N Channel MOSFET : วงจร การทำงาน ความแตกต่าง และการใช้งาน

MOSFET เป็นทรานซิสเตอร์ชนิดหนึ่งและเรียกอีกอย่างว่า IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor) หรือ MIFET (Metal Insulator Field Effect Transistor) ใน MOSFET , ช่องสัญญาณ & ประตูถูกแยกออกผ่านชั้น SiO2 บาง ๆ และก่อตัวเป็นความจุที่เปลี่ยนแปลงตามแรงดันเกต ดังนั้น MOSFET จึงทำงานเหมือนกับ MOS Capacitor ที่ควบคุมผ่านประตูอินพุตไปยังแรงดันแหล่งจ่าย ดังนั้น MOSFET ยังสามารถใช้เป็นตัวเก็บประจุแบบควบคุมแรงดันไฟฟ้าได้อีกด้วย โครงสร้างของ MOSFET นั้นคล้ายกับตัวเก็บประจุ MOS เนื่องจากฐานซิลิกอนในตัวเก็บประจุนี้เป็นชนิด p

สิ่งเหล่านี้แบ่งออกเป็นสี่ประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพช่องสัญญาณ p, การเพิ่มประสิทธิภาพช่อง n, การพร่องช่อง p และการลดช่องสัญญาณ n บทความนี้กล่าวถึง MOSFET ประเภทใดประเภทหนึ่งเช่น N ช่อง MOSFET - การทำงานกับแอพพลิเคชั่น

N Channel MOSFET คืออะไร?

ประเภทของ MOSFET ซึ่งช่อง MOSFET ประกอบด้วยตัวพาประจุส่วนใหญ่เนื่องจากตัวพาปัจจุบันเช่นอิเล็กตรอนเรียกว่า N channel MOSFET เมื่อ MOSFET นี้เปิดอยู่ ผู้ให้บริการชาร์จส่วนใหญ่จะเคลื่อนที่ไปทั่วทั้งช่อง MOSFET นี้ตรงกันข้ามกับ P-Channel MOSFET

MOSFET นี้รวม N- ส่วนช่องซึ่งอยู่ตรงกลางของขั้วต้นทางและปลายท่อระบายน้ำ เป็นอุปกรณ์สามขั้วที่ขั้วเป็น G (ประตู), D (ท่อระบายน้ำ) และ S (ต้นทาง) ในทรานซิสเตอร์นี้ แหล่งที่มา & การระบายน้ำถูกเจืออย่างหนัก ภูมิภาค n+ & ร่างกายหรือสารตั้งต้นเป็นประเภท P

การทำงาน

MOSFET นี้มีขอบเขต N-channel ซึ่งอยู่ตรงกลางของแหล่งจ่าย & ปลายทางของท่อระบายน้ำ เป็นอุปกรณ์สามขั้วที่ขั้วคือ G (เกต), D (ท่อระบายน้ำ) และ S (ต้นทาง) ใน FET นี้ แหล่งที่มา & การระบายถูกเจืออย่างหนัก ภูมิภาค n+ & เนื้อหาหรือสารตั้งต้นเป็นประเภท P

ที่นี่ช่องถูกสร้างขึ้นเมื่อมาถึงของอิเล็กตรอน แรงดัน +ve ยังดึงดูดอิเล็กตรอนจากทั้งแหล่ง n+ และบริเวณระบายเข้าไปในช่อง เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้ระหว่างท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิด กระแสจะไหลอย่างอิสระระหว่างแหล่งจ่าย & ท่อระบายน้ำ และแรงดันไฟฟ้าที่ประตู เพียงแค่ควบคุมอิเล็กตรอนของตัวพาประจุภายในช่อง ในทำนองเดียวกัน หากเราใช้แรงดัน –ve ที่ขั้วเกท ช่องของรูจะถูกสร้างขึ้นใต้ชั้นออกไซด์

สัญลักษณ์ N Channel MOSFET

สัญลักษณ์ N channel MOSFET แสดงอยู่ด้านล่าง MOSFET นี้มีขั้วต่อสามขั้ว เช่น แหล่งจ่าย ท่อระบายน้ำ และเกต สำหรับ n-channel mosfet ทิศทางของสัญลักษณ์ลูกศรจะเข้าด้านใน ดังนั้นสัญลักษณ์ลูกศรจะระบุประเภทช่องเช่น P-channel หรือ N-channel

N Channel MOSFET Circuit

ดิ แผนภาพวงจรสำหรับควบคุมพัดลม DC แบบไม่มีแปรงถ่านโดยใช้ N channel mosfet และ Arduino Uno rev3 แสดงอยู่ด้านล่าง วงจรนี้สามารถสร้างขึ้นได้ด้วยบอร์ด Arduino Uno rev3, n channel mosfet, พัดลม dc แบบไม่มีแปรงถ่าน และสายไฟเชื่อมต่อ

MOSFET ที่ใช้ในวงจรนี้คือ 2N7000 N-channel MOSFET และเป็นประเภท Enhancement ดังนั้นเราควรตั้งค่าเอาต์พุตพินของ Arduino ให้สูงเพื่อจ่ายพลังงานให้กับพัดลม

การเชื่อมต่อของวงจรนี้มีดังนี้

• เชื่อมต่อพินต้นทางของ MOSFET กับ GND
• เกทพินของ MOSFET เชื่อมต่อกับพิน 2 ของ Arduino
• หมุดท่อระบายน้ำของ MOSFET กับสายไฟสีดำของพัดลม
• สายสีแดงของพัดลม dc แบบไม่มีแปรงเชื่อมต่อกับรางบวกของเขียงหั่นขนม
• จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อเพิ่มเติมจากพิน Arduino 5V กับรางบวกของเขียงหั่นขนม

โดยทั่วไป MOSFET จะใช้สำหรับการสลับและขยายสัญญาณ ในตัวอย่างนี้ มอสเฟตนี้ถูกใช้เป็นสวิตช์ซึ่งประกอบด้วยเทอร์มินัลสามตัว เช่น ประตู แหล่งจ่าย และท่อระบายน้ำ MOSFET n channel เป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าประเภทหนึ่ง และ MOSFET เหล่านี้มีให้เลือกในสองประเภท Enhancement mosfet และ Depletion mosfet

โดยทั่วไป MOSFET ที่เพิ่มประสิทธิภาพจะปิดเมื่อ Vgs (แรงดันเกตแหล่ง) เป็น 0V ดังนั้นจึงควรจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปที่เทอร์มินัลเกทเพื่อให้กระแสไฟไหลผ่านช่องทางแหล่งระบาย ในขณะที่การพร่อง MOSFET โดยทั่วไปจะเปิดขึ้นเมื่อ Vgs (แรงดันเกตแหล่ง) เป็น 0V เพื่อให้กระแสไหลผ่านท่อระบายน้ำไปยังช่องสัญญาณต้นทางจนกว่าจะมีแรงดัน +ve ที่ขั้วเกท

รหัส

การตั้งค่าเป็นโมฆะ () {
// ใส่รหัสการตั้งค่าของคุณที่นี่ เพื่อเรียกใช้ครั้งเดียว:
โหมดพิน (2, เอาต์พุต);

}

วงเป็นโมฆะ () {
// ใส่รหัสหลักของคุณที่นี่เพื่อเรียกใช้ซ้ำ:
digitalWrite (2, สูง);
ล่าช้า (5000);
digitalWrite (2, ต่ำ);
ล่าช้า (5000);
}

ดังนั้นเมื่อจ่ายไฟ 5v ไปที่เกทเทอร์มินอลของมอสเฟต พัดลม dc แบบไม่มีแปรงจะถูกเปิด ในทำนองเดียวกัน เมื่อจ่าย 0v ไปที่เกทเทอร์มินอลของมอสเฟต พัดลมจะถูกปิด

ประเภทของ N Channel MOSFET

MOSFET ช่อง N เป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่แบ่งออกเป็นสองประเภทประเภทเพิ่มประสิทธิภาพและประเภทพร่อง

N Channel Enhancement MOSFET

MOSFET ชนิด N channel เสริมโดยทั่วไปจะปิดเมื่อแรงดันเกตไปยังแหล่งจ่ายแรงดันเป็นศูนย์โวลต์ ดังนั้นควรจ่ายแรงดันไฟให้กับเทอร์มินัลเกทเพื่อให้กระแสไฟไหลผ่านช่องทางแหล่งจ่ายกระแสไฟ

การทำงานของ n channel Enhancement MOSFET เหมือนกับการเพิ่มประสิทธิภาพ p channel MOSFET ยกเว้นการก่อสร้างและการใช้งาน ใน MOSFET ประเภทนี้ ซับสเตรตชนิด p ที่เจือเล็กน้อยสามารถสร้างตัวอุปกรณ์ได้ บริเวณต้นทางและท่อระบายน้ำถูกเจือด้วยสารเจือปนประเภท n

ที่นี่แหล่งที่มา & ร่างกายมักเชื่อมต่อกับขั้วกราวด์ เมื่อเราใช้แรงดันบวกกับขั้วเกทแล้ว ตัวพาประจุไฟฟ้าส่วนน้อยของซับสเตรตชนิด p จะดึงดูดไปยังขั้วเกทเนื่องจากขั้วบวกของเกทและเอฟเฟกต์ประจุไฟฟ้าที่เท่ากัน

ตัวพาประจุส่วนใหญ่ เช่น อิเล็กตรอนและพาหะประจุไฟฟ้าส่วนน้อยของซับสเตรตชนิด p จะถูกดึงดูดไปยังขั้วเกท เพื่อสร้างชั้นไอออนลบที่เปิดอยู่ใต้ชั้นไดอิเล็กตริกโดยการรวมอิเล็กตรอนที่มีรูเข้าด้วยกัน

หากเราเพิ่มแรงดันเกตที่เป็นบวกอย่างต่อเนื่อง กระบวนการรวมตัวกันอีกครั้งจะอิ่มตัวหลังจากระดับแรงดันไฟตามเกณฑ์ จากนั้นตัวพาประจุอย่างอิเล็กตรอนจะเริ่มก่อตัวขึ้น ณ สถานที่นั้นเพื่อสร้างช่องนำไฟฟ้าอิเล็กตรอนอิสระ อิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้จะมาจากแหล่งกำเนิดเจือหนักและระบายบริเวณประเภท n

ถ้าเราใส่แรงดัน +ve ที่ขั้วระบาย กระแสก็จะไหลไปตลอดช่อง ดังนั้นความต้านทานของช่องจะขึ้นอยู่กับผู้ให้บริการฟรีเช่นอิเล็กตรอนภายในช่องและอิเล็กตรอนเหล่านี้จะขึ้นอยู่กับศักยภาพของเกตของอุปกรณ์ภายในช่อง เมื่อความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระก่อตัวเป็นช่องทางและกระแสของกระแสทั่วทั้งช่องจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากแรงดันเกตที่เพิ่มขึ้น

N ช่องพร่อง MOSFET

โดยทั่วไป MOSFET นี้จะเปิดใช้งานเมื่อใดก็ตามที่แรงดันไฟฟ้าที่เกตไปยังแหล่งจ่ายเป็น 0V ดังนั้นกระแสไฟฟ้าจากท่อระบายน้ำไปยังช่องสัญญาณต้นทางจนกว่าจะมีแรงดันบวกที่ขั้วเกท (G) การทำงานของ N channel depletion MOSFET นั้นแตกต่างกันเมื่อเทียบกับ n channel Enhancement MOSFET ใน MOSFET นี้ ซับสเตรตที่ใช้คือเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p

ใน MOSFET นี้ ทั้งบริเวณต้นทางและบริเวณการระบายน้ำเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n ที่เจืออย่างหนัก ช่องว่างระหว่างทั้งบริเวณต้นทางและบริเวณการระบายน้ำจะกระจายผ่านสิ่งเจือปนประเภท n

เมื่อเราใช้ความต่างศักย์ระหว่างแหล่งจ่าย & ปลายทางระบาย กระแสจะไหลทั่วบริเวณ n ของซับสเตรต เมื่อเราใช้แรงดัน -ve ที่ขั้วเกท ตัวพาประจุเช่นอิเล็กตรอนจะถูกเพิกถอน & เลื่อนลงมาในบริเวณ n ใต้ชั้นไดอิเล็กตริกซิลิกอนไดออกไซด์

ดังนั้น จะมีชั้นไอออนบวกเปิดอยู่ใต้ชั้นไดอิเล็กตริก SiO2 ด้วยวิธีนี้จะทำให้ผู้ให้บริการชาร์จหมดภายในช่องสัญญาณ ดังนั้นการนำไฟฟ้าของช่องสัญญาณโดยรวมจะลดลง

ในสภาวะนี้ เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าเดียวกันที่ขั้วต่อท่อระบายน้ำ กระแสที่ท่อระบายจะลดลง ที่นี่เราสังเกตว่ากระแสการระบายสามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนการหมดของตัวพาประจุภายในช่องสัญญาณ ดังนั้นจึงเรียกว่า MOSFET การพร่อง

ที่นี่ประตูอยู่ใน -ve ศักยภาพการระบายน้ำอยู่ใน +ve ศักยภาพ & แหล่งที่มาอยู่ที่ '0' เป็นผลให้ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างการระบายน้ำไปยังประตูมากกว่าแหล่งไปยังประตู ดังนั้นความกว้างของชั้นพร่องจะหันไปทางท่อระบายน้ำมากกว่าแหล่งที่มา

ความแตกต่างระหว่าง N Channel MOSFET และ P Channel MOSFET

ความแตกต่างระหว่าง n channel และ p channel mosfet มีดังต่อไปนี้

วิธีทดสอบ N Channel MOSFET

ขั้นตอนที่เกี่ยวข้องในการทดสอบ N channel MOSFET ได้อธิบายไว้ด้านล่าง

• ในการทดสอบ n channel MOSFET จะใช้มัลติมิเตอร์แบบแอนะล็อก ในการนั้น เราต้องวางลูกบิดไว้ในช่วง 10K
• สำหรับการทดสอบ MOSFET นี้ ก่อนอื่นให้วางโพรบสีดำบนหมุดท่อระบายน้ำของ MOSFET และโพรบสีแดงบนพินเกตเพื่อคายประจุความจุภายในภายใน MOSFET
• หลังจากนั้น ให้ย้ายโพรบสีแดงไปที่พินต้นทางในขณะที่โพรบสีดำยังคงอยู่บนพินท่อระบายน้ำ
• ใช้นิ้วขวาแตะทั้งเกทและหมุดระบายน้ำ เพื่อให้เราสังเกตว่าพอยน์เตอร์ของมัลติมิเตอร์แบบแอนะล็อกจะหันไปทางกึ่งกลางของสเกลของมิเตอร์
• นำโพรบสีแดงของมัลติมิเตอร์ออก & ใช้นิ้วขวาจากพินต้นทางของ MOSFET จากนั้นวางนิ้วบนโพรบสีแดงและพินซอร์สอีกครั้ง ตัวชี้จะยังคงอยู่ที่กึ่งกลางของสเกลมัลติมิเตอร์
• สำหรับการคายประจุ เราต้องถอดโพรบสีแดงออก & เพียงแค่สัมผัสที่พินเกตเพียงครั้งเดียว ในที่สุดสิ่งนี้จะคายประจุภายในออกมาอีกครั้ง
• ตอนนี้ ต้องใช้โพรบสีแดงอีกครั้งเพื่อสัมผัสพินต้นทาง จากนั้นตัวชี้ของมัลติมิเตอร์จะไม่เบี่ยงเบนเลยเหมือนก่อนหน้านี้ที่คุณปล่อยมันออกโดยเพียงแค่แตะพินเกท

ลักษณะเฉพาะ

N channel MOSFET มีคุณสมบัติสองประการเช่นลักษณะการระบายน้ำและลักษณะการถ่ายโอน

ลักษณะท่อระบายน้ำ

ลักษณะการระบายน้ำของมอสเฟต N-channel มีดังต่อไปนี้

• ลักษณะการระบายน้ำของ n ช่องสัญญาณ mosfet ถูกวางแผนไว้ระหว่างกระแสไฟขาออกและ VDS ซึ่งเรียกว่า Drain to source voltage VDS
• ดังที่เราเห็นในไดอะแกรม สำหรับค่า Vgs ที่แตกต่างกัน เราจะพล็อตค่าปัจจุบัน ดังนั้นเราจึงสามารถเห็นแผนภาพต่างๆ ของกระแสระบายออกในไดอะแกรม เช่น ค่า Vgs ต่ำสุด ค่า Vgs สูงสุด เป็นต้น
• ในลักษณะข้างต้น กระแสจะคงที่หลังจากแรงดันระบายออกบางส่วน ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำสำหรับการระบายไปยังแหล่งกำเนิดจึงจำเป็นต่อการทำงานของ MOSFET
• ดังนั้นเมื่อเราเพิ่ม 'Vgs' ความกว้างของช่องจะเพิ่มขึ้น & ซึ่งส่งผลให้มี ID มากขึ้น (กระแสระบายน้ำ)

ลักษณะการโอน

ลักษณะการถ่ายโอนของ N-channel mosfet มีดังต่อไปนี้

• ลักษณะการถ่ายโอนเรียกอีกอย่างว่าเส้นโค้งทรานส์คอนดักเตอร์ซึ่งถูกพล็อตระหว่างแรงดันไฟฟ้าขาเข้า (Vgs) และกระแสไฟขาออก (ID)
• ในตอนแรก เมื่อใดก็ตามที่ไม่มีเกตไปยังแรงดันแหล่งจ่าย (Vgs) กระแสจะไหลน้อยมากเหมือนในไมโครแอมป์
• เมื่อแรงดันเกตไปยังแหล่งจ่ายเป็นบวก กระแสระบายจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น
• หลังจากนั้น มีการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วภายในกระแสระบายเทียบเท่ากับการเพิ่มใน vgs
• กระแสระบายสามารถทำได้ผ่าน Id= K (Vgsq- Vtn)^2

แอปพลิเคชั่น

ดิ แอปพลิเคชั่นของ n channel mosfe รวมสิ่งต่อไปนี้

• MOSFET เหล่านี้มักใช้ในแอพพลิเคชั่นอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงต่ำ เช่น ฟูลบริดจ์ และการจัดเรียงบริดจ์ B6 โดยใช้มอเตอร์และแหล่งจ่ายกระแสตรง
• MOSFET เหล่านี้มีประโยชน์ในการเปลี่ยนแหล่งจ่ายเชิงลบสำหรับมอเตอร์ไปในทิศทางย้อนกลับ
• MOSFET แบบ n-channel ทำงานในพื้นที่อิ่มตัวและบริเวณจุดตัด จากนั้นจะทำหน้าที่เหมือนวงจรสวิตชิ่ง
• MOSFETs เหล่านี้ใช้เพื่อสลับ LAMP หรือ LED เป็น ON/OFF
• สิ่งเหล่านี้เป็นที่ต้องการในการใช้งานที่มีกระแสสูง

ดังนั้น นี่คือทั้งหมดที่เกี่ยวกับภาพรวมของ n channel mosfet – ทำงาน ด้วยแอพพลิเคชั่น นี่คือคำถามสำหรับคุณ p channel mosfet คืออะไร?