N Channel MOSFET: מעגל, עבודה, הבדלים ויישומיו

MOSFET הוא סוג של טרנזיסטור והוא נקרא גם IGFET (טרנזיסטור שדה מבודד שער) או MIFET (טרנזיסטור אפקט שדה מבודד מתכת). ב MOSFET , הערוץ והשער מופרדים באמצעות שכבת SiO2 דקה והם יוצרים קיבול המשתנה עם מתח השער. אז, MOSFET עובד כמו קבל MOS שנשלט דרך שער הכניסה למתח המקור. לפיכך, MOSFET יכול לשמש גם כקבל מבוקר מתח. המבנה של ה-MOSFET דומה לקבל ה-MOS מכיוון שבסיס הסיליקון בקבל זה הוא מסוג p.

אלה מסווגים לארבעה סוגים של שיפור ערוץ p, שיפור ערוץ n, דלדול ערוץ p ודלדול ערוץ n. מאמר זה דן באחד מסוגי MOSFET כמו N ערוץ MOSFET - עבודה עם אפליקציות.

מהו N Channel MOSFET?

סוג של MOSFET שבו ערוץ MOSFET מורכב מרוב נושאי מטען כנשאי זרם כמו אלקטרונים ידוע כ-MOSFET ערוץ N. ברגע שה-MOSFET הזה מופעל, רוב נושאי הטעינה ינועו לאורך הערוץ. MOSFET זה הוא ניגוד ל-P-Channel MOSFET.

MOSFET זה כולל N- אזור הערוץ שנמצא באמצע מסופי המקור והניקוז. זהו התקן שלושה טרמינלים שבו המסופים כ-G (שער), D (נקז) ו-S (מקור). בטרנזיסטור זה, המקור והניקוז מסוממים בכבדות באזור n+ והגוף או המצע הם מסוג P.

עובד

MOSFET זה כולל אזור N-channel אשר ממוקם באמצע מסופי המקור והניקוז. זהו התקן בעל שלושה טרמינלים כאשר המסופים הם G (שער), D (נקז) ו-S (מקור). ב-FET זה, המקור והניקוז מסוממים בכבדות באזור n+ והגוף או המצע הם מסוג P.

כאן, הערוץ נוצר עם הגעת אלקטרונים. המתח +ve גם מושך אלקטרונים הן מאזור המקור והניקוז n+ לתוך הערוץ. ברגע שמופעל מתח בין הניקוז והמקורות, זרם זורם בחופשיות בין המקור לניקוז והמתח בשער פשוט שולט על האלקטרונים של נושאי המטען בתוך הערוץ. באופן דומה, אם נפעיל מתח -ve במסוף השער, אז נוצרת תעלת חור מתחת לשכבת התחמוצת.

סמל MOSFET ערוץ N

סמל ה-MOSFET של ערוץ N מוצג להלן. MOSFET זה כולל שלושה מסופים כמו מקור, ניקוז ושער. עבור מוסף n-channel, כיוון סמל החץ הוא פנימה. אז, סמל החץ מציין את סוג הערוץ כמו P-channel או N-channel.

N Channel MOSFET Circuit

ה דיאגרמת מעגלים לשליטה על מאוורר DC ללא מברשות באמצעות מוסף N ערוצים ו Arduino Uno rev3 מוצג להלן. ניתן לבנות מעגל זה עם לוח Arduino Uno rev3, n channel mosfet, מאוורר DC ללא מברשות וחוטי חיבור.

ה-MOSFET המשמש במעגל זה הוא MOSFET 2N7000 N-channel והוא מסוג שיפור ולכן עלינו להגדיר את פין היציאה של Arduino לגבוה כדי לספק כוח למאוורר.

החיבורים של מעגל זה הבאים כדלקמן;

• חבר את פין המקור של ה-MOSFET ל-GND
• פין השער של ה-MOSFET מחובר לפין 2 של Arduino.
• סיכת הניקוז של MOSFET לחוט הצבע השחור של המאוורר.
• החוט האדום של מאוורר ה-DC ללא מברשות מחובר למסילה החיובית של לוח הלחם.
• צריך לתת חיבור נוסף מהסיכה של Arduino 5V למסילה החיובית של לוח הלחם.

בדרך כלל, MOSFET משמש למיתוג והגברה של אותות. בדוגמה זו, המוסף הזה משמש כמתג הכולל שלושה מסופים כמו שער, מקור וניקוז. ה-MOSFET של ערוץ n הוא סוג אחד של התקן מבוקר מתח ו-MOSFETs אלה זמינים בשני סוגים של מכשירי שיפור ו-Mosfet דלדול.

בדרך כלל, MOSFET משופר כבוי ברגע שה-Vgs (מתח מקור השער) הוא 0V, לכן יש לספק מתח למסוף השער כך שהזרם יזרום לאורך ערוץ מקור הניקוז. בעוד ש-MOSFET דלדול מופעל בדרך כלל ברגע שה-Vgs (מתח מקור השער) הוא 0V כך שהזרם זורם לאורך כל הניקוז לערוץ המקור עד שניתן מתח +ve במסוף השער.

קוד

void setup() {
// שים את קוד ההגדרה שלך כאן, כדי להפעיל פעם אחת:
pinMode(2, OUTPUT);

}

void loop() {
// שים את הקוד הראשי שלך כאן, כדי לרוץ שוב ושוב:
digitalWrite(2, HIGH);
delay(5000);
digitalWrite(2, LOW);
delay(5000);
}

לפיכך, כאשר ניתנת אספקת 5v למסוף השער של המוספ, מאוורר ה-DC ללא מברשות יופעל. באופן דומה, כאשר ה-0v ניתן למסוף השער של המוספ, המאוורר יכבה.

סוגי N Channel MOSFET

MOSFET ערוץ N הוא מכשיר מבוקר מתח המסווג לשני סוגים סוג שיפור וסוג דלדול.

N Channel Enhancement MOSFET

MOSFET ערוץ N מסוג שיפור כבוי בדרך כלל ברגע שמתח השער למקור הוא אפס וולט, ולכן יש לספק מתח למסוף השער כך שהזרם יספק את כל ערוץ המקור לניקוז.

העבודה של MOSFET שיפור ערוץ n זהה לשיפור ערוץ MOSFET פרט לבנייה ולתפעול. בסוג זה של MOSFET, מצע מסוג p המסומם קלות יכול ליצור את גוף המכשיר. אזורי המקור והניקוז מסוממים בכבדות עם זיהומים מסוג n.

כאן המקור והגוף מחוברים בדרך כלל למסוף הארקה. ברגע שנפעיל מתח חיובי על מסוף השער, נושאי המטען של מצע מסוג p ימשכו לכיוון מסוף השער בגלל החיוביות של השער והאפקט הקיבולי המקביל.

רוב נושאי המטען כמו אלקטרונים ונושאי מטען מיעוט של מצע מסוג p יימשכו לכיוון מסוף השער כך שהוא יוצר שכבת יונים שלילית חשופה מתחת לשכבה הדיאלקטרית על ידי שילוב מחדש של אלקטרונים עם חורים.

אם נגביר את מתח השער החיובי בהתמדה, תהליך הרקומבינציה יהפוך לרווי לאחר רמת מתח הסף ואז יתחילו להצטבר נושאי מטען כמו אלקטרונים במקום ליצירת ערוץ מוליך אלקטרונים חופשי. אלקטרונים חופשיים אלה יגיעו גם מהמקור המסומם בכבדות וינקזו את האזור מסוג n.

אם נפעיל מתח +ve במסוף הניקוז אז זרימת הזרם תהיה שם בכל הערוץ. אז התנגדות הערוץ תהיה תלויה בנשאי המטען החופשיים כמו אלקטרונים בתוך הערוץ ושוב האלקטרונים האלה יהיו תלויים בפוטנציאל השער של המכשיר בתוך הערוץ. כאשר ריכוז האלקטרונים החופשיים יוצר הערוץ וזרימת הזרם בכל הערוץ תתגבר בגלל העלייה במתח השער.

N ערוץ דלדול MOSFET

בדרך כלל, MOSFET זה מופעל בכל פעם שהמתח בשער למקור הוא 0V, לכן אספקת זרם מהניקוז לערוץ המקור עד להפעלת מתח חיובי במסוף השער (G). ה-MOSFET של דלדול ערוצים N שונה בהשוואה ל-MOSFET לשיפור ערוצים. ב-MOSFET זה, המצע המשמש הוא מוליך למחצה מסוג p.

ב-MOSFET זה, גם אזורי המקור והניקוז הם מוליכים למחצה מסוג n מסוממים בכבדות. הפער בין שני אזורי המקור והניקוז מתפזר דרך זיהומים מסוג n.

ברגע שאנו מיישמים הפרש פוטנציאל בין מסופי מקור וניקוז, הזרם זורם בכל אזור n של המצע. כאשר אנו מפעילים מתח -ve במסוף השער, נושאי המטען כמו אלקטרונים יבוטלו ויוזזו למטה באזור n ממש מתחת לשכבה הדיאלקטרית של סיליקון דו-חמצני.

כתוצאה מכך, יהיו שכבות יונים חיוביות חשופות מתחת לשכבה הדיאלקטרית SiO2. כך שבדרך זו, יתרחש דלדול של נושאי מטען בתוך הערוץ. לפיכך, המוליכות הכוללת של הערוץ תרד.

במצב זה, כאשר אותו מתח מופעל במסוף הניקוז, אז הזרם בניקוז יירד. כאן ראינו שניתן לשלוט בזרם הניקוז על ידי שינוי הדלדול של נושאי המטען בתוך הערוץ, כך שהוא ידוע כ-Depletion MOSFET.

כאן, השער נמצא בפוטנציאל -ve, הניקוז נמצא בפוטנציאל +ve והמקור בפוטנציאל '0'. כתוצאה מכך, הפרש המתח הוא יותר בין ניקוז לשער מאשר מקור לשער, ולכן רוחב שכבת הדלדול הוא יותר לכיוון הניקוז מאשר המקור.

ההבדל בין N Channel MOSFET ל-P Channel MOSFET

ההבדל בין ערוץ n למוספת ערוץ p כולל את הדברים הבאים.

כיצד לבדוק MOSFET של ערוץ N

השלבים הכרוכים בבדיקת MOSFET בערוץ N נידונים להלן.

• כדי לבדוק MOSFET n ערוצים, נעשה שימוש במולטימטר אנלוגי. לשם כך, עלינו למקם את הכפתור בטווח של 10K.
• לבדיקת ה-MOSFET הזה, הנח תחילה את הבדיקה השחורה על פין הניקוז של ה-MOSFET ואת הבדיקה האדומה על פין השער כדי לפרוק קיבול פנימי בתוך ה-MOSFET.
• לאחר מכן, העבר את הגשש הצבע האדום אל סיכת המקור כאשר הגשש השחור עדיין על סיכת הניקוז
• השתמש באצבע ימין כדי לגעת גם בפיני השער וגם בפיני הניקוז כדי שנוכל לראות שהמצביע של המולטימטר האנלוגי יפנה הצידה למרכז הטווח של קנה המידה של המונה.
• הסר את הגשש האדום של המולטימטר וגם את האצבע הימנית מסיכת המקור של MOSFET ואז שוב הנח את האצבע על הגשש האדום ופין המקור, המצביע עדיין יישאר במרכז סולם המולטימטר.
• כדי לפרוק אותו, עלינו לקחת את הגשושית האדומה ולגעת רק חד פעמית בסיכת השער. לבסוף, זה יפרוק שוב את הקיבול הפנימי.
• כעת, בדיקה אדומה תצטרך להשתמש שוב כדי לגעת בפין המקור, ואז המצביע של המולטימטר לא יסיט כלל כמו קודם שפרקת אותו על ידי נגיעה פשוטה בפין השער.

מאפיינים

ל-MOSFET ערוץ N יש שני מאפיינים כמו מאפייני ניקוז ומאפייני העברה.

מאפייני ניקוז

מאפייני הניקוז של מוסף ערוץ N כוללים את הדברים הבאים.

• מאפייני הניקוז של ה-Mosfet n ערוצים משורטטים בין זרם המוצא לבין ה-VDS, הידוע בשם Drain to source voltage VDS.
• כפי שאנו יכולים לראות בתרשים, עבור ערכי Vgs שונים, אנו משרטטים את הערכים הנוכחיים. אז אנחנו יכולים לראות חלקים שונים של זרם ניקוז בתרשים כמו ערך Vgs הנמוך ביותר, ערכי Vgs מקסימליים וכו'.
• במאפיינים לעיל, הזרם יישאר קבוע לאחר מתח ניקוז מסוים. לכן, מתח מינימלי עבור הניקוז למקור נדרש לעבודת MOSFET.
• לכן, כאשר אנו מגדילים את 'Vgs' אז רוחב הערוץ יוגדל, מה שמביא ליותר מזהה (זרם ניקוז).

מאפייני העברה

מאפייני ההעברה של מוסף N-channel כוללים את הדברים הבאים.

• מאפייני ההעברה ידועים גם בתור עקומת ההולכה המתמשכת אשר משורטטת בין מתח הכניסה (Vgs) לזרם המוצא (ID).
• בהתחלה, בכל פעם שאין מתח שער למקור (Vgs) אז יזרום פחות זרם כמו במיקרו אמפר.
• ברגע שמתח השער למקור חיובי, זרם הניקוז מתגבר בהדרגה.
• לאחר מכן, יש עלייה מהירה בזרם הניקוז המקביל לעלייה ב-vgs.
• ניתן להשיג את זרם הניקוז באמצעות Id= K (Vgsq- Vtn)^2.

יישומים

ה יישומים של n channel mosfe לא לכלול את הדברים הבאים.

• MOSFETs אלה משמשים לעתים קרובות ביישומי מכשירי מתח נמוך כמו גשר מלא וסידור גשר B6 באמצעות המנוע ומקור DC.
• MOSFETs אלה מועילים בהחלפת ההספק השלילי עבור המנוע בכיוון ההפוך.
• MOSFET n-channel פועל באזורי רוויה וניתוק. ואז הוא פועל כמו מעגל מיתוג.
• MOSFETs אלה משמשים להפעלה/כיבוי של LAMP או LED.
• אלה מועדפים ביישומי זרם גבוה.

לפיכך, מדובר בסך הכל בסקירה כללית של ערוץ n מוספת - עובד עם יישומים. הנה שאלה בשבילך, מה זה p channel mosfet?