הטרנזיסטור MOSFET (תחמוצת מתכת תחמוצת מוליכים למחצה) הוא מכשיר מוליך למחצה שנמצא בשימוש נרחב למטרות מיתוג ולהגברת האותות האלקטרוניים במכשירים אלקטרוניים. MOSFET הוא ליבה או מעגל משולב שבו הוא מתוכנן ומייצר בשבב יחיד מכיוון שהמכשיר זמין בגדלים קטנים מאוד. הכנסת מכשיר ה- MOSFET הביאה לשינוי בתחום ה- החלפת אלקטרוניקה . בואו נלך עם הסבר מפורט על מושג זה.

מה זה MOSFET?

MOSFET הוא מכשיר בעל ארבעה טרמינלים עם מסופי מקור (S), שער (G), ניקוז (D) וגוף (B). באופן כללי, גוף ה- MOSFET הוא בקשר למסוף המקור ובכך יוצר מכשיר בעל שלושה מסופים כגון טרנזיסטור עם אפקט שדה. MOSFET נחשב בדרך כלל כטרנזיסטור ומשמש גם במעגלים האנלוגיים וגם במעגלים הדיגיטליים. זה הבסיסי מבוא ל- MOSFET . והמבנה הכללי של מכשיר זה הוא להלן:

MOSFET

מלמעלה מבנה MOSFET , הפונקציונליות של MOSFET תלויה בווריאציות החשמליות המתרחשות ברוחב הערוץ יחד עם זרימת הנשאים (חורים או אלקטרונים). מובילי המטען נכנסים לתעלה דרך מסוף המקור ויוצאים דרך הניקוז.

רוחב הערוץ נשלט על ידי המתח באלקטרודה המכונה השער והיא ממוקמת בין המקור לנקז. הוא מבודד מהתעלה ליד שכבה דקה במיוחד של תחמוצת מתכת. קיבולת ה- MOS הקיימת במכשיר היא החלק החשוב ביותר שבו הפעולה כולה.

MOSFET עם מסופים

MOSFET יכול לתפקד בשתי דרכים

מצב דלדול
מצב שיפור

מצב דלדול

כשאין מתח על פני מסוף השער, הערוץ מראה את המוליכות המרבית שלו. ואילו כאשר המתח מעבר למסוף השער חיובי או שלילי, מוליכות הערוץ פוחתת.

לדוגמה

מצב שיפור

כשאין מתח על פני מסוף השער, המכשיר אינו מתנהל. כאשר קיים המתח המקסימלי על פני מסוף השער, המכשיר מראה מוליכות משופרת.

מצב שיפור

עקרון עבודה של MOSFET

העיקרון העיקרי של מכשיר MOSFET הוא להיות מסוגל לשלוט במתח ובזרם הזרם בין מסופי המקור לניקוז. זה עובד כמעט כמו מתג והפונקציונליות של המכשיר מבוססת על הקבל MOS. הקבל MOS הוא החלק העיקרי של MOSFET.

משטח המוליך למחצה בשכבת התחמוצת התחתונה שנמצא בין מסוף המקור לנקז יכול להיות הפוך מסוג p לסוג n על ידי יישום של מתח שער חיובי או שלילי בהתאמה. כאשר אנו מפעילים כוח דוחה למתח השער החיובי, אז החורים הנמצאים מתחת לשכבת התחמוצת נדחקים כלפי מטה עם המצע.

אזור הדלדול מאוכלס במטענים השליליים המאוגדים הקשורים לאטומי הקבלה. כאשר מגיעים לאלקטרונים, מתפתח ערוץ. המתח החיובי מושך גם אלקטרונים ממקור n + ואזורי ניקוז לתעלה. כעת, אם מופעל מתח בין הניקוז למקור, הזרם זורם בחופשיות בין המקור לניקוז ומתח השער שולט על האלקטרונים בערוץ. במקום המתח החיובי, אם נפעיל מתח שלילי, נוצר תעלת חור מתחת לשכבת התחמוצת.

דיאגרמת חסימות MOSFET

MOSFET בערוץ P

לערוץ P MOSFET אזור P- ערוץ הממוקם בין מסופי המקור לנקז. זהו מכשיר בעל ארבעה מסופים המכיל את המסופים כשער, ניקוז, מקור וגוף. הניקוז והמקור הם אזור p + מסומם בכבדות והגוף או המצע הם מסוג n. זרם הזרם הוא בכיוון של חורים טעונים חיוביים.

כאשר אנו מפעילים את המתח השלילי בכוח דוחה במסוף השער, אז האלקטרונים הנמצאים מתחת לשכבת התחמוצת נדחקים כלפי מטה אל המצע. אזור הדלדול מאוכלס במטענים חיוביים הכרוכים הקשורים לאטומי התורם. מתח השער השלילי מושך גם חורים מאזור p + ואזור הניקוז לאזור התעלה.

מצב דלדול ערוץ P

מצב ערוץ P משופר

MOSFET של ערוץ N

ל- MOSFET של N-Channel יש אזור N-channel הממוקם בין מסופי המקור לנקז. זהו מכשיר בעל ארבעה מסופים עם המסופים כשער, ניקוז, מקור, גוף. בסוג זה של טרנזיסטור אפקט שדה, הניקוז והמקור מסוממים בכבדות n + אזור והמצע או הגוף הם מסוג P.

הזרימה הנוכחית בסוג זה של MOSFET מתרחשת בגלל אלקטרונים טעונים שלילית. כאשר אנו מפעילים את המתח החיובי בכוח דוחה במסוף השער, אז החורים שנמצאים מתחת לשכבת התחמוצת נדחקים כלפי מטה אל המצע. אזור הדלדול מאוכלס במטענים השליליים המאוגדים הקשורים לאטומי הקבלה.

עם הגעתם של אלקטרונים, נוצר הערוץ. המתח החיובי מושך גם אלקטרונים ממקור n + ואזורי ניקוז לתעלה. כעת, אם מופעל מתח בין הניקוז למקור הזרם זורם בחופשיות בין המקור לניקוז ומתח השער שולט על האלקטרונים בערוץ. במקום מתח חיובי אם נפעיל מתח שלילי אז תיווצר תעלת חור מתחת לשכבת התחמוצת.

“הספק תלת פאזי משלב אחד ”

שיפור מצב ערוץ N

אזורי פעולה של MOSFET

לתרחיש הכללי ביותר, פעולתו של מכשיר זה מתרחשת בעיקר בשלושה אזורים ואלה הם כדלקמן:

אזור מנותק - זהו האזור בו המכשיר יהיה במצב OFF ויש כמות אפסית של זרם דרכו. כאן, המכשיר מתפקד כמתג בסיסי והוא מועסק כל כך כאשר הם נחוצים להפעלה כמתגים חשמליים.
אזור הרוויה - באזור זה, ההתקנים יצטרכו לנקז לערך הנוכחי כמקור קבוע מבלי להתחשב בשיפור המתח על פני הניקוז למקור. זה קורה רק פעם אחת כאשר המתח על פני הניקוז למסוף המקור עולה יותר מערך המתח הצבוט. בתרחיש זה, המכשיר מתפקד כמתג סגור שבו זורמת רמת זרם רוויה על פני הניקוז למסופי המקור. בשל כך, נבחר אזור הרוויה כאשר המכשירים אמורים לבצע החלפה.
אזור לינארי / אומי - זהו האזור שבו הזרם על פני הניקוז למסוף המקור משתפר עם תוספת המתח על פני הניקוז לנתיב המקור. כאשר מכשירי MOSFET מתפקדים באזור ליניארי זה, הם מבצעים פונקציונליות של מגברים.

הבה נבחן כעת את מאפייני המיתוג של MOSFET

מוליך למחצה כמו MOSFET או טרנזיסטור צומת דו קוטבי מתפקד בעצם כמתגים בשני תרחישים, אחד במצב ON והשני במצב OFF. כדי לשקול פונקציונליות זו, הבה נבחן את המאפיינים האידיאליים והמעשיים של מכשיר MOSFET.

מאפייני מתג אידיאליים

כאשר MOSFET אמור לתפקד כמתג אידיאלי, עליו להחזיק בתכונות שלהלן ואלה

במצב ON, חייבת להיות המגבלה הנוכחית שהיא נושאת
במצב OFF, חסימת רמות המתח לא אמורה להחזיק שום סוג של מגבלות
כאשר המכשיר פועל במצב ON, ערך ירידת המתח צריך להיות אפס
ההתנגדות במצב OFF צריכה להיות אינסופית
לא צריכות להיות הגבלות על מהירות הפעולה

מאפייני מתג מעשיים

מכיוון שהעולם אינו דבוק רק ביישומים אידיאליים, תפקודו של MOSFET הוא אפילו ישים למטרות מעשיות. בתרחיש המעשי, המכשיר צריך להחזיק את המאפיינים שלהלן

במצב ON, יש להגביל את יכולות ניהול הכוח, מה שאומר שיש להגביל את זרימת ההולכה.
במצב OFF, אסור להגביל את רמות המתח החוסמות
הפעלה וכיבוי לזמנים מוגבלים מגבילה את מהירות ההגבלה של המכשיר ואף מגבילה את התדר הפונקציונלי
במצב ON של מכשיר MOSFET, יהיו ערכי התנגדות מינימליים כאשר הדבר מביא לירידת מתח בהטיה קדימה. כמו כן, קיימת התנגדות מצב OFF מוגבלת המספקת זרם דליפה הפוך
כאשר המכשיר מבצע מאפיינים מעשיים, הוא מאבד את הכוח בתנאי ON ו- OFF. זה קורה גם במדינות המעבר.

דוגמה ל- MOSFET כמתג

בהסדר המעגל שלהלן, נעשה שימוש במצב משופר ו- MOSFET בערוץ N להחלפת מנורת דוגמה עם התנאים מופעלים וכיבויים. המתח החיובי במסוף השער מוחל על בסיס הטרנזיסטור והמנורה עוברת למצב ON וכאן V_GS= + v או ברמת מתח אפסית, המכשיר עובר למצב OFF כאשר V._GS= 0.

“מה מזהה כרטיס SIM אם משתמשים בכרטיס? ”

MOSFET כמתג

אם היה צריך להחליף את עומס ההתנגדות של המנורה בעומס אינדוקטיבי ומחובר לממסר או לדיודה המוגנים לעומס. במעגל שלעיל, זהו מעגל פשוט מאוד להחלפת עומס התנגדות כגון מנורה או נורית. אך כאשר משתמשים ב- MOSFET כמתג עם עומס אינדוקטיבי או עומס קיבולי, אזי יש צורך בהגנה על מכשיר ה- MOSFET.

אם במקרה בו ה- MOSFET אינו מוגן, הוא עלול לגרום לפגיעה בהתקן. כדי שה- MOSFET יפעל כמכשיר מיתוג אנלוגי, יש לעבור בין אזור הניתוק שבו V_GS= 0 ואזור הרוויה בו V_GS= + v.

תיאור הסרטון

MOSFET יכול גם לתפקד כטרנזיסטור והוא מקוצר כטרנזיסטור אפקט שדה סיליקון של תחמוצת מתכת. כאן השם עצמו הצביע על כך שניתן להפעיל את המכשיר כטרנזיסטור. יהיה לו ערוץ P וערוץ N. המכשיר מחובר בצורה כזו באמצעות ארבעת מסופי המקור, השער והניקוז ועומס התנגדות של 24Ω מחובר בסדרה עם מד זרם, ומד מתח מחובר על פני ה- MOSFET.

בטרנזיסטור, זרם הזרם בשער הוא בכיוון חיובי ומסוף המקור מחובר לקרקע. בעוד שבמכשירי טרנזיסטור צומת דו קוטבי, הזרימה הנוכחית היא על פני נתיב הבסיס לפולט. אבל במכשיר זה אין זרימת זרם מכיוון שיש קבלים בתחילת השער, זה רק דורש מתח בלבד.

זה יכול להתרחש על ידי המשך תהליך ההדמיה ועל ידי הפעלה / כיבוי. כאשר המתג פועל אין זרם זרם על פני המעגל, כאשר ההתנגדות של 24Ω ו- 0.29 של מתח המד זרם מחוברים, אנו מוצאים את ירידת המתח הזניחה על פני המקור מכיוון שיש + 0.21V על פני מכשיר זה.

ההתנגדות בין ניקוז למקור מכונה RDS. בשל RDS זה, ירידת המתח מופיעה כאשר יש זרימת זרם במעגל. ה- RDS משתנה בהתאם לסוג ההתקן (הוא יכול לנוע בין 0.001, 0.005 ו- 0.05 בהתאם לסוג המתח.

מעטים מהמושגים שיש ללמוד הם:

1). כיצד לבחור MOSFET כמתג ?

מעטים התנאים שיש להקפיד עליהם בעת בחירת ה- MOSFET כמתג ואלה הם להלן:

שימוש בקוטביות בערוץ P או N
דירוג מקסימלי של מתח ההפעלה וערכי הזרם
הגדלת ה- Rds ON כלומר התנגדות במסוף ניקוז למקור כאשר הערוץ פתוח לחלוטין
תדירות תפעולית משופרת
סוג האריזה הוא של To-220 ו- DPAck ורבים אחרים.

2). מהי יעילות מתג MOSFET?

המגבלה העיקרית בזמן הפעלת MOSFET כמכשיר מיתוג היא ערך זרם הניקוז המשופר שהמכשיר יכול להיות מסוגל לו. המשמעות היא ש- RDS במצב ON הוא הפרמטר המכריע הקובע את יכולת המעבר של ה- MOSFET. הוא מיוצג כיחס בין מתח מקור הניקוז לזה של זרם הניקוז. יש לחשב אותו רק במצב ON של הטרנזיסטור.

3). מדוע משתמשים במתג MOSFET בממיר Boost?

באופן כללי, ממיר דחיפה זקוק לטרנזיסטור מיתוג להפעלת המכשיר. לכן, כאשר משתמשים בטרנזיסטור MOSFET. מכשירים אלה משמשים להכרת הערך הנוכחי וערכי המתח. כמו כן, בהתחשב במהירות ובעלות העלייה, אלה מועסקים בהרחבה.

באותו אופן, ניתן להשתמש ב- MOSFET גם במספר דרכים. ואלה

MOSFET כמתג לד
הסר_מעגל_מתאר
MOSFET כמתג עבור Arduino
מתג MOSFET לעומס AC
מתג MOSFET למנוע DC
מתג MOSFET למתח שלילי
MOSFET כמתג עם Arduino
MOSFET כמתג עם מיקרו-בקר
מתג MOSFET עם היסטריה
MOSFET כדיודת מתגים ונגד פעיל
MOSFET כמשוואת מתגים
מתג MOSFET לאיירסופט
MOSFET כנגד שער מתג
MOSFET כסולנואיד מיתוג
מתג MOSFET באמצעות מצמד אופטי
מתג MOSFET עם היסטריה

יישום של MOSFET כמתג

אחת הדוגמאות העיקריות למכשיר זה היא שהוא משמש כמתג הוא בקרת בהירות אוטומטית באורות רחוב. בימינו רבים מהנורות שאנו צופים בכבישים מהירים מורכבות מנורות פריקה בעוצמה גבוהה. אך שימוש במנורות HID צורכת רמות אנרגיה מוגברות.

לא ניתן להגביל את הבהירות על פי הדרישה ובשל כך צריך להיות מתג לשיטת התאורה האלטרנטיבית והיא LED. השימוש במערכת LED יתגבר על החסרונות של מנורות בעוצמה גבוהה. הרעיון העיקרי שעומד מאחורי בנייתו היה בקרת האורות ישירות בכבישים מהירים באמצעות שימוש במיקרו-מעבד.

יישום MOSFET כמתג

ניתן להשיג זאת רק על ידי שינוי פעימות השעון. בהתבסס על הצורך, מכשיר זה משמש להחלפת מנורות. זה מורכב מלוח פטל פטל שבו הוא כלול עם מעבד לניהול. כאן ניתן להחליף נוריות במקום ה- HID ולאלה יש קשר עם המעבד באמצעות MOSFET. המיקרו-בקר מספק מחזורי עבודה תואמים ואז עובר ל- MOSFET כדי לספק רמה גבוהה של עוצמה.

יתרונות

מעט מהיתרונות הם:

זה מייצר יעילות משופרת גם כאשר מתפקדים ברמות מתח מינימליות
אין נוכחות של זרם שער זה יוצר עכבת קלט נוספת המספקת עוד יותר מהירות מיתוג למכשיר
מכשירים אלה יכולים לתפקד ברמות הספק מינימליות ומשתמשים בזרם מינימלי

חסרונות

מעטים מהחסרונות הם:

כאשר מכשירים אלה מתפקדים ברמות מתח עומס יתר, זה יוצר חוסר יציבות של המכשיר
מכיוון שלמכשירים יש שכבת תחמוצת דקה, הדבר עלול ליצור נזק למכשיר כאשר הוא מגורה על ידי המטענים האלקטרוסטטיים

יישומים

היישומים של MOSFET הם

מגברים עשויים MOSFET מועסקים במיוחד ביישומי תדרים נרחבים
התקנה למנועי DC מסופקת על ידי מכשירים אלה
מכיוון שלאלה יש מהירויות מיתוג משופרות, היא פועלת כמושלמת לבניית מגברי צ'ופר
מתפקד כמרכיב פסיבי לאלמנטים אלקטרוניים שונים.

בסופו של דבר, ניתן להסיק כי הטרנזיסטור דורש זרם ואילו MOSFET דורש מתח. דרישת הנהיגה עבור MOSFET טובה בהרבה, פשוטה בהרבה בהשוואה ל- BJT. וגם יודע כיצד אוכל לחבר Mosfet למתג?

נקודות זיכוי