الترانزستور ذو التأثير الميداني لأكسيد المعادن أو أشباه الموصلات موسفيت هو جهاز يتم التحكم فيه بالجهد يتم إنشاؤه مع أطراف مثل المصدر والصرف والبوابة والجسم لتضخيم أو تبديل الفولتية داخل الدوائر ، كما يستخدم على نطاق واسع في الدوائر المتكاملة للتطبيقات الرقمية. تستخدم هذه أيضًا في الدوائر التناظرية مثل مكبرات الصوت والمرشحات. تم تصميم MOSFETs بشكل أساسي للتغلب على عيوب حقائق مثل مقاومة التصريف العالية ، ومقاومة المدخلات المعتدلة والتشغيل البطيء. MOSFETs نوعان من وضع التحسين ووضع النضوب. تتناول هذه المقالة أحد أنواع MOSFET وهي وضع استنفاد MOSFET - أنواع العمل مع التطبيقات.
ما هو وضع النضوب MOSFET؟
يُعرف MOSFET الذي يتم تشغيله عادةً دون تطبيق أي جهد بوابة عند الاتصال باسم وضع النضوب MOSFET. في هذا MOSFET ، يكون تدفق التيار من طرف الصرف إلى المصدر. يُعرف هذا النوع من MOSFET أيضًا بالطريقة العادية على الجهاز.
بمجرد تطبيق الجهد عند بوابة بوابة MOSFET ، سيصبح الصرف إلى قناة المصدر أكثر مقاومة. عندما يعزز جهد مصدر البوابة أكثر ، سيقل تدفق التيار من الصرف إلى المصدر حتى يتوقف تدفق التيار من الصرف إلى المصدر.
يرجى الرجوع إلى هذا الرابط لمعرفة المزيد عن MOSFET كمفتاح
وضع النضوب رمز MOSFET
يتم عرض رموز وضع النضوب MOSFET للقناة p و n-channel أدناه. في هذه MOSFETs ، تمثل رموز الأسهم نوع MOSFET مثل P-type أو N. إذا كان رمز السهم في الاتجاه الداخلي ، فهو عبارة عن قناة n وإذا كان رمز السهم في الخارج ، فهو عبارة عن قناة p.
كيف يعمل وضع النضوب MOSFET؟
يتم تنشيط نضوب MOSFET افتراضيًا. هنا ، يتم توصيل محطات المصدر والصرف فعليًا. لفهم عمل MOSFET ، دعنا نفهم أنواع نفاذ MOSFET.
أنواع وضع النضوب MOSFET
ال وضع النضوب هيكل MOSFET يختلف حسب النوع. MOSFETs نوعان من وضع استنفاد p-channel و n- وضع استنفاد القناة. لذلك ، تتم مناقشة كل نوع من هيكل MOSFET لوضع النضوب وعمله أدناه.
N- قناة نضوب MOSFET
يتم عرض هيكل N-Channel Depletion MOSFET أدناه. في هذا النوع من النضوب MOSFET ، يتم توصيل المصدر والصرف بشريط صغير من أشباه الموصلات من النوع N. الركيزة المستخدمة في هذا MOSFET هي أشباه موصلات من النوع P والإلكترونات هي حاملات الشحنة الأغلبية في هذا النوع من MOSFET. هنا ، يتم تناول المصدر والصرف بشكل كبير.
وضع استنفاد N- قناة MOSFET هو نفسه بالمقارنة مع وضع التعزيز n قناة MOSFET باستثناء عملها غير متماثل. تتكون الفجوة بين المصدر ومحطات الصرف من شوائب من النوع n.
عندما نطبق فرقًا محتملاً بين كل من المحطات مثل المصدر والصرف ، يتدفق التيار في جميع أنحاء المنطقة n بأكملها من الركيزة. عندما يتم تطبيق جهد سلبي عند طرف بوابة MOSFET ، فإن حاملات الشحنة مثل الإلكترونات سوف تتنافر وتنقل إلى أسفل داخل المنطقة n تحت الطبقة العازلة. لذلك سيحدث استنفاد حامل الشحن داخل القناة.
وبالتالي ، يتم تقليل الموصلية الكلية للقناة. في هذه الحالة ، بمجرد تطبيق نفس الجهد عند محطة GATE ، سينخفض تيار التصريف. بمجرد زيادة الجهد السالب ، يصل إلى وضع قرصة قبالة .
هنا استنزاف الحالي يتم التحكم فيه عن طريق تغيير استنفاد حاملات الشحنة داخل القناة لذلك يسمى هذا نضوب MOSFET . هنا ، محطة الصرف في إمكانات a + ve ، وتكون محطة البوابة في إمكانات a -ve والمصدر عند احتمال '0'. وبالتالي ، فإن تباين الجهد بين الصرف والبوابة مرتفع مقارنةً من المصدر إلى البوابة ، وبالتالي فإن عرض طبقة النضوب مرتفع للتصريف مقارنةً بنهاية المصدر.
MOSFET استنفاد القناة P
في استنفاد قناة P MOSFET ، يربط شريط صغير من أشباه الموصلات من النوع P المصدر والصرف. المصدر والصرف من أشباه الموصلات من النوع P والركيزة من أشباه الموصلات من النوع N. غالبية ناقلات الشحن عبارة عن ثقوب.
إن بناء MOSFET لاستنفاد القناة p هو معاكس تمامًا لوضع استنفاد القناة n MOSFET. يتضمن هذا MOSFET قناة تم إنشاؤها بين المصدر ومنطقة الصرف وهو مخدر بشدة شوائب من النوع p. لذلك ، في MOSFET هذا ، يتم استخدام الركيزة من النوع n والقناة من النوع p كما هو موضح في الرسم التخطيطي.
بمجرد أن نطبق جهد + ve في محطة بوابة MOSFET ، فإن ناقلات الشحنة الأقلية مثل الإلكترونات في المنطقة من النوع p سوف تنجذب بسبب العمل الكهروستاتيكي وتشكيل أيونات شائبة سالبة ثابتة. لذلك سوف تتشكل منطقة استنفاد داخل القناة وبالتالي ، يتم تقليل موصلية القناة. بهذه الطريقة ، يتم التحكم في تيار التصريف عن طريق تطبيق الجهد الكهربي + الخامس عند طرف البوابة.
بمجرد أن نطبق جهد + ve في محطة بوابة MOSFET ، فإن ناقلات الشحنة الأقلية مثل الإلكترونات في المنطقة من النوع p سوف تنجذب بسبب العمل الكهروستاتيكي وتشكيل أيونات شائبة سالبة ثابتة. لذلك سوف تتشكل منطقة استنفاد داخل القناة وبالتالي ، يتم تقليل موصلية القناة. بهذه الطريقة ، يتم التحكم في تيار التصريف عن طريق تطبيق الجهد الكهربي + الخامس عند طرف البوابة.
لتنشيط هذا النوع من MOSFET من نوع النضوب ، يجب أن يكون جهد البوابة 0 فولت وأن تكون قيمة تيار التصريف كبيرة بحيث يكون الترانزستور في المنطقة النشطة. لذلك ، مرة أخرى لتشغيل هذا MOSFET ، يتم إعطاء الجهد + الخامس عند طرف المصدر. لذلك مع وجود جهد إيجابي كافٍ وعدم وجود جهد مطبق في طرف القاعدة ، ستكون هذه MOSFET في أقصى عملية تشغيل ولها تيار عالٍ.
لإلغاء تنشيط MOSFET لاستنفاد قناة P ، هناك طريقتان يمكنك من خلالهما قطع الجهد الموجب للانحياز ، والذي يعمل على تشغيل الصرف وإلا يمكنك تطبيق جهد كهربائي على طرف البوابة. بمجرد توفير جهد a -ve لطرف البوابة ، سينخفض التيار. عندما يصبح جهد البوابة أكثر سالبة ، ينخفض التيار حتى القطع ، ثم تكون MOSFET في حالة 'إيقاف التشغيل'. لذلك ، هذا يوقف مصدر كبير لتصريف التيار.
لذلك ، بمجرد توفير المزيد من الجهد لطرف بوابة MOSFET هذا ، فإن هذا MOSFET سيجري تيارًا أقل وأقل سيكون موجودًا عبر محطة استنزاف المصدر. بمجرد أن يصل جهد البوابة إلى عتبة جهد معينة ، فإنه يقوم بإيقاف تشغيل الترانزستور. لذا ، يعمل الجهد الكهربي على إيقاف تشغيل الترانزستور.
صفات
ال خصائص استنزاف MOSFET تمت مناقشتها أدناه.
خصائص استنزاف قناة N نفاذ MOSFET
يتم عرض خصائص استنزاف n قناة MOSFET أدناه. يتم رسم هذه الخصائص بين VDS و IDSS. عندما نواصل زيادة قيمة VDS ، سيزداد المعرف. بعد جهد معين ، سيصبح معرف تيار التصريف ثابتًا. تسمى القيمة الحالية للتشبع لـ Vgs = 0 IDSS.
عندما يكون الجهد المطبق سالبًا ، فإن هذا الجهد عند طرف البوابة سيدفع حاملات الشحنة مثل الإلكترونات إلى الركيزة. وأيضًا ستجذب هذه الإلكترونات الثقوب الموجودة داخل هذا النوع من الركيزة. لذلك بسبب هذا الجهد ، سيتم إعادة تجميع الإلكترونات داخل القناة مع الثقوب. سيعتمد معدل إعادة التركيب على الجهد السالب المطبق.
بمجرد زيادة هذا الجهد السالب ، سيزداد معدل إعادة التركيب أيضًا مما يقلل من الرقم. من الإلكترونات المتاحة داخل هذه القناة وسوف تقلل من تدفق التيار بشكل فعال.
عندما نلاحظ الخصائص المذكورة أعلاه ، يُلاحظ أنه عندما تصبح قيمة VGS أكثر سلبية ، فإن تيار التصريف سينخفض. عند جهد معين ، سيصبح هذا الجهد السالب صفراً. يُعرف هذا الجهد بجهد الضغط.
تعمل MOSFET أيضًا مع الجهد الموجب ، لذلك عندما نطبق الجهد الموجب عند طرف البوابة ، ستنجذب الإلكترونات إلى قناة N. لذلك لا. من الإلكترونات داخل هذه القناة سوف تزداد. لذلك سيزداد التدفق الحالي داخل هذه القناة. لذلك بالنسبة لقيمة Vgs الإيجابية ، سيكون المعرف أكثر من IDSS.
خصائص التحويل لـ N قناة نضوب MOSFET
يتم عرض خصائص نقل استنفاد قناة N MOSFET أدناه والتي تشبه JFET. تحدد هذه الخصائص العلاقة الرئيسية بين المعرف و VGS لقيمة VDS الثابتة. بالنسبة لقيم VGS الإيجابية ، يمكننا أيضًا الحصول على قيمة المعرف.
نتيجة لذلك ، فإن منحنى الخصائص سوف يمتد إلى الجانب الأيمن. عندما تكون قيمة VGS موجبة ، لا. من الإلكترونات داخل القناة سوف تزداد. عندما يكون VGS موجبًا ، فهذه المنطقة هي منطقة التحسين. وبالمثل ، عندما يكون VGS سالبًا ، تُعرف هذه المنطقة باسم منطقة النضوب.
يمكن التعبير عن العلاقة الرئيسية بين المعرف و Vgs من خلال ID = IDSS (1-VGS / VP) ^ 2. باستخدام هذا التعبير ، يمكننا إيجاد قيمة المعرف لـ Vgs.
خصائص استنزاف قناة P نضوب MOSFET
تظهر خصائص استنزاف قناة P MOSFET أدناه. هنا ، جهد VDS سالب والجهد Vgs موجب. بمجرد أن نستمر في زيادة Vgs ، فإن Id (تيار التصريف) سينخفض. عند جهد الضغط ، سيصبح هذا المعرف (تيار التصريف) صفراً. بمجرد أن يكون VGS سالبًا ، ستكون قيمة المعرف أعلى من IDSS.
خصائص التحويل لقناة P نفاذ MOSFET
يتم عرض خصائص نقل استنفاد قناة P MOSFET أدناه وهي صورة طبق الأصل لخصائص نقل MOSFET لاستنفاد قناة n. هنا يمكننا أن نلاحظ أن تيار التصريف يتحسن في منطقة VGS الإيجابية من نقطة الانقطاع حتى IDSS ، ثم يستمر في الزيادة عندما تزداد قيمة VGS السلبية.
التطبيقات
تشمل تطبيقات استنفاد MOSFET ما يلي.
- يمكن استخدام MOSFET المستنفد هذا في مصدر التيار المستمر ودوائر التنظيم الخطية كملف تمرير الترانزستور .
- تستخدم على نطاق واسع في دائرة إمداد الطاقة المساعدة لبدء التشغيل.
- عادة ، يتم تشغيل وحدات MOSFET عندما لا يتم تطبيق أي جهد ، مما يعني أنها تستطيع توصيل التيار في الظروف العادية. وبالتالي يتم استخدام هذا في دوائر المنطق الرقمي كمقاوم تحميل.
- هذه تستخدم لدارات flyback داخل PWM ICs.
- تُستخدم هذه في محولات الاتصالات ومرحلات الحالة الصلبة وغيرها الكثير.
- يتم استخدام MOSFET داخل دوائر كنس الجهد ، ودوائر مراقبة التيار ، ودوائر قيادة صفيف LED ، وما إلى ذلك.
وبالتالي ، هذه نظرة عامة على وضع النضوب MOSFET - العمل مع التطبيقات. هذا سؤال لك ، ما هو وضع التحسين MOSFET؟
