N Channel MOSFET : Κύκλωμα, λειτουργία, Διαφορές & Εφαρμογές του

Το MOSFET είναι ένα είδος τρανζίστορ και ονομάζεται επίσης IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor) ή MIFET (Metal Insulator Field Effect Transistor). Σε ένα MOSFET , το κανάλι και η πύλη διαχωρίζονται μέσω ενός λεπτού στρώματος SiO2 και σχηματίζουν μια χωρητικότητα που αλλάζει με την τάση της πύλης. Έτσι, το MOSFET λειτουργεί σαν πυκνωτής MOS που ελέγχεται μέσω της πύλης εισόδου στην τάση της πηγής. Έτσι, το MOSFET μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως πυκνωτής ελεγχόμενης τάσης. Η δομή του MOSFET είναι παρόμοια με τον πυκνωτή MOS επειδή η βάση πυριτίου σε αυτόν τον πυκνωτή είναι τύπου p.

Αυτά ταξινομούνται σε τέσσερις τύπους βελτίωσης καναλιών p, βελτίωσης n καναλιών, εξάντλησης καναλιών p και εξάντλησης n καναλιών. Αυτό το άρθρο εξετάζει έναν από τους τύπους MOSFET like Ν κανάλι MOSFET – εργασία με εφαρμογές.

Τι είναι το N Channel MOSFET;

Ένας τύπος MOSFET στο οποίο το κανάλι MOSFET αποτελείται από την πλειοψηφία των φορέων φορτίου ως φορείς ρεύματος όπως τα ηλεκτρόνια είναι γνωστός ως MOSFET καναλιού Ν. Μόλις ενεργοποιηθεί αυτό το MOSFET, τότε η πλειοψηφία των φορέων φόρτισης θα μετακινηθεί σε όλο το κανάλι. Αυτό το MOSFET είναι σε αντίθεση με το MOSFET του καναλιού P.

Αυτό το MOSFET περιλαμβάνει N- την περιοχή καναλιού που βρίσκεται στη μέση των ακροδεκτών πηγής & αποστράγγισης. Είναι μια συσκευή τριών ακροδεκτών όπου οι ακροδέκτες είναι G (πύλη), D (αποχέτευση) και S (πηγή). Σε αυτό το τρανζίστορ, η πηγή και η αποστράγγιση είναι πολύ ντοπαρισμένη n+ περιοχή και το σώμα ή το υπόστρωμα είναι τύπου P.

Εργαζόμενος

Αυτό το MOSFET περιλαμβάνει μια περιοχή N-καναλιού που βρίσκεται στη μέση των ακροδεκτών πηγής και αποστράγγισης. Είναι μια συσκευή τριών ακροδεκτών όπου οι ακροδέκτες είναι G (πύλη), D (αποχέτευση) και S (πηγή). Σε αυτό το FET, η πηγή και η αποχέτευση είναι βαριά ντοπαρισμένη n+ περιοχή και το σώμα ή το υπόστρωμα είναι τύπου P.

Εδώ, το κανάλι δημιουργείται κατά την άφιξη των ηλεκτρονίων. Η τάση +ve προσελκύει επίσης ηλεκτρόνια και από τις περιοχές n+ πηγής και αποστράγγισης στο κανάλι. Μόλις εφαρμοστεί μια τάση μεταξύ της αποστράγγισης και των πηγών, τότε το ρεύμα ρέει ελεύθερα μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης και η τάση στην πύλη απλώς ελέγχει τα ηλεκτρόνια των φορέων φορτίου μέσα στο κανάλι. Ομοίως, εάν εφαρμόσουμε τάση –ve στον ακροδέκτη της πύλης, τότε σχηματίζεται ένα κανάλι οπής κάτω από το στρώμα οξειδίου.

Σύμβολο MOSFET καναλιών N

Το σύμβολο MOSFET N καναλιών φαίνεται παρακάτω. Αυτό το MOSFET περιλαμβάνει τρεις ακροδέκτες όπως πηγή, αποστράγγιση και πύλη. Για το mosfet n καναλιών, η κατεύθυνση του συμβόλου του βέλους είναι προς τα μέσα. Έτσι, το σύμβολο βέλους καθορίζει τον τύπο καναλιού, όπως κανάλι P ή N-κανάλι.

Κύκλωμα MOSFET N καναλιών

ο διάγραμμα κυκλώματος για τον έλεγχο ενός ανεμιστήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες χρησιμοποιώντας Mosfet καναλιών Ν και Arduino Uno rev3 φαίνεται παρακάτω. Αυτό το κύκλωμα μπορεί να κατασκευαστεί με μια πλακέτα Arduino Uno rev3, ένα mosfet n καναλιών, έναν ανεμιστήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες και καλώδια σύνδεσης.

Το MOSFET που χρησιμοποιείται σε αυτό το κύκλωμα είναι 2N7000 N-channel MOSFET και είναι τύπου βελτίωσης, επομένως θα πρέπει να ρυθμίσουμε την ακίδα εξόδου του Arduino σε υψηλή για την παροχή ισχύος στον ανεμιστήρα.

Οι συνδέσεις αυτού του κυκλώματος ακολουθούν ως εξής:

• Συνδέστε την ακίδα πηγής του MOSFET στο GND
• Ο ακροδέκτης πύλης του MOSFET συνδέεται με τον ακροδέκτη 2 του Arduino.
• Ο πείρος αποστράγγισης του MOSFET στο μαύρο καλώδιο του ανεμιστήρα.
• Το κόκκινο καλώδιο του ανεμιστήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες συνδέεται με τη θετική ράγα της πλακέτας ψωμιού.
• Πρέπει να δοθεί μια επιπλέον σύνδεση από την ακίδα Arduino 5V στη θετική ράγα του breadboard.

Γενικά, ένα MOSFET χρησιμοποιείται για μεταγωγή και ενίσχυση σημάτων. Σε αυτό το παράδειγμα, αυτό το mosfet χρησιμοποιείται ως διακόπτης που περιλαμβάνει τρεις ακροδέκτες όπως πύλη, πηγή και αποστράγγιση. Το MOSFET n καναλιών είναι ένας τύπος συσκευής ελεγχόμενης τάσης και αυτά τα MOSFET διατίθενται σε δύο τύπους Mosfet ενίσχυσης και Mosfet εξάντλησης.

Γενικά, ένα βελτιωτικό MOSFET είναι απενεργοποιημένο όταν το Vgs (τάση πηγής πύλης) είναι 0V, επομένως θα πρέπει να παρέχεται μια τάση στον ακροδέκτη της πύλης έτσι ώστε το ρεύμα να ρέει σε όλο το κανάλι της πηγής αποστράγγισης. Ενώ, το MOSFET εξάντλησης ενεργοποιείται γενικά όταν το Vgs (τάση πηγής πύλης) είναι 0 V, έτσι ώστε το ρεύμα να ρέει σε όλη την αποστράγγιση προς το κανάλι πηγής έως ότου δοθεί μια τάση +ve στον ακροδέκτη της πύλης.

Κώδικας

void setup() {
// βάλτε τον κωδικό εγκατάστασης εδώ, για να εκτελεστεί μία φορά:
pinMode(2, OUTPUT);

}

void loop() {
// βάλτε τον κύριο κωδικό σας εδώ, για να εκτελείται επανειλημμένα:
digitalWrite(2, HIGH);
καθυστέρηση (5000);
digitalWrite(2, LOW);
καθυστέρηση (5000);
}

Έτσι, όταν η παροχή 5v δοθεί στον ακροδέκτη πύλης του mosfet, ο ανεμιστήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες θα ενεργοποιηθεί. Ομοίως, όταν το 0v δοθεί στον ακροδέκτη πύλης του mosfet τότε ο ανεμιστήρας θα απενεργοποιηθεί.

Τύποι MOSFET Ν καναλιών

Το MOSFET καναλιού Ν είναι μια συσκευή ελεγχόμενης τάσης που ταξινομείται σε δύο τύπους τύπου ενίσχυσης και τύπου εξάντλησης.

N Channel Enhancement MOSFET

Ένα MOSFET καναλιού Ν τύπου βελτίωσης είναι γενικά απενεργοποιημένο όταν η τάση πύλης προς την πηγή είναι μηδέν βολτ, επομένως θα πρέπει να παρέχεται μια τάση στον ακροδέκτη της πύλης έτσι ώστε να παρέχεται ρεύμα σε όλο το κανάλι της πηγής αποστράγγισης.

Η λειτουργία του MOSFET βελτίωσης n καναλιών είναι ίδια με του MOSFET βελτίωσης καναλιού p εκτός από την κατασκευή και τη λειτουργία. Σε αυτόν τον τύπο MOSFET, ένα υπόστρωμα τύπου p που είναι ελαφρώς ντοπαρισμένο μπορεί να σχηματίσει το σώμα της συσκευής. Οι περιοχές πηγής και αποστράγγισης είναι εμποτισμένες σε μεγάλο βαθμό με ακαθαρσίες τύπου n.

Εδώ η πηγή και το σώμα συνδέονται συνήθως με τον ακροδέκτη γείωσης. Μόλις εφαρμόσουμε μια θετική τάση στον ακροδέκτη της πύλης, τότε οι φορείς μειοψηφίας φορτίου του υποστρώματος τύπου p θα έλκονται προς το τερματικό της πύλης λόγω της θετικότητας της πύλης και του ισοδύναμου χωρητικού αποτελέσματος.

Οι κύριοι φορείς φορτίου όπως τα ηλεκτρόνια και οι φορείς μειοψηφίας φορτίου του υποστρώματος τύπου p θα έλκονται προς το τερματικό της πύλης έτσι ώστε να σχηματίζει ένα αρνητικό ακάλυπτο στρώμα ιόντων κάτω από το διηλεκτρικό στρώμα ανασυνδυάζοντας ηλεκτρόνια με οπές.

Εάν αυξάνουμε συνεχώς τη θετική τάση πύλης, η διαδικασία ανασυνδυασμού θα κορεστεί μετά το επίπεδο τάσης κατωφλίου και στη συνέχεια φορείς φορτίου όπως ηλεκτρόνια θα αρχίσουν να συσσωρεύονται στο σημείο για να σχηματίσουν ένα αγώγιμο κανάλι ελεύθερων ηλεκτρονίων. Αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια θα προέρχονται επίσης από την βαριά ντοπαρισμένη πηγή και θα αποστραγγίζουν την περιοχή τύπου n.

Εάν εφαρμόσουμε τάση +ve στον ακροδέκτη αποστράγγισης, τότε η ροή του ρεύματος θα υπάρχει σε όλο το κανάλι. Έτσι, η αντίσταση του καναλιού θα εξαρτηθεί από τους φορείς ελεύθερου φορτίου όπως τα ηλεκτρόνια μέσα στο κανάλι και πάλι αυτά τα ηλεκτρόνια θα εξαρτηθούν από το δυναμικό πύλης της συσκευής μέσα στο κανάλι. Όταν η συγκέντρωση ελεύθερων ηλεκτρονίων σχηματίσει το κανάλι και η ροή του ρεύματος σε όλο το κανάλι θα ενισχυθεί λόγω της αύξησης της τάσης πύλης.

MOSFET εξάντλησης N καναλιών

Γενικά, αυτό το MOSFET ενεργοποιείται κάθε φορά που η τάση στην πύλη προς την πηγή είναι 0V, επομένως τροφοδοτείται ρεύμα από την αποστράγγιση στο κανάλι πηγής μέχρι να εφαρμοστεί θετική τάση στον ακροδέκτη της πύλης (G). Η λειτουργία του MOSFET εξάντλησης N καναλιών είναι διαφορετική σε σύγκριση με το MOSFET βελτίωσης n καναλιών. Σε αυτό το MOSFET, το υπόστρωμα που χρησιμοποιείται είναι ένας ημιαγωγός τύπου p.

Σε αυτό το MOSFET, τόσο η περιοχή πηγής όσο και η περιοχή αποστράγγισης είναι ημιαγωγοί τύπου n με μεγάλη πρόσμιξη. Το κενό μεταξύ των περιοχών πηγής και αποστράγγισης διαχέεται μέσω ακαθαρσιών τύπου n.

Μόλις εφαρμόσουμε μια διαφορά δυναμικού μεταξύ των ακροδεκτών πηγής και αποστράγγισης, το ρεύμα ρέει σε όλη την περιοχή n του υποστρώματος. Όταν εφαρμόζουμε τάση a-ve στο τερματικό της πύλης, τότε οι φορείς φορτίου όπως τα ηλεκτρόνια θα καταργηθούν και θα μετακινηθούν προς τα κάτω στην περιοχή n ακριβώς κάτω από το διηλεκτρικό στρώμα διοξειδίου του πυριτίου.

Κατά συνέπεια, θα υπάρχουν θετικά ακάλυπτα στρώματα ιόντων κάτω από το διηλεκτρικό στρώμα SiO2. Έτσι, με αυτόν τον τρόπο, θα συμβεί εξάντληση των φορέων φόρτισης εντός του καναλιού. Έτσι, η συνολική αγωγιμότητα του καναλιού θα μειωθεί.

Σε αυτήν την κατάσταση, όταν εφαρμόζεται η ίδια τάση στον ακροδέκτη αποστράγγισης, τότε το ρεύμα στην αποστράγγιση θα μειωθεί. Εδώ έχουμε παρατηρήσει ότι το ρεύμα αποστράγγισης μπορεί να ελεγχθεί αλλάζοντας την εξάντληση των φορέων φόρτισης μέσα στο κανάλι, επομένως είναι γνωστό ως MOSFET εξάντλησης.

Εδώ, η πύλη είναι σε δυναμικό -ve, ο αγωγός είναι σε δυναμικό +ve και η πηγή είναι στο δυναμικό '0'. Ως αποτέλεσμα, η διαφορά τάσης είναι μεγαλύτερη μεταξύ της αποστράγγισης προς την πύλη παρά της πηγής προς την πύλη, επομένως το πλάτος του στρώματος εξάντλησης είναι περισσότερο προς την αποστράγγιση παρά προς την πηγή.

Διαφορά μεταξύ N Channel MOSFET και P Channel MOSFET

Η διαφορά μεταξύ n καναλιού και p mosfet καναλιού περιλαμβάνει τα ακόλουθα.

Πώς να δοκιμάσετε ένα MOSFET καναλιού N

Τα βήματα που εμπλέκονται στη δοκιμή του N καναλιού MOSFET συζητούνται παρακάτω.

• Για τη δοκιμή ενός MOSFET n καναλιών, χρησιμοποιείται ένα αναλογικό πολύμετρο. Για αυτό, πρέπει να τοποθετήσουμε το πόμολο στην περιοχή των 10K.
• Για τη δοκιμή αυτού του MOSFET, τοποθετήστε πρώτα τον μαύρο αισθητήρα στον πείρο αποστράγγισης του MOSFET και τον κόκκινο αισθητήρα στον πείρο της πύλης για να εκφορτιστεί η εσωτερική χωρητικότητα μέσα στο MOSFET.
• Μετά από αυτό, μετακινήστε τον κόκκινο αισθητήρα στον πείρο της πηγής ενώ ο μαύρος αισθητήρας είναι ακόμα στον πείρο αποστράγγισης
• Χρησιμοποιήστε το δεξί δάχτυλο για να αγγίξετε και τις δύο ακίδες πύλης και αποστράγγισης, ώστε να παρατηρήσουμε ότι ο δείκτης του αναλογικού πολύμετρου θα στραφεί προς το κέντρο της κλίμακας του μετρητή.
• Αφαιρέστε τον κόκκινο αισθητήρα του πολύμετρου και επίσης το δεξί δάχτυλο από την ακίδα πηγής του MOSFET και, στη συνέχεια, τοποθετήστε ξανά το δάχτυλο στον κόκκινο αισθητήρα και τον πείρο πηγής, ο δείκτης θα εξακολουθεί να παραμένει στο κέντρο της κλίμακας του πολύμετρου.
• Για την εκφόρτωσή του, πρέπει να αφαιρέσουμε τον κόκκινο αισθητήρα και να αγγίξουμε μόνο μία φορά τον πείρο της πύλης. Τέλος, αυτό θα εκφορτίσει ξανά την εσωτερική χωρητικότητα.
• Τώρα, ένας κόκκινος αισθητήρας πρέπει να χρησιμοποιηθεί ξανά για να αγγίξει τον πείρο της πηγής, τότε ο δείκτης του πολύμετρου δεν θα εκτραπεί καθόλου, καθώς προηγουμένως τον είχατε αποφορτίσει αγγίζοντας απλώς τον πείρο της πύλης.

Χαρακτηριστικά

Το MOSFET N καναλιού έχει δύο χαρακτηριστικά, όπως χαρακτηριστικά αποστράγγισης και χαρακτηριστικά μεταφοράς.

Χαρακτηριστικά αποχέτευσης

Τα χαρακτηριστικά αποστράγγισης του Mosfet N-καναλιού περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Τα χαρακτηριστικά αποστράγγισης του Mosfet n καναλιών απεικονίζονται μεταξύ του ρεύματος εξόδου και του VDS που είναι γνωστό ως τάση αποστράγγισης σε πηγή VDS.
• Όπως μπορούμε να δούμε στο διάγραμμα, για διαφορετικές τιμές Vgs, σχεδιάζουμε τις τρέχουσες τιμές. Έτσι μπορούμε να δούμε διαφορετικά διαγράμματα ρεύματος αποστράγγισης στο διάγραμμα όπως η χαμηλότερη τιμή Vgs, οι μέγιστες τιμές Vgs κ.λπ.
• Στα παραπάνω χαρακτηριστικά, το ρεύμα θα παραμείνει σταθερό μετά από κάποια τάση αποστράγγισης. Επομένως, απαιτείται ελάχιστη τάση για την αποστράγγιση στην πηγή για να λειτουργήσει το MOSFET.
• Έτσι, όταν αυξήσουμε το 'Vgs' τότε το πλάτος του καναλιού θα αυξηθεί και το οποίο έχει ως αποτέλεσμα περισσότερο ID (drain ρεύμα).

Χαρακτηριστικά Μεταφοράς

Τα χαρακτηριστικά μεταφοράς του Mosfet Ν καναλιών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Τα χαρακτηριστικά μεταφοράς είναι επίσης γνωστά ως η καμπύλη διααγωγιμότητας που απεικονίζεται μεταξύ της τάσης εισόδου (Vgs) και του ρεύματος εξόδου (ID).
• Στην αρχή, όποτε δεν υπάρχει τάση πύλης προς την πηγή (Vgs), τότε θα ρέει πολύ λιγότερο ρεύμα όπως στους μικρο αμπέρ.
• Μόλις η τάση πύλης προς την πηγή είναι θετική, το ρεύμα αποστράγγισης σταδιακά αυξάνεται.
• Στη συνέχεια, υπάρχει μια γρήγορη αύξηση στο ρεύμα αποστράγγισης που ισοδυναμεί με αύξηση σε vgs.
• Το ρεύμα αποστράγγισης μπορεί να επιτευχθεί μέσω Id= K (Vgsq- Vtn)^2.

Εφαρμογές

ο εφαρμογές του n καναλιού mosfe να περιλαμβάνει τα ακόλουθα.

• Αυτά τα MOSFET χρησιμοποιούνται συχνά σε εφαρμογές συσκευών χαμηλής τάσης, όπως μια πλήρης γέφυρα και διάταξη γέφυρας B6 χρησιμοποιώντας τον κινητήρα και μια πηγή DC.
• Αυτά τα MOSFET βοηθούν στην αλλαγή της αρνητικής παροχής για τον κινητήρα προς την αντίστροφη κατεύθυνση.
• Ένα MOSFET n καναλιών λειτουργεί σε περιοχές κορεσμού και αποκοπής. τότε λειτουργεί σαν κύκλωμα μεταγωγής.
• Αυτά τα MOSFET χρησιμοποιούνται για την ενεργοποίηση/απενεργοποίηση της ΛΑΜΠΑ ή της λυχνίας LED.
• Αυτά προτιμώνται σε εφαρμογές υψηλού ρεύματος.

Έτσι, όλα αυτά αφορούν μια επισκόπηση του n καναλιού mosfet – δουλεύοντας με εφαρμογές. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι το p channel mosfet;