MOSFET a canale N: circuito, funzionamento, differenze e sue applicazioni

Il MOSFET è una specie di transistor ed è anche chiamato IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor) o MIFET (Metal Insulator Field Effect Transistor). In un MOSFET , il canale e il gate sono separati attraverso un sottile strato di SiO2 e formano una capacità che cambia con la tensione del gate. Quindi, il MOSFET funziona come un condensatore MOS che è controllato attraverso il gate di ingresso per generare la tensione. Pertanto, il MOSFET può essere utilizzato anche come condensatore controllato in tensione. La struttura del MOSFET è simile al condensatore MOS perché la base di silicio in questo condensatore è di tipo p.

Questi sono classificati in quattro tipi di miglioramento del canale p, miglioramento del canale n, esaurimento del canale p e esaurimento del canale n. Questo articolo discute uno dei tipi di MOSFET come MOSFET a canale N – lavorare con le applicazioni.

Cos'è il MOSFET a canale N?

Un tipo di MOSFET in cui il canale MOSFET è composto dalla maggior parte di portatori di carica come portatori di corrente come gli elettroni è noto come MOSFET a canale N. Una volta che questo MOSFET è attivo, la maggior parte dei vettori di carica si sposterà lungo il canale. Questo MOSFET è in contrasto con il MOSFET a canale P.

Questo MOSFET include N - la regione del canale che si trova al centro dei terminali di source e drain. È un dispositivo a tre terminali in cui i terminali sono G (gate), D (drain) e S (source). In questo transistor, la sorgente e lo scarico sono fortemente drogati nella regione n+ e il corpo o il substrato è di tipo P.

Lavorando

Questo MOSFET include una regione a canale N che si trova al centro dei terminali di source e drain. È un dispositivo a tre terminali in cui i terminali sono G (gate), D (drain) e S (source). In questo FET, la sorgente e lo scarico sono fortemente drogati nella regione n+ e il corpo o il substrato è di tipo P.

Qui, il canale viene creato all'arrivo degli elettroni. La tensione +ve attira anche gli elettroni da entrambe le regioni di source e drain n+ nel canale. Una volta applicata una tensione tra il drain e le sorgenti, la corrente scorre liberamente tra il source e il drain e la tensione al gate controlla semplicemente gli elettroni portatori di carica all'interno del canale. Allo stesso modo, se applichiamo una tensione -ve al terminale di gate, si forma un canale forato sotto lo strato di ossido.

Simbolo MOSFET a canale N

Il simbolo del MOSFET a canale N è mostrato di seguito. Questo MOSFET include tre terminali come source, drain e gate. Per il mosfet a canale n, la direzione del simbolo della freccia è verso l'interno. Quindi, il simbolo della freccia specifica il tipo di canale come canale P o canale N.

Circuito MOSFET a canale N

Il schema elettrico per il controllo di una ventola cc brushless mediante mosfet a canale N e Arduino Uno rev3 è mostrato di seguito. Questo circuito può essere costruito con una scheda Arduino Uno rev3, un mosfet a canale n, una ventola CC senza spazzole e cavi di collegamento.

Il MOSFET utilizzato in questo circuito è un MOSFET a canale N 2N7000 ed è di tipo potenziamento, quindi dovremmo impostare il pin di uscita di Arduino su alto per fornire alimentazione alla ventola.

Le connessioni di questo circuito seguono come;

• Collegare il pin sorgente del MOSFET a GND
• Il pin di gate del MOSFET è collegato al pin 2 di Arduino.
• Il pin di drenaggio del MOSFET al filo di colore nero della ventola.
• Il filo di colore rosso della ventola CC senza spazzole è collegato al binario positivo della breadboard.
• È necessario fornire una connessione aggiuntiva dal pin Arduino 5V al binario positivo della breadboard.

Generalmente, un MOSFET viene utilizzato per la commutazione e l'amplificazione dei segnali. In questo esempio, questo mosfet viene utilizzato come interruttore che include tre terminali come gate, source e drain. Il MOSFET a canale n è un tipo di dispositivo controllato in tensione e questi MOSFET sono disponibili in due tipi di mosfet di potenziamento e mosfet di svuotamento.

Generalmente, un MOSFET di potenziamento è disattivato quando la Vgs (tensione gate-source) è 0 V, quindi è necessario fornire una tensione al terminale di gate in modo che la corrente fluisca attraverso il canale drain-source. Considerando che, il MOSFET a svuotamento viene generalmente attivato una volta che la Vgs (tensione gate-source) è 0 V in modo che la corrente fluisca attraverso il drain fino al canale sorgente fino a quando non viene fornita una tensione +ve al terminale del gate.

Codice

configurazione vuota() {
// inserisci qui il tuo codice di installazione, per eseguirlo una volta:
pinMode(2, USCITA);

}

ciclo vuoto() {
// inserisci qui il tuo codice principale, per eseguirlo ripetutamente:
digitalWrite(2, HIGH);
ritardo(5000);
digitalWrite(2, LOW);
ritardo(5000);
}

Pertanto, quando viene fornita l'alimentazione a 5 V al terminale di gate del mosfet, la ventola CC senza spazzole verrà attivata. Allo stesso modo, quando viene fornito lo 0v al terminale di gate del mosfet, la ventola verrà spenta.

Tipi di MOSFET a canale N

Il MOSFET a canale N è un dispositivo controllato in tensione classificato in due tipi di potenziamento e esaurimento.

MOSFET di potenziamento del canale N

Un MOSFET a canale N di tipo potenziato è generalmente disattivato una volta che la tensione da gate a source è zero volt, quindi è necessario fornire una tensione al terminale di gate in modo che la corrente sia alimentata in tutto il canale drain-source.

Il funzionamento del MOSFET di potenziamento del canale n è lo stesso del MOSFET del canale p di potenziamento, fatta eccezione per la costruzione e il funzionamento. In questo tipo di MOSFET, un substrato di tipo p leggermente drogato può formare il corpo del dispositivo. Le regioni di source & drain sono pesantemente drogate con impurità di tipo n.

Qui la sorgente e il corpo sono comunemente collegati al terminale di terra. Una volta applicata una tensione positiva al terminale di gate, i portatori di carica di minoranza del substrato di tipo p si attrarranno verso il terminale di gate a causa della positività del gate e dell'effetto capacitivo equivalente.

I portatori di carica maggioritari come elettroni e portatori di carica minoritari del substrato di tipo p saranno attratti verso il terminale di gate in modo che formi uno strato di ioni scoperti negativi sotto lo strato dielettrico ricombinando gli elettroni con i buchi.

Se aumentiamo continuamente la tensione di gate positiva, il processo di ricombinazione si saturerà dopo il livello di tensione di soglia, quindi i portatori di carica come gli elettroni inizieranno ad accumularsi nel punto per formare un canale conduttivo di elettroni liberi. Questi elettroni liberi proverranno anche dalla sorgente fortemente drogata e dreneranno la regione di tipo n.

Se applichiamo +ve tensione al terminale di scarico, il flusso di corrente sarà presente in tutto il canale. Quindi la resistenza del canale dipenderà dai portatori di carica libera come gli elettroni all'interno del canale e di nuovo questi elettroni dipenderanno dal potenziale di gate del dispositivo all'interno del canale. Quando la concentrazione di elettroni liberi forma il canale e il flusso di corrente attraverso il canale aumenterà a causa dell'aumento della tensione di gate.

MOSFET a esaurimento del canale N

Generalmente, questo MOSFET si attiva ogni volta che la tensione al gate verso il source è 0V, quindi la corrente viene alimentata dal drain al canale del source fino a quando non viene applicata una tensione positiva al terminale del gate (G). Il funzionamento del MOSFET a esaurimento del canale N è diverso rispetto al MOSFET a potenziamento del canale n. In questo MOSFET, il substrato utilizzato è un semiconduttore di tipo p.

In questo MOSFET, entrambe le regioni di source e drain sono semiconduttori di tipo n fortemente drogati. Il divario tra le regioni di source e drain è diffuso attraverso impurità di tipo n.

Una volta applicata una differenza di potenziale tra i terminali source e drain, la corrente scorre in tutta la regione n del substrato. Quando applichiamo una tensione -ve al terminale di gate, i portatori di carica come gli elettroni verranno abrogati e spostati verso il basso nella regione n appena sotto lo strato dielettrico di biossido di silicio.

Di conseguenza, ci saranno strati di ioni scoperti positivi sotto lo strato dielettrico di SiO2. Quindi, in questo modo, si verificherà un esaurimento dei vettori di carica all'interno del canale. Pertanto, la conduttività complessiva del canale verrà ridotta.

In questa condizione, quando viene applicata la stessa tensione al terminale di scarico, la corrente allo scarico verrà ridotta. Qui abbiamo osservato che la corrente di drenaggio può essere controllata modificando l'esaurimento dei portatori di carica all'interno del canale, quindi è noto come MOSFET di esaurimento.

Qui, il gate è in un potenziale -ve, il drain è in un potenziale +ve e la sorgente è al potenziale '0'. Di conseguenza, la differenza di tensione è maggiore tra il drain al gate che il source al gate, quindi la larghezza dello strato di svuotamento è maggiore verso il drain rispetto alla sorgente.

Differenza tra MOSFET a canale N e MOSFET a canale P

La differenza tra n canale e p canale mosfet include quanto segue.

Come testare un MOSFET a canale N

I passaggi coinvolti nel test del MOSFET a canale N sono discussi di seguito.

• Per testare un MOSFET a canale n, viene utilizzato un multimetro analogico. Per questo, dobbiamo posizionare la manopola nella gamma 10K.
• Per testare questo MOSFET, posizionare prima la sonda nera sul pin di drenaggio del MOSFET e la sonda rossa sul pin di gate per scaricare la capacità interna all'interno del MOSFET.
• Successivamente, sposta la sonda di colore rosso sul pin sorgente mentre la sonda nera è ancora sul pin di scarico
• Usa il dito destro per toccare sia il gate che i perni di drenaggio in modo da poter osservare che il puntatore del multimetro analogico si sposterà di lato verso il centro della scala del misuratore.
• Rimuovere la sonda rossa del multimetro e anche il dito destro dal pin sorgente del MOSFET, quindi posizionare nuovamente il dito sulla sonda rossa e pin sorgente, il puntatore rimarrà ancora al centro della scala del multimetro.
• Per scaricarlo, dobbiamo togliere la sonda rossa e toccare solo una volta il perno del cancello. Infine, questo scaricherà nuovamente la capacità interna.
• Ora, una sonda rossa deve essere utilizzata di nuovo per toccare il pin della sorgente, quindi il puntatore del multimetro non si defletterà affatto poiché in precedenza l'hai scaricato semplicemente toccando il pin del gate.

Caratteristiche

Il MOSFET a canale N ha due caratteristiche come le caratteristiche di drenaggio e le caratteristiche di trasferimento.

Caratteristiche di scarico

Le caratteristiche di drenaggio del mosfet a canale N includono quanto segue.

• Le caratteristiche di drain del mosfet a canale n sono tracciate tra la corrente di uscita e il VDS, noto come Drain to source VDS.
• Come possiamo vedere nel diagramma, per diversi valori di Vgs, tracciamo i valori correnti. Quindi possiamo vedere diversi grafici della corrente di drenaggio nel diagramma come il valore Vgs più basso, i valori Vgs massimi, ecc.
• Nelle caratteristiche di cui sopra, la corrente rimarrà costante dopo una certa tensione di scarico. Pertanto, per il funzionamento del MOSFET è necessaria una tensione minima per lo scarico verso la sorgente.
• Quindi, quando aumentiamo 'Vgs', la larghezza del canale verrà aumentata e il che si traduce in più ID (corrente di drenaggio).

Caratteristiche di trasferimento

Le caratteristiche di trasferimento del mosfet a canale N includono quanto segue.

• Le caratteristiche di trasferimento sono anche note come curva di transconduttanza che viene tracciata tra la tensione di ingresso (Vgs) e la corrente di uscita (ID).
• All'inizio, ogni volta che non c'è una tensione gate to source (Vgs), allora molto meno corrente scorrerà come nei microampere.
• Una volta che la tensione da gate a source è positiva, la corrente di drain aumenta gradualmente.
• Successivamente, c'è un rapido aumento all'interno della corrente di drenaggio equivalente all'aumento di vgs.
• La corrente di drain può essere raggiunta tramite Id= K (Vgsq-Vtn)^2.

Applicazioni

Il applicazioni di n channel mosfe t includere quanto segue.

• Questi MOSFET sono spesso utilizzati in applicazioni di dispositivi a bassa tensione come un ponte intero e una disposizione di ponti B6 che utilizzano il motore e una sorgente CC.
• Questi MOSFET sono utili per commutare l'alimentazione negativa per il motore nella direzione inversa.
• Un MOSFET a canale n opera nelle regioni di saturazione e cut-off. quindi si comporta come un circuito di commutazione.
• Questi MOSFET vengono utilizzati per accendere/spegnere la LAMPADA o il LED.
• Questi sono preferiti nelle applicazioni ad alta corrente.

Quindi, si tratta di una panoramica di n canale mosfet – funzionante con applicazioni. Ecco una domanda per te, cos'è il mosfet a canale p?