Ի՞նչ է MOSFET- ը `աշխատանքային և դրա կիրառությունները

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) տրանզիստորը կիսահաղորդչային սարք է, որը լայնորեն օգտագործվում է կոմուտացիոն նպատակներով և էլեկտրոնային սարքերում էլեկտրոնային ազդանշանների ուժեղացման համար։  MOSFET-ը կա՛մ միջուկ է, կա՛մ ինտեգրալային միացում, որտեղ այն նախագծված և արտադրված է մեկ չիպի մեջ քանի որ սարքը հասանելի է շատ փոքր չափսերով: MOSFET սարքի ներդրումը բերել է ա էլեկտրոնիկայի փոխարկման տիրույթի փոփոխություն. Եկեք գնանք այս հայեցակարգի մանրամասն բացատրությամբ:

Ի՞նչ է MOSFET- ը:

MOSFET-ը չորս տերմինալային սարք է, որն ունի աղբյուր (S), դարպաս (G), արտահոսքի (D) և մարմնի (B) տերմինալներ: Ընդհանուր առմամբ, MOSFET-ի մարմինը կապված է աղբյուրի տերմինալի հետ, այդպիսով ձևավորելով երեք տերմինալային սարք, ինչպիսին է դաշտային տրանզիստորը: MOSFET-ը սովորաբար համարվում է տրանզիստոր և օգտագործվում է ինչպես անալոգային, այնպես էլ թվային սխեմաներում: Սա MOSFET-ի հիմնական ներածությունն է: Եվ այս սարքի ընդհանուր կառուցվածքը հետևյալն է.

MOSFET-ի վերը նշված կառուցվածքից MOSFET-ի ֆունկցիոնալությունը կախված է ալիքի լայնության մեջ տեղի ունեցող էլեկտրական տատանումներից՝ կրիչների հոսքի հետ մեկտեղ (կամ անցքեր կամ էլեկտրոններ): Լիցքակիրները մտնում են ալիք աղբյուրի տերմինալով և դուրս են գալիս արտահոսքի միջոցով:

Կապուղու լայնությունը վերահսկվում է էլեկտրոդի վրա գտնվող լարման միջոցով, որը կոչվում է դարպաս և գտնվում է աղբյուրի և արտահոսքի միջև: Այն մեկուսացված է ալիքից մետաղի օքսիդի չափազանց բարակ շերտի մոտ: MOS-ի հզորությունը, որն առկա է սարքում, այն կարևոր հատվածն է, որտեղ ամբողջ գործողությունը կատարվում է դրա վրա:

MOSFET-ը կարող է գործել երկու եղանակով

Բարելավման ռեժիմ

Երբ դարպասի տերմինալում լարում չկա, ալիքը ցույց է տալիս իր առավելագույն հաղորդունակությունը: Մինչդեռ, երբ դարպասի տերմինալի վրայով լարումը կա՛մ դրական է, կա՛մ բացասական, ապա ալիքի հաղորդունակությունը նվազում է:

MOSFET- ի աշխատանքային սկզբունքը

MOSFET սարքի հիմնական սկզբունքն այն է, որ կարողանա վերահսկել լարման և հոսանքի հոսքը միջև աղբյուրը և ջրահեռացման տերմինալները. Այն աշխատում է գրեթե անջատիչի պես, և սարքի ֆունկցիոնալությունը հիմնված է MOS կոնդենսատորի վրա: MOS կոնդենսատորը MOSFET-ի հիմնական մասն է:

Կիսահաղորդիչի մակերեսը ներքևի օքսիդի շերտում, որը գտնվում է աղբյուրի և արտահոսքի միջև տերմինալը կարող է շրջվել p-տիպից n-տիպի կամ դրական կամ բացասական դարպասի կիրառմամբ համապատասխանաբար լարումներ։ Երբ մենք վանող ուժ ենք կիրառում դարպասի դրական լարման համար, ապա անցքերը Օքսիդային շերտի տակ գտնվող ներկաները ենթաշերտի հետ ներքև են մղվում:

Սպառման շրջան, որը բնակեցված է կապված բացասական լիցքերով, որոնք կապված են ընդունողի հետ ատոմներ. Երբ հասնում են էլեկտրոնները, ձևավորվում է ալիք: Դրական լարումը գրավում է նաև էլեկտրոնները n+ աղբյուրից և արտահոսքի շրջաններից դեպի ալիք: Այժմ, եթե լարումը կիրառվի արտահոսքի միջև և աղբյուրը, հոսանքն ազատորեն հոսում է աղբյուրի և արտահոսքի միջև, և դարպասի լարումը վերահսկում է էլեկտրոններ ալիքում: Դրական լարման փոխարեն, եթե կիրառենք բացասական լարում, ապա կանցնի անցք ձևավորվի օքսիդային շերտի տակ:

P- ալիք MOSFET

P-ալիքի MOSFET-ն ունի P- Channel շրջան, որը գտնվում է աղբյուրի և արտահոսքի տերմինալների միջև: Դա է չորս տերմինալային սարք, որն ունի տերմինալներ, ինչպիսիք են դարպասը, արտահոսքը, աղբյուրը և մարմինը: Արտահոսքը և աղբյուրն են խիստ դոպինգով p+ շրջան, իսկ մարմինը կամ ենթաշերտը n-տիպի են: Ընթացքի հոսքը գտնվում է ուղղությամբ դրական լիցքավորված անցքեր.Երբ մենք կիրառում ենք բացասական լարումը վանող ուժով դարպասի տերմինալում, ապա էլեկտրոնները ներկա են օքսիդային շերտի տակ ներքև են մղվում ենթաշերտի մեջ: Սպառող շրջանը բնակեցված է կապված դրական լիցքեր, որոնք կապված են դոնոր ատոմների հետ: Բացասական դարպասի լարումը նույնպես ձգում է անցքեր p+ աղբյուրից և արտահոսքի շրջանից դեպի ալիքի շրջան:N-Channel MOSFET-ն ունի N-ալիքի շրջան, որը գտնվում է աղբյուրի և արտահոսքի տերմինալների միջև: Դա է 

չորս տերմինալային սարք, որն ունի տերմինալներ, ինչպիսիք են դարպասը, արտահոսքը, աղբյուրը, մարմինը: Այս տեսակի դաշտային էֆեկտում Տրանզիստորը, արտահոսքը և աղբյուրը խիստ դոպինգով n+ շրջան են, իսկ ենթաշերտը կամ մարմինը P-տիպի են:Այս տեսակի MOSFET-ի ընթացիկ հոսքը տեղի է ունենում բացասական լիցքավորված էլեկտրոնների պատճառով: Երբ մենք կիրառեք դրական լարումը վանող ուժով դարպասի տերմինալում, այնուհետև օքսիդի տակ առկա անցքերը շերտերը ներքև են մղվում հիմքի մեջ: Սպառման շրջանը բնակեցված է կապված բացասականով լիցքեր, որոնք կապված են ընդունող ատոմների հետ:Էլեկտրոնների հասանելիության դեպքում ալիքը ձևավորվում է: Դրական լարումը ձգում է նաև էլեկտրոններ n+ աղբյուր և արտահոսքի շրջաններ դեպի ալիք: Այժմ, եթե լարումը կիրառվի արտահոսքի և աղբյուրի միջև հոսանքն ազատորեն հոսում է աղբյուրի և արտահոսքի միջև, և դարպասի լարումը վերահսկում է էլեկտրոնները ալիք. Դրական լարման փոխարեն, եթե կիրառենք բացասական լարում, ապա դրա տակ կստեղծվի անցք օքսիդի շերտը.

N- Channel MOSFET
N-Channel MOSFET-ն ունի N-ալիքի շրջան, որը գտնվում է աղբյուրի և արտահոսքի տերմինալների միջև: Այն չորս տերմինալային սարք է, որն ունի տերմինալներ՝ դարպաս, արտահոսք, աղբյուր, մարմին: Դաշտային ազդեցության տրանզիստորների այս տիպում արտահոսքը և աղբյուրը խիստ դոփված են n+ տարածաշրջանում, իսկ ենթաշերտը կամ մարմինը P-տիպի են:

Այս տեսակի MOSFET-ի ընթացիկ հոսքը տեղի է ունենում բացասական լիցքավորված էլեկտրոնների պատճառով: Երբ մենք կիրառում ենք դրական լարումը վանող ուժով դարպասի տերմինալում, ապա օքսիդի շերտի տակ առկա անցքերը ներքև են մղվում ենթաշերտի մեջ: Սպառման շրջանը բնակեցված է կապված բացասական լիցքերով, որոնք կապված են ընդունող ատոմների հետ:

Էլեկտրոնների հասանելիության դեպքում ալիքը ձևավորվում է: Դրական լարումը նաև ձգում է էլեկտրոններ n+ աղբյուրից և արտահոսքի շրջաններից դեպի ալիք: Այժմ, եթե լարումը կիրառվում է արտահոսքի և աղբյուրի միջև, հոսանքն ազատորեն հոսում է աղբյուրի և արտահոսքի միջև, և դարպասի լարումը վերահսկում է էլեկտրոնները ալիքում: Դրական լարման փոխարեն, եթե կիրառենք բացասական լարում, ապա օքսիդի շերտի տակ կառաջանա անցքանցք։

MOSFET-ի շահագործման շրջանները

Ամենաընդհանուր սցենարի համաձայն՝ այս սարքի շահագործումը տեղի է ունենում հիմնականում երեք շրջաններում, և դրանք են Ինչպես նշված է հետեւյալում:

Cut-off Region – Դա այն շրջանն է, որտեղ սարքը կլինի OFF վիճակում և այնտեղ զրոյական քանակություն ընթացիկ հոսքը դրա միջով: Այստեղ սարքը գործում է որպես հիմնական անջատիչ և օգտագործվում է այնպես, ինչպես այն ժամանակ անհրաժեշտ է աշխատել որպես էլեկտրական անջատիչներ:

Հագեցվածության շրջան – Այս տարածաշրջանում սարքերի արտահոսքը դեպի աղբյուրի ընթացիկ արժեքը հաստատուն կլինի առանց հաշվի առնելու ջրահեռացման աղբյուրի վրա լարման բարձրացումը: Սա տեղի է ունենում միայն մեկ անգամ երբ արտահոսքի միջով լարումը դեպի աղբյուրի տերմինալը մեծանում է ավելի շատ, քան անջատվող լարման արժեքը: Մեջ Այս սցենարով սարքը գործում է որպես փակ անջատիչ, որտեղ հոսանքի հագեցած մակարդակը ջրահեռացման միջով դեպի աղբյուրի տերմինալների հոսքերը. Դրա շնորհիվ ընտրվում է հագեցվածության շրջանը, երբ ենթադրվում է, որ սարքերը կատարել անջատում.

Գծային/Օհմիկ Տարածաշրջան – Դա այն շրջանն է, որտեղ մեծանում է հոսանքը արտահոսքի միջով դեպի աղբյուրի տերմինալ արտահոսքի միջով դեպի աղբյուրի ճանապարհին լարման աճով: Երբ MOSFET սարքերը գործում են այս գծային շրջանը, նրանք կատարում են ուժեղացուցիչի գործառույթը:

Այժմ դիտարկենք MOSFET-ի միացման բնութագրերը Կիսահաղորդիչները նույնպես, ինչպիսիք են MOSFET-ը կամ երկբևեռ հանգույցի տրանզիստորը, հիմնականում գործում են որպես անջատիչներ երկու սցենար, մեկը միացված է, իսկ մյուսը` OFF վիճակ: Այս ֆունկցիոնալությունը դիտարկելու համար եկեք նայենք MOSFET սարքի իդեալական և գործնական բնութագրերով:

Իդեալական անջատիչի բնութագրերը

Երբ MOSFET-ը պետք է գործի որպես իդեալական անջատիչ, այն պետք է պահպանի ստորև նշված հատկությունները և դրանք են

Միացված վիճակում պետք է լինի ներկայիս սահմանափակումը, որն այն կրում է
Անջատված վիճակում արգելափակող լարման մակարդակները չպետք է ունենան որևէ տեսակի սահմանափակում
Երբ սարքը գործում է միացված վիճակում, լարման անկման արժեքը պետք է լինի զրոյական
OFF վիճակում դիմադրությունը պետք է լինի անսահման
Գործողության արագության սահմանափակումներ չպետք է լինեն

Գործնական անջատիչի բնութագրերը

Քանի որ աշխարհը պարզապես հավատարիմ չէ իդեալական ծրագրերին, MOSFET-ի գործարկումը նույնիսկ կիրառելի է գործնական նպատակներ։ Գործնական սցենարում սարքը պետք է ունենա ստորև նշված հատկությունները

ON վիճակում էներգիայի կառավարման կարողությունները պետք է սահմանափակվեն, ինչը նշանակում է, որ հոսքը հաղորդման հոսանքը պետք է սահմանափակվի:

OFF վիճակում արգելափակման լարման մակարդակները չպետք է սահմանափակվենՍահմանափակ ժամանակով միացնելը և անջատելը սահմանափակում է սարքի սահմանափակող արագությունը և նույնիսկ սահմանափակում ֆունկցիոնալ հաճախականություն

Էլեկտրոնների հասանելիության դեպքում ալիքը ձևավորվում է: Դրական լարումը նաև ձգում է էլեկտրոններ n+ աղբյուրից և արտահոսքի շրջաններից դեպի ալիք: Այժմ, եթե լարումը կիրառվում է արտահոսքի և աղբյուրի միջև, հոսանքն ազատորեն հոսում է աղբյուրի և արտահոսքի միջև, և դարպասի լարումը վերահսկում է էլեկտրոնները ալիքում: Դրական լարման փոխարեն, եթե կիրառենք բացասական լարում, ապա օքսիդի շերտի տակ կառաջանա անցքանցք։

MOSFET սարքի միացված վիճակում կլինեն դիմադրության նվազագույն արժեքներ, որտեղ դա հանգեցնում է լարման անկման՝ փոխանցման կողմնակալության մեջ: Բացի այդ, գոյություն ունի սահմանափակված OFF վիճակի դիմադրություն, որն ապահովում է հակադարձ արտահոսքի հոսանք

Երբ սարքը գործում է գործնական բնութագրերով, այն կորցնում է էներգիան միացման և անջատման պայմաններում: Դա տեղի է ունենում նույնիսկ անցումային երկրներում:

MOSFET-ի օրինակ՝ որպես անջատիչ

Ստորև բերված սխեմայի դասավորության մեջ ուժեղացված ռեժիմը և N-ալիքի MOSFET-ը օգտագործվում են միացնելու համար a լամպի նմուշ միացված և անջատված պայմաններով: Դարպասի տերմինալում դրական լարումը կիրառվում է տրանզիստորի և լամպի հիմքը շարժվում է միացված վիճակում և այստեղ VGS =+v կամ զրոյական լարման մակարդակով, սարքը դառնում է OFF պայման, որտեղ VGS=0:   

Եթե ​​լամպի դիմադրողական բեռը պետք է փոխարինվեր ինդուկտիվ բեռով և միացվեր ռելեին կամ դիոդ, որը պաշտպանված է բեռից: Վերոնշյալ միացումում այն ​​շատ պարզ սխեմա է դիմադրիչի միացման համար բեռնվածություն, ինչպիսիք են լամպը կամ լուսադիոդը: Բայց երբ MOSFET-ը որպես անջատիչ օգտագործում եք կամ ինդուկտիվ բեռով կամ կոնդենսիվ բեռնվածություն, ապա պաշտպանություն է պահանջվում MOSFET սարքի համար:

Եթե ​​MOSFET-ը պաշտպանված չէ, դա կարող է հանգեցնել սարքի վնասմանը: MOSFET-ի համար գործում է որպես անալոգային անջատիչ սարք, այն պետք է փոխարկվի իր անջատման շրջանի միջև, որտեղ VGS =0 և հագեցվածության շրջան, որտեղ VGS =+v.

Տեսանյութի նկարագրություն

MOSFET-ը կարող է նաև գործել որպես տրանզիստոր և այն կրճատվել է որպես Metal Oxide Silicon Field Effect Տրանզիստոր. Այստեղ անունն ինքնին ցույց էր տալիս, որ սարքը կարող է աշխատել որպես տրանզիստոր: Այն կունենա P-ալիք և N-ալիք: Սարքը միացված է այսպես՝ օգտագործելով չորս աղբյուրը, դարպասը և արտահոսքը տերմինալները և 24Ω դիմադրողական բեռը սերիական միացված է ամպաչափով, իսկ լարման հաշվիչը՝ միացված է MOSFET-ով:

Տրանզիստորում դարպասի ընթացիկ հոսքը դրական ուղղությամբ է, իսկ աղբյուրի տերմինալը միացված է գետնին: Մինչդեռ երկբևեռ միացման տրանզիստորային սարքերում հոսանքի հոսքը գտնվում է բազայի վրայով.դեպի արտանետվող ուղի. Բայց այս սարքում ընթացիկ հոսք չկա, քանի որ սկզբում կա կոնդենսատոր դարպասի, այն պարզապես պահանջում է միայն լարում:

Դա կարելի է անել՝ շարունակելով սիմուլյացիայի գործընթացը և միացնելով/անջատելով: Երբ որ անջատիչը միացված է, շղթայի միջով հոսանք չկա, երբ դիմադրությունը 24Ω և 0.29 ամպերմետր է: լարումը միացված է, այնուհետև մենք գտնում ենք աղբյուրի վրա լարման աննշան անկում, քանի որ կա +0.21 Վ այս սարքի միջով:

Արտահոսքի և աղբյուրի միջև դիմադրությունը կոչվում է RDS: Այս RDS-ի շնորհիվ հայտնվում է լարման անկումը երբ շղթայում ընթացիկ հոսք կա: RDS-ը տատանվում է՝ կախված սարքի տեսակից (այն կարող է տարբեր լինել 0.001, 0.005 և 0.05 միջև՝ ելնելով լարման տեսակից:

Սովորելու համար նախատեսված հասկացություններից մի քանիսն են.
1). Ինչպե՞ս ընտրել MOSFET-ը որպես անջատիչ:
MOSFET-ը որպես անջատիչ ընտրելիս մի քանի պայմաններ կան, որոնք պետք է պահպանվեն, և դրանք հետևյալն են.P կամ N ալիքի բևեռականության օգտագործումըԳործող լարման և ընթացիկ արժեքների առավելագույն գնահատականըRds ON-ի ավելացում, ինչը նշանակում է, որ դիմադրությունը «Drain to Source» տերմինալում, երբ ալիքը գտնվում է ամբողջովին բացԸնդլայնված գործառնական հաճախականությունՓաթեթավորման տեսակը To-220 և DPAck է և շատ ուրիշներ:
2). Ի՞նչ է MOSFET անջատիչի արդյունավետությունը:
MOSFET-ը որպես անջատիչ սարք աշխատելու պահին հիմնական սահմանափակումը ուժեղացված արտահոսքի հոսանքն է արժեքը, որին կարող է ունակ լինել սարքը: Դա նշանակում է, որ RDS-ը միացված վիճակում է այն կարևոր պարամետրը, որը որոշում է MOSFET-ի միացման հնարավորությունը: Այն ներկայացված է որպես արտահոսքի աղբյուրի լարման հարաբերակցություն որ արտահոսքի. Այն պետք է հաշվարկվի միայն տրանզիստորի միացված վիճակում:
3). Ինչու է MOSFET անջատիչը օգտագործվում Boost Converter-ում:Ընդհանուր առմամբ, խթանող փոխարկիչին սարքի շահագործման համար անհրաժեշտ է անջատիչ տրանզիստոր: Այսպիսով, որպես անցում 
Օգտագործվում են տրանզիստորային MOSFET-ներ: Այս սարքերը օգտագործվում են ընթացիկ արժեքը և լարման արժեքները իմանալու համար: Նաև, հաշվի առնելով անցման արագությունը և արժեքը, դրանք լայնորեն կիրառվում են:Նույն կերպ, MOSFET-ը կարող է օգտագործվել նաև բազմաթիվ ձևերով: և դրանք ենMOSFET-ը որպես լուսադիոդային անջատիչհեռացնել_շրջանակ_ուրվագիծը
MOSFET-ը որպես անջատիչ Arduino-ի համար
MOSFET անջատիչ AC բեռի համար
MOSFET անջատիչ մշտական ​​շարժիչի համար
MOSFET անջատիչ բացասական լարման համար
MOSFET-ը որպես անջատիչ Arduino-ի հետ
MOSFET-ը որպես անջատիչ միկրոկոնտրոլերով
MOSFET անջատիչ հիստերեզով
MOSFET-ը որպես անջատիչ դիոդ և ակտիվ ռեզիստոր
MOSFET-ը որպես անջատիչ հավասարում
MOSFET անջատիչ airsoft-ի համար
MOSFET-ը որպես անջատիչ դարպասի դիմադրություն
MOSFET-ը որպես անջատիչ էլեկտրամագնիսական սարք
MOSFET անջատիչ՝ օգտագործելով օպտոկապլեր

MOSFET անջատիչ հիստերեզով

MOSFET-ի կիրառումը որպես անջատիչ

Այս սարքի ամենակարևոր օրինակներից մեկն այն է, որ այն օգտագործվում է որպես լուսավորության ավտոմատ կառավարում փողոցային լույսեր. Այս օրերին մայրուղիների վրա նկատվող լույսերից շատերը բաղկացած են բարձր ինտենսիվությունից լիցքաթափման լամպեր. Սակայն HID լամպերի օգտագործումը սպառում է էներգիայի բարձր մակարդակ:

Պայծառությունը չի կարող սահմանափակվել՝ ելնելով պահանջից, և դրա պատճառով պետք է անջատիչ լինի այլընտրանքային լուսավորության մեթոդի համար և այն LED է: LED համակարգի օգտագործումը կհաղթահարի թերությունները բարձր ինտենսիվության լամպեր. Սրա կառուցման հիմնական գաղափարը լույսերն ուղղակիորեն կառավարելն էր մայրուղիներում՝ օգտագործելով միկրոպրոցեսոր:

Դրան կարելի է հասնել պարզապես ժամացույցի իմպուլսները փոփոխելու միջոցով: Ելնելով անհրաժեշտությունից՝ այս սարքը օգտագործվում է անջատիչ լամպեր. Այն բաղկացած է raspberry pi տախտակից, որտեղ այն ներառված է կառավարման պրոցեսորի հետ: Այստեղ LED-ները կարող են փոխարինվել HID-ների տեղում, և դրանք կապ ունեն պրոցեսորի հետ MOSFET-ի միջոցով: Միկրոկառավարիչը տրամադրում է համապատասխան աշխատանքային ցիկլեր և այնուհետև անցնում է MOSFET-ին ապահովել ինտենսիվության բարձր մակարդակ.

Առավելությունները

Առավելություններից մի քանիսն են.

Այն ապահովում է բարձր արդյունավետություն նույնիսկ նվազագույն լարման մակարդակներում աշխատելիս:

Դարպասի հոսանքի առկայություն չկա, սա ավելի շատ մուտքային դիմադրություն է ստեղծում, որն էլ ավելի է ապահովում միացման արագությունը համար սարքը:

Այս սարքերը կարող են գործել նվազագույն հզորության մակարդակներում և օգտագործում են նվազագույն հոսանքԹերությունները:

թերությունները

Թերություններից մի քանիսն են.

Երբ այս սարքերը գործում են գերբեռնվածության լարման մակարդակներում, դա սարքի անկայունություն է ստեղծում

Քանի որ սարքերն ունեն բարակ օքսիդ շերտ, դա կարող է վնասել սարքին, երբ այն գրգռվում է էլեկտրաստատիկ լիցքեր

Ծրագրեր

MOSFET-ի հավելվածներն են.

MOSFET-ից պատրաստված ուժեղացուցիչները չափազանց կիրառվում են հաճախականության լայն կիրառություններումDC շարժիչների կարգավորումը տրամադրվում է այս սարքերով

Քանի որ դրանք ունեն ուժեղացված միացման արագություն, այն կատարյալ է գործում chopper-ի կառուցման համար amplifiers

Գործում է որպես պասիվ բաղադրիչ տարբեր էլեկտրոնային տարրերի համար:

Ի վերջո, կարելի է եզրակացնել, որ տրանզիստորը պահանջում է հոսանք, մինչդեռ MOSFET-ը պահանջում է լարում: MOSFET-ի վարման պահանջը շատ ավելի լավն է, շատ ավելի պարզ՝ համեմատած BJT-ի հետ:

Թողնել հաղորդագրություն 

հաղորդագրություն ցուցակ