Tranzistorul MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) este un dispozitiv semiconductor care este utilizat pe scară largă în scopuri de comutare și pentru amplificarea semnalelor electronice în dispozitivele electronice. Un MOSFET este fie un circuit central, fie un circuit integrat în care este proiectat și fabricat într-un singur cip, deoarece dispozitivul este disponibil în dimensiuni foarte mici. Introducerea dispozitivului MOSFET a adus o schimbare în domeniul comutarea în electronică . Să mergem cu o explicație detaliată a acestui concept.

Ce este MOSFET?

Un MOSFET este un dispozitiv cu patru terminale care are terminale sursă (S), poartă (G), golire (D) și corp (B). În general, corpul MOSFET este în legătură cu terminalul sursă formând astfel un dispozitiv cu trei terminale, cum ar fi un tranzistor cu efect de câmp. MOSFET este în general considerat ca un tranzistor și utilizat atât în circuitele analogice, cât și în cele digitale. Acesta este elementul de bază introducere în MOSFET . Și structura generală a acestui dispozitiv este următoarea:

MOSFET

De deasupra Structura MOSFET , funcționalitatea MOSFET depinde de variațiile electrice care se întâmplă în lățimea canalului împreună cu fluxul purtătorilor (fie găuri, fie electroni). Purtătorii de încărcare intră în canal prin terminalul sursă și ies prin canal.

Lățimea canalului este controlată de tensiunea unui electrod numit poartă și este situată între sursă și drenaj. Este izolat de canal lângă un strat extrem de subțire de oxid de metal. Capacitatea MOS care există în dispozitiv este secțiunea crucială în care se desfășoară întreaga operațiune.

MOSFET cu terminale

Un MOSFET poate funcționa în două moduri

Mod de epuizare
Mod de îmbunătățire

Mod de epuizare

Când nu există tensiune pe terminalul porții, canalul prezintă conductanța maximă. În timp ce atunci când tensiunea de pe terminalul porții este fie pozitivă, fie negativă, atunci conductivitatea canalului scade.

De exemplu

Mod de îmbunătățire

Când nu există tensiune pe terminalul porții, dispozitivul nu conduce. Când există tensiunea maximă pe terminalul porții, atunci dispozitivul prezintă o conductivitate sporită.

Mod de îmbunătățire

Principiul de lucru al MOSFET

Principiul principal al dispozitivului MOSFET este acela de a putea controla fluxul de tensiune și curent între sursa și terminalele de scurgere. Funcționează aproape ca un comutator și funcționalitatea dispozitivului se bazează pe condensatorul MOS. Condensatorul MOS este partea principală a MOSFET.

Suprafața semiconductorului de la stratul de oxid de mai jos, care este situat între sursă și terminalul de scurgere poate fi inversată de la tipul p la tipul n prin aplicarea tensiunilor de poartă pozitive sau negative. Când aplicăm o forță de respingere pentru tensiunea pozitivă a porții, atunci găurile prezente sub stratul de oxid sunt împinse în jos cu substratul.

Regiunea de epuizare populată de sarcinile negative legate care sunt asociate cu atomii acceptori. Când se ajunge la electroni, se dezvoltă un canal. Tensiunea pozitivă atrage, de asemenea, electroni din sursa n + și regiunile de drenare în canal. Acum, dacă se aplică o tensiune între drenaj și sursă, curentul curge liber între sursă și drenaj, iar tensiunea porții controlează electronii din canal. În loc de tensiunea pozitivă, dacă aplicăm o tensiune negativă, se va forma un canal de gaură sub stratul de oxid.

Diagrama bloc MOSFET

MOSFET P-Channel

MOSFET-ul canalului P are o regiune a canalului P situată între bornele sursă și de evacuare. Este un dispozitiv cu patru terminale având terminalele ca poartă, golire, sursă și corp. Drenajul și sursa sunt regiunea p + puternic dopată, iar corpul sau substratul sunt de tip n. Fluxul de curent este în direcția găurilor încărcate pozitiv.

Când aplicăm tensiunea negativă cu forță respingătoare la terminalul porții, atunci electronii prezenți sub stratul de oxid sunt împinși în jos în substrat. Regiunea de epuizare populată de sarcinile pozitive legate care sunt asociate cu atomii donatorilor. Tensiunea negativă a porții atrage, de asemenea, găuri din sursa p + și regiunea de drenare în regiunea canalului.

Mod de epuizare Canal P

Mod P canal îmbunătățit

MOSFET N- Canal

MOSFET-ul N-Channel are o regiune a canalului N situată între bornele sursă și de evacuare. Este un dispozitiv cu patru terminale având terminalele ca poartă, golire, sursă, corp. În acest tip de tranzistor cu efect de câmp, drenajul și sursa sunt puternic dopate n + regiune și substratul sau corpul sunt de tip P.

Fluxul de curent în acest tip de MOSFET se întâmplă din cauza electronilor încărcați negativ. Când aplicăm tensiunea pozitivă cu forță respingătoare la terminalul porții, orificiile prezente sub stratul de oxid sunt împinse în jos în substrat. Regiunea de epuizare este populată de sarcinile negative legate care sunt asociate cu atomii acceptori.

La atingerea electronilor, se formează canalul. Tensiunea pozitivă atrage, de asemenea, electroni din sursa n + și regiunile de drenare în canal. Acum, dacă se aplică o tensiune între drenaj și sursă, curentul curge liber între sursă și drenaj, iar tensiunea porții controlează electronii din canal. În loc de tensiune pozitivă dacă aplicăm tensiune negativă, atunci se va forma un canal de gaură sub stratul de oxid.

“multimetrul este folosit pentru a măsura ”

Mod de îmbunătățire N canal

Regiuni de operare MOSFET

Pentru cel mai general scenariu, funcționarea acestui dispozitiv are loc în principal în trei regiuni și acestea sunt după cum urmează:

Regiune limită - Este regiunea în care dispozitivul va fi în starea OFF și există o cantitate zero de curent prin el. Aici, dispozitivul funcționează ca un comutator de bază și este atât de utilizat ca atunci când este necesar să funcționeze ca întrerupătoare electrice.
Regiunea de saturație - În această regiune, dispozitivele vor avea valoarea curentului de scurgere la sursă ca fiind constantă, fără a lua în considerare creșterea tensiunii din scurgere la sursă. Acest lucru se întâmplă o singură dată când tensiunea pe canalul de scurgere la sursa crește mai mult decât valoarea tensiunii de prindere. În acest scenariu, dispozitivul funcționează ca un comutator închis unde curge un nivel saturat de curent de-a lungul canalului de scurgere către terminalele sursă. Datorită acestui fapt, regiunea de saturație este selectată atunci când dispozitivele ar trebui să efectueze comutarea.
Regiune liniară / ohmică - Este regiunea în care curentul de pe canalul de scurgere la sursă se mărește odată cu creșterea tensiunii de-a lungul canalului de scurgere la sursă. Când dispozitivele MOSFET funcționează în această regiune liniară, acestea îndeplinesc funcționalitatea amplificatorului.

Să luăm acum în considerare caracteristicile de comutare ale MOSFET

Un semiconductor prea, cum ar fi MOSFET sau tranzistorul de joncțiune bipolar, funcționează practic ca comutatoare în două scenarii, unul este starea ON și celălalt este starea OFF. Pentru a lua în considerare această funcționalitate, să ne uităm la caracteristicile ideale și practice ale dispozitivului MOSFET.

Caracteristici ideale ale comutatorului

Când se presupune că un MOSFET funcționează ca un comutator ideal, acesta ar trebui să dețină proprietățile de mai jos și acestea sunt

În condiția ON, trebuie să existe limita curentă pe care o poartă
În starea OFF, blocarea nivelurilor de tensiune nu trebuie să conțină niciun fel de limitări
Când dispozitivul funcționează în starea ON, valoarea căderii de tensiune ar trebui să fie nulă
Rezistența în starea OFF trebuie să fie infinită
Nu ar trebui să existe restricții privind viteza de funcționare

Caracteristici practice ale comutatorului

Deoarece lumea nu este doar lipită de aplicațiile ideale, funcționarea MOSFET este chiar aplicabilă în scopuri practice. În scenariul practic, dispozitivul ar trebui să dețină proprietățile de mai jos

În condiția ON, abilitățile de gestionare a energiei ar trebui să fie limitate, ceea ce înseamnă că fluxul curentului de conducere trebuie restricționat.
În starea OFF, nivelurile de blocare a tensiunii nu trebuie limitate
Pornirea și oprirea pentru timp finit restricționează viteza limitativă a dispozitivului și chiar limitează frecvența funcțională
În starea ON a dispozitivului MOSFET, vor exista valori minime de rezistență în cazul în care acest lucru duce la scăderea tensiunii în polarizarea redirecționării. De asemenea, există o rezistență finită la starea OFF care oferă curent invers de scurgere
Când dispozitivul funcționează în caracteristici practice, pierde puterea în condiții de PORNIRE și OPRIRE. Acest lucru se întâmplă chiar și în stările de tranziție.

Exemplu de MOSFET ca switch

În aranjamentul de mai jos al circuitului, un mod îmbunătățit și MOSFET cu canal N sunt utilizate pentru a comuta o lampă de probă cu condițiile ON și OFF. Tensiunea pozitivă la terminalul porții este aplicată la baza tranzistorului și lampa se deplasează în starea ON și aici V_GS= + v sau la un nivel de tensiune zero, dispozitivul se transformă în starea OFF, unde V_GS= 0.

“cum funcționează un condensator electrolitic ”

MOSFET ca switch

Dacă sarcina rezistivă a lămpii trebuia înlocuită cu o sarcină inductivă și conectată la releul sau dioda protejată de sarcină. În circuitul de mai sus, este un circuit foarte simplu pentru comutarea unei sarcini rezistive, cum ar fi o lampă sau un LED. Dar atunci când utilizați MOSFET ca comutator fie cu sarcină inductivă, fie cu capacitate, atunci este necesară protecție pentru dispozitivul MOSFET.

Dacă în cazul în care MOSFET-ul nu este protejat, acesta poate duce la deteriorarea dispozitivului. Pentru ca MOSFET să funcționeze ca un dispozitiv de comutare analogic, trebuie să fie comutat între regiunea sa de tăiere unde V_GS= 0 și regiunea de saturație unde V_GS= + v.

Descrierea videoclipului

MOSFET poate funcționa și ca tranzistor și este prescurtat ca tranzistor cu efect de câmp de siliciu cu oxid de metal. Aici, numele în sine a indicat faptul că dispozitivul poate fi operat ca un tranzistor. Va avea canal P și canal N. Dispozitivul este conectat în așa fel utilizând cele patru terminale sursă, poartă și golire, iar o sarcină rezistivă de 24Ω este conectată în serie cu un ampermetru, iar un contor de tensiune este conectat pe MOSFET.

În tranzistor, fluxul de curent în poartă este într-o direcție pozitivă, iar terminalul sursă este conectat la masă. În timp ce în dispozitivele cu tranzistor de joncțiune bipolară, fluxul de curent este peste calea de la bază la emițător. Dar în acest dispozitiv, nu există curent de curent, deoarece există un condensator la începutul porții, necesită doar tensiune.

Acest lucru se poate întâmpla prin continuarea procesului de simulare și prin pornirea / oprirea. Când comutatorul este PORNIT, nu există curent de curent în circuit, când sunt conectate rezistența de 24Ω și 0,29 a tensiunii ampermetrului, atunci găsim căderea de tensiune neglijabilă pe sursă, deoarece există + 0,21V pe acest dispozitiv.

Rezistența dintre canal și sursă este denumită RDS. Datorită acestui RDS, căderea de tensiune apare atunci când există curent de curent în circuit. RDS variază în funcție de tipul dispozitivului (poate varia între 0,001, 0,005 și 0,05 în funcție de tipul de tensiune.

Puține dintre conceptele de învățat sunt:

1). Cum se alege MOSFET ca switch ?

Există puține condiții care trebuie respectate la selectarea MOSFET-ului ca switch și acestea sunt următoarele:

Utilizarea polarității fie a canalului P, fie a canalului N.
O valoare maximă a valorilor tensiunii și curentului de funcționare
Rds crescut ON, ceea ce înseamnă că rezistența la terminalul Drain to Source când canalul este complet deschis
Frecvență operațională îmbunătățită
Ambalajul este de la To-220 și DPAck și multe altele.

2). Ce este eficiența comutatorului MOSFET?

Principala restricție în momentul operării MOSFET ca dispozitiv de comutare este valoarea curentă de scurgere îmbunătățită de care dispozitivul poate fi capabil. Înseamnă că RDS în stare ON este parametrul crucial care decide capacitatea de comutare a MOSFET. Este reprezentat ca raportul dintre tensiunea sursei de scurgere și cea a curentului de scurgere. Trebuie calculat numai în starea ON a tranzistorului.

3). De ce este utilizat comutatorul MOSFET în Boost Converter?

În general, un convertor boost necesită un tranzistor de comutare pentru funcționarea dispozitivului. Deci, pe măsură ce sunt utilizate MOSFET-uri cu tranzistor de comutare. Aceste dispozitive sunt utilizate pentru a cunoaște valoarea curentă și valorile tensiunii. De asemenea, având în vedere viteza și costul de comutare, acestea sunt utilizate pe scară largă.

În același mod, MOSFET poate fi utilizat și în mai multe moduri. iar acestea sunt

MOSFET ca comutator pentru LED
remove_circle_outline
MOSFET ca switch pentru Arduino
Comutator MOSFET pentru sarcină alternativă
Comutator MOSFET pentru motor de curent continuu
Comutator MOSFET pentru tensiune negativă
MOSFET ca switch cu Arduino
MOSFET ca switch cu microcontroler
Comutator MOSFET cu histerezis
MOSFET ca diodă de comutare și rezistor activ
MOSFET ca ecuație de comutare
Comutator MOSFET pentru airsoft
MOSFET ca rezistență a porții de comutare
MOSFET ca solenoid de comutare
Comutați MOSFET utilizând un optocuplator
Comutator MOSFET cu histerezis

Aplicarea MOSFET ca switch

Unul dintre cele mai importante exemple ale acestui dispozitiv este că este utilizat întrucât comutatorul este controlul automat al luminozității în luminile stradale. În aceste zile, multe dintre luminile pe care le observăm pe autostrăzi constau în lămpi cu descărcare de mare intensitate. Dar folosirea lămpilor HID consumă niveluri crescute de energie.

Luminozitatea nu poate fi limitată în funcție de cerință și din această cauză trebuie să existe un comutator pentru metoda alternativă de iluminare și este LED. Utilizarea sistemului LED va depăși dezavantajele lămpilor de înaltă intensitate. Principalul concept din spatele construcției a fost de a controla luminile direct pe autostrăzi, folosind un microprocesor.

Aplicație MOSFET ca switch

Acest lucru poate fi realizat doar modificând impulsurile ceasului. Pe baza necesității, acest dispozitiv este utilizat pentru comutarea lămpilor. Este format dintr-o placă de zmeură pi în care este inclusă cu un procesor pentru gestionare. Aici, LED-urile pot fi înlocuite în locul HID-urilor și acestea au o conexiune cu procesorul prin MOSFET. Microcontrolerul oferă cicluri de funcționare corespunzătoare și apoi trece la MOSFET pentru a oferi un nivel ridicat de intensitate.

Avantaje

Puține dintre avantaje sunt:

Generează eficiență sporită chiar și atunci când funcționează la niveluri minime de tensiune
Nu există prezența curentului de poartă, ceea ce creează o impedanță de intrare mai mare, ceea ce oferă o viteză de comutare crescută pentru dispozitiv
Aceste dispozitive pot funcționa la niveluri minime de putere și utilizează curent minim

Dezavantaje

Puține dintre dezavantaje sunt:

Când aceste dispozitive funcționează la niveluri de tensiune de suprasarcină, creează instabilitate a dispozitivului
Deoarece dispozitivele au un strat subțire de oxid, acest lucru poate crea deteriorarea dispozitivului atunci când este stimulat de sarcinile electrostatice

Aplicații

Aplicațiile MOSFET sunt

Amplificatoarele din MOSFET sunt extrem de utilizate în aplicații de frecvență extinse
Reglarea pentru motoarele de curent continuu este asigurată de aceste dispozitive
Deoarece acestea au viteze de comutare îmbunătățite, acționează ca perfect pentru construcția de amplificatoare pentru elicopter
Funcționează ca o componentă pasivă pentru diferite elemente electronice.

În cele din urmă, se poate concluziona că tranzistorul necesită curent, în timp ce MOSFET necesită o tensiune. Cerința de conducere pentru MOSFET este mult mai bună, mult mai simplă în comparație cu un BJT. Și, de asemenea, să știți Cum conectez un Mosfet la un comutator?

Credite foto