MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 트랜지스터는 스위칭 목적 및 전자 장치의 전자 신호 증폭에 널리 사용되는 반도체 장치입니다. MOSFET은 장치가 매우 작은 크기로 제공되기 때문에 단일 칩으로 설계 및 제작되는 코어 또는 집적 회로입니다. MOSFET 장치의 도입으로 인해 전자 장치에서 전환 . 이 개념에 대해 자세히 설명하겠습니다.

MOSFET이란?

MOSFET은 소스 (S), 게이트 (G), 드레인 (D) 및 본체 (B) 단자가있는 4 단자 장치입니다. 일반적으로 MOSFET의 본체는 소스 단자와 연결되어 전계 효과 트랜지스터와 같은 3 단자 장치를 형성합니다. MOSFET은 일반적으로 트랜지스터로 간주되며 아날로그 및 디지털 회로에 모두 사용됩니다. 이것이 기본입니다 MOSFET 소개 . 이 장치의 일반적인 구조는 다음과 같습니다.

MOSFET

위에서 MOSFET 구조 , MOSFET의 기능은 캐리어 (정공 또는 전자)의 흐름과 함께 채널 폭에서 발생하는 전기적 변화에 따라 달라집니다. 전하 캐리어는 소스 단자를 통해 채널로 들어가고 드레인을 통해 나갑니다.

채널의 너비는 게이트라고하는 전극의 전압에 의해 제어되며 소스와 드레인 사이에 있습니다. 매우 얇은 금속 산화물 층 근처의 채널로부터 절연되어 있습니다. 장치에 존재하는 MOS 용량은 전체 작업이이를 가로 지르는 중요한 부분입니다.

단자가있는 MOSFET

MOSFET은 두 가지 방식으로 작동 할 수 있습니다.

고갈 모드
강화 모드

고갈 모드

게이트 터미널에 전압이 없으면 채널은 최대 컨덕턴스를 보여줍니다. 게이트 단자의 전압이 양 또는 음이면 채널 전도도가 감소합니다.

예를 들어

강화 모드

게이트 단자에 전압이 없으면 장치가 전도되지 않습니다. 게이트 단자에 최대 전압이있을 때 장치는 향상된 전도도를 보여줍니다.

강화 모드

MOSFET의 작동 원리

MOSFET 장치의 주요 원리는 소스와 드레인 단자 사이의 전압 및 전류 흐름을 제어 할 수 있다는 것입니다. 스위치처럼 작동하며 장치의 기능은 MOS 커패시터를 기반으로합니다. MOS 커패시터는 MOSFET의 주요 부분입니다.

소스와 드레인 단자 사이에 위치한 산화층 아래의 반도체 표면은 각각 양 또는 음의 게이트 전압을인가함으로써 p 형에서 n 형으로 반전 될 수 있습니다. 양의 게이트 전압에 반발력을 가하면 산화물 층 아래에있는 구멍이 기판과 함께 아래쪽으로 밀려납니다.

억 셉터 원자와 관련된 결합 된 음전하로 채워진 고갈 영역. 전자에 도달하면 채널이 개발됩니다. 양의 전압은 또한 n + 소스 및 드레인 영역에서 채널로 전자를 끌어들입니다. 이제 드레인과 소스 사이에 전압이 가해지면 전류가 소스와 드레인 사이에 자유롭게 흐르고 게이트 전압이 채널의 전자를 제어합니다. 양의 전압 대신 음의 전압을 적용하면 산화물 층 아래에 홀 채널이 형성됩니다.

MOSFET 블록 다이어그램

P 채널 MOSFET

P- 채널 MOSFET에는 소스와 드레인 단자 사이에 P- 채널 영역이 있습니다. 게이트, 드레인, 소스 및 바디로 터미널이있는 4 단자 장치입니다. 드레인 및 소스는 고농도로 도핑 된 p + 영역이며 본체 또는 기판은 n 형입니다. 전류의 흐름은 양전하 구멍의 방향입니다.

게이트 단자에 반발력으로 음의 전압을 가하면 산화물 층 아래에 존재하는 전자가 기판으로 아래로 밀려납니다. 공여자 원자와 관련된 결합 된 양전하로 채워진 고갈 영역. 네거티브 게이트 전압은 또한 p + 소스 및 드레인 영역에서 채널 영역으로 홀을 끌어 당깁니다.

고갈 모드 P 채널

P 채널 확장 모드

N- 채널 MOSFET

N 채널 MOSFET에는 소스와 드레인 단자 사이에 N 채널 영역이 있습니다. 게이트, 드레인, 소스, 바디 등의 단자를 갖는 4 단자 장치입니다. 이 유형의 전계 효과 트랜지스터에서 드레인과 소스는 n + 영역이 많이 도핑되고 기판 또는 본체는 P 유형입니다.

이 유형의 MOSFET에서 전류 흐름은 음으로 하전 된 전자 때문에 발생합니다. 게이트 단자에 반발력으로 양의 전압을 적용하면 산화물 층 아래에 존재하는 구멍이 기판으로 아래로 밀려납니다. 고갈 영역은 수용체 원자와 관련된 결합 된 음전하로 채워집니다.

전자가 도달하면 채널이 형성됩니다. 양의 전압은 또한 n + 소스 및 드레인 영역에서 채널로 전자를 끌어들입니다. 이제 드레인과 소스 사이에 전압이인가되면 전류는 소스와 드레인 사이에서 자유롭게 흐르고 게이트 전압은 채널의 전자를 제어합니다. 음의 전압을 적용하면 양의 전압 대신에 산화물 층 아래에 홀 채널이 형성됩니다.

“수정된 사인파를 순수한 사인파로 변환 ”

강화 모드 N 채널

MOSFET 작동 영역

가장 일반적인 시나리오에서이 장치의 작동은 주로 세 지역에서 발생하며 다음과 같습니다.

차단 지역 – 장치가 OFF 상태에 있고이를 통해 전류가 흐르지 않는 영역입니다. 여기에서 장치는 기본 스위치로 작동하며 전기 스위치로 작동해야 할 때 사용됩니다.
포화 영역 – 이 영역에서 디바이스는 드레인에서 소스로의 전압 향상을 고려하지 않고 드레인에서 소스로의 전류 값을 일정하게 유지합니다. 이는 드레인-소스 단자의 전압이 핀치 오프 전압 값보다 더 많이 증가 할 때 한 번만 발생합니다. 이 시나리오에서 디바이스는 드레인에서 소스 단자까지 포화 된 전류 레벨이 흐르는 폐쇄 형 스위치로 작동합니다. 이로 인해 장치가 스위칭을 수행해야 할 때 포화 영역이 선택됩니다.
선형 / 옴 영역 – 이는 드레인-소스 단자를 가로 지르는 전류가 드레인-소스 경로를 가로 지르는 전압의 증가에 따라 향상되는 영역입니다. MOSFET 장치가이 선형 영역에서 작동하면 증폭기 기능을 수행합니다.

이제 MOSFET의 스위칭 특성을 고려해 보겠습니다.

MOSFET 또는 Bipolar Junction Transistor와 같은 반도체도 기본적으로 하나는 ON 상태이고 다른 하나는 OFF 상태 인 두 가지 시나리오에서 스위치로 작동합니다. 이 기능을 고려하기 위해 MOSFET 장치의 이상적이고 실용적인 특성을 살펴 보겠습니다.

이상적인 스위치 특성

MOSFET이 이상적인 스위치로 작동해야하는 경우 아래 속성을 유지해야하며

ON 상태에서 전달하는 전류 제한이 있어야합니다.
OFF 상태에서 차단 전압 레벨은 어떤 종류의 제한도 유지해서는 안됩니다.
장치가 ON 상태에서 작동 할 때 전압 강하 값은 null이어야합니다.
OFF 상태의 저항은 무한해야합니다.
작동 속도에 제한이 없어야합니다.

실용적인 스위치 특성

세계가 이상적인 애플리케이션에만 집착하는 것이 아니기 때문에 MOSFET의 기능은 실용적인 목적에도 적용 할 수 있습니다. 실제 시나리오에서 장치는 다음 속성을 유지해야합니다.

ON 상태에서는 전력 관리 기능이 제한되어야하므로 전도 전류의 흐름을 제한해야합니다.
OFF 상태에서 차단 전압 레벨은 제한되지 않아야합니다.
유한 시간 동안 켜고 끄면 장치의 제한 속도가 제한되고 기능 주파수도 제한됩니다.
MOSFET 장치의 ON 상태에서는 포워딩 바이어스에서 전압 강하가 발생하는 최소 저항 값이 있습니다. 또한 역 누설 전류를 전달하는 유한 한 OFF 상태 저항이 있습니다.
장치가 실제 특성에서 작동하면 ON 및 OFF 상태에서 전원이 손실됩니다. 이것은 전환 상태에서도 발생합니다.

스위치로서의 MOSFET의 예

아래의 회로 배열에서 향상된 모드와 N- 채널 MOSFET은 ON 및 OFF 조건으로 샘플 램프를 전환하는 데 사용됩니다. 게이트 단자의 양의 전압이 트랜지스터의베이스에 적용되고 램프가 ON 상태로 이동하고 여기서 V_GS= + v 또는 제로 전압 레벨에서 장치는 V_GS= 0.

“배터리 충전기 회로를 만드는 방법 ”

스위치로서의 MOSFET

램프의 저항 부하가 유도 부하로 교체되고 부하에 보호되는 릴레이 또는 다이오드에 연결되는 경우. 위의 회로에서 램프 또는 LED와 같은 저항 부하를 전환하기위한 매우 간단한 회로입니다. 그러나 유도 성 부하 또는 용량 성 부하가있는 스위치로 MOSFET을 사용하는 경우 MOSFET 장치에 대한 보호가 필요합니다.

MOSFET이 보호되지 않은 경우 장치가 손상 될 수 있습니다. MOSFET이 아날로그 스위칭 장치로 작동하려면 컷오프 영역 사이에서 전환되어야합니다._GS= 0 및 포화 영역 V_GS= + v.

비디오 설명

MOSFET은 트랜지스터로도 작동 할 수 있으며 Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor로 약칭됩니다. 여기에서 이름 자체는 장치가 트랜지스터로 작동 할 수 있음을 나타냅니다. P 채널과 N 채널이 있습니다. 이 장치는 4 개의 소스, 게이트 및 드레인 단자를 사용하는 방식으로 연결되고 24Ω의 저항 부하가 전류계와 직렬로 연결되고 전압계가 MOSFET에 연결됩니다.

트랜지스터에서 게이트의 전류 흐름은 양의 방향이고 소스 단자는 접지에 연결됩니다. 바이폴라 접합 트랜지스터 장치의 경우 전류 흐름은베이스-이미 터 경로를 가로지 릅니다. 그러나이 장치에서는 게이트 시작 부분에 커패시터가 있기 때문에 전류가 흐르지 않고 전압 만 필요합니다.

이것은 시뮬레이션 프로세스를 진행하고 ON / OFF를 전환하여 발생할 수 있습니다. 스위치가 켜져 있으면 회로에 전류가 흐르지 않고 24Ω의 저항과 0.29 전류계 전압이 연결되면이 장치에 + 0.21V가 있기 때문에 소스에서 무시할 수있는 전압 강하를 찾습니다.

드레인과 소스 사이의 저항을 RDS라고합니다. 이 RDS로 인해 회로에 전류가 흐르면 전압 강하가 나타납니다. RDS는 장치 유형에 따라 다릅니다 (전압 유형에 따라 0.001, 0.005 및 0.05 사이에서 달라질 수 있습니다.

배워야 할 개념은 다음과 같습니다.

1). MOSFET을 스위치로 선택하는 방법 ?

MOSFET을 스위치로 선택하는 동안 관찰해야 할 조건은 거의 없으며 다음과 같습니다.

P 또는 N 채널의 극성 사용
작동 전압 및 전류 값의 최대 정격
증가 된 Rds ON은 채널이 완전히 열렸을 때 Drain to Source 단자의 저항을 의미합니다.
향상된 작동 빈도
포장 종류는 To-220, DPAck 등이 있습니다.

2). MOSFET 스위치 효율이란 무엇입니까?

MOSFET을 스위칭 장치로 작동 할 때의 주요 제한 사항은 장치가 사용할 수있는 향상된 드레인 전류 값입니다. 이는 온 상태의 RDS가 MOSFET의 스위칭 성능을 결정하는 중요한 파라미터임을 의미합니다. 이는 드레인-소스 전압과 드레인 전류의 비율로 표시됩니다. 트랜지스터의 ON 상태에서만 계산하면됩니다.

삼). 부스트 컨버터에서 MOSFET 스위치를 사용하는 이유는 무엇입니까?

일반적으로 부스트 컨버터는 장치의 작동을 위해 스위칭 트랜지스터가 필요합니다. 따라서 스위칭 트랜지스터 MOSFET이 사용됩니다. 이러한 장치는 현재 값과 전압 값을 파악하는 데 사용됩니다. 또한 스위칭 속도와 비용을 고려할 때 광범위하게 사용됩니다.

같은 방식으로 MOSFET을 여러 방법으로 사용할 수도 있습니다. 그리고 그것들은

LED 용 스위치로서의 MOSFET
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Arduino 용 스위치로서의 MOSFET
AC 부하 용 MOSFET 스위치
DC 모터 용 MOSFET 스위치
네거티브 전압 용 MOSFET 스위치
Arduino를 사용하는 스위치로서의 MOSFET
마이크로 컨트롤러가있는 스위치로서의 MOSFET
히스테리시스가있는 MOSFET 스위치
스위치 다이오드 및 활성 저항으로서의 MOSFET
스위치 방정식으로서의 MOSFET
Airsoft 용 MOSFET 스위치
스위치 게이트 저항으로 MOSFET
스위칭 솔레노이드로서의 MOSFET
옵토 커플러를 사용하는 MOSFET 스위치
히스테리시스가있는 MOSFET 스위치

MOSFET을 스위치로 적용

이 장치의 가장 중요한 예 중 하나는 가로등의 자동 밝기 제어 스위치로 사용된다는 것입니다. 요즘 우리가 고속도로에서 관찰하는 많은 조명은 고강도 방전 램프로 구성됩니다. 그러나 HID 램프를 사용하면 에너지 수준이 증가합니다.

밝기는 요구 사항에 따라 제한 될 수 없으며, 이로 인해 대체 조명 방법을위한 스위치가 있어야하며 LED입니다. LED 시스템을 사용하면 고휘도 램프의 단점을 극복 할 수 있습니다. 이 건설의 주된 개념은 마이크로 프로세서를 사용하여 고속도로의 조명을 직접 제어하는 것이 었습니다.

스위치로서의 MOSFET 애플리케이션

이것은 클럭 펄스를 수정하여 달성 할 수 있습니다. 필요에 따라이 장치는 램프를 전환하는 데 사용됩니다. 관리 용 프로세서가 포함 된 라즈베리 파이 보드로 구성됩니다. 여기서 LED는 HID 대신 대체 될 수 있으며 이들은 MOSFET을 통해 프로세서와 연결됩니다. 마이크로 컨트롤러는 해당 듀티 사이클을 제공 한 다음 MOSFET으로 전환하여 높은 수준의 강도를 제공합니다.