N-Kanal-MOSFET: Schaltung, Funktionsweise, Unterschiede und seine Anwendungen

MOSFET ist eine Art Transistor und wird auch IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor) oder MIFET (Metal Insulator Field Effect Transistor) genannt. In einem MOSFET sind Kanal und Gate durch eine dünne SiO2-Schicht getrennt und bilden eine Kapazität, die sich mit der Gate-Spannung ändert. Der MOSFET funktioniert also wie ein MOS-Kondensator, der über das Eingangsgate zur Source-Spannung gesteuert wird. Somit kann MOSFET auch als spannungsgesteuerter Kondensator verwendet werden. Der Aufbau des MOSFET ist dem MOS-Kondensator ähnlich, da die Siliziumbasis in diesem Kondensator vom p-Typ ist.

Diese werden in vier Typen p-Kanal-Anreicherung, n-Kanal-Anreicherung, p-Kanal-Verarmung und n-Kanal-Verarmung klassifiziert. Dieser Artikel beschreibt einen der Typen von MOSFETs wie N-Kanal-MOSFET – Arbeiten mit Anwendungen.

Was ist ein N-Kanal-MOSFET?

Ein MOSFET-Typ, bei dem der MOSFET-Kanal aus einer Mehrheit von Ladungsträgern als Stromträger wie Elektronen besteht, ist als N-Kanal-MOSFET bekannt. Sobald dieser MOSFET eingeschaltet ist, bewegt sich die Mehrheit der Ladungsträger durch den Kanal. Dieser MOSFET ist ein Gegensatz zum P-Kanal-MOSFET.

Dieser MOSFET enthält N- den Kanalbereich, der sich in der Mitte der Source- und Drain-Anschlüsse befindet. Es ist ein Gerät mit drei Anschlüssen, bei dem die Anschlüsse G (Gate), D (Drain) und S (Source) sind. In diesem Transistor sind Source und Drain stark dotierte n+-Bereiche und der Körper oder das Substrat ist vom P-Typ.

Arbeiten

Dieser MOSFET enthält einen N-Kanal-Bereich, der sich in der Mitte der Source- und Drain-Anschlüsse befindet. Es ist ein Gerät mit drei Anschlüssen, bei dem die Anschlüsse G (Gate), D (Drain) und S (Source) sind. Bei diesem FET sind Source und Drain stark dotierte n+-Bereiche und der Körper oder das Substrat ist vom P-Typ.

Hier entsteht der Kanal beim Eintreffen von Elektronen. Die +ve-Spannung zieht auch Elektronen sowohl von den n+-Source- als auch von den Drain-Bereichen in den Kanal. Sobald eine Spannung zwischen Drain und Source angelegt wird, fließt Strom frei zwischen Source und Drain, und die Spannung am Gate steuert einfach die Ladungsträgerelektronen im Kanal. Wenn wir eine –ve-Spannung an den Gate-Anschluss anlegen, wird in ähnlicher Weise ein Lochkanal unter der Oxidschicht gebildet.

N-Kanal-MOSFET-Symbol

Das N-Kanal-MOSFET-Symbol ist unten dargestellt. Dieser MOSFET enthält drei Anschlüsse wie Source, Drain und Gate. Beim n-Kanal-Mosfet ist die Richtung des Pfeilsymbols nach innen gerichtet. Das Pfeilsymbol gibt also den Kanaltyp wie P-Kanal oder N-Kanal an.

N-Kanal-MOSFET-Schaltung

Das Schaltplan zur Steuerung eines bürstenlosen DC-Lüfters mit N-Kanal-Mosfet und Arduino Uno rev3 ist unten gezeigt. Diese Schaltung kann mit einem Arduino Uno Rev3-Board, einem n-Kanal-Mosfet, einem bürstenlosen DC-Lüfter und Verbindungsdrähten aufgebaut werden.

Der in dieser Schaltung verwendete MOSFET ist ein 2N7000 N-Kanal-MOSFET und vom Anreicherungstyp, daher sollten wir den Ausgangspin von Arduino auf High setzen, um den Lüfter mit Strom zu versorgen.

Die Verbindungen dieser Schaltung folgen wie folgt:

• Verbinden Sie den Source-Pin des MOSFET mit GND
• Der Gate-Pin des MOSFET ist mit Pin 2 von Arduino verbunden.
• Der Drain-Pin des MOSFET an das schwarze Kabel des Lüfters.
• Der rote Draht des bürstenlosen DC-Lüfters ist mit der positiven Schiene des Steckbretts verbunden.
• Es muss eine zusätzliche Verbindung vom Arduino 5V-Pin zur positiven Schiene des Steckbretts hergestellt werden.

Im Allgemeinen wird ein MOSFET zum Schalten und Verstärken von Signalen verwendet. In diesem Beispiel wird dieser Mosfet als Schalter verwendet, der drei Anschlüsse wie Gate, Source und Drain enthält. Der n-Kanal-MOSFET ist eine Art von spannungsgesteuertem Gerät, und diese MOSFETs sind in zwei Arten von Anreicherungs-Mosfet und Verarmungs-Mosfet erhältlich.

Im Allgemeinen ist ein Anreicherungs-MOSFET ausgeschaltet, sobald die Vgs (Gate-Source-Spannung) 0 V beträgt, daher sollte eine Spannung an den Gate-Anschluss angelegt werden, damit Strom durch den Drain-Source-Kanal fließt. Während der Verarmungs-MOSFET im Allgemeinen eingeschaltet wird, sobald die Vgs (Gate-Source-Spannung) 0 V beträgt, so dass Strom durch den Drain zum Source-Kanal fließt, bis am Gate-Anschluss eine +ve-Spannung anliegt.

Code

ungültige Einrichtung () {
// Geben Sie hier Ihren Setup-Code ein, um ihn einmal auszuführen:
PinMode (2, AUSGANG);

}

Leere Schleife () {
// Geben Sie hier Ihren Hauptcode ein, um ihn wiederholt auszuführen:
digitalWrite (2, HOCH);
Verzögerung (5000);
digitalWrite (2, NIEDRIG);
Verzögerung (5000);
}

Wenn also die 5-V-Versorgung an den Gate-Anschluss des Mosfets angelegt wird, wird der bürstenlose Gleichstromlüfter eingeschaltet. In ähnlicher Weise wird der Lüfter ausgeschaltet, wenn 0 V an den Gate-Anschluss des Mosfet angelegt werden.

Arten von N-Kanal-MOSFETs

Der N-Kanal-MOSFET ist ein spannungsgesteuertes Bauelement, das in zwei Typen vom Anreicherungstyp und vom Verarmungstyp eingeteilt wird.

N-Kanal-Enhancement-MOSFET

Ein N-Kanal-MOSFET vom Anreicherungstyp ist im Allgemeinen ausgeschaltet, sobald die Gate-zu-Source-Spannung null Volt beträgt, daher sollte eine Spannung an den Gate-Anschluss angelegt werden, so dass Strom durch den gesamten Drain-Source-Kanal fließt.

Die Funktionsweise des n-Kanal-Anreicherungs-MOSFET ist dieselbe wie die des p-Kanal-Anreicherungs-MOSFET, mit Ausnahme des Aufbaus und des Betriebs. Bei diesem MOSFET-Typ kann ein leicht dotiertes p-Typ-Substrat den Vorrichtungskörper bilden. Die Source- und Drain-Bereiche sind stark mit n-Störstellen dotiert.

Hier sind Quelle und Körper gemeinsam mit der Erdungsklemme verbunden. Sobald wir eine positive Spannung an den Gate-Anschluss anlegen, ziehen sich die Minoritätsladungsträger des p-Typ-Substrats aufgrund der Positivität des Gates und des äquivalenten kapazitiven Effekts zum Gate-Anschluss hin.

Die Majoritätsladungsträger wie Elektronen und Minoritätsladungsträger des p-Typ-Substrats werden zum Gate-Anschluss hin angezogen, so dass sie eine negative unbedeckte Ionenschicht unter der dielektrischen Schicht bilden, indem sie Elektronen mit Löchern rekombinieren.

Wenn wir die positive Gate-Spannung kontinuierlich erhöhen, wird der Rekombinationsprozess nach dem Schwellenspannungspegel gesättigt, dann beginnen sich Ladungsträger wie Elektronen an der Stelle aufzubauen, um einen leitenden Kanal für freie Elektronen zu bilden. Diese freien Elektronen kommen auch von der stark dotierten Source und drainieren den n-Typ-Bereich.

Wenn wir am Drain-Anschluss eine +ve-Spannung anlegen, fließt der Strom durch den gesamten Kanal. Der Kanalwiderstand hängt also von den freien Ladungsträgern wie Elektronen im Kanal ab und diese Elektronen hängen wiederum vom Gate-Potential des Geräts im Kanal ab. Wenn die Konzentration freier Elektronen den Kanal bildet, wird der Stromfluss durch den Kanal aufgrund der Erhöhung der Gate-Spannung verstärkt.

N-Kanal-Verarmungs-MOSFET

Im Allgemeinen wird dieser MOSFET aktiviert, wenn die Spannung am Gate zur Source 0 V beträgt, daher wird Strom vom Drain zum Source-Kanal geliefert, bis eine positive Spannung am Gate-Anschluss (G) anliegt. Der n-Kanal-Verarmungs-MOSFET arbeitet anders als der n-Kanal-Anreicherungs-MOSFET. Bei diesem MOSFET ist das verwendete Substrat ein Halbleiter vom p-Typ.

Bei diesem MOSFET sind sowohl die Source- als auch die Drain-Bereiche stark dotierte Halbleiter vom n-Typ. Die Lücke zwischen den beiden Source- und Drain-Bereichen wird durch n-Störstellen diffundiert.

Sobald wir eine Potentialdifferenz zwischen Source- und Drain-Anschlüssen anlegen, fließt der Strom durch die n-Region des Substrats. Wenn wir am Gate-Anschluss eine -ve-Spannung anlegen, werden die Ladungsträger wie Elektronen aufgehoben und im n-Bereich direkt unter der dielektrischen Siliziumdioxidschicht nach unten verschoben.

Folglich gibt es positive unbedeckte Ionenschichten unter der dielektrischen SiO 2 -Schicht. Auf diese Weise kommt es also innerhalb des Kanals zu einer Verarmung an Ladungsträgern. Dadurch wird die Gesamtleitfähigkeit des Kanals verringert.

Wenn in diesem Zustand dieselbe Spannung an den Drain-Anschluss angelegt wird, wird der Strom am Drain verringert. Hier haben wir beobachtet, dass der Drain-Strom durch Ändern der Verarmung von Ladungsträgern innerhalb des Kanals gesteuert werden kann, daher ist er als Verarmungs-MOSFET bekannt.

Hier liegt das Gate auf einem -ve-Potential, der Drain auf einem +ve-Potential und die Source auf '0'-Potential. Infolgedessen ist die Spannungsdifferenz zwischen Drain und Gate größer als zwischen Source und Gate, weshalb die Breite der Verarmungsschicht mehr in Richtung Drain als in Richtung Source liegt.

Unterschied zwischen N-Kanal-MOSFET und P-Kanal-MOSFET

Der Unterschied zwischen n-Kanal- und p-Kanal-Mosfet umfasst Folgendes.

So testen Sie einen N-Kanal-MOSFET

Die zum Testen von N-Kanal-MOSFETs erforderlichen Schritte werden unten erörtert.

• Um einen n-Kanal-MOSFET zu testen, wird ein analoges Multimeter verwendet. Dazu müssen wir den Knopf im 10K-Bereich platzieren.
• Um diesen MOSFET zu testen, setzen Sie zuerst die schwarze Sonde auf den Drain-Pin des MOSFET und die rote Sonde auf den Gate-Pin, um die interne Kapazität innerhalb des MOSFET zu entladen.
• Bewegen Sie danach die rote Farbsonde zum Source-Pin, während sich die schwarze Sonde noch auf dem Drain-Pin befindet
• Verwenden Sie den rechten Finger, um sowohl die Gate- als auch die Drain-Pins zu berühren, damit wir beobachten können, dass sich der Zeiger des analogen Multimeters zur Mitte des Skalenbereichs des Messgeräts bewegt.
• Entfernen Sie die rote Sonde des Multimeters und auch den rechten Finger vom Source-Pin des MOSFET und legen Sie dann den Finger erneut auf die rote Sonde und den Source-Pin, der Zeiger bleibt immer noch in der Mitte der Multimeterskala.
• Zum Entladen müssen wir die rote Sonde entfernen und nur einmal den Gate-Pin berühren. Schließlich wird dadurch die interne Kapazität wieder entladen.
• Jetzt muss wieder eine rote Sonde verwendet werden, um den Source-Pin zu berühren, dann wird der Zeiger des Multimeters überhaupt nicht ausgelenkt, da Sie ihn zuvor durch einfaches Berühren des Gate-Pins entladen haben.

Eigenschaften

N-Kanal-MOSFET hat zwei Eigenschaften wie Drain-Eigenschaften und Übertragungseigenschaften.

Ablaufeigenschaften

Die Drain-Eigenschaften des N-Kanal-Mosfet umfassen Folgendes.

• Die Drain-Eigenschaften des n-Kanal-Mosfets sind zwischen dem Ausgangsstrom und der VDS aufgetragen, die als Drain-Source-Spannung VDS bekannt ist.
• Wie wir im Diagramm sehen können, zeichnen wir für verschiedene Vgs-Werte die aktuellen Werte auf. So können wir im Diagramm verschiedene Diagramme des Drain-Stroms sehen, wie den niedrigsten Vgs-Wert, die maximalen Vgs-Werte usw.
• Bei den obigen Eigenschaften bleibt der Strom nach einer bestimmten Drain-Spannung konstant. Daher ist eine Mindestspannung von Drain zu Source erforderlich, um den MOSFET zu betreiben.
• Wenn wir also „Vgs“ erhöhen, wird die Kanalbreite erhöht, was zu mehr ID (Drain-Strom) führt.

Übertragungseigenschaften

Die Übertragungseigenschaften von N-Kanal-Mosfet umfassen Folgendes.

• Die Übertragungscharakteristik wird auch als Steilheitskurve bezeichnet, die zwischen Eingangsspannung (Vgs) und Ausgangsstrom (ID) aufgetragen wird.
• Wenn zunächst keine Gate-Source-Spannung (Vgs) vorhanden ist, fließt sehr wenig Strom wie in Mikroampere.
• Sobald die Gate-Source-Spannung positiv ist, steigt der Drain-Strom allmählich an.
• Danach gibt es einen schnellen Anstieg des Drain-Stroms, der dem Anstieg von vgs entspricht.
• Der Drainstrom kann durch Id= K (Vgsq- Vtn)^2 erreicht werden.

Anwendungen

Das Anwendungen von n-Kanal-Mosfe t umfassen die folgenden.

• Diese MOSFETs werden häufig in Niederspannungsanwendungen wie Vollbrücken- und B6-Brückenanordnungen unter Verwendung des Motors und einer Gleichstromquelle verwendet.
• Diese MOSFETs sind hilfreich beim Schalten der negativen Versorgung für den Motor in Rückwärtsrichtung.
• Ein n-Kanal-MOSFET arbeitet in Sättigungs- und Sperrbereichen. dann wirkt es wie ein Schaltkreis.
• Diese MOSFETS werden verwendet, um LAMP oder die LED auf ON/OFF zu schalten.
• Diese werden in Hochstromanwendungen bevorzugt.

Hier geht es also um einen Überblick über n Kanal Mosfet – funktioniert mit Anwendungen. Hier ist eine Frage an Sie: Was ist ein P-Kanal-Mosfet?