N Channel MOSFET: الدائرة والعمل والاختلافات وتطبيقاتها

MOSFET هو نوع من الترانزستور ويسمى أيضًا IGFET (ترانزستور تأثير مجال البوابة المعزول) أو MIFET (ترانزستور تأثير مجال عازل معدني). في موسفيت ، يتم فصل القناة والبوابة من خلال طبقة SiO2 رفيعة وتشكل سعة تتغير مع جهد البوابة. لذلك ، تعمل MOSFET مثل مكثف MOS الذي يتم التحكم فيه من خلال بوابة الإدخال لجهد المصدر. وبالتالي ، يمكن أيضًا استخدام MOSFET كمكثف يتم التحكم فيه بالجهد. هيكل MOSFET مشابه لمكثف MOS لأن قاعدة السيليكون في هذا المكثف هي من النوع p.

يتم تصنيفها إلى أربعة أنواع من تحسين القناة p ، وتعزيز القناة n ، واستنفاد القناة p ، واستنفاد القناة n. تتناول هذه المقالة أحد أنواع MOSFET مثل N قناة موسفيت - العمل مع التطبيقات.

ما هي قناة N MOSFET؟

نوع من MOSFET تتكون فيه قناة MOSFET من غالبية حاملات الشحنة مثل الموجات الحاملة الحالية مثل الإلكترونات تُعرف باسم N channel MOSFET. بمجرد تشغيل MOSFET ، ستتحرك غالبية ناقلات الشحن في جميع أنحاء القناة. هذا MOSFET هو على النقيض من P-Channel MOSFET.

يتضمن هذا MOSFET N- منطقة القناة التي تقع في منتصف محطات المصدر والصرف. إنه جهاز ثلاثي الأطراف حيث تكون المحطات G (بوابة) و D (استنزاف) و S (مصدر). في هذا الترانزستور ، يكون المصدر والصرف مخدرًا بشدة n + المنطقة والجسم أو الركيزة من النوع P.

عمل

يتضمن هذا MOSFET منطقة قناة N التي تقع في منتصف محطات المصدر والصرف. إنه جهاز ثلاثي الأطراف حيث تكون المحطات G (بوابة) و D (استنزاف) و S (مصدر). في هذا FET ، يكون المصدر والصرف مخدرًا بشدة n + المنطقة والجسم أو الركيزة من النوع P.

هنا ، يتم إنشاء القناة عند وصول الإلكترونات. يجذب الجهد + ve أيضًا الإلكترونات من منطقتي المصدر والتصريف n إلى القناة. بمجرد تطبيق جهد ما بين الصرف والمصادر ، يتدفق التيار بحرية بين المصدر والصرف والجهد عند البوابة يتحكم ببساطة في إلكترونات حاملات الشحن داخل القناة. وبالمثل ، إذا طبقنا جهدًا كهربيًا عند طرف البوابة ، فسيتم تشكيل قناة ثقب أسفل طبقة الأكسيد.

N رمز MOSFET القناة

يظهر رمز N قناة MOSFET أدناه. يتضمن هذا MOSFET ثلاث محطات مثل المصدر والصرف والبوابة. بالنسبة إلى mosfet n-channel ، يكون اتجاه رمز السهم إلى الداخل. لذلك ، يحدد رمز السهم نوع القناة مثل P-channel أو N-channel.

N حلبة MOSFET

ال مخطط دائرة للتحكم في مروحة تيار مستمر بدون فرش باستخدام قناة N mosfet و اردوينو أونو rev3 هو مبين أدناه. يمكن بناء هذه الدائرة باستخدام لوحة Arduino Uno rev3 و n channel mosfet ومروحة تيار مستمر بدون فرش وأسلاك توصيل.

MOSFET المستخدم في هذه الدائرة هو 2N7000 N-channel MOSFET وهو من النوع التحسيني ، لذا يجب علينا ضبط طرف إخراج Arduino على مستوى عالٍ لتوفير الطاقة للمروحة.

تتبع اتصالات هذه الدائرة على النحو التالي ؛

• قم بتوصيل دبوس المصدر الخاص بـ MOSFET بـ GND
• دبوس بوابة MOSFET متصل بالدبوس 2 من Arduino.
• دبوس تصريف MOSFET إلى سلك اللون الأسود للمروحة.
• يتم توصيل سلك اللون الأحمر لمروحة التيار المستمر بدون فرش بالسكة الموجبة للوح التجارب.
• يجب توفير اتصال إضافي من دبوس Arduino 5V إلى القضيب الموجب للوحة توصيل الدوائر.

بشكل عام ، يتم استخدام MOSFET لتبديل الإشارات وتضخيمها. في هذا المثال ، يتم استخدام هذا mosfet كمفتاح يتضمن ثلاث محطات مثل البوابة والمصدر والصرف. تعد MOSFET ذات القناة n نوعًا واحدًا من الأجهزة التي يتم التحكم فيها بالجهد وتتوافر هذه الدوائر MOSFET في نوعين لتحسين mosfet و mosfet الاستنفاد.

بشكل عام ، يتم إيقاف تشغيل MOSFET التعزيز بمجرد أن يكون Vgs (جهد مصدر البوابة) هو 0 فولت ، وبالتالي يجب توفير جهد لطرف البوابة بحيث يتدفق التيار عبر قناة مصدر التصريف. بينما ، يتم تشغيل MOSFET المستنفد بشكل عام بمجرد أن يكون Vgs (جهد مصدر البوابة) هو 0 فولت بحيث يتدفق التيار عبر الصرف إلى قناة المصدر حتى يتم إعطاء جهد + الخامس عند طرف البوابة.

شفرة

الإعداد باطل() {
// ضع رمز الإعداد هنا ، للتشغيل مرة واحدة:
pinMode (2 ، الإخراج) ؛

}

حلقة فارغة() {
// ضع الكود الرئيسي هنا ، للتشغيل بشكل متكرر:
digitalWrite (2 ، عالية) ؛
تأخير (5000) ؛
digitalWrite (2 ، منخفض) ؛
تأخير (5000) ؛
}

وبالتالي ، عندما يتم توفير مصدر 5 فولت لمحطة بوابة mosfet ، سيتم تشغيل مروحة التيار المستمر بدون فرش. وبالمثل ، عندما يتم إعطاء 0v إلى بوابة بوابة mosfet ، سيتم إيقاف تشغيل المروحة.

أنواع N Channel MOSFET

إن قناة N MOSFET عبارة عن جهاز يتم التحكم فيه بالجهد يتم تصنيفه إلى نوعين من نوع التحسين ونوع الاستنفاد.

N قناة تحسين MOSFET

يتم إيقاف تشغيل قناة MOSFET من النوع N المعزز عمومًا بمجرد أن تكون البوابة إلى جهد المصدر صفر فولت ، وبالتالي يجب توفير جهد لطرف البوابة بحيث يتم الإمداد بالتيار عبر قناة مصدر التصريف.

إن عمل تحسين القناة n MOSFET هو نفس عمل تحسين قناة MOSFET باستثناء البناء والتشغيل. في هذا النوع من MOSFET ، يمكن أن تشكل الركيزة من النوع p المخدر قليلاً جسم الجهاز. مناطق المصدر والصرف مخدرة بكثافة بشوائب من النوع n.

هنا يتم توصيل المصدر والجسم بشكل عام بالمحطة الأرضية. بمجرد أن نطبق جهدًا إيجابيًا على محطة البوابة ، فإن ناقلات الشحنة الأقلية من الركيزة من النوع p ستجذب نحو محطة البوابة بسبب إيجابية البوابة والتأثير السعوي المكافئ.

حاملات الشحنة الغالبية مثل الإلكترونات وناقلات الشحنة الأقلية للركيزة من النوع p ستنجذب نحو طرف البوابة بحيث تشكل طبقة أيونات سالبة مكشوفة تحت الطبقة العازلة عن طريق إعادة تجميع الإلكترونات مع الثقوب.

إذا قمنا بزيادة الجهد الموجب للبوابة بشكل مستمر ، فإن عملية إعادة التركيب سوف تتشبع بعد مستوى عتبة الجهد ، ثم تبدأ حاملات الشحن مثل الإلكترونات بالتراكم في المكان لتشكيل قناة موصلة للإلكترونات الحرة. ستأتي هذه الإلكترونات الحرة أيضًا من المصدر المخدر بشدة وتستنزف المنطقة من النوع n.

إذا طبقنا الجهد + ve عند طرف الصرف ، فسيكون تدفق التيار موجودًا في جميع أنحاء القناة. لذا فإن مقاومة القناة ستعتمد على حاملات الشحنة المجانية مثل الإلكترونات داخل القناة ومرة ​​أخرى ستعتمد هذه الإلكترونات على إمكانات بوابة الجهاز داخل القناة. عندما يشكل تركيز الإلكترونات الحرة القناة وسيتحسن تدفق التيار في جميع أنحاء القناة بسبب زيادة جهد البوابة.

N قناة نضوب MOSFET

بشكل عام ، يتم تنشيط MOSFET عندما يكون الجهد عند البوابة إلى المصدر 0 فولت ، وبالتالي فإن الإمدادات الحالية من الصرف إلى قناة المصدر حتى يتم تطبيق جهد موجب عند بوابة (G) الطرف. يختلف عمل MOSFET لاستنفاد قناة N مقارنةً بـ n MOSFET لتحسين القناة. في هذا MOSFET ، الركيزة المستخدمة هي أشباه الموصلات من النوع p.

في هذا MOSFET ، تكون مناطق المصدر والصرف مخدرة بشدة من أشباه الموصلات من النوع n. يتم نشر الفجوة بين منطقتي المصدر والصرف من خلال الشوائب من النوع n.

بمجرد أن نطبق فرقًا محتملاً بين محطات المصدر والصرف ، يتدفق التيار في جميع أنحاء المنطقة n من الركيزة. عندما نطبق جهدًا بجهد a -ve عند طرف البوابة ، فسيتم إلغاء حاملات الشحنة مثل الإلكترونات وتنقل لأسفل في المنطقة n أسفل الطبقة العازلة لثاني أكسيد السيليكون.

وبالتالي ، ستكون هناك طبقات أيونات موجبة غير مغطاة تحت طبقة SiO2 العازلة. وبهذه الطريقة ، سيحدث استنفاد حاملات الشحنة داخل القناة. وبالتالي ، ستنخفض الموصلية الكلية للقناة.

في هذه الحالة ، عندما يتم تطبيق نفس الجهد عند طرف الصرف ، سينخفض ​​التيار عند الصرف. لقد لاحظنا هنا أنه يمكن التحكم في تيار التصريف عن طريق تغيير استنفاد حاملات الشحنة داخل القناة ، لذلك يُعرف باسم استنفاد MOSFET.

هنا ، تكون البوابة في احتمالية a -ve ، يكون الصرف في جهد + خمسة والمصدر عند احتمال '0'. نتيجة لذلك ، يكون فرق الجهد أكبر بين الصرف إلى البوابة من المصدر إلى البوابة ، وبالتالي فإن عرض طبقة النضوب يكون باتجاه الصرف أكثر من المصدر.

الفرق بين N Channel MOSFET و P Channel MOSFET

يشمل الفرق بين قناة n وقناة p mosfet ما يلي.

كيفية اختبار N Channel MOSFET

نناقش أدناه الخطوات المتبعة في اختبار N قناة MOSFET.

• لاختبار N قناة MOSFET ، يتم استخدام مقياس متعدد تمثيلي. لذلك ، نحتاج إلى وضع المقبض في نطاق 10 كيلو.
• لاختبار هذا MOSFET ، ضع أولاً المسبار الأسود على دبوس التصريف الخاص بـ MOSFET والمسبار الأحمر على دبوس البوابة لتفريغ السعة الداخلية داخل MOSFET.
• بعد ذلك ، انقل مسبار اللون الأحمر إلى دبوس المصدر بينما لا يزال المسبار الأسود على دبوس التصريف
• استخدم الإصبع الأيمن للمس كل من دبابيس البوابة والصرف حتى نتمكن من ملاحظة أن مؤشر المقياس المتعدد التناظري سينحرف جانبًا إلى النطاق المركزي لمقياس المقياس.
• أزل المجس الأحمر للمقياس المتعدد وكذلك الإصبع الأيمن من دبوس المصدر الخاص بـ MOSFET ثم ضع الإصبع مرة أخرى على المسبار الأحمر ودبوس المصدر ، وسيظل المؤشر في وسط مقياس متعدد المقاييس.
• لتفريغه ، يتعين علينا إزالة المسبار الأحمر ولمس دبوس البوابة مرة واحدة فقط. أخيرًا ، سيؤدي هذا إلى تفريغ السعة الداخلية مرة أخرى.
• الآن ، يجب استخدام مسبار أحمر مرة أخرى للمس دبوس المصدر ، ثم لن ينحرف مؤشر المتر المتعدد على الإطلاق كما سبق لك تفريغه بمجرد لمس دبوس البوابة.

صفات

تتميز N قناة MOSFET بخاصيتين مثل خصائص التصريف وخصائص النقل.

خصائص الصرف

تشمل خصائص استنزاف قناة mosfet N ما يلي.

• يتم رسم خصائص استنزاف القناة n mosfet بين تيار الإخراج و VDS المعروف باسم Drain to source voltage VDS.
• كما نرى في الرسم البياني ، بالنسبة لقيم Vgs المختلفة ، نرسم القيم الحالية. لذلك يمكننا أن نرى قطعًا مختلفة لتيار التصريف في الرسم التخطيطي مثل أدنى قيمة Vgs ، وقيم Vgs القصوى ، وما إلى ذلك.
• في الخصائص المذكورة أعلاه ، سيبقى التيار ثابتًا بعد بعض جهد التصريف. لذلك ، مطلوب الحد الأدنى من الجهد للتصريف إلى المصدر لتشغيل MOSFET.
• لذلك ، عندما نزيد 'Vgs' ، فسيتم زيادة عرض القناة مما ينتج عنه مزيد من المعرف (تيار التصريف).

خصائص التحويل

تشمل خصائص النقل لـ N-channel mosfet ما يلي.

• تُعرف خصائص النقل أيضًا باسم منحنى النقل الذي يتم رسمه بين جهد الدخل (Vgs) وتيار الخرج (ID).
• في البداية ، عندما لا توجد بوابة لجهد المصدر (Vgs) ، فإن تيارًا أقل جدًا سوف يتدفق كما هو الحال في الأمبيرات الصغيرة.
• بمجرد أن تكون البوابة إلى جهد المصدر موجبة ، فإن تيار التصريف يتحسن تدريجياً.
• بعد ذلك ، هناك زيادة سريعة في تيار التصريف يعادل الزيادة في vgs.
• يمكن تحقيق تيار التصريف من خلال Id = K (Vgsq- Vtn) ^ 2.

التطبيقات

ال تطبيقات n قناة mosfe ر تشمل ما يلي.

• غالبًا ما تستخدم MOSFETs في تطبيقات الأجهزة ذات الجهد المنخفض مثل الجسر الكامل ، وترتيب الجسر B6 باستخدام المحرك ومصدر التيار المستمر.
• هذه الدوائر MOSFET مفيدة في تحويل العرض السلبي للمحرك في الاتجاه العكسي.
• تعمل n-channel MOSFET في مناطق التشبع والقطع. ثم تعمل مثل دائرة التبديل.
• تُستخدم وحدات MOSFETS هذه لتبديل LAMP أو LED إلى ON / OFF.
• هذه هي المفضلة في التطبيقات الحالية العالية.

وبالتالي ، هذا كل شيء عن نظرة عامة على قناة n Mosfet - العمل مع التطبيقات. إليك سؤال لك ما هي قناة p mosfet؟