MOSFET सेमीकंडक्टर उद्योग में सबसे बुनियादी घटकों में से एक है। इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में, MOSFET का उपयोग आमतौर पर पावर एम्पलीफायर सर्किट या स्विचिंग पावर सप्लाई सर्किट में किया जाता है और इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। नीचे,OLUKEYआपको MOSFET के कार्य सिद्धांत का विस्तृत विवरण देगा और MOSFET की आंतरिक संरचना का विश्लेषण करेगा।
क्या हैMOSFET
MOSFET, मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फाइल्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOSFET)। यह एक फ़ील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर है जिसका उपयोग एनालॉग सर्किट और डिजिटल सर्किट में व्यापक रूप से किया जा सकता है। इसके "चैनल" (कार्यशील वाहक) के ध्रुवीय अंतर के अनुसार, इसे दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: "एन-प्रकार" और "पी-प्रकार", जिन्हें अक्सर एनएमओएस और पीएमओएस कहा जाता है।
MOSFET कार्य सिद्धांत
MOSFET को कार्य मोड के अनुसार वृद्धि प्रकार और कमी प्रकार में विभाजित किया जा सकता है। एन्हांसमेंट प्रकार MOSFET को संदर्भित करता है जब कोई बायस वोल्टेज लागू नहीं होता है और कोई कॉन नहीं होता हैप्रवाहकीय चैनल. जब कोई बायस वोल्टेज लागू नहीं किया जाता है तो कमी प्रकार MOSFET को संदर्भित करता है। एक प्रवाहकीय चैनल दिखाई देगा.
वास्तविक अनुप्रयोगों में, केवल एन-चैनल एन्हांसमेंट प्रकार और पी-चैनल एन्हांसमेंट प्रकार एमओएसएफईटी हैं। चूंकि NMOSFETs में ऑन-स्टेट प्रतिरोध कम होता है और निर्माण करना आसान होता है, इसलिए वास्तविक अनुप्रयोगों में NMOS PMOS की तुलना में अधिक सामान्य है।
एन्हांसमेंट मोड MOSFET
एन्हांसमेंट-मोड MOSFET के ड्रेन D और स्रोत S के बीच दो बैक-टू-बैक PN जंक्शन हैं। जब गेट-सोर्स वोल्टेज वीजीएस = 0, भले ही ड्रेन-सोर्स वोल्टेज वीडीएस जोड़ा गया हो, हमेशा रिवर्स-बायस्ड स्थिति में एक पीएन जंक्शन होता है, और ड्रेन और स्रोत के बीच कोई प्रवाहकीय चैनल नहीं होता है (कोई वर्तमान प्रवाह नहीं होता है) ). इसलिए, इस समय ड्रेन करंट आईडी=0।
इस समय, यदि गेट और स्रोत के बीच एक फॉरवर्ड वोल्टेज जोड़ा जाता है। यानी, वीजीएस>0, तो गेट इलेक्ट्रोड और सिलिकॉन सब्सट्रेट के बीच SiO2 इंसुलेटिंग परत में पी-टाइप सिलिकॉन सब्सट्रेट के साथ संरेखित गेट के साथ एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होगा। क्योंकि ऑक्साइड परत इंसुलेटिंग है, गेट पर लगाया गया वोल्टेज वीजीएस करंट उत्पन्न नहीं कर सकता है। ऑक्साइड परत के दोनों किनारों पर एक संधारित्र उत्पन्न होता है, और वीजीएस समतुल्य सर्किट इस संधारित्र (कैपेसिटर) को चार्ज करता है। और एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है, जैसे गेट के सकारात्मक वोल्टेज से आकर्षित होकर वीजीएस धीरे-धीरे बढ़ता है। इस संधारित्र (कैपेसिटर) के दूसरी तरफ बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉन जमा होते हैं और नाली से स्रोत तक एक एन-प्रकार प्रवाहकीय चैनल बनाते हैं। जब वीजीएस ट्यूब के टर्न-ऑन वोल्टेज वीटी (आम तौर पर लगभग 2V) से अधिक हो जाता है, तो एन-चैनल ट्यूब बस संचालन करना शुरू कर देती है, जिससे एक ड्रेन करंट आईडी उत्पन्न होती है। जब चैनल पहली बार टर्न-ऑन वोल्टेज उत्पन्न करना शुरू करता है तो हम गेट-सोर्स वोल्टेज कहते हैं। आम तौर पर वीटी के रूप में व्यक्त किया जाता है।
गेट वोल्टेज वीजीएस के आकार को नियंत्रित करने से विद्युत क्षेत्र की ताकत या कमजोरी बदल जाती है, और ड्रेन करंट आईडी के आकार को नियंत्रित करने का प्रभाव प्राप्त किया जा सकता है। यह भी MOSFETs की एक महत्वपूर्ण विशेषता है जो करंट को नियंत्रित करने के लिए विद्युत क्षेत्रों का उपयोग करते हैं, इसलिए उन्हें क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर भी कहा जाता है।
MOSFET आंतरिक संरचना
कम अशुद्धता सांद्रता वाले पी-प्रकार के सिलिकॉन सब्सट्रेट पर, उच्च अशुद्धता सांद्रता वाले दो एन + क्षेत्र बनाए जाते हैं, और दो इलेक्ट्रोड क्रमशः नाली डी और स्रोत एस के रूप में काम करने के लिए धातु एल्यूमीनियम से निकाले जाते हैं। फिर अर्धचालक सतह को एक बेहद पतली सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2) इन्सुलेट परत से ढक दिया जाता है, और गेट जी के रूप में काम करने के लिए नाली और स्रोत के बीच इन्सुलेट परत पर एक एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोड स्थापित किया जाता है। सब्सट्रेट पर एक इलेक्ट्रोड बी भी निकाला जाता है, जिससे एन-चैनल एन्हांसमेंट-मोड एमओएसएफईटी बनता है। पी-चैनल एन्हांसमेंट-प्रकार MOSFETs के आंतरिक गठन के लिए भी यही सच है।
एन-चैनल एमओएसएफईटी और पी-चैनल एमओएसएफईटी सर्किट प्रतीक
ऊपर दी गई तस्वीर MOSFET का सर्किट प्रतीक दिखाती है। चित्र में, D नाली है, S स्रोत है, G द्वार है, और बीच में तीर सब्सट्रेट का प्रतिनिधित्व करता है। यदि तीर अंदर की ओर इंगित करता है, तो यह N-चैनल MOSFET को इंगित करता है, और यदि तीर बाहर की ओर इंगित करता है, तो यह P-चैनल MOSFET को इंगित करता है।
दोहरी एन-चैनल एमओएसएफईटी, दोहरी पी-चैनल एमओएसएफईटी और एन+पी-चैनल एमओएसएफईटी सर्किट प्रतीक
वास्तव में, MOSFET निर्माण प्रक्रिया के दौरान, सब्सट्रेट को फैक्ट्री छोड़ने से पहले स्रोत से जोड़ा जाता है। इसलिए, सहजीवन नियमों में, सब्सट्रेट का प्रतिनिधित्व करने वाले तीर प्रतीक को नाली और स्रोत को अलग करने के लिए स्रोत से भी जोड़ा जाना चाहिए। MOSFET द्वारा प्रयुक्त वोल्टेज की ध्रुवीयता हमारे पारंपरिक ट्रांजिस्टर के समान है। एन-चैनल एनपीएन ट्रांजिस्टर के समान है। ड्रेन डी सकारात्मक इलेक्ट्रोड से जुड़ा है और स्रोत एस नकारात्मक इलेक्ट्रोड से जुड़ा है। जब गेट G में सकारात्मक वोल्टेज होता है, तो एक प्रवाहकीय चैनल बनता है और N-चैनल MOSFET काम करना शुरू कर देता है। इसी प्रकार, पी-चैनल पीएनपी ट्रांजिस्टर के समान है। ड्रेन डी नकारात्मक इलेक्ट्रोड से जुड़ा है, स्रोत एस सकारात्मक इलेक्ट्रोड से जुड़ा है, और जब गेट जी में नकारात्मक वोल्टेज होता है, तो एक प्रवाहकीय चैनल बनता है और पी-चैनल एमओएसएफईटी काम करना शुरू कर देता है।
MOSFET स्विचिंग हानि सिद्धांत
चाहे वह एनएमओएस हो या पीएमओएस, इसे चालू करने के बाद एक चालन आंतरिक प्रतिरोध उत्पन्न होता है, जिससे कि वर्तमान इस आंतरिक प्रतिरोध पर ऊर्जा की खपत करेगा। खपत की गई ऊर्जा के इस भाग को चालन खपत कहा जाता है। छोटे चालन आंतरिक प्रतिरोध वाले MOSFET का चयन करने से चालन खपत प्रभावी रूप से कम हो जाएगी। कम-शक्ति MOSFETs का वर्तमान आंतरिक प्रतिरोध आम तौर पर दसियों मिलिओम के आसपास होता है, और कई मिलिओम भी होते हैं।
जब एमओएस चालू और समाप्त हो जाता है, तो इसका एहसास एक पल में नहीं होना चाहिए। एमओएस के दोनों तरफ वोल्टेज में प्रभावी कमी होगी, और इसके माध्यम से बहने वाली धारा में वृद्धि होगी। इस अवधि के दौरान, MOSFET का नुकसान वोल्टेज और करंट का उत्पाद है, जो स्विचिंग नुकसान है। सामान्यतया, स्विचिंग हानियां चालन हानियों से कहीं अधिक बड़ी होती हैं, और स्विचिंग आवृत्ति जितनी तेज होगी, हानियां उतनी ही अधिक होंगी।
चालन के समय वोल्टेज और धारा का उत्पाद बहुत बड़ा होता है, जिसके परिणामस्वरूप बहुत बड़ी हानि होती है। स्विचिंग घाटे को दो तरीकों से कम किया जा सकता है। एक है स्विचिंग समय को कम करना, जो प्रत्येक टर्न-ऑन के दौरान होने वाले नुकसान को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है; दूसरा स्विचिंग आवृत्ति को कम करना है, जो प्रति यूनिट समय स्विच की संख्या को कम कर सकता है।
उपरोक्त MOSFET के कार्य सिद्धांत आरेख और MOSFET की आंतरिक संरचना का विश्लेषण का विस्तृत विवरण है। MOSFET के बारे में अधिक जानने के लिए, MOSFET तकनीकी सहायता प्रदान करने के लिए OLUKEY से परामर्श करने के लिए आपका स्वागत है!
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