Ang MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) transistor ay isang aparato na semiconductor na malawakang ginagamit para sa mga layunin ng paglipat at para sa pagpapalaki ng mga elektronikong signal sa mga elektronikong aparato. Ang MOSFET ay alinman sa isang core o integrated circuit kung saan ito ay dinisenyo at gawa-gawa sa isang solong chip dahil ang aparato ay magagamit sa napakaliit na laki. Ang pagpapakilala ng aparato ng MOSFET ay nagdala ng pagbabago sa domain ng paglipat sa electronics . Hayaan tayong pumunta sa isang detalyadong paliwanag ng konseptong ito.

Ano ang MOSFET?

Ang MOSFET ay isang aparatong pang-apat na terminal na mayroong mga mapagkukunan (S), gate (G), alisan ng tubig (D) at mga body (B) na mga terminal. Sa pangkalahatan, Ang katawan ng MOSFET ay kaugnay sa pinagmulang terminal sa gayon bumubuo ng isang tatlong-terminal na aparato tulad ng isang patlang na epekto transistor. Ang MOSFET ay karaniwang isinasaalang-alang bilang isang transistor at nagtatrabaho sa parehong mga analog at digital na mga circuit. Ito ang batayan pagpapakilala sa MOSFET . At ang pangkalahatang istraktura ng aparatong ito ay nasa ibaba:

MOSFET

Mula sa itaas Istraktura ng MOSFET , ang pagpapaandar ng MOSFET ay nakasalalay sa mga pagkakaiba-iba ng elektrikal na nangyayari sa lapad ng channel kasama ang daloy ng mga carrier (alinman sa mga butas o electron). Ang mga nagdadala ng singil ay pumasok sa channel sa pamamagitan ng terminal ng pinagmulan at lumabas sa pamamagitan ng kanal.

Ang lapad ng channel ay kinokontrol ng boltahe sa isang elektrod na tinatawag na gate at matatagpuan ito sa pagitan ng pinagmulan at kanal. Ito ay insulated mula sa channel malapit sa isang sobrang manipis na layer ng metal oxide. Ang kapasidad ng MOS na umiiral sa aparato ay ang mahalagang seksyon kung saan ang buong pagpapatakbo ay nasa kabuuan nito.

MOSFET Sa Mga Terminal

Ang isang MOSFET ay maaaring gumana sa dalawang paraan

Mode ng Pag-ubos
Pagpapahusay Mode

Mode ng Pag-ubos

Kapag walang boltahe sa kabila ng terminal ng gate, ipinapakita ng channel ang maximum na pag-uugali. Sapagkat kapag ang boltahe sa kabila ng terminal ng gate ay positibo o negatibo, pagkatapos ay bumabawas ang conductivity ng channel.

Halimbawa

Pagpapahusay Mode

Kapag walang boltahe sa kabila ng terminal ng gate, kung gayon ang aparato ay hindi nagsasagawa. Kapag mayroong maximum na boltahe sa terminal ng gate, pagkatapos ay nagpapakita ang aparato ng pinahusay na conductivity.

Pagpapahusay Mode

Nagtatrabaho na Prinsipyo ng MOSFET

Ang pangunahing prinsipyo ng aparato ng MOSFET ay upang makontrol ang boltahe at kasalukuyang daloy sa pagitan ng mga terminal ng mapagkukunan at alisan ng tubig. Gumagana ito halos tulad ng isang switch at ang pag-andar ng aparato ay batay sa MOS capacitor. Ang capacitor ng MOS ay ang pangunahing bahagi ng MOSFET.

Ang ibabaw ng semiconductor sa ibaba layer ng oksido na matatagpuan sa pagitan ng mapagkukunan at alisan ng terminal ay maaaring baligtarin mula sa p-type hanggang sa n-type ng aplikasyon ng alinman sa positibo o negatibong mga voltages ng gate ayon sa pagkakabanggit. Kapag naglalapat kami ng isang mapang-akit na puwersa para sa positibong boltahe ng gate, kung gayon ang mga butas na naroroon sa ilalim ng layer ng oksido ay itulak pababa ng substrate.

Ang rehiyon ng pagkaubos na pinaninirahan ng mga nakagapos na negatibong singil na nauugnay sa mga atomo ng tumatanggap. Kapag naabot ang mga electron, nabuo ang isang channel. Ang positibong boltahe ay umaakit din ng mga electron mula sa n + pinagmulan at maubos ang mga rehiyon sa channel. Ngayon, kung ang isang boltahe ay inilapat sa pagitan ng alisan ng tubig at mapagkukunan, malayang dumadaloy ang kasalukuyang sa pagitan ng mapagkukunan at alisan ng tubig at ang boltahe ng gate ang kumokontrol sa mga electron sa channel. Sa halip na positibong boltahe, kung maglalapat tayo ng isang negatibong boltahe, isang butas na channel ang mabubuo sa ilalim ng layer ng oksido.

MOSFET Block Diagram

P-Channel MOSFET

Ang P- channel MOSFET ay may isang rehiyon ng P- Channel na matatagpuan sa pagitan ng mga terminal ng mapagkukunan at alisan ng tubig. Ito ay isang aparatong pang-apat na terminal na mayroong mga terminal bilang gate, alisan ng tubig, mapagkukunan, at katawan. Ang alisan ng tubig at mapagkukunan ay labis na naka-doped na p + na rehiyon at ang katawan o substrate ay n-type. Ang daloy ng kasalukuyang nasa direksyon ng mga butas na positibong sisingilin.

Kapag inilalapat namin ang negatibong boltahe na may kasuklam-suklam na puwersa sa terminal ng gate, kung gayon ang mga electron na naroroon sa ilalim ng layer ng oksido ay itulak pababa sa substrate. Ang rehiyon ng pagkaubos na pinaninirahan ng mga nakatali positibong singil na nauugnay sa mga atomo ng donor. Ang negatibong boltahe ng gate ay umaakit din ng mga butas mula sa mapagkukunan ng p + at alisan ng tubig sa rehiyon ng channel.

Depletion Mode P Channel

P Channel Pinahusay na Mode

N- Channel MOSFET

Ang N-Channel MOSFET ay may isang rehiyon na N-channel na matatagpuan sa pagitan ng mga terminal ng mapagkukunan at alisan ng tubig. Ito ay isang aparatong pang-apat na terminal na mayroong mga terminal bilang gate, alisan ng tubig, mapagkukunan, katawan. Sa ganitong uri ng Field Effect Transistor, ang alisan ng tubig at mapagkukunan ay labis na naka-doped n + na rehiyon at ang substrate o katawan ay may P-type.

Ang kasalukuyang daloy sa ganitong uri ng MOSFET ay nangyayari dahil sa mga negatibong singil na mga electron. Kapag inilalapat namin ang positibong boltahe na may kasuklam-suklam na puwersa sa terminal ng gate pagkatapos ang mga butas na naroroon sa ilalim ng layer ng oksido ay itulak pababa sa substrate. Ang rehiyon ng pagkaubos ay pinunan ng mga nakagapos na negatibong pagsingil na nauugnay sa mga atomo ng tumatanggap.

Sa pag-abot ng mga electron, nabuo ang channel. Ang positibong boltahe ay umaakit din ng mga electron mula sa n + pinagmulan at maubos ang mga rehiyon sa channel. Ngayon, kung ang isang boltahe ay inilapat sa pagitan ng alisan ng tubig at mapagkukunan ang kasalukuyang daloy ay dumadaloy sa pagitan ng mapagkukunan at alisan ng tubig at ang boltahe ng gate ay kumokontrol sa mga electron sa channel. Sa halip na positibong boltahe kung naglalapat tayo ng negatibong boltahe pagkatapos ay isang butas na channel ang mabubuo sa ilalim ng layer ng oksido.

“aling aparato ang nagbabawal sa kasalukuyang daloy sa isang solong direksyon ”

Pagpapahusay Mode N Channel

Mga Rehiyon ng Pagpapatakbo ng MOSFET

Sa pinaka-pangkalahatang senaryo, ang pagpapatakbo ng aparatong ito ay pangunahing nangyayari sa tatlong mga rehiyon at ang mga ito ay ang mga sumusunod:

Cut-off na rehiyon - Ito ang rehiyon kung saan ang aparato ay nasa kondisyon na OFF at mayroong zero na halaga ng kasalukuyang daloy sa pamamagitan nito. Dito, ang aparato ay gumagana bilang isang pangunahing switch at ito ay nagtatrabaho bilang kung kinakailangan upang gumana bilang mga de-koryenteng switch.
Rehiyon ng saturation - Sa rehiyon na ito, ang mga aparato ay magkakaroon ng kanilang kanal upang mapagkukunan ang kasalukuyang halaga bilang pare-pareho nang hindi isinasaalang-alang ang pagpapahusay ng boltahe sa buong kanal hanggang sa mapagkukunan. Nangyayari lamang ito nang isang beses kapag ang boltahe sa kanal patungo sa mapagkukunan ng terminal ay nagdaragdag ng higit sa halaga ng boltahe na kurot Sa senaryong ito, gumana ang aparato bilang isang closed switch kung saan ang isang puspos na antas ng kasalukuyang tumatawid patungo sa mga mapagkukunan na daloy. Dahil dito, napili ang rehiyon ng saturation kapag ang mga aparato ay dapat na magsagawa ng paglipat.
Linear / Ohmic Region - Ito ang rehiyon kung saan ang kasalukuyang tumatawid patungo sa mapagkukunan ng terminal ay nagpapahusay sa pagtaas ng boltahe sa buong kanal patungo sa pinagmulang landas. Kapag gumana ang mga aparato ng MOSFET sa linear na rehiyon na ito, nagsasagawa sila ng pagpapaandar ng amplifier.

Isaalang-alang natin ngayon ang mga katangian ng paglipat ng MOSFET

Ang isang semiconductor din tulad ng MOSFET o Bipolar Junction Transistor ay karaniwang gumagana bilang mga switch sa dalawang mga sitwasyon ng isa ay ON state at ang isa ay OFF state. Upang isaalang-alang ang pagpapaandar na ito, tingnan natin ang perpekto at praktikal na mga katangian ng aparatong MOSFET.

Perpektong Mga Katangian ng Paglipat

Kapag ang isang MOSFET ay dapat na gumana bilang isang perpektong switch, dapat itong hawakan ang mga katangian sa ibaba at ang mga iyon

Sa kondisyon na ON, kailangang magkaroon ng kasalukuyang limitasyon na dala nito
Sa kondisyong OFF, ang pagharang sa mga antas ng boltahe ay hindi dapat magkaroon ng anumang uri ng mga limitasyon
Kapag gumana ang aparato sa estado ng ON, ang halaga ng pagbagsak ng boltahe ay dapat na null
Ang paglaban sa OFF state ay dapat na walang hanggan
Dapat ay walang mga paghihigpit sa bilis ng operasyon

Praktikal na Mga Katangian ng Paglipat

Tulad ng mundo ay hindi lamang natigil sa mga perpektong aplikasyon, ang paggana ng MOSFET ay nalalapat pa para sa mga praktikal na layunin. Sa praktikal na sitwasyon, dapat na hawakan ng aparato ang mga katangiang nasa ibaba

Sa kondisyon na ON, ang mga kakayahan sa pamamahala ng kapangyarihan ay dapat na limitado na nangangahulugang ang daloy ng kasalukuyang pagpapadaloy ay dapat na higpitan.
Sa estado na OFF, ang pagharang sa mga antas ng boltahe ay hindi dapat limitado
Ang pag-ON at pag-OFF para sa mga takdang oras ay nagbabawal sa paglilimita ng bilis ng aparato at kahit na nililimitahan ang dalas ng pagganap
Sa kondisyon na ON ng aparato ng MOSFET, magkakaroon ng kaunting mga halaga ng paglaban kung saan nagreresulta ito sa pagbaba ng boltahe sa pagpapasa ng bias. Gayundin, mayroon nang may wakas na paglaban ng estado na naghahatid ng pabalik na kasalukuyang pagtulo
Kapag gumaganap ang aparato sa mga praktikal na katangian, mawawalan ito ng kuryente sa mga kondisyon na ON at OFF. Nangyayari ito kahit sa mga estado ng paglipat din.

Halimbawa ng MOSFET bilang isang Lumipat

Sa pag-aayos ng circuit sa ibaba, isang pinahusay na mode at N-channel MOSFET ang ginagamit upang ilipat ang isang sample na lampara na may mga kondisyon na ON at OFF. Ang positibong boltahe sa terminal ng gate ay inilalapat sa base ng transistor at ang lampara ay gumagalaw sa ON na kondisyon at dito V_GS= + v o sa antas ng zero boltahe, ang aparato ay lumiliko sa kondisyon na OFF kung saan ang V_GS= 0.

“ano ang pagkakaiba sa pagitan ng rs232 at rs485 ”

MOSFET Bilang Lumipat

Kung ang resistive load ng lampara ay papalitan ng isang inductive load at konektado sa relay o diode na protektado sa load. Sa circuit sa itaas, ito ay isang napaka-simpleng circuit para sa paglipat ng isang resistive load tulad ng isang lampara o LED. Ngunit kapag gumagamit ng MOSFET bilang isang switch alinman sa inductive load o capacitive load, pagkatapos ay kinakailangan ng proteksyon para sa aparato ng MOSFET.

Kung sa kaso kapag ang MOSFET ay hindi protektado, maaari itong humantong sa pinsala ng aparato. Para sa MOSFET upang gumana bilang isang analog switching device, kailangan itong ilipat sa pagitan ng rehiyon ng cutoff nito kung saan ang V_GS= 0 at rehiyon ng saturation kung saan ang V_GS= + v.

Paglalarawan ng Video

Maaari ding gumana ang MOSFET bilang isang transistor at ito ay pinaikling bilang Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor. Dito, ipinahiwatig mismo ng pangalan na ang aparato ay maaaring mapatakbo bilang isang transistor. Magkakaroon ito ng P-channel at N-channel. Ang aparato ay konektado sa isang paraan gamit ang apat na mga mapagkukunan, gate, at alisan ng mga terminal at isang resistive load na 24Ω ay konektado sa serye na may isang ammeter, at isang boltahe meter ay konektado sa buong MOSFET.

Sa transistor, ang kasalukuyang daloy sa gate ay nasa isang positibong direksyon at ang mapagkukunang terminal ay konektado sa lupa. Samantalang sa mga aparato ng bipolar junction transistor, ang kasalukuyang daloy ay nasa kabila ng landas ng base-to-emitter. Ngunit sa aparatong ito, walang kasalukuyang daloy dahil mayroong isang kapasitor sa simula ng gate, nangangailangan lamang ito ng boltahe.

Maaari itong mangyari sa pamamagitan ng pagpapatuloy sa proseso ng simulation at sa pamamagitan ng paglipat ng ON / OFF. Kapag ang switch ay ON ay walang kasalukuyang daloy sa buong circuit, kapag ang paglaban ng 24Ω at 0.29 ng boltahe ng ammeter ay konektado, pagkatapos ay mahahanap namin ang hindi maiiwasang pagbagsak ng boltahe sa buong mapagkukunan dahil mayroong + 0.21V sa buong aparato.

Ang paglaban sa pagitan ng alisan ng tubig at mapagkukunan ay tinatawag na RDS. Dahil sa RDS na ito, lilitaw ang drop ng boltahe kapag may kasalukuyang daloy sa circuit. Nag-iiba ang RDS batay sa uri ng aparato (maaari itong mag-iba sa pagitan ng 0.001, 0.005, at 0.05 batay sa uri ng boltahe.

Ilan sa mga konseptong matututunan ay:

1). Paano Pumili ng MOSFET bilang Lumipat ?

Mayroong ilang mga kundisyon na sinusunod habang pinipili ang MOSFET bilang isang switch at ang mga ito ay ang mga sumusunod:

Paggamit ng polarity alinman sa P o N channel
Isang maximum na rating ng boltahe ng operating at kasalukuyang mga halaga
Tumaas na Rds ON na nangangahulugang ang paglaban sa Drain to Source terminal kapag ang channel ay ganap na bukas
Pinahusay na dalas ng pagpapatakbo
Ang uri ng pag-pack ay ng To-220 at DPAck at marami pang iba.

2). Ano ang MOSFET Switch Efficiency?

Ang pangunahing paghihigpit sa oras ng pagpapatakbo ng MOSFET bilang isang switching device ay ang pinahusay na kasalukuyang halaga ng alisan ng tubig na kaya ng aparato. Nangangahulugan ito na ang RDS sa ON na kondisyon ay ang kritikal na parameter na nagpapasya sa kakayahang lumipat ng MOSFET. Kinakatawan ito bilang ang ratio ng boltahe na mapagkukunan ng alisan ng tubig sa kasalukuyang alisan ng tubig. Dapat itong kalkulahin lamang sa ON estado ng transistor.

3). Bakit Ginagamit ang MOSFET Switch sa Boost Converter?

Sa pangkalahatan, ang isang boost converter ay nangangailangan ng isang switching transistor para sa pagpapatakbo ng aparato. Kaya, tulad ng paglipat ng transistor MOSFETs ay ginagamit. Ginagamit ang mga aparatong ito upang malaman ang kasalukuyang halaga at halaga ng boltahe. Gayundin, isinasaalang-alang ang bilis ng paglipat at gastos, ang mga ito ay malawak na nagtatrabaho.

Sa parehong paraan, ang MOSFET ay maaari ding magamit sa maraming paraan. at ang mga iyon ay

MOSFET bilang isang switch para sa LED
alisin_circle_outline
MOSFET bilang isang switch para sa Arduino
MOSFET switch para sa ac load
MOSFET switch para sa dc motor
Lumipat ang MOSFET para sa negatibong boltahe
MOSFET bilang isang switch kasama si Arduino
MOSFET bilang isang switch na may isang microcontroller
Lumipat ang MOSFET na may hysteresis
MOSFET bilang switch diode at aktibong resistor
MOSFET bilang isang switch equation
MOSFET switch para sa airsoft
MOSFET bilang switch gate resistor
MOSFET bilang isang switching solenoid
Lumipat ang MOSFET gamit ang isang optocoupler
Lumipat ang MOSFET na may hysteresis

Application ng MOSFET bilang isang Lumipat

Isa sa mga pinakamahalagang halimbawa ng aparatong ito ay ginagamit ito bilang isang switch ay awtomatikong kontrol ng ilaw sa mga ilaw ng kalye. Sa mga araw na ito, marami sa mga ilaw na sinusunod natin sa mga daanan ng daanan ay binubuo ng mga high-intensity naglalabas lampara. Ngunit ang paggamit ng mga HID lamp ay nakakonsumo ng mas mataas na mga antas ng enerhiya.

Ang ilaw ay hindi maaaring limitado batay sa kinakailangan at dahil dito kailangang magkaroon ng isang switch para sa alternatibong pamamaraan ng pag-iilaw at ito ay LED. Ang paggamit ng LED system ay mapagtagumpayan ang mga dehado ng mga high-intensity lamp. Ang pangunahing konsepto sa likod ng pagbuo nito ay upang makontrol ang mga ilaw nang direkta sa mga haywey sa pamamagitan ng paggamit ng isang microprocessor.

MOSFET Application bilang Lumipat

Maaari itong makamit sa pamamagitan lamang ng pagbabago ng mga pulso ng orasan. Batay sa pangangailangan, ang aparatong ito ay ginagamit para sa paglipat ng mga ilawan. Binubuo ito ng isang board na raspberry pi kung saan kasama ito sa isang processor para sa pamamahala. Dito, ang mga LED ay maaaring mapalitan sa lugar ng mga HID at ang mga ito ay may koneksyon sa processor sa pamamagitan ng MOSFET. Naghahatid ang microcontroller ng kaukulang mga cycle ng tungkulin at pagkatapos ay lumipat sa MOSFET upang magbigay ng isang mataas na antas ng kasidhian.

Mga kalamangan

Ilang mga kalamangan ay:

Bumubuo ito ng pinahusay na kahusayan kahit na gumana sa kaunting mga antas ng boltahe
Walang pagkakaroon ng kasalukuyang gate na lumilikha ng mas maraming impedance sa pag-input na karagdagang nagbibigay ng mas mataas na bilis ng paglipat para sa aparato
Ang mga aparatong ito ay maaaring gumana sa kaunting mga antas ng kuryente at gumagamit ng kaunting kasalukuyang

Mga Dehado

Ilan sa mga kawalan ay:

Kapag naandar ang mga aparatong ito sa mga antas ng labis na boltahe, lumilikha ito ng kawalang-tatag ng aparato
Tulad ng dahil ang mga aparato ay may manipis na layer ng oksido, maaari itong lumikha ng pinsala sa aparato kapag na-stimulate ng mga singil sa electrostatic

Mga Aplikasyon

Ang mga aplikasyon ng MOSFET ay

Ang mga amplifier na gawa sa MOSFET ay labis na nagtatrabaho sa malawak na mga aplikasyon ng dalas
Ang regulasyon para sa DC motors ay ibinibigay ng mga aparatong ito
Tulad ng dahil pinahusay nito ang mga bilis ng paglipat, gumaganap ito bilang perpekto para sa pagtatayo ng mga chopper amplifier
Gumagana bilang isang passive na sangkap para sa iba't ibang mga elektronikong elemento.

Sa huli, maaaring tapusin na ang transistor ay nangangailangan ng kasalukuyang samantalang ang MOSFET ay nangangailangan ng isang boltahe. Ang kinakailangan sa pagmamaneho para sa MOSFET ay mas mahusay, mas simple kung ihahambing sa isang BJT. At alam din Paano ko mai-wire ang isang Mosfet sa isang switch?

Mga Kredito sa Larawan