N-канальный MOSFET: схема, работа, отличия и применение

МОП-транзистор — это разновидность транзистора, который также называется IGFET (полевой транзистор с изолированным затвором) или MIFET (полевой транзистор с металлическим изолятором). В МОП-транзистор , канал и затвор разделены тонким слоем SiO2 и образуют емкость, которая изменяется в зависимости от напряжения на затворе. Таким образом, МОП-транзистор работает как МОП-конденсатор, который управляется через входной затвор до напряжения источника. Таким образом, MOSFET также можно использовать в качестве конденсатора, управляемого напряжением. Структура МОП-транзистора аналогична МОП-конденсатору, поскольку кремниевая основа в этом конденсаторе относится к р-типу.

Они подразделяются на четыре типа расширения p-канала, расширения n-канала, истощения p-канала и истощения n-канала. В этой статье обсуждается один из типов MOSFET, например N-канальный МОП-транзистор – работа с приложениями.

Что такое N-канальный МОП-транзистор?

Тип МОП-транзистора, в котором канал МОП-транзистора состоит из большинства носителей заряда в качестве носителей тока, таких как электроны, известен как N-канальный МОП-транзистор. Как только этот полевой МОП-транзистор включен, большинство носителей заряда будут перемещаться по всему каналу. Этот MOSFET отличается от P-Channel MOSFET.

Этот полевой МОП-транзистор включает в себя N-область канала, расположенную посередине выводов истока и стока. Это трехконтактное устройство, где клеммы G (затвор), D (сток) и S (исток). В этом транзисторе исток и сток имеют сильно легированную область n+, а корпус или подложка имеют P-тип.

Работающий

Этот полевой МОП-транзистор включает в себя N-канальную область, расположенную посередине выводов истока и стока. Это трехконтактное устройство, где клеммами являются G (затвор), D (сток) и S (исток). В этом полевом транзисторе исток и сток имеют сильно легированную область n+, а корпус или подложка имеют P-тип.

Здесь канал создается при приходе электронов. Напряжение +ve также привлекает в канал электроны из областей истока и стока n+. Как только между стоком и истоками подается напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение на затворе просто контролирует электроны носителей заряда внутри канала. Точно так же, если мы приложим напряжение -ve к клемме затвора, то под оксидным слоем образуется дырочный канал.

Символ N-канального МОП-транзистора

Символ N-канального МОП-транзистора показан ниже. Этот полевой МОП-транзистор включает в себя три вывода, такие как исток, сток и затвор. Для n-канального MOSFET направление символа стрелки — внутрь. Таким образом, символ стрелки указывает тип канала, такой как P-канал или N-канал.

Схема N-канального полевого МОП-транзистора

принципиальная схема для управления бесщеточным вентилятором постоянного тока с использованием N-канального MOSFET а также Ардуино Уно rev3 показано ниже. Эта схема может быть построена с помощью платы Arduino Uno rev3, n-канального полевого транзистора, бесщеточного вентилятора постоянного тока и соединительных проводов.

Полевой МОП-транзистор, используемый в этой схеме, представляет собой N-канальный МОП-транзистор 2N7000 и является улучшенным типом, поэтому мы должны установить выходной контакт Arduino на высокий уровень для подачи питания на вентилятор.

Соединения этой схемы следующие:

• Подключите исходный контакт MOSFET к GND
• Штырь затвора MOSFET подключен к контакту 2 Arduino.
• Сливной контакт MOSFET к черному проводу вентилятора.
• Провод красного цвета бесщеточного вентилятора постоянного тока подключен к положительной шине макетной платы.
• Необходимо обеспечить дополнительное соединение от вывода Arduino 5V к положительной шине макетной платы.

Как правило, полевой МОП-транзистор используется для переключения и усиления сигналов. В этом примере этот MOSFET используется в качестве переключателя, который включает в себя три клеммы, такие как затвор, исток и сток. N-канальный МОП-транзистор является одним из типов устройств, управляемых напряжением, и эти МОП-транзисторы доступны в двух типах: полевой МОП-транзистор с усилением и полевой МОП-транзистор с истощением.

Как правило, улучшенный полевой МОП-транзистор отключается, когда Vgs (напряжение затвор-исток) становится равным 0 В, поэтому на клемму затвора должно подаваться напряжение, чтобы ток протекал по каналу сток-исток. Принимая во внимание, что полевой МОП-транзистор с истощением обычно включается, когда Vgs (напряжение затвор-исток) становится равным 0 В, поэтому ток течет через сток к каналу истока до тех пор, пока на клемме затвора не появится положительное напряжение.

Код

недействительная установка () {
// поместите сюда код установки для однократного запуска:
pinMode(2, ВЫХОД);

}

недействительный цикл () {
// поместите сюда ваш основной код для многократного запуска:
цифровая запись (2, ВЫСОКИЙ);
задержка(5000);
цифровая запись (2, НИЗКИЙ);
задержка(5000);
}

Таким образом, когда на клемму затвора MOSFET подается питание 5 В, включается бесщеточный вентилятор постоянного тока. Точно так же, когда 0 В подается на клемму затвора MOSFET, вентилятор выключается.

Типы N-канальных МОП-транзисторов

N-канальный МОП-транзистор представляет собой устройство, управляемое напряжением, которое подразделяется на два типа: тип расширения и тип истощения.

МОП-транзистор с улучшенным каналом N

Полевой МОП-транзистор N-канального типа обычно отключается, когда напряжение затвор-исток равно нулю, поэтому на клемму затвора должно подаваться напряжение, чтобы ток протекал по всему каналу сток-исток.

Работа n-канального полевого МОП-транзистора такая же, как и у усовершенствованного p-канального полевого МОП-транзистора, за исключением конструкции и работы. В МОП-транзисторах этого типа подложка р-типа, слегка легированная, может формировать корпус устройства. Исток и сток сильно легированы примесями n-типа.

Здесь источник и корпус обычно подключаются к клемме заземления. Как только мы подаем положительное напряжение на клемму затвора, неосновные носители заряда подложки p-типа будут притягиваться к клемме затвора из-за положительности затвора и эквивалентного емкостного эффекта.

Основные носители заряда, такие как электроны и неосновные носители заряда подложки p-типа, будут притягиваться к выводу затвора, так что он образует слой отрицательных непокрытых ионов под диэлектрическим слоем за счет рекомбинации электронов с дырками.

Если мы постоянно увеличиваем положительное напряжение на затворе, процесс рекомбинации насыщается после порогового уровня напряжения, после чего носители заряда, такие как электроны, начинают накапливаться в этом месте, образуя проводящий канал для свободных электронов. Эти свободные электроны также будут поступать из сильно легированного источника и истощать область n-типа.

Если мы подадим +ve напряжение на клемму стока, то ток будет течь по всему каналу. Таким образом, сопротивление канала будет зависеть от свободных носителей заряда, таких как электроны внутри канала, и снова эти электроны будут зависеть от потенциала затвора устройства внутри канала. Когда концентрация свободных электронов образует канал, поток тока по каналу будет усиливаться из-за увеличения напряжения на затворе.

МОП-транзистор с истощением канала N

Как правило, этот полевой МОП-транзистор активируется всякий раз, когда напряжение на затворе истока равно 0 В, поэтому ток течет от стока к каналу истока до тех пор, пока на вывод затвора (G) не будет подано положительное напряжение. Работа полевого МОП-транзистора с n-канальным истощением отличается от работы полевого МОП-транзистора с n-канальным расширением. В этом МОП-транзисторе в качестве подложки используется полупроводник p-типа.

В этом МОП-транзисторе области истока и стока представляют собой сильно легированные полупроводники n-типа. Зазор между областями истока и стока диффундирует за счет примесей n-типа.

Как только мы применяем разность потенциалов между клеммами истока и стока, ток течет по всей n-области подложки. Когда мы прикладываем отрицательное напряжение к клемме затвора, тогда носители заряда, такие как электроны, будут отталкиваться и смещаться вниз в n-области прямо под диэлектрическим слоем диоксида кремния.

Следовательно, под диэлектрическим слоем SiO2 будут находиться слои положительных непокрытых ионов. Таким образом, внутри канала будет происходить истощение носителей заряда. Таким образом, общая проводимость канала уменьшится.

В этом случае, когда на клемму стока подается такое же напряжение, ток на стоке уменьшится. Здесь мы заметили, что ток стока можно контролировать, изменяя истощение носителей заряда в канале, поэтому это известно как истощение MOSFET.

Здесь затвор находится в отрицательном потенциале, сток находится в положительном потенциале, а исток находится в нулевом потенциале. В результате разница напряжений между стоком и затвором больше, чем между истоком и затвором, поэтому ширина обедненного слоя больше направлена ​​к стоку, чем к истоку.

Разница между N-канальным MOSFET и P-канальным MOSFET

Разница между n-канальным и p-канальным MOSFET заключается в следующем.

Как протестировать N-канальный МОП-транзистор

Шаги, связанные с тестированием N-канального МОП-транзистора, обсуждаются ниже.

• Для проверки n-канального МОП-транзистора используется аналоговый мультиметр. Для этого нам нужно поместить ручку в диапазон 10K.
• Для тестирования этого МОП-транзистора сначала поместите черный щуп на штырек стока МОП-транзистора, а красный щуп — на штырь затвора, чтобы разрядить внутреннюю емкость МОП-транзистора.
• После этого переместите щуп красного цвета на контакт истока, пока черный щуп все еще находится на выводе стока.
• Используйте правый палец, чтобы коснуться контактов затвора и стока, чтобы мы могли наблюдать, как стрелка аналогового мультиметра повернется в сторону к центральному диапазону шкалы измерителя.
• Уберите красный щуп мультиметра, а также правый палец от истока MOSFET, затем снова поместите палец на красный щуп и исток, указатель останется в центре шкалы мультиметра.
• Чтобы разрядить его, мы должны убрать красный щуп и просто коснуться штифта затвора один раз. Наконец, это снова разрядит внутреннюю емкость.
• Теперь красным щупом нужно снова коснуться вывода истока, тогда стрелка мультиметра вообще не отклонится, как раньше вы разряжали его, просто касаясь вывода затвора.

Характеристики

N-канальный МОП-транзистор имеет две характеристики, такие как характеристики стока и характеристики передачи.

Характеристики дренажа

Характеристики стока N-канального МОП-транзистора включают следующее.

• Характеристики стока n-канального МОП-транзистора нанесены на график между выходным током и VDS, что известно как напряжение сток-исток VDS.
• Как мы видим на диаграмме, для разных значений Vgs мы строим текущие значения. Таким образом, мы можем видеть различные графики тока стока на диаграмме, такие как минимальное значение Vgs, максимальное значение Vgs и т. д.
• В приведенных выше характеристиках ток остается постоянным после некоторого напряжения стока. Следовательно, для работы полевого МОП-транзистора требуется минимальное напряжение от стока к истоку.
• Таким образом, когда мы увеличиваем «Vgs», ширина канала будет увеличиваться, что приводит к большему ID (ток стока).

Передаточные характеристики

Передаточные характеристики N-канального MOSFET включают следующее.

• Передаточные характеристики также известны как кривая крутизны, которая строится между входным напряжением (Vgs) и выходным током (ID).
• Во-первых, когда нет напряжения затвор-исток (Vgs), тогда будет протекать очень меньший ток, как в микроамперах.
• Как только напряжение затвор-исток становится положительным, ток стока постепенно увеличивается.
• После этого происходит быстрое увеличение тока стока, эквивалентное увеличению vgs.
• Ток стока может быть достигнут через Id= K (Vgsq-Vtn)^2.

Приложения

приложения н канала mosfe т включают следующее.

• Эти полевые МОП-транзисторы часто используются в низковольтных устройствах, таких как полный мост и схема моста B6 с использованием двигателя и источника постоянного тока.
• Эти полевые МОП-транзисторы помогают переключать отрицательное питание двигателя в обратном направлении.
• N-канальный МОП-транзистор работает в областях насыщения и отсечки. тогда он действует как коммутационная схема.
• Эти МОП-транзисторы используются для включения/выключения лампы или светодиода.
• Они предпочтительнее в приложениях с высоким током.

Таким образом, это все о обзоре российского канала мосфет - рабочий с приложениями. Вот вопрос к вам, что такое p канальный мосфет?