MOSFET kanálu N: obvod, funkce, rozdíly a jeho aplikace

MOSFET je druh tranzistoru a nazývá se také IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor) nebo MIFET (Metal Insulator Field Effect Transistor). V MOSFET kanál a hradlo jsou odděleny tenkou vrstvou SiO2 a tvoří kapacitu, která se mění s napětím hradla. MOSFET tedy funguje jako MOS kondenzátor, který je řízen přes vstupní bránu ke zdroji napětí. MOSFET lze tedy použít i jako napěťově řízený kondenzátor. Struktura MOSFETu je podobná kondenzátoru MOS, protože křemíková báze v tomto kondenzátoru je typu p.

Ty se dělí do čtyř typů vylepšení p kanálu, n kanálu, vyčerpání p kanálu a n kanálu. Tento článek pojednává o jednom z typů podobných MOSFET N kanál MOSFET – práce s aplikacemi.

Co je MOSFET kanálu N?

Typ MOSFET, ve kterém je kanál MOSFET složen z většiny nosičů náboje jako proudových nosičů, jako jsou elektrony, je známý jako N kanálový MOSFET. Jakmile je tento MOSFET ZAPNUTÝ, pak se většina nosičů náboje bude pohybovat skrz kanál. Tento MOSFET je kontrastem k P-kanálovému MOSFETu.

Tento MOSFET zahrnuje N-kanálovou oblast, která je umístěna uprostřed terminálů zdroje a odvodu. Jedná se o třísvorkové zařízení, kde jsou svorky jako G (gate), D (drain) a S (source). V tomto tranzistoru je zdroj a odtok silně dotován v oblasti n+ a tělo nebo substrát je typu P.

Pracovní

Tento MOSFET zahrnuje N-kanálovou oblast, která je umístěna uprostřed svorek zdroje a odvodu. Jedná se o třísvorkové zařízení, jehož svorky jsou G (brána), D (odtok) a S (zdroj). V tomto FET je zdroj a odtok silně dopován n+ oblastí a tělo nebo substrát je typu P.

Zde se kanál vytvoří při příchodu elektronů. Kladné napětí také přitahuje elektrony jak z n+ zdrojové, tak z odtokové oblasti do kanálu. Jakmile je mezi kolektor a zdroje přivedeno napětí, proud volně protéká mezi zdrojem a kolektorem a napětí na bráně jednoduše ovládá elektrony nosičů náboje v kanálu. Podobně, pokud přivedeme záporné napětí na svorku hradla, vytvoří se pod vrstvou oxidu dírový kanál.

Symbol MOSFET kanálu N

Symbol MOSFET kanálu N je zobrazen níže. Tento MOSFET obsahuje tři terminály jako source, drain a gate. U n-kanálových mosfetů je směr symbolu šipky dovnitř. Symbol šipky tedy určuje typ kanálu, jako je P-kanál nebo N-kanál.

Obvod MOSFET kanálu N

The schéma zapojení pro řízení bezkomutátorového stejnosměrného ventilátoru pomocí N kanálových mosfetů a Arduino Uno rev3 je zobrazen níže. Tento obvod lze sestavit s deskou Arduino Uno rev3, n kanálovým mosfetem, bezkomutátorovým stejnosměrným ventilátorem a propojovacími vodiči.

MOSFET použitý v tomto obvodu je 2N7000 N-kanálový MOSFET a je typu vylepšení, takže bychom měli nastavit výstupní pin Arduina na vysokou, aby poskytoval energii ventilátoru.

Zapojení tohoto obvodu následuje takto;

• Připojte zdrojový kolík MOSFETu ke GND
• Hradlový pin MOSFETu je připojen k pinu 2 Arduina.
• Vypouštěcí kolík MOSFETu k černému drátu ventilátoru.
• Červený drát bezkomutátorového stejnosměrného ventilátoru je připojen ke kladné kolejnici prkénka.
• Je třeba provést další připojení z kolíku Arduino 5V ke kladné kolejnici prkénka.

Obecně se MOSFET používá pro přepínání a zesilování signálů. V tomto příkladu je tento mosfet použit jako spínač, který obsahuje tři terminály, jako je brána, zdroj a odtok. N-kanálový MOSFET je jeden typ napěťově řízeného zařízení a tyto MOSFETy jsou k dispozici ve dvou typech mosfetů pro vylepšení a mosfetů s vyčerpáním.

Obecně platí, že vylepšení MOSFET je vypnuto, jakmile je Vgs (gate-source voltage) 0V, proto by mělo být na svorku brány poskytnuto napětí, aby proud protékal skrz kanál zdroje mozků. Vzhledem k tomu, vyčerpání MOSFET je obecně zapnuto, jakmile Vgs (gate-source voltage) je 0V, takže proud teče skrz odtok do zdrojového kanálu, dokud není na terminálu brány uvedeno kladné napětí.

Kód

void setup() {
// sem vložte kód nastavení, aby se spustil jednou:
pinMode(2, OUTPUT);

}

void loop() {
// sem vložte svůj hlavní kód, aby se spouštěl opakovaně:
digitalWrite(2, VYSOKÝ);
zpoždění(5000);
digitalWrite(2, NÍZKÁ);
zpoždění(5000);
}

Když je tedy na svorku brány mosfetu přivedeno 5V napájení, bezkomutátorový stejnosměrný ventilátor se zapne. Podobně, když je na svorku brány mosfetu přivedeno 0V, ventilátor se vypne.

Typy N kanálových MOSFETů

MOSFET kanálu N je napěťově řízené zařízení, které se dělí na dva typy typu vylepšení a typu vyčerpání.

Vylepšení kanálu N MOSFET

Vylepšený MOSFET kanálu N je obecně vypnutý, jakmile je napětí mezi hradlem a zdrojem nula voltů, takže na terminál hradla by mělo být přivedeno napětí, aby proud přiváděl skrz kanál zdroje kolektoru.

Fungování n-kanálového tranzistoru MOSFET je stejné jako n-kanálového tranzistorového MOSFETu s výjimkou konstrukce a provozu. U tohoto typu MOSFET může tělo zařízení tvořit substrát typu p, který je lehce dopován. Oblasti zdroje a odtoku jsou silně dopovány nečistotami typu n.

Zde jsou zdroj a tělo běžně připojeny k zemnící svorce. Jakmile aplikujeme kladné napětí na hradlový terminál, pak se menšinové nosiče náboje substrátu typu p přitahují směrem k hradlovému terminálu kvůli pozitivitě hradla a ekvivalentnímu kapacitnímu efektu.

Většinové nosiče náboje, jako jsou elektrony a menšinové nosiče náboje substrátu typu p, budou přitahovány směrem k terminálu hradla, takže vytvoří pod dielektrickou vrstvou zápornou nepokrytou iontovou vrstvu rekombinací elektronů s dírami.

Pokud neustále zvyšujeme kladné hradlové napětí, proces rekombinace se nasytí po prahové úrovni napětí, pak se v místě začnou hromadit nosiče náboje, jako jsou elektrony, aby vytvořily vodivý kanál pro volné elektrony. Tyto volné elektrony budou také pocházet ze silně dopovaného zdroje a odčerpávají oblast typu n.

Pokud přivedeme kladné napětí na svodovou svorku, pak tok proudu bude v celém kanálu. Odpor kanálu tedy bude záviset na volných nosičích náboje, jako jsou elektrony v kanálu, a tyto elektrony budou opět záviset na potenciálu brány zařízení v kanálu. Když koncentrace volných elektronů vytvoří kanál a tok proudu skrz kanál se zvýší kvůli zvýšení napětí brány.

Vyčerpání kanálu N MOSFET

Obecně se tento MOSFET aktivuje vždy, když je napětí na hradle ke zdroji 0 V, proto proud dodává z kolektoru do zdrojového kanálu, dokud se na svorce hradla (G) nepřivede kladné napětí. Fungování MOSFETu s vyčerpáním N kanálů je odlišné ve srovnání s MOSFET s n kanálovým vylepšením. V tomto MOSFETu je použitým substrátem polovodič typu p.

V tomto MOSFETu jsou jak zdrojové, tak odtokové oblasti silně dotované polovodiče typu n. Mezera mezi oblastí zdroje a odvodu je rozptýlena prostřednictvím nečistot typu n.

Jakmile aplikujeme potenciálový rozdíl mezi svorkami zdroje a odvodu, proud protéká celou oblastí n substrátu. Když aplikujeme záporné napětí na hradlový terminál, pak se nosiče náboje, jako jsou elektrony, zruší a posunou dolů v n-oblasti těsně pod dielektrickou vrstvou oxidu křemičitého.

V důsledku toho budou pod dielektrickou vrstvou SiO2 kladné nepokryté iontové vrstvy. Takže tímto způsobem dojde v kanálu k vyčerpání nosičů náboje. Tím se sníží celková vodivost kanálu.

V tomto stavu, když je stejné napětí aplikováno na svodovou svorku, pak se proud na svodu sníží. Zde jsme pozorovali, že odtokový proud může být řízen změnou vyčerpání nosičů náboje v kanálu, takže je znám jako vyčerpání MOSFET.

Zde je brána v záporném potenciálu, odtok je v kladném potenciálu a zdroj je na potenciálu „0“. V důsledku toho je rozdíl napětí větší mezi kolektorem k bráně než zdrojem k bráně, takže šířka vrstvy vyčerpání je více směrem k kolektoru než ke zdroji.

Rozdíl mezi MOSFET N kanálu a MOSFET P kanálu

Rozdíl mezi n kanálovými a p kanálovými mosfety zahrnuje následující.

Jak otestovat N kanálový MOSFET

Kroky zapojené do testování MOSFET N kanálu jsou diskutovány níže.

• K testování n-kanálového MOSFETu se používá analogový multimetr. K tomu potřebujeme umístit knoflík do rozsahu 10K.
• Pro testování tohoto MOSFETu nejprve umístěte černou sondu na vypouštěcí kolík MOSFETu a červenou sondu na hradlový kolík, aby se vybila vnitřní kapacita MOSFETu.
• Poté přesuňte červenou sondu ke zdrojovému kolíku, zatímco černá sonda je stále na vypouštěcím kolíku
• Pravým prstem se dotkněte hradla a vypouštěcího kolíku, abychom mohli pozorovat, že se ukazatel analogového multimetru otočí stranou do středu rozsahu stupnice měřiče.
• Odstraňte červenou sondu multimetru a také pravý prst ze zdrojového kolíku MOSFETu a poté znovu položte prst na červenou sondu a zdrojový kolík, ukazatel zůstane stále ve středu stupnice multimetru.
• Abychom to vybili, musíme sejmout červenou sondu a jen se jednorázově dotknout čepu hradla. Nakonec se tím opět vybije vnitřní kapacita.
• Nyní se musí znovu použít červená sonda, aby se dotkla kolíku zdroje, pak se ukazatel multimetru vůbec nevychýlí, jak jste ho předtím vybili pouhým dotykem na kolík hradla.

Charakteristika

MOSFET s kanálem N má dvě charakteristiky, jako je odvodňovací charakteristika a přenosová charakteristika.

Charakteristiky odtoku

Odtokové charakteristiky N-kanálových mosfetů zahrnují následující.

• Odtokové charakteristiky n kanálových mosfetů jsou vykresleny mezi výstupním proudem a VDS, které je známé jako Drain to source voltage VDS.
• Jak můžeme vidět na diagramu, pro různé hodnoty Vgs vykreslíme aktuální hodnoty. Takže můžeme vidět různé grafy odtokového proudu v diagramu, jako je nejnižší hodnota Vgs, maximální hodnoty Vgs atd.
• Ve výše uvedených charakteristikách zůstane proud konstantní po určitém odběrovém napětí. Proto je pro fungování MOSFET vyžadováno minimální napětí pro odběr ke zdroji.
• Když tedy zvýšíme „Vgs“, zvýší se šířka kanálu a výsledkem bude větší ID (odtokový proud).

Přenosové charakteristiky

Přenosové charakteristiky N-kanálových mosfetů zahrnují následující.

• Přenosové charakteristiky jsou také známé jako transkonduktanční křivka, která je vykreslena mezi vstupním napětím (Vgs) a výstupním proudem (ID).
• Zpočátku, kdykoli není žádná brána ke zdroji napětí (Vgs), pak poteče velmi méně proudu jako v mikroampérech.
• Jakmile je napětí brány ke zdroji kladné, odtokový proud se postupně zvyšuje.
• Poté dojde k rychlému nárůstu v rámci odtokového proudu ekvivalentnímu zvýšení ve vgs.
• Odtokového proudu lze dosáhnout pomocí Id= K (Vgsq- Vtn)^2.

Aplikace

The aplikace n kanálu mosfe t zahrnují následující.

• Tyto MOSFETy se často používají v aplikacích nízkonapěťových zařízení, jako je úplný můstek a uspořádání můstku B6 využívající motor a stejnosměrný zdroj.
• Tyto MOSFETy jsou užitečné při přepínání záporného napájení motoru v opačném směru.
• n-kanálový MOSFET pracuje v saturačních a hraničních oblastech. pak funguje jako spínací obvod.
• Tyto MOSFETy se používají k přepínání LAMP nebo LED do ON/OFF.
• Ty jsou preferovány v aplikacích s vysokým proudem.

Jde tedy o přehled n kanálu mosfet – funkční s aplikacemi. Zde je otázka pro vás, co je p kanál mosfet?