什么是MOSFET:工作和应用

MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)晶体管是一种半导体器件，在电子器件中广泛用于开关目的和放大电子信号。MOSFET要么是一个核心电路，要么是集成电路，它被设计和制造在一个单一的芯片上，因为该设备可以在非常小的尺寸。MOSFET器件的引入带来了器件领域的变化开关在电子bob足球体育app。让我们来详细解释一下这个概念。

MOSFET是什么?

MOSFET是一种具有源(S)、栅(G)、漏(D)和体(B)端子的四端器件。通常，MOSFET的本体与源端连接，从而形成一个三端器件，如场效应晶体管。MOSFET通常被认为是一种晶体管，用于模拟和数字电路中。这是基本的介绍了MOSFET。该装置的总体结构如下:

从上面的MOSFET的结构， MOSFET的功能取决于随着载流子(空穴或电子)流动在通道宽度上发生的电子变化。电荷载流子通过源端进入通道，通过漏极出口。

通道的宽度是由一个电极上的电压控制的，这个电极被称为栅极，它位于源极和漏极之间。它与极薄的金属氧化物层附近的通道绝缘。在器件中存在的MOS容量是整个操作的关键部分。

MOSFET有两种作用方式

• 耗尽型
• 增强型

耗尽型

当栅极端没有电压时，通道显示出最大电导。然而，当栅极端电压为正或负时，则通道导电性降低。

例如

增强型

当栅极端子上没有电压时，器件就不导电。当栅极端有最大电压时，器件的导电性就增强了。

MOSFET的工作原理

MOSFET器件的主要原理是能够控制源极和漏极端子之间的电压和电流流。它的工作原理几乎像一个开关，而且该装置的功能是基于MOS电容器。MOS电容器是MOSFET的主要组成部分。

位于源极和漏极之间的氧化层下方的半导体表面可以分别通过施加正或负的栅极电压从p型反转为n型。当我们对正栅极电压施加斥力时，氧化物层下面的孔洞会随着基板向下推。

由与受体原子有关的束缚负电荷占据的耗尽区。当电子到达时，就形成一个通道。正电压也吸引来自n+源和漏极区的电子进入通道。现在，如果在漏极和源极之间加一个电压，电流就会在源极和漏极之间自由流动，栅极电压控制通道中的电子。而不是正电压，如果我们施加一个负电压，一个孔通道将形成氧化层下。

p沟道MOSFET

P通道MOSFET具有位于源极和漏极端子之间的P通道区域。它是一种四端器件，其端子分别为门、漏、源和本体。漏极和源极为重掺杂p+区，体或衬底为n型。电流的流动方向是带正电荷的空穴。

当我们在栅极终端施加负电压和斥力时，氧化物层下的电子被向下推入衬底。由与供体原子有关的束缚正电荷占据的耗尽区。负的栅极电压也会吸引从p+源区和漏区到通道区的孔。

N - MOSFET频道

N通道MOSFET具有位于源极和漏极端子之间的N通道区域。它是一种四端器件，其端子分别为门、漏、源、体。在这种类型的场效应晶体管中，漏极和源极是重掺杂的n+区，衬底或体是p型的。

这类MOSFET中的电流是由于带负电荷的电子而产生的。当我们在栅极终端施加带斥力的正电压时，氧化物层下面的孔被向下推入衬底。耗竭区由与受体原子有关的束缚负电荷填充。

当电子到达时，通道就形成了。正电压也吸引来自n+源和漏极区的电子进入通道。现在，如果在源极和漏极之间施加电压，电流就会在源极和漏极之间自由流动，栅极电压控制通道中的电子。而不是正电压，如果我们施加负电压，那么一个孔通道将形成氧化层下。

MOSFET的工作区域

对于最一般的场景，该设备的运行主要发生在以下三个区域:

• 截止区,这是设备将处于关闭状态的区域，没有电流通过它。在这里，这个装置的功能就像一个基本的开关，当它们需要操作电气开关时，就会被使用。
• 饱和区域,在这个区域，器件的漏极到源极电流值将保持不变，而不考虑漏极到源极电压的增强。当从漏极到源极的电压增加大于截断电压值时，这种情况只发生一次。在这种情况下，器件的功能就像一个闭合开关，饱和电流通过漏极流向源端。因此，当器件要进行开关时，选择饱和区域。
• 线性/电阻地区-它是漏极到源端电流随着漏极到源端路径电压的增加而增强的区域。当MOSFET器件在这个线性区域工作时，它们执行放大器功能。

现在让我们考虑MOSFET的开关特性

一个半导体，如MOSFET或双极结晶体管基本上是作为开关的两种情况下，一个是开状态和另一个是关状态。为了考虑这个功能，让我们看一下MOSFET器件的理想和实用特性。

理想的开关特性

当一个MOSFET被认为是一个理想开关时，它应该具有以下特性

• 在条件下，它必须有当前的限制
• 在关闭状态下，阻塞电压水平不应该有任何限制
• 当设备处于ON状态时，压降值为null
• 关闭状态下的电阻应该是无限的
• 操作速度不应该有任何限制

实际的开关特性

由于世界不仅仅局限于理想的应用，MOSFET的功能甚至可以应用于实际用途。在实际场景中，设备应具备以下属性

• 在这种条件下，必须限制电路的功率管理能力，即必须限制传导电流的流动。
• 在关断状态下，不应限制阻塞电压水平
• 有限的开关次数限制了设备的限速速度，甚至限制了功能频率
• 在MOSFET器件的开启状态下，会有最小的电阻值，这将导致转发偏压的电压降。此外，存在有限的关态电阻，提供反向泄漏电流
• 当设备在实际特性中运行时，它失去了上电和下电的条件。这甚至在过渡态中也会发生。

MOSFET开关的例子

在下面的电路结构中，一个增强型和n通道MOSFET被用来在开关条件下开关一个样品灯。栅极端子的正电压被施加到晶体管的基部，灯移动到ON条件，这里是V_GS=+v或在零电压水平时，当v_GS= 0。

如果灯的阻性负载被电感负载取代，并连接到保护负载的继电器或二极管。在上述电路中，它是一个非常简单的电路，用于开关电阻负载，如灯或LED。但当使用MOSFET作为开关，无论是感性负载或电容负载，然后保护MOSFET器件需要。

如果在不保护MOSFET的情况下，它可能会导致器件的损坏。为了使MOSFET作为模拟开关器件工作，它需要在其截止区域V_GS=0和饱和区域，其中V_GS= + v。

视频描述

MOSFET也可以起晶体管的作用，简称为金属氧化物硅场效应晶体管。在这里，这个名字本身表明这个装置可以像晶体管一样工作。它有p通道和n通道。通过源极、栅极、漏极四个端子连接该器件，将24ω的电阻负载与电流表串联，并在MOSFET上连接电压表。

在晶体管中，栅极中的电流流动为正方向，并且源端接地。而在双极结晶体管器件中，电流流过基极到发射极的路径。但是在这个器件中，没有电流，因为在门极的开始有一个电容，它只需要电压。

这可以通过继续模拟过程和打开/关闭来实现。当开关打开时，电路中没有电流流过，当连接24ω的电阻和0.29的安培计电压时，我们就会发现源上的压降可以忽略，因为器件上有+0.21V。

漏极和源极之间的电阻称为RDS。由于这个RDS，当电路中有电流流动时就会出现电压降。RDS根据设备类型而变化(根据电压类型，RDS可以在0.001、0.005和0.05之间变化)。

需要学习的概念如下:

1).如何选择MOSFET作为开关吗?

在选择MOSFET作为开关时，需要注意的条件如下:

• P或N通道的极性使用
• 工作电压和电流的最大额定值
• 增加的Rds意味着当通道完全打开时，漏极到源端的电阻增加
• 增强业务频率
• 包装种类有To-220和DPAck等多种。

MOSFET开关效率是多少?

MOSFET作为开关器件工作时的主要限制是器件所能达到的增强漏极电流值。说明RDS是决定MOSFET开关能力的关键参数。它表示为漏源极电压与漏极电流的比值。只有在晶体管处于开启状态时才需要计算。

3).为什么在升压变换器中使用MOSFET开关?

一般来说，boost变换器需要一个开关晶体管来操作器件。因此，当开关晶体管使用mosfet。这些装置用来知道电流值和电压值。此外，考虑到切换速度和成本，它们被广泛使用。

同样，MOSFET也可以有多种用途。这是

• MOSFET作为LED开关
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• MOSFET作为Arduino开关
• 交流负载的MOSFET开关
• 用于直流电机的MOSFET开关
• MOSFET开关用于负电压
• MOSFET作为开关Arduino
• MOSFET作为开关与微控制器
• 具有滞后效应的MOSFET开关
• MOSFET作为开关二极管和有源电阻
• 作为开关方程的MOSFET
• 用于气门的MOSFET开关
• MOSFET作为开关栅电阻
• MOSFET作为开关螺线管
• 使用光耦合器的MOSFET开关
• 具有滞后效应的MOSFET开关

MOSFET开关的应用

这个装置最重要的一个例子是它被用作路灯的自动亮度控制开关。如今，我们在高速公路上看到的许多灯都是由高强度放电灯组成的。但是使用HID灯会消耗更多的能量。

亮度不能根据要求而限制，因此必须有一个开关来替代照明方法，它是LED。使用LED系统将克服高强度灯的缺点。这一设计背后的主要理念是利用微处理器直接控制高速公路上的灯光。

这可以通过修改时钟脉冲来实现。根据需要，本装置用于照明开关。它由一个树莓派板组成，它包含一个处理器来管理。在这里，led可以代替hid，它们通过MOSFET与处理器连接。微控制器提供相应的占空比，然后切换到MOSFET以提供高水平的强度。

优势

这些好处很少:

• 即使在最低电压水平下工作，它也能提高效率
• 没有栅极电流的存在，这就产生了更多的输入阻抗，从而进一步提高了器件的开关速度
• 这些设备可以在最小的功率水平和使用最小的电流工作

缺点

缺点很少是:

• 当这些设备在过载电压水平下工作时，就会造成设备的不稳定性
• 由于设备有一个薄的氧化层，这可能会造成损坏的设备时，受静电电荷的刺激

应用程序

MOSFET的应用是

• 由MOSFET制成的放大器被广泛应用于频率方面
• 直流电机的调节是由这些设备提供的
• 因为它们有更高的开关速度，所以它是构建斩波放大器的完美选择
• 作为各种电子元件的无源元件。

最后，可以得出结论，晶体管需要电流，而MOSFET需要电压。与BJT相比，MOSFET的驱动要求要好得多，简单得多。也知道如何将Mosfet连接到开关上?

照片学分

• MOSFET的维基
• MOSFET1由online.ece.nus.edu
• MOSFET框图由卡尔文
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• 应用作为开关bytypesnuses