טרנזיסטור אפקט שדה מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה או MOSFET הוא מכשיר מבוקר מתח אשר בנוי עם מסופים כמו מקור, ניקוז, שער וגוף כדי להגביר או להחליף מתחים בתוך מעגלים, והוא נמצא בשימוש נרחב גם ב-ICs עבור יישומים דיגיטליים. אלה משמשים גם במעגלים אנלוגיים כמו מגברים ומסננים. MOSFETs נועדו בעיקר להתגבר על החסרונות של עובדות כמו התנגדות ניקוז גבוהה, עכבת כניסה מתונה ופעולה איטית. MOSFETs הם שני סוגים של מצב שיפור ומצב דלדול. מאמר זה דן באחד מסוגי MOSFET כלומר מצב דלדול MOSFET – סוגים, עבודה עם יישומים.
מהו MOSFET מצב דלדול?
MOSFET שבדרך כלל נדלק מבלי להפעיל מתח שער בעת החיבור ידוע כ-MOSFET במצב דלדול. ב-MOSFET זה, זרימת הזרם היא ממסוף הניקוז למקור. סוג זה של MOSFET ידוע גם כרגיל במכשיר.
ברגע שמופעל מתח במסוף השער של ה-MOSFET, הניקוז לערוץ המקור יהפוך להתנגדות יותר. כאשר מתח השער-מקור מגביר יותר זרימת הזרם מהניקוז למקור תפחת עד שזרימת הזרם מהניקוז למקור תיפסק.
אנא עיין בקישור זה כדי לדעת יותר על MOSFET כמתג
מצב דלדול סמל MOSFET
סמלי מצב ה-MOSFET עבור p-channel ו-n-channel מוצגים להלן. ב-MOSFETs אלה, סמלי החצים מייצגים את סוג ה-MOSFET כמו P-type או N-type. אם סמל החץ הוא בכיוון בפנים אז הוא n-channel ואם סמל החץ בחוץ, אז זה p-channel.
כיצד פועל MOSFET מצב דלדול?
ה-MOSFET לדלדול מופעל כברירת מחדל. כאן, מסופי מקור וניקוז מחוברים פיזית. כדי להבין את פעולתו של ה-MOSFET, בואו נבין את סוגי ה-MOSFET של דלדול.
סוגי MOSFET מצב דלדול
ה מבנה MOSFET במצב דלדול משתנה בהתאם לסוג. ה-MOSFETs הם שני סוגים של מצב דלדול p-channel ומצב דלדול n-channel. אז כל סוג של מבנה MOSFET במצב דלדול ועבודתו נדון להלן.
דלדול N-Channel MOSFET
המבנה של MOSFET Depletion N-Channel מוצג להלן. בסוג זה של דלדול MOSFET, המקור והניקוז מחוברים ברצועה קטנה של מוליכים למחצה מסוג N. המצע המשמש ב-MOSFET זה הוא מוליך למחצה מסוג P והאלקטרונים הם רוב נושאי המטען בסוג זה של MOSFET. כאן, המקור והניקוז מסוממים בכבדות.
מבנה MOSFET במצב דלדול N-ערוץ זהה בהשוואה למצב שיפור n ערוץ MOSFET, למעט פעולתו שונה. הפער בין מסופי המקור והניקוז מורכב מזיהומים מסוג n.
כאשר אנו מיישמים הפרש פוטנציאל בין שני המסופים כמו מקור וניקוז, זרם זורם בכל אזור ה-n של המצע. כאשר מתח שלילי מופעל במסוף השער של MOSFET זה, נושאי המטען כמו אלקטרונים יידחו ויוזזו למטה באזור ה-n מתחת לשכבה הדיאלקטרית. אז דלדול נושא הטעינה יתרחש בתוך הערוץ.
לפיכך, מוליכות הערוץ הכוללת מצטמצמת. במצב זה, ברגע שאותו מתח יופעל במסוף GATE, זרם הניקוז יקטן. ברגע שהמתח השלילי גדל עוד יותר הוא מגיע ל- מצב צביטה .
הנה ה זרם ניקוז נשלט על ידי שינוי הדלדול של נושאי המטען בתוך הערוץ ולכן, זה נקרא דלדול MOSFET . כאן, מסוף הניקוז נמצא בפוטנציאל +ve, מסוף השער נמצא בפוטנציאל -ve והמקור בפוטנציאל '0'. לפיכך שונות המתח בין ניקוז לשער גבוהה בהשוואה ממקור לשער, כך שרוחב שכבת הדלדול גבוה לניקוז בהשוואה למסוף המקור.
P-Channel Depletion MOSFET
ב-P Channel Depletion MOSFET, רצועה קטנה של מוליכים למחצה מסוג P מחברת את המקור והניקוז. המקור והניקוז הם של מוליכים למחצה מסוג P והמצע הוא של מוליכים למחצה מסוג N. רוב נושאי המטען הם חורים.
מבנה MOSFET של דלדול ערוץ p הפוכה למדי ל-MOSFET במצב דלדול ערוץ n. MOSFET זה כולל ערוץ שנעשה בין ה- אזור מקור וניקוז שהוא מסומם מאוד זיהומים מסוג p. אז, ב-MOSFET זה, נעשה שימוש במצע מסוג n והתעלה היא מסוג p כפי שמוצג בתרשים.
ברגע שנפעיל מתח +ve במסוף השער של ה-MOSFET, אז נושאי מטען מיעוט כמו אלקטרונים באזור מסוג p יימשכו עקב פעולה אלקטרוסטטית ויצרו יוני טומאה שליליים קבועים. אז אזור דלדול יווצר בתוך הערוץ, וכתוצאה מכך, המוליכות של הערוץ מצטמצמת. באופן זה, זרם הניקוז נשלט על ידי הפעלת מתח +ve במסוף השער.
ברגע שנפעיל מתח +ve במסוף השער של ה-MOSFET, אז נושאי מטען מיעוט כמו אלקטרונים באזור מסוג p יימשכו עקב פעולה אלקטרוסטטית ויצרו יוני טומאה שליליים קבועים. אז אזור דלדול יווצר בתוך הערוץ, וכתוצאה מכך, המוליכות של הערוץ מצטמצמת. באופן זה, זרם הניקוז נשלט על ידי הפעלת מתח +ve במסוף השער.
כדי להפעיל סוג זה של דלדול מסוג MOSFET, מתח השער חייב להיות 0V וערך זרם הניקוז גדול כך שהטרנזיסטור יהיה באזור הפעיל. אז, פעם נוספת כדי להפעיל את ה-MOSFET הזה, מתח +ve ניתן במסוף המקור. אז עם מספיק מתח חיובי וללא מתח מופעל במסוף הבסיס, ה-MOSFET הזה יהיה בפעולה מקסימלית ויש לו זרם גבוה.
כדי לנטרל MOSFET עם דלדול ערוץ P, ישנן שתי דרכים שבהן אתה יכול לנתק את המתח החיובי, שמניע את הניקוז אחרת תוכל להפעיל מתח -ve על מסוף השער. ברגע שמתח -ve מסופק למסוף השער, הזרם יקטן. ככל שמתח השער הופך לשלילי יותר, הזרם מצטמצם עד לניתוק, ואז MOSFET יהיה במצב 'OFF'. אז זה עוצר מקור גדול לנקז זרם.
אז, ברגע שיסופק עוד מתח -ve למסוף השער של ה-MOSFET הזה, אז ה-MOSFET הזה יוביל פחות ופחות זרם יהיה שם על מסוף המקור-ניקוז. ברגע שמתח השער מגיע לסף מתח מסוים -5, אז הוא מכבה את הטרנזיסטור. אז, מתח -ve מכבה את הטרנזיסטור.
מאפיינים
ה ניקוז מאפייני MOSFET נדון להלן.
מאפייני ניקוז של MOSFET של דלדול ערוץ N
מאפייני הניקוז של MOSFET לדלדול ערוץ n מוצגים להלן. מאפיינים אלה מתוכננים בין ה-VDS ל-IDSS. כשנמשיך להגדיל את ערך VDS אז המזהה יגדל. לאחר מתח מסוים, מזהה זרם הניקוז יהפוך קבוע. ערך זרם הרוויה עבור Vgs = 0 נקרא IDSS.
בכל פעם שהמתח המופעל הוא שלילי, ואז המתח הזה במסוף השער ידחוף את נושאי המטען כמו אלקטרונים אל המצע. וגם חורים בתוך המצע מסוג p זה יימשכו על ידי האלקטרונים הללו. אז בגלל המתח הזה, האלקטרונים בתוך הערוץ ישולבו מחדש עם חורים. קצב הקומבינציה יהיה תלוי במתח השלילי המופעל.
ברגע שנגדיל את המתח השלילי הזה, גם קצב הרקומבינציה יגדל, מה שיפחית את ה-No. של אלקטרונים זמינים בתוך ערוץ זה ויקטין את זרימת הזרם ביעילות.
כאשר אנו רואים את המאפיינים שלעיל, ניתן לראות שכאשר ערך ה-VGS יהיה שלילי יותר, זרם הניקוז יקטן. במתח מסוים, המתח השלילי הזה יהפוך לאפס. מתח זה ידוע כמתח צביטה.
MOSFET זה עובד גם עבור המתח החיובי, כך שכאשר נפעיל את המתח החיובי במסוף השער אז האלקטרונים יימשכו לערוץ N. אז לא. של אלקטרונים בתוך ערוץ זה יגדל. אז הזרם הנוכחי בתוך הערוץ הזה יגדל. אז עבור ערך ה-Vgs החיובי, המזהה יהיה אפילו יותר מ-IDSS.
מאפייני העברה של MOSFET של דלדול ערוץ N
מאפייני ההעברה של MOSFET עם דלדול ערוץ N מוצגים להלן אשר דומה ל-JFET. מאפיינים אלה מגדירים את הקשר העיקרי בין המזהה ל-VGS עבור ערך ה-VDS הקבוע. עבור ערכי VGS חיוביים, נוכל לקבל גם את ערך המזהה.
אז בשל כך, העקומה במאפיינים תימשך לצד ימין. בכל פעם שערך ה-VGS חיובי, ה-No. של אלקטרונים בתוך הערוץ יגדל. כאשר ה-VGS חיובי אז אזור זה הוא אזור השיפור. באופן דומה, כאשר ה-VGS שלילי אז אזור זה ידוע כאזור הדלדול.
הקשר העיקרי בין ה-ID ל-Vgs יכול לבוא לידי ביטוי באמצעות ID = IDSS (1-VGS/VP)^2. על ידי שימוש בביטוי זה, נוכל למצוא את ערך המזהה עבור ה-Vgs.
מאפייני ניקוז של MOSFET של דלדול ערוץ P
מאפייני הניקוז של MOSFET עם דלדול ערוץ P מוצגים להלן. כאן, מתח VDS שלילי ומתח Vgs חיובי. ברגע שנמשיך להגדיל את ה-Vgs אז Id (זרם ניקוז) יקטן. במתח ה-pinch-off, ה-ID (זרם הניקוז) הזה יהפוך לאפס. ברגע שה-VGS יהיה שלילי, אז ערך המזהה יהיה אפילו גבוה יותר מ-IDSS.
מאפייני העברה של MOSFET של דלדול ערוץ P
מאפייני ההעברה של MOSFET עם דלדול ערוץ P מוצגים להלן, אשר היא תמונת מראה של n מאפייני העברה של MOSFET עם דלדול ערוץ. כאן אנו יכולים לראות שזרם הניקוז מתגבר באזור ה-VGS החיובי מנקודת הניתוק ועד ל-IDSS, ואז הוא ממשיך לעלות כאשר ערך ה-VGS השלילי עולה.
יישומים
יישומי MOSFET לדלדול כוללים את הדברים הבאים.
- ניתן להשתמש ב-MOSFET של דלדול זה במקור זרם קבוע ובמעגלי ווסת ליניאריים בתור א לעבור טרנזיסטור .
- אלה נמצאים בשימוש נרחב במעגל אספקת חשמל עזר להפעלה.
- בדרך כלל, MOSFETs אלה מופעלים כאשר לא מופעל מתח, מה שאומר שהם יכולים להוליך זרם בתנאים רגילים. לכן זה משמש במעגלים לוגיים דיגיטליים כנגד עומס.
- אלה משמשים עבור מעגלים פלייבק בתוך PWM ICs.
- אלה משמשים במתגי טלקום, ממסרי מצב מוצק ורבים נוספים.
- ה-MOSFET הזה מנוצל בתוך מעגלים גורפים מתח, מעגלי צג זרם, מעגלי דרייבר של מערך LED וכו'.
לפיכך, זוהי סקירה כללית של מצב דלדול MOSFET - עובד עם יישומים. הנה שאלה בשבילך, מהו MOSFET מצב שיפור?
