Was ist MOSFET: Funktionieren und seine Anwendungen

MOSFET ist ein Metalloxid-Halbleiter, der zur Kategorie der Feldeffekttransistoren (FET) gehört. Diese Transistoren werden häufig für verschiedene Anwendungen im Zusammenhang mit der Verstärkung und dem Schalten von Geräten verwendet. Aufgrund ihrer Herstellung sind MOSFETs in kleineren Größen erhältlich. Es besteht aus Source, Drain, Gate und dem Substrat des Transistors als Anschlüsse. Für analoge oder digitale Schaltungen ist dieser Transistor der weithin bevorzugte Transistor. Basierend auf der Variation in der Breite des Verarmungsbereichs und dem Fluss der Hauptkonzentration der Träger wird die Funktionsweise des MOSFET in Verarmungstyp und Anreicherungstyp klassifiziert. Was ist ein MOSFET? Ein FET, dessen Gate-Anschluss vom Substrat isoliert ist, das entweder aus p-Typ- oder n-Typ-Material besteht, wird als Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor bezeichnet. Der Gate-Anschluss, ein Metallstück, ist durch Material wie Siliziumdioxid (SiO02) isoliert. Die Funktionsweise dieser MOSFETs hängt von der Ladungsleitung durch die Kanäle basierend auf der Gate-Source-Spannung ab. Arten von MOSFETs: Basierend auf den Kanaltypen werden sie zunächst in p-Kanal- oder n-Kanal-MOSFETs eingeteilt. Durch das Vorhandensein des Kanals im Transistor kann der MOSFET in zwei verschiedenen Modi arbeiten. Wenn der Kanal vorhanden ist und nach Bereitstellung der Vorspannung zu leiten beginnt, wird dies als Verarmungsmodus bezeichnet. Aufgrund der Vorspannung, wenn der Kanal erstellt wird und dann die Leitung beginnt, wird dies als Enhancement-Modus bezeichnet.(1) Enhancement-Modus Durch das Anlegen der Spannung wechselt das Gerät in den EIN-Modus, der als Enhancement-Modus bezeichnet wird. Im Allgemeinen ist es für seine Eigenschaften bekannt, die denen eines offenen Schalters ähneln.(2) Erschöpfungsmodus: In diesem Modus schaltet das Gerät durch Anlegen der Spannung in den AUS-Modus. Daher entsprechen diese Moduseigenschaften dem geschlossenen Schalter. MOSFET-Symbol Das Symbol des MOSFET besteht aus den Anschlüssen und der Darstellung der Kanäle, basierend auf dem Zustand der Vorspannung und der Art und Weise, wie der Kanal darauf reagiert, wodurch das Gerät den Fluss der Ladungsträger leitet. Die Pfeilrichtung in den folgenden Symbolen gibt die Richtung des Ladungsträgerflusses an. Beim N-Kanal-Typ fließt es nach außen zum Gate und beim P-Kanal-Typ nach innen vom Gate-Anschluss weg. Symbole für N-Kanal-Verarmungs- und -AnreicherungstypenStruktur des MOSFETDie Struktur des MOSFET hängt stark vom Einfluss der Mehrheit der Ladungsträger ab. Daher ist der Entwurf dieser Art von Struktur im Vergleich zur Struktur des JFET recht schwierig. Die Bildung des elektrischen Feldes in diesem MOSFET, entweder Verstärkung oder Verarmung, hängt vollständig von der am Anschlussgate angelegten Spannung ab, die wiederum vom Kanal abhängt. Wenn es sich um einen p-Kanal handelt, besteht der Großteil der Ladungsträgerkonzentration aus Löchern, und beim n-Typ besteht der Großteil der Ladungsträgerkonzentration aus Elektronen. Basierend auf der am Anschluss-Gate angelegten Vorspannung leitet der Transistor. Wenn keine leitende Spannung vorhanden ist, bleibt es in diesem Fall im nicht leitenden Zustand. Daher werden diese im Allgemeinen beim Schalten von Geräten bevorzugt, da sie dafür sorgen, dass das Gerät basierend auf der Vorspannung ein- oder ausgeschaltet wird. Schwellenspannung Die Spannung, die zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss angelegt wird, bei der das Gerät ein- oder ausgeschaltet wird, wird als Schwellenspannung bezeichnet Sie wird auch als Gate-Spannung bezeichnet. MOSFET-Arbeitsweise Die MOSFET-Arbeitsweise hängt stark vom zwischen den Anschlüssen vorhandenen Kanal ab. Das Vorhandensein eines p-Typ-Kanals ermöglicht die Transistorleitung aufgrund seiner Mehrheitsladungsträger, die als Löcher bezeichnet werden. Im n-Typ-Kanal basiert die Leitfähigkeit des Transistors auf der Mehrheitsladungskonzentration, die als Elektronen bezeichnet wird.(1) P-Kanal Bei diesem MOSFET-Typ sind Source und Drain hoch mit einem p-Typ-Material dotiert, und das haben sie auch sehr leicht dotiertes n-Typ-Substrat. Wenn der Raum zwischen Drain und Source mit p-Typ-Verunreinigungen dotiert ist, der zu einem Kanal zwischen Source und Drain wird, handelt es sich um einen Verarmungsmodus-MOSFET vom P-Typ, und wenn der Kanal zwischen Drain und Source durch die Anwendung von gebildet wird Wenn die Gate-Spannung ansteigt, handelt es sich um einen P-Typ-Anreicherungsmodus-MOSFET. Der P-Kanal-Anreicherungsmodus funktioniert. Hier beginnt das Gerät zu leiten, wenn eine negative Spannung an den Gate-Anschluss angelegt wird. Wenn eine negative Spannung an alle Löcher angelegt wird, die Minoritätsträger im n-Typ sind, bewegen sie sich in Richtung des Gate-Anschlusses. Aber auf seinem Weg verbinden sich einige von ihnen mit einigen der Elektronen, die Minoritätsträger im p-Typ-Drain und -Source sind. Aber bei einer bestimmten Spannung, die als Schwellenspannung bekannt ist, können die Löcher die Rekombination überwinden, was zur Bildung des Kanals zwischen Drain und Source führt. Wenn unter dieser Bedingung eine negative Spannung an den Drain-Anschluss angelegt wird, beginnt das Gerät zu leiten. Da der hier gebildete Kanal aus Löchern besteht, wird er als P-Kanal-Enhancement-MOSFET bezeichnet.  P-Channel Enhancement MOSFETP-Channel Depletion Mode WorkingIn diesem Modus, wenn die Gatespannung Null ist und eine negative Spannung zwischen dem Drain und der Source angelegt wird, bewegen sich die Löcher aufgrund der negativen Spannung in Richtung des Drains und das Gerät beginnt zu leiten. Wenn eine positive Spannung an den Gate-Anschluss angelegt wird, werden die Löcher im p-Kanal in Richtung des N-Typ-Substrats gedrückt und beginnen die Rekombination mit den Elektronen im N-Typ-Substrat. Mit steigender Spannung nimmt die Zahl der Rekombinationen zu und dies führt zur Verarmung der Ladungsträger (Löcher), was zu einer Verringerung des Drainstroms führt. Bei einer bestimmten positiven Spannung des Gate-Anschlusses hört das Gerät auf zu leiten, diese Spannung wird als Abschnürspannung bezeichnet. Wenn eine negative Spannung an den Gate-Anschluss angelegt wird, bewegen sich die Löcher, die die Minoritätsträger im n-Typ-Substrat sind, direkt in Richtung des Kanals, als Ergebnis beginnt der Drain-Strom zu steigen. Wenn die negative Spannung des Gate-Anschlusses ansteigt, steigt auch der Drain-Strom. Diese Region wird als Enhancement-Region bezeichnet. P-Kanal-Depletion-MOSFET Die Variation in der Breite der Bereiche wirkt sich auf die Leitfähigkeit des Transistors aus. Aus diesem Grund wird er als p-Kanal-MOSFET vom Verarmungstyp bezeichnet. (2) N-Kanal In einem N-Typ-MOSFET bestehen Source und Drain aus hochdotiertem N-Typ-Material und einem leicht dotierten P-Typ-Substrat. Basierend auf der Art und Weise, wie der Kanal gebildet wird, werden diese auch als Anreicherungs- und Verarmungstyp von MOSFETs klassifiziert. N-Kanal-Anreicherungsmodus funktioniert hier. Die positive Polarität der Spannung wird hier berücksichtigt, da der N-Kanal aus den meisten Ladungsträgern als Elektronen besteht. Der Betrieb ist ähnlich wie bei einem p-Typ-MOSFET, mit der Ausnahme, dass das Gerät zu leiten beginnt, wenn eine positive Spannung an den Gate-Anschluss angelegt wird. Wenn die positive Spannung am Gate-Anschluss bei einer bestimmten Schwellenspannung ansteigt, bildet sich ein Drain- und Source-Kanal. Wenn unter dieser Bedingung eine positive Spannung zwischen Drain und Source angelegt wird, beginnt das Gerät zu leiten.N-Kanal-Verstärkungs-MOSFETN-Kanal-Verarmungsmodus Dieser Betriebsmodus ähnelt dem P-Typ-Verarmungsmodus, außer dass der Drain-Source-Anschluss in Durchlassrichtung vorgespannt sein sollte und eine positive Spannung an den Gate-Anschluss angelegt werden sollte, damit der Strom fließen kann vom Abfluss zur Quelle. Wenn eine negative Spannung angelegt wird, werden die Hauptladungsträger zum Substrat abgestoßen und verbinden sich mit den Elektronen, was zur Verarmung der Hauptladungsträger im Kanal und damit zu einer Verringerung des Drainstroms führt. Bei einer bestimmten negativen Spannung wird der Drainstrom null. Diese Spannung wird Abschnürspannung genannt. Daher ist dieser MOSFET-Typ als N-Kanal-MOSFET vom Verarmungstyp bekannt.N-Kanal-Verarmungs-MOSFETDer Anreicherungsmodus ist bekannt für seine Eigenschaften basierend auf der angelegten Spannung, während die Verarmung auf der Variation seiner Breite des Verarmungsgebiets basiert.MOSFET-EigenschaftenDie Eigenschaften des MOSFET hängen auch von den Verarmungs- und den Anreicherungsmodi ab.Verbesserung Moduseigenschaften Der am meisten bevorzugte Transistor in einem MOSFET ist vom Anreicherungstyp. Bei diesem Typ ist keine Leitung zu sehen, wenn die Spannung an den Gate- und Source-Anschlüssen Null ist. Wenn die Spannung den Schwellenwert erreicht, steigt die Leitfähigkeit tendenziell an. Eigenschaften des Verarmungsmodus In diesem Modus hängt die Breite dieses Verarmungsbereichs von der angelegten Spannung am Anschluss-Gate ab. Wird sie um die betrachtete positive Polarität erhöht, so ist diese Zunahme in der Breite des Verarmungsbereichs zu erkennen. Diese Art eines Transistors wird während des Entwurfs der elektronischen Schaltung sehr selten bevorzugt.IV Charakteristik von N-Kanal-MOSFETMOSFET-AnwendungenDie Anwendungen des MOSFET sind in Bezug auf die Elektronik umfangreich(1) Die Schaltfolge der auf den Schwellenwert basierenden Bauelemente lässt den MOSFET als Schalter arbeiten. Basierend auf den Kanälen kann die Polarität der Vorspannung variieren. (2) Durch die Anwendung der Pulsweitenmodulationstechnik (PWM) kann die Bewegung der Motoren wie DC, Stepper, etc… gesteuert werden. (3) Die aus diesen Geräten konstruierten Verstärker werden sowohl in den Systemen der Klänge als auch in den Hochfrequenzsystemen verwendet. (4) Der Schaltvorgang führt zur Ausnutzung der Schaltkreise des Zerhackers. Dabei wird der Wert der Gleichspannungen in die Wechselspannung umgewandelt, indem die Amplituden gleich hoch gehalten werden. (5) Wenn der Verarmungsbereich des MOSFET in der Konfiguration des Sourcefolgers ausgebildet ist, werden diese Schaltungen als Spannungsregler im linearen Modus verwendet. (6) Als Quellen, die den konstanten Wert des Stroms liefern, werden diese Transistoren verwendet. (7) Um den Strom oder den Wert der Spannung auf einen hohen Pegel zu treiben, werden diese in den Schaltungen von Oszillatoren oder Mischern bevorzugt. (8) Dies sind die Transistoren mit der Impedanz auf hohem Niveau und besitzen die Schaltgeschwindigkeit auf einem hohen Niveau zu sein. Aufgrund dieser Eigenschaften werden diese für digitale Elektronik bevorzugt. (9) Es wird in verschiedenen Arten von Tonsystemen in Automobilen und den verstärkten Tonsystemen bevorzugt. (10) Diese werden beim Design der Rechner bevorzugt. Daher sind die oben genannten einige der verschiedenen Anwendungen des MOSFET. Bitte besuchen Sie diesen Link, um mehr über MOSFET-MCQs zu erfahren. Auf diese Weise werden die Arten von MOSFETs besprochen. Obwohl es ein komplexeres Design als JFET hat, wird es in der analogen und digitalen Elektronik bevorzugt. Dies hat die Eigenschaften, die für das enorme technologische Wachstum verantwortlich sind. Können Sie jetzt basierend auf der Beschreibung ein Beispiel für eine Anwendung geben, die JFET verwendet, aber später durch den MOSFET ersetzt hat?

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