Der MOSFET-Transistor (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) ist ein Halbleiterbauelement, das häufig zum Schalten und zur Verstärkung elektronischer Signale in elektronischen Bauelementen verwendet wird. Ein MOSFET ist entweder ein Kern oder eine integrierte Schaltung, bei der er in einem einzigen Chip entworfen und hergestellt wird, da die Vorrichtung in sehr kleinen Größen erhältlich ist. Die Einführung der MOSFET-Vorrichtung hat eine Änderung in der Domäne von gebracht Elektronik einschalten . Lassen Sie uns dieses Konzept ausführlich erläutern.

Was ist MOSFET?

Ein MOSFET ist eine Vorrichtung mit vier Anschlüssen mit Anschlüssen für Source (S), Gate (G), Drain (D) und Body (B). Im Allgemeinen ist der Körper des MOSFET mit dem Quellenanschluss verbunden, wodurch eine Vorrichtung mit drei Anschlüssen wie ein Feldeffekttransistor gebildet wird. Der MOSFET wird allgemein als Transistor betrachtet und sowohl in der analogen als auch in der digitalen Schaltung verwendet. Das ist das Grundlegende Einführung in den MOSFET . Und die allgemeine Struktur dieses Geräts ist wie folgt:

MOSFET

Von Oben MOSFET-Struktur Die Funktionalität des MOSFET hängt von den elektrischen Schwankungen ab, die in der Kanalbreite zusammen mit dem Fluss der Ladungsträger (entweder Löcher oder Elektronen) auftreten. Die Ladungsträger treten durch den Source-Anschluss in den Kanal ein und treten über den Drain aus.

Die Breite des Kanals wird durch die Spannung an einer Elektrode gesteuert, die als Gate bezeichnet wird und sich zwischen Source und Drain befindet. Es ist vom Kanal in der Nähe einer extrem dünnen Metalloxidschicht isoliert. Die im Gerät vorhandene MOS-Kapazität ist der entscheidende Abschnitt, in dem sich der gesamte Vorgang darüber erstreckt.

MOSFET Mit Anschlüssen

Ein MOSFET kann auf zwei Arten funktionieren

Erschöpfungsmodus
Verbesserungsmodus

Erschöpfungsmodus

Wenn am Gate-Anschluss keine Spannung anliegt, zeigt der Kanal seine maximale Leitfähigkeit an. Wenn die Spannung am Gate-Anschluss entweder positiv oder negativ ist, nimmt die Kanalleitfähigkeit ab.

Zum Beispiel

Verbesserungsmodus

Wenn an der Gate-Klemme keine Spannung anliegt, leitet das Gerät nicht. Wenn die maximale Spannung am Gate-Anschluss anliegt, zeigt das Gerät eine verbesserte Leitfähigkeit.

Verbesserungsmodus

Arbeitsprinzip des MOSFET

Das Hauptprinzip der MOSFET-Vorrichtung besteht darin, den Spannungs- und Stromfluss zwischen den Source- und Drain-Anschlüssen steuern zu können. Es funktioniert fast wie ein Schalter und die Funktionalität des Geräts basiert auf dem MOS-Kondensator. Der MOS-Kondensator ist der Hauptteil des MOSFET.

Die Halbleiteroberfläche an der unteren Oxidschicht, die sich zwischen dem Source- und Drain-Anschluss befindet, kann durch Anlegen einer positiven bzw. einer negativen Gate-Spannung vom p-Typ zum n-Typ invertiert werden. Wenn wir eine Abstoßungskraft für die positive Gate-Spannung anwenden, werden die unter der Oxidschicht vorhandenen Löcher mit dem Substrat nach unten gedrückt.

Die Verarmungsregion, die von den gebundenen negativen Ladungen besetzt ist, die mit den Akzeptoratomen assoziiert sind. Wenn Elektronen erreicht sind, entsteht ein Kanal. Die positive Spannung zieht auch Elektronen aus den n + Source- und Drain-Bereichen in den Kanal. Wenn nun eine Spannung zwischen Drain und Source angelegt wird, fließt der Strom frei zwischen Source und Drain und die Gate-Spannung steuert die Elektronen im Kanal. Wenn wir anstelle der positiven Spannung eine negative Spannung anlegen, wird unter der Oxidschicht ein Lochkanal gebildet.

MOSFET-Blockdiagramm

P-Kanal-MOSFET

Der P-Kanal-MOSFET hat einen P-Kanal-Bereich zwischen den Source- und Drain-Anschlüssen. Es ist ein Gerät mit vier Anschlüssen, dessen Anschlüsse Gate, Drain, Source und Body sind. Der Drain und die Source sind stark dotierte p + -Bereiche und der Körper oder das Substrat ist vom n-Typ. Der Stromfluss verläuft in Richtung positiv geladener Löcher.

Wenn wir die negative Spannung mit Abstoßungskraft am Gate-Anschluss anlegen, werden die unter der Oxidschicht vorhandenen Elektronen nach unten in das Substrat gedrückt. Die Verarmungsregion, die von den gebundenen positiven Ladungen besetzt ist, die mit den Donoratomen assoziiert sind. Die negative Gate-Spannung zieht auch Löcher vom p + Source- und Drain-Bereich in den Kanalbereich.

Verarmungsmodus P-Kanal

P-Kanal-erweiterter Modus

N-Kanal-MOSFET

Der N-Kanal-MOSFET hat einen N-Kanal-Bereich zwischen den Source- und Drain-Anschlüssen. Es ist ein Gerät mit vier Anschlüssen, dessen Anschlüsse Gate, Drain, Source und Body sind. Bei diesem Typ eines Feldeffekttransistors sind Drain und Source stark mit n + dotiert und das Substrat oder der Körper sind vom P-Typ.

Der Stromfluss in diesem MOSFET-Typ erfolgt aufgrund negativ geladener Elektronen. Wenn wir die positive Spannung mit Abstoßungskraft am Gate-Anschluss anlegen, werden die unter der Oxidschicht vorhandenen Löcher nach unten in das Substrat gedrückt. Die Verarmungsregion wird von den gebundenen negativen Ladungen besetzt, die mit den Akzeptoratomen assoziiert sind.

Bei Erreichen der Elektronen wird der Kanal gebildet. Die positive Spannung zieht auch Elektronen aus den n + Source- und Drain-Bereichen in den Kanal. Wenn nun eine Spannung zwischen Drain und Source angelegt wird, fließt der Strom frei zwischen Source und Drain und die Gate-Spannung steuert die Elektronen im Kanal. Anstelle einer positiven Spannung wird bei Anlegen einer negativen Spannung ein Lochkanal unter der Oxidschicht gebildet.

“kann ich einen kondensator umgehen? ”

Verbesserungsmodus N Kanal

MOSFET-Betriebsbereiche

Im allgemeinsten Fall erfolgt der Betrieb dieses Geräts hauptsächlich in drei Regionen, und zwar wie folgt:

Grenzregion - Dies ist der Bereich, in dem sich das Gerät im AUS-Zustand befindet und in dem kein Strom fließt. Hier fungiert das Gerät als Basisschalter und wird so eingesetzt, als ob sie als elektrische Schalter arbeiten müssten.
Sättigungsregion - In diesem Bereich haben die Geräte einen konstanten Stromwert von Drain zu Source, ohne die Erhöhung der Spannung über Drain zu Source zu berücksichtigen. Dies geschieht nur einmal, wenn die Spannung zwischen Drain und Source-Klemme stärker ansteigt als der Pinch-Off-Spannungswert. In diesem Szenario fungiert das Gerät als geschlossener Schalter, bei dem ein gesättigter Strompegel über den Drain zu den Source-Klemmen fließt. Aus diesem Grund wird der Sättigungsbereich ausgewählt, wenn die Geräte umschalten sollen.
Lineare / Ohmsche Region - Dies ist der Bereich, in dem der Strom über den Drain-Source-Anschluss mit dem Anstieg der Spannung über den Drain-Source-Pfad zunimmt. Wenn die MOSFET-Bauelemente in diesem linearen Bereich arbeiten, führen sie eine Verstärkerfunktionalität aus.

Betrachten wir nun die Schalteigenschaften des MOSFET

Auch ein Halbleiter wie ein MOSFET oder ein Bipolar Junction Transistor fungiert in zwei Szenarien grundsätzlich als Schalter, wobei einer im EIN-Zustand und der andere im AUS-Zustand ist. Um diese Funktionalität zu betrachten, werfen wir einen Blick auf die idealen und praktischen Eigenschaften der MOSFET-Vorrichtung.

Ideale Schaltereigenschaften

Wenn ein MOSFET als idealer Schalter fungieren soll, sollte er die folgenden Eigenschaften aufweisen und diese sind

Im EIN-Zustand muss die Strombegrenzung vorhanden sein
Im AUS-Zustand sollte das Blockieren von Spannungspegeln keinerlei Einschränkungen enthalten
Wenn das Gerät im EIN-Zustand arbeitet, sollte der Spannungsabfallwert Null sein
Der Widerstand im AUS-Zustand sollte unendlich sein
Die Betriebsgeschwindigkeit sollte nicht eingeschränkt sein

Praktische Schaltereigenschaften

Da die Welt nicht nur an idealen Anwendungen festhält, ist die Funktionsweise des MOSFET sogar für praktische Zwecke anwendbar. Im praktischen Szenario sollte das Gerät die folgenden Eigenschaften aufweisen

Im EIN-Zustand sollten die Leistungsverwaltungsfähigkeiten begrenzt sein, was bedeutet, dass der Fluss des Leitungsstroms begrenzt werden muss.
Im AUS-Zustand sollten die Sperrspannungspegel nicht begrenzt werden
Das Ein- und Ausschalten für endliche Zeiten schränkt die Grenzgeschwindigkeit des Geräts ein und begrenzt sogar die Funktionsfrequenz
Im EIN-Zustand der MOSFET-Vorrichtung gibt es minimale Widerstandswerte, bei denen dies zu einem Spannungsabfall in der Vorwärtsvorspannung führt. Es gibt auch einen endlichen AUS-Zustandswiderstand, der einen Rückstrom liefert
Wenn das Gerät praktische Eigenschaften aufweist, verliert es die Ein- und Ausschaltbedingungen. Dies geschieht auch in den Übergangszuständen.

Beispiel eines MOSFET als Schalter

In der folgenden Schaltungsanordnung werden ein erweiterter Modus und ein N-Kanal-MOSFET verwendet, um eine Probenlampe mit den Bedingungen EIN und AUS zu schalten. Die positive Spannung am Gate-Anschluss wird an die Basis des Transistors angelegt und die Lampe geht in den EIN-Zustand und hier in V._GS= + v oder bei einem Spannungspegel von Null schaltet das Gerät in den AUS-Zustand, in dem V._GS= 0.

“oktal in dezimal umrechnen ”

MOSFET als Schalter

Wenn die ohmsche Last der Lampe durch eine induktive Last ersetzt und an das Relais oder die Diode angeschlossen werden soll, die gegen die Last geschützt ist. In der obigen Schaltung ist es eine sehr einfache Schaltung zum Schalten einer ohmschen Last wie einer Lampe oder LED. Wenn der MOSFET jedoch als Schalter mit induktiver oder kapazitiver Last verwendet wird, ist ein Schutz für die MOSFET-Vorrichtung erforderlich.

Wenn der MOSFET nicht geschützt ist, kann dies zu einer Beschädigung des Geräts führen. Damit der MOSFET als analoges Schaltgerät arbeiten kann, muss er zwischen seinem Grenzbereich V umgeschaltet werden_GS= 0 und Sättigungsbereich, in dem V._GS= + v.

Videobeschreibung

Der MOSFET kann auch als Transistor fungieren und wird als Metalloxid-Silizium-Feldeffekttransistor abgekürzt. Hier zeigt der Name selbst an, dass das Gerät als Transistor betrieben werden kann. Es wird P-Kanal und N-Kanal haben. Das Gerät ist über die vier Source-, Gate- und Drain-Anschlüsse so angeschlossen, dass eine ohmsche Last von 24 Ω mit einem Amperemeter in Reihe geschaltet ist und ein Spannungsmesser über den MOSFET geschaltet ist.

In dem Transistor ist der Stromfluss im Gate in eine positive Richtung und der Source-Anschluss ist mit Masse verbunden. Während bei Bipolartransistorvorrichtungen der Stromfluss über den Basis-Emitter-Pfad verläuft. Bei diesem Gerät fließt jedoch kein Strom, da sich am Anfang des Gates ein Kondensator befindet, der nur Spannung benötigt.

Dies kann durch Fortfahren mit dem Simulationsprozess und durch Ein- und Ausschalten geschehen. Wenn der Schalter eingeschaltet ist, fließt kein Strom über den Stromkreis. Wenn der Widerstand von 24 Ω und 0,29 Amperemeter-Spannung angeschlossen sind, wird der vernachlässigbare Spannungsabfall an der Quelle festgestellt, da an diesem Gerät +0,21 V anliegen.

Der Widerstand zwischen Drain und Source wird als RDS bezeichnet. Aufgrund dieses RDS tritt der Spannungsabfall auf, wenn Strom im Stromkreis fließt. Der RDS variiert je nach Gerätetyp (er kann je nach Spannungstyp zwischen 0,001, 0,005 und 0,05 variieren.

Einige der zu lernenden Konzepte sind:

1). So wählen Sie MOSFET als Schalter ?

Bei der Auswahl des MOSFET als Schalter sind nur wenige Bedingungen zu beachten:

Verwendung der Polarität entweder P- oder N-Kanal
Eine maximale Bewertung der Betriebsspannungs- und Stromwerte
Erhöhte Rds ON, was bedeutet, dass der Widerstand am Drain to Source-Anschluss, wenn der Kanal vollständig geöffnet ist
Verbesserte Betriebsfrequenz
Die Verpackungsart ist To-220 und DPAck und viele andere.

2). Was ist die Effizienz von MOSFET-Schaltern?

Die Haupteinschränkung zum Zeitpunkt des Betriebs des MOSFET als Schaltgerät ist der verbesserte Drainstromwert, zu dem das Gerät fähig sein kann. Dies bedeutet, dass RDS im EIN-Zustand der entscheidende Parameter ist, der über die Schaltfähigkeit des MOSFET entscheidet. Es wird als Verhältnis der Drain-Source-Spannung zu dem Drain-Strom dargestellt. Sie muss nur im EIN-Zustand des Transistors berechnet werden.

3). Warum wird der MOSFET-Schalter im Aufwärtswandler verwendet?

Im Allgemeinen benötigt ein Aufwärtswandler einen Schalttransistor für den Betrieb des Geräts. Als Schalttransistor werden also MOSFETs verwendet. Diese Geräte werden verwendet, um den Stromwert und die Spannungswerte zu kennen. In Anbetracht der Schaltgeschwindigkeit und der Kosten werden diese auch in großem Umfang eingesetzt.

Auf die gleiche Weise kann der MOSFET auch auf verschiedene Arten verwendet werden. und das sind

MOSFET als Schalter für LED
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MOSFET als Schalter für Arduino
MOSFET-Schalter für Wechselstromlast
MOSFET-Schalter für Gleichstrommotor
MOSFET-Schalter für negative Spannung
MOSFET als Schalter mit Arduino
MOSFET als Schalter mit Mikrocontroller
MOSFET-Schalter mit Hysterese
MOSFET als Schaltdiode und aktiver Widerstand
MOSFET als Schaltgleichung
MOSFET-Schalter für Airsoft
MOSFET als Schaltgatterwiderstand
MOSFET als Schaltmagnet
MOSFET-Schalter mit einem Optokoppler
MOSFET-Schalter mit Hysterese

Anwendung des MOSFET als Schalter

Eines der wichtigsten Beispiele für dieses Gerät ist die automatische Helligkeitsregelung in Straßenlaternen. Heutzutage bestehen viele der Lichter, die wir auf Autobahnen beobachten, aus hochintensiven Entladungslampen. Die Verwendung von HID-Lampen verbraucht jedoch mehr Energie.

Die Helligkeit kann nicht je nach Anforderung begrenzt werden. Aus diesem Grund muss ein Schalter für die alternative Beleuchtungsmethode vorhanden sein und es handelt sich um eine LED. Durch die Verwendung eines LED-Systems werden die Nachteile von Lampen mit hoher Intensität überwunden. Das Hauptkonzept hinter dem Bau bestand darin, die Lichter direkt auf Autobahnen mithilfe eines Mikroprozessors zu steuern.

MOSFET-Anwendung als Schalter

Dies kann nur durch Modifizieren der Taktimpulse erreicht werden. Je nach Bedarf wird dieses Gerät zum Schalten von Lampen verwendet. Es besteht aus einem Himbeer-Pi-Board, auf dem ein Prozessor für die Verwaltung enthalten ist. Hier können anstelle von HIDs LEDs eingesetzt werden, die über einen MOSFET mit dem Prozessor verbunden sind. Der Mikrocontroller liefert entsprechende Arbeitszyklen und schaltet dann auf MOSFET um, um ein hohes Maß an Intensität bereitzustellen.

Vorteile

Einige der Vorteile sind:

Es erzeugt eine verbesserte Effizienz, selbst wenn es bei minimalen Spannungspegeln arbeitet
Es ist kein Gate-Strom vorhanden, wodurch eine höhere Eingangsimpedanz erzeugt wird, wodurch die Schaltgeschwindigkeit für das Gerät weiter erhöht wird
Diese Geräte können mit minimalen Leistungspegeln arbeiten und verbrauchen nur minimalen Strom

Nachteile

Einige der Nachteile sind:

Wenn diese Geräte bei Überlastspannungspegeln betrieben werden, entsteht eine Instabilität des Geräts
Da die Geräte eine dünne Oxidschicht aufweisen, kann dies zu Schäden am Gerät führen, wenn es durch elektrostatische Aufladungen stimuliert wird

Anwendungen

Die Anwendungen von MOSFET sind

Verstärker aus MOSFET werden in umfangreichen Frequenzanwendungen extrem eingesetzt
Die Regelung für Gleichstrommotoren erfolgt durch diese Geräte
Da diese Schaltgeschwindigkeiten verbessert haben, eignet sie sich perfekt für den Bau von Chopper-Verstärkern
Funktioniert als passive Komponente für verschiedene elektronische Elemente.

Am Ende kann geschlossen werden, dass der Transistor Strom benötigt, während der MOSFET eine Spannung benötigt. Die Ansteuerungsanforderung für den MOSFET ist viel besser und viel einfacher als bei einem BJT. Und auch wissen Wie verdrahte ich einen Mosfet mit einem Switch?

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