MOSFET (Metal Oksit Yarı İletken Alan Etkili Transistör) transistörü, elektronik cihazlarda anahtarlama amacıyla ve elektronik sinyallerin yükseltilmesi için yaygın olarak kullanılan yarı iletken bir cihazdır. Bir MOSFET, aygıt çok küçük boyutlarda mevcut olduğundan, tek bir çipte tasarlandığı ve imal edildiği bir çekirdek veya entegre devredir. MOSFET cihazının tanıtımı, elektronikte geçiş . Bu kavramın ayrıntılı bir açıklamasıyla gidelim.

MOSFET nedir?

MOSFET, kaynak (S), geçit (G), boşaltma (D) ve gövde (B) terminallerine sahip dört terminalli bir cihazdır. Genel olarak, MOSFET'in gövdesi kaynak terminal ile bağlantılıdır, böylece alan etkili bir transistör gibi üç terminalli bir cihaz oluşturur. MOSFET genellikle bir transistör olarak kabul edilir ve hem analog hem de dijital devrelerde kullanılır. Bu temel MOSFET'e giriş . Ve bu cihazın genel yapısı aşağıdaki gibidir:

MOSFET

Yukarıdan MOSFET yapısı MOSFET'in işlevselliği, taşıyıcıların akışı (delikler veya elektronlar) ile birlikte kanal genişliğinde meydana gelen elektriksel değişikliklere bağlıdır. Yük taşıyıcılar, kaynak terminalden kanala girer ve tahliye yoluyla çıkar.

Kanalın genişliği, kaynak ile drenaj arasında yer alan ve geçit adı verilen bir elektrot üzerindeki voltaj tarafından kontrol edilir. Son derece ince bir metal oksit tabakasının yanında kanaldan izole edilmiştir. Cihazda bulunan MOS kapasitesi, tüm operasyonun bunun karşısında olduğu çok önemli bölümdür.

Terminalli MOSFET

Bir MOSFET iki şekilde çalışabilir

Tükenme Modu
Geliştirme Modu

Tükenme Modu

Kapı terminalinde voltaj olmadığında, kanal maksimum iletkenliğini gösterir. Kapı terminalindeki voltaj pozitif veya negatif olduğunda, o zaman kanal iletkenliği azalır.

Örneğin

Geliştirme Modu

Kapı terminalinde voltaj olmadığında, cihaz çalışmaz. Kapı terminalinde maksimum voltaj olduğunda, cihaz gelişmiş iletkenlik gösterir.

Geliştirme Modu

MOSFET'in Çalışma Prensibi

MOSFET cihazının ana prensibi, kaynak ve drenaj terminalleri arasındaki voltaj ve akım akışını kontrol edebilmektir. Neredeyse bir anahtar gibi çalışır ve cihazın işlevselliği MOS kapasitörüne dayanır. MOS kondansatörü, MOSFET'in ana parçasıdır.

Kaynak ve boşaltma terminali arasında yer alan oksit tabakasının altındaki yarı iletken yüzey, sırasıyla pozitif veya negatif geçit voltajlarının uygulanmasıyla p-tipinden n-tipine ters çevrilebilir. Pozitif geçit voltajı için itici bir kuvvet uyguladığımızda, oksit tabakasının altında bulunan delikler alt tabaka ile aşağı doğru itilir.

Alıcı atomlarla ilişkili bağlı negatif yüklerin doldurduğu tükenme bölgesi. Elektronlara ulaşıldığında bir kanal oluşur. Pozitif voltaj ayrıca elektronları n + kaynağından ve boşaltma bölgelerinden kanala çeker. Şimdi, drenaj ve kaynak arasına bir voltaj uygulanırsa, akım kaynak ve boşaltma arasında serbestçe akar ve kapı voltajı kanaldaki elektronları kontrol eder. Pozitif voltaj yerine negatif voltaj uygularsak oksit tabakasının altında bir delik kanalı oluşacaktır.

MOSFET Blok Şeması

P-Kanal MOSFET

P-kanal MOSFET, kaynak ve tahliye terminalleri arasında yer alan bir P-Kanal bölgesine sahiptir. Kapı, drenaj, kaynak ve gövde olarak terminallere sahip dört terminalli bir cihazdır. Drenaj ve kaynak, yüksek oranda katkılı p + bölgesidir ve gövde veya substrat, n-tipindedir. Akımın akışı pozitif yüklü delikler yönündedir.

Negatif gerilimi kapı terminalinde itici kuvvetle uyguladığımızda, oksit tabakasının altında bulunan elektronlar alt tabakaya aşağı doğru itilir. Verici atomlarla ilişkili bağlı pozitif yüklerin doldurduğu tükenme bölgesi. Negatif kapı voltajı ayrıca p + kaynağından ve boşaltma bölgesinden kanal bölgesine delikler çeker.

Tükenme Modu P Kanalı

P Kanalı Gelişmiş Modu

N- Kanal MOSFET

N-Kanal MOSFET, kaynak ve tahliye terminalleri arasında bulunan bir N-kanal bölgesine sahiptir. Kapı, drenaj, kaynak, gövde olarak terminallere sahip dört terminalli bir cihazdır. Bu tip Alan Etkili Transistörde, drenaj ve kaynak, yoğun bir şekilde katkılı n + bölgesidir ve substrat veya gövde P-tipindedir.

Bu tür MOSFET'teki akım akışı, negatif yüklü elektronlar nedeniyle gerçekleşir. Pozitif gerilimi kapı terminalinde itici kuvvetle uyguladığımızda, oksit tabakasının altında bulunan delikler alt tabakaya aşağı doğru itilir. Tükenme bölgesi, alıcı atomlarla ilişkili bağlı negatif yüklerle doldurulur.

Elektronların ulaştığı yerde kanal oluşur. Pozitif voltaj ayrıca elektronları n + kaynağından ve boşaltma bölgelerinden kanala çeker. Şimdi, drenaj ve kaynak arasına bir voltaj uygulanırsa, akım kaynak ve boşaltma arasında serbestçe akar ve kapı voltajı kanaldaki elektronları kontrol eder. Pozitif voltaj yerine negatif voltaj uygularsak oksit tabakasının altında bir delik kanalı oluşacaktır.

“AC motorun hızı nasıl kontrol edilir ”

Geliştirme Modu N Kanalı

MOSFET Faaliyet Bölgeleri

En genel senaryoya göre, bu cihazın çalışması esas olarak üç bölgede gerçekleşir ve bunlar aşağıdaki gibidir:

Kesme Bölgesi - Cihazın KAPALI durumda olacağı ve içinden sıfır miktarda akım geçeceği bölgedir. Burada cihaz, temel bir anahtar olarak işlev görür ve elektrik anahtarları olarak çalıştırılmaları gerektiğinde bu şekilde kullanılır.
Doygunluk Bölgesi - Bu bölgede, cihazların, drenaj boyunca kaynağa giden voltajdaki artış dikkate alınmadan, kaynak akım değerine sabit olarak drenajı olacaktır. Bu, yalnızca boşaltma üzerinden kaynak terminaline giden voltaj, sıkıştırma voltajı değerinden daha fazla arttığında gerçekleşir. Bu senaryoda, cihaz, drenaj üzerinden kaynak terminallerine doymuş bir akım seviyesinin aktığı kapalı bir anahtar olarak işlev görür. Bu nedenle, doygunluk bölgesi, cihazların anahtarlama yapması gerektiğinde seçilir.
Doğrusal / Ohmik Bölge - Drenajdan kaynak terminaline giden akımın, drenaj boyunca kaynak yoluna giden voltajdaki artışla arttığı bölgedir. MOSFET cihazları bu doğrusal bölgede çalıştığında, amplifikatör işlevselliğini gerçekleştirirler.

Şimdi MOSFET'in anahtarlama özelliklerini ele alalım

MOSFET veya Bipolar Bağlantı Transistörü gibi bir yarı iletken de temelde iki senaryoda anahtarlar olarak işlev görür, biri AÇIK durumda ve diğeri KAPALI durumdadır. Bu işlevselliği düşünmek için MOSFET cihazının ideal ve pratik özelliklerine bir göz atalım.

İdeal Anahtar Özellikleri

Bir MOSFET'in ideal bir anahtar olarak işlev görmesi gerektiğinde, aşağıdaki özellikleri taşımalıdır ve bunlar

AÇIK durumda, taşıdığı akım sınırlaması olmalıdır.
KAPALI durumda, engelleme voltaj seviyeleri herhangi bir sınırlama getirmemelidir
Cihaz AÇIK durumda çalıştığında, voltaj düşüş değeri boş olmalıdır
KAPALI durumdaki direnç sonsuz olmalıdır
İşlem hızında herhangi bir kısıtlama olmamalıdır

Pratik Anahtar Özellikleri

Dünya sadece ideal uygulamalara bağlı kalmadığından, MOSFET'in işleyişi pratik amaçlar için bile uygulanabilir. Pratik senaryoda, cihaz aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır

AÇIK durumda, güç yönetimi yetenekleri sınırlandırılmalıdır, bu da iletim akımının akışının sınırlandırılması gerektiği anlamına gelir.
KAPALI durumda, engelleme voltaj seviyeleri sınırlandırılmamalıdır
Sonlu süreler için AÇILMAK ve KAPATMAK, cihazın sınırlama hızını ve hatta işlevsel frekansı sınırlar
MOSFET cihazının AÇIK durumunda, bunun iletim önyargısında voltaj düşüşüne neden olduğu minimum direnç değerleri olacaktır. Ayrıca, ters kaçak akım sağlayan sonlu KAPALI durum direnci vardır.
Cihaz pratik özelliklerde çalışırken, AÇIK ve KAPALI koşullarında gücünü kaybeder. Bu, geçiş durumlarında bile olur.

Switch olarak MOSFET Örneği

Aşağıdaki devre düzenlemesinde, bir örnek lambayı AÇIK ve KAPALI durumdayken değiştirmek için gelişmiş bir mod ve N-kanallı MOSFET kullanılmaktadır. Kapı terminalindeki pozitif voltaj, transistörün tabanına uygulanır ve lamba AÇIK duruma geçer ve burada V_GS= + v veya sıfır voltaj seviyesinde, cihaz KAPALI durumuna döner, burada V_GS= 0.

“3 fazdan tek faza ”

MOSFET Anahtar Olarak

Lambanın dirençli yükü endüktif bir yük ile değiştirilecek ve yüke karşı korunan röleye veya diyota bağlanacaksa. Yukarıdaki devrede, bir lamba veya LED gibi dirençli bir yükü anahtarlamak için çok basit bir devredir. Ancak MOSFET'i endüktif yük veya kapasitif yük ile bir anahtar olarak kullanırken, MOSFET cihazı için koruma gereklidir.

MOSFET'in korunmadığı durumda, cihazda hasara neden olabilir. MOSFET'in bir analog anahtarlama cihazı olarak çalışması için, V'nin bulunduğu kesme bölgesi arasında geçiş yapılması gerekir._GS= 0 ve doygunluk bölgesi burada V_GS= + v.

Video Açıklaması

MOSFET ayrıca bir transistör olarak da işlev görebilir ve Metal Oksit Silikon Alan Etkili Transistör olarak kısaltılmıştır. Burada, ismin kendisi, cihazın bir transistör olarak çalıştırılabileceğini gösteriyor. P kanalına ve N kanalına sahip olacaktır. Cihaz, dört kaynak, geçit ve boşaltma terminalleri kullanılarak bu şekilde bağlanır ve bir ampermetre ile 24Ω dirençli bir yük seri olarak bağlanır ve MOSFET'e bir voltaj ölçer bağlanır.

Transistörde, kapıdaki akım akışı pozitif yöndedir ve kaynak terminal toprağa bağlanır. Bipolar bağlantı transistör cihazlarında ise, akım akışı tabandan yayıcıya giden yoldur. Fakat bu cihazda, kapının başında bir kondansatör olduğu için akım akışı yoktur, sadece voltaj gerektirir.

Bu, simülasyon işlemine devam ederek ve AÇIK / KAPALI konuma getirilerek gerçekleştirilebilir. Anahtar AÇIK olduğunda, devre boyunca akım akışı yoktur, 24Ω ve 0.29 ampermetre voltajı direnci bağlandığında, bu cihazda + 0.21V olduğu için kaynak boyunca ihmal edilebilir voltaj düşüşünü buluruz.

Drenaj ve kaynak arasındaki direnç, RDS olarak adlandırılır. Bu RDS'ye bağlı olarak, devrede akım akışı olduğunda voltaj düşüşü ortaya çıkar. RDS, cihazın türüne göre değişir (voltaj türüne bağlı olarak 0,001, 0,005 ve 0,05 arasında değişebilir.

Öğrenilecek kavramlardan birkaçı:

1). Switch Olarak MOSFET Nasıl Seçilir ?

Anahtar olarak MOSFET'i seçerken gözlemlenmesi gereken birkaç koşul vardır ve bunlar aşağıdaki gibidir:

P veya N kanalında polarite kullanımı
Maksimum çalışma voltajı ve akım değerleri derecesi
Arttırılmış Rds ON, bu, kanal tamamen açıkken Drain to Source terminalindeki direnç anlamına gelir.
Gelişmiş çalışma frekansı
Paketleme türü To-220 ve DPAck ve diğerleridir.

2). MOSFET Anahtar Verimliliği nedir?

MOSFET'i bir anahtarlama cihazı olarak çalıştırma sırasındaki ana kısıtlama, cihazın yapabileceği geliştirilmiş boşaltma akımı değeridir. Bu, AÇIK durumdaki RDS'nin MOSFET'in anahtarlama kapasitesine karar veren çok önemli bir parametre olduğu anlamına gelir. Boşaltma kaynağı voltajının boşaltma akımına oranı olarak temsil edilir. Yalnızca transistörün AÇIK durumunda hesaplanması gerekir.

3). Boost Converter'da MOSFET Switch Neden Kullanılır?

Genel olarak, bir yükseltici dönüştürücü, cihazın çalışması için bir anahtarlama transistörüne ihtiyaç duyar. Bu nedenle, anahtarlamalı transistör olarak MOSFET'ler kullanılmaktadır. Bu cihazlar akım değerini ve gerilim değerlerini bilmek için kullanılır. Ayrıca, anahtarlama hızı ve maliyeti göz önüne alındığında, bunlar yoğun bir şekilde kullanılmaktadır.

Aynı şekilde, MOSFET de birden çok şekilde kullanılabilir. ve bunlar

LED için bir anahtar olarak MOSFET
remove_circle_outline
Arduino için bir anahtar olarak MOSFET
AC yük için MOSFET anahtarı
DC motor için MOSFET anahtarı
Negatif voltaj için MOSFET anahtarı
Arduino ile anahtar olarak MOSFET
Mikrodenetleyicili bir anahtar olarak MOSFET
Histerezisli MOSFET anahtarı
Anahtar diyot ve aktif direnç olarak MOSFET
Anahtar denklemi olarak MOSFET
Airsoft için MOSFET anahtarı
Anahtar kapısı direnci olarak MOSFET
Anahtarlama solenoidi olarak MOSFET
Bir optocoupler kullanan MOSFET anahtarı
Histerezisli MOSFET anahtarı

MOSFET'in Anahtar Olarak Uygulanması

Bu cihazın en önemli örneklerinden biri, sokak ışıklarında otomatik parlaklık kontrolü olarak anahtar olarak kullanılmasıdır. Bugünlerde otoyollarda gözlemlediğimiz ışıkların çoğu yüksek yoğunluklu deşarj lambalarından oluşuyor. Ancak HID lambaları kullanmak daha fazla enerji tüketir.

Parlaklık ihtiyaca göre sınırlanamaz ve bu nedenle alternatif aydınlatma yöntemi için bir anahtar olması gerekir ve LED'dir. LED sistemi kullanmak, yüksek yoğunluklu lambaların dezavantajlarını ortadan kaldıracaktır. Bunun inşasının arkasındaki ana konsept, bir mikroişlemci kullanarak ışıkları doğrudan otoyollarda kontrol etmekti.

Switch olarak MOSFET Uygulaması

Bu sadece saat darbelerini değiştirerek elde edilebilir. Bu cihaz, ihtiyaca göre lambaları değiştirmek için kullanılır. Yönetmek için bir işlemciye dahil olduğu bir ahududu pi kartından oluşur. Burada HID'lerin yerine LED'ler ikame edilebilir ve bunların MOSFET üzerinden işlemci ile bağlantısı vardır. Mikrodenetleyici, ilgili görev döngülerini sunar ve ardından yüksek düzeyde yoğunluk sağlamak için MOSFET'e geçer.

Avantajlar

Avantajlardan birkaçı:

Minimum voltaj seviyelerinde çalışırken bile gelişmiş verimlilik sağlar
Kapı akımı yoktur, bu daha fazla giriş empedansı oluşturur ve bu da cihaz için daha yüksek anahtarlama hızı sağlar.
Bu cihazlar minimum güç seviyelerinde çalışabilir ve minimum akım kullanır

Dezavantajları

Dezavantajların birkaçı:

Bu cihazlar aşırı gerilim seviyelerinde çalıştırıldığında, cihazda dengesizlik yaratır.
Cihazların ince bir oksit tabakasına sahip olması nedeniyle, bu, elektrostatik yükler tarafından uyarıldığında cihaza zarar verebilir.

Başvurular

MOSFET'in uygulamaları

MOSFET'ten yapılan amplifikatörler, kapsamlı frekans uygulamalarında son derece kullanılmaktadır.
DC motorlar için düzenleme bu cihazlar tarafından sağlanmaktadır
Bunlar gelişmiş anahtarlama hızlarına sahip oldukları için, kıyıcı amplifikatörlerin yapımı için mükemmeldir.
Çeşitli elektronik elemanlar için pasif bir bileşen olarak işlev görür.

Sonunda, transistörün akım gerektirdiği, MOSFET'in ise bir voltaj gerektirdiği sonucuna varılabilir. MOSFET için sürüş gereksinimi, bir BJT'ye kıyasla çok daha iyi, çok daha basit. Ve ayrıca biliyorum Mosfet'i bir anahtara nasıl bağlarım?

Fotoğrafa katkı verenler