
  • Odată ce tensiunea de la poartă la sursă este pozitivă, curentul de scurgere crește treptat.
  • După aceea, există o creștere rapidă a curentului de scurgere echivalent cu creșterea în vgs.
  • Curentul de scurgere poate fi realizat prin Id= K (Vgsq- Vtn)^2.

Aplicații

The aplicații de n canal mosfe nu includ următoarele.

  • Aceste MOSFET-uri sunt utilizate frecvent în aplicații pentru dispozitive de joasă tensiune, cum ar fi un pod complet și un aranjament cu punte B6 folosind motorul și o sursă de curent continuu.
  • Aceste MOSFET sunt utile în comutarea alimentării negative a motorului în direcția inversă.
  • Un MOSFET cu canale n funcționează în regiunile de saturație și cut-off. apoi acționează ca un circuit de comutare.
  • Aceste MOSFET-uri sunt folosite pentru a comuta LAMPA sau LED-ul la ON/OFF.
  • Acestea sunt preferate în aplicațiile cu curent ridicat.

Astfel, este vorba despre o prezentare generală a canalelor n mosfet – de lucru cu aplicatii. Iată o întrebare pentru tine, ce este mosfetul canalului p?