N Channel MOSFET : Rangkaian, Cara Kerja, Perbedaan & Aplikasinya

MOSFET adalah sejenis transistor dan disebut juga IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor) atau MIFET (Metal Insulator Field Effect Transistor). Di sebuah MOSFET , saluran & gerbang dipisahkan melalui lapisan SiO2 tipis dan mereka membentuk kapasitansi yang berubah dengan tegangan gerbang. Jadi, MOSFET bekerja seperti kapasitor MOS yang dikendalikan melalui gerbang input ke sumber tegangan. Dengan demikian, MOSFET juga dapat digunakan sebagai kapasitor yang dikendalikan tegangan. Struktur MOSFET mirip dengan kapasitor MOS karena basis silikon pada kapasitor ini adalah tipe-p.

Ini diklasifikasikan menjadi empat jenis peningkatan saluran p, peningkatan saluran n, penipisan saluran p, dan penipisan saluran n. Artikel ini membahas salah satu jenis MOSFET seperti N saluran MOSFET - bekerja dengan aplikasi.

Apa itu MOSFET N Channel?

Jenis MOSFET di mana saluran MOSFET terdiri dari mayoritas pembawa muatan sebagai pembawa arus seperti elektron dikenal sebagai MOSFET saluran N. Setelah MOSFET ini ON, maka sebagian besar pembawa muatan akan bergerak di seluruh saluran. MOSFET ini berbeda dengan MOSFET P-Channel.

MOSFET ini termasuk N- wilayah saluran yang terletak di tengah terminal sumber & saluran pembuangan. Ini adalah perangkat tiga terminal di mana terminal sebagai G (gerbang), D (drain), dan S (sumber). Dalam Transistor ini, sumber & salurannya sangat didoping n+ wilayah & badan atau substratnya adalah tipe-P.

Bekerja

MOSFET ini mencakup wilayah saluran-N yang terletak di tengah terminal sumber & saluran pembuangan. Ini adalah perangkat tiga terminal di mana terminalnya adalah G (gerbang), D (drain), dan S (sumber). Dalam FET ini, sumber & saluran pembuangan sangat didoping n+ wilayah & badan atau substrat adalah tipe-P.

Di sini, saluran dibuat pada saat kedatangan elektron. Tegangan +ve juga menarik elektron dari kedua sumber n+ & daerah pembuangan ke dalam saluran. Setelah tegangan diterapkan di antara saluran & sumber maka arus bebas mengalir di antara sumber & saluran dan tegangan di gerbang hanya mengontrol elektron pembawa muatan di dalam saluran. Demikian pula, jika kita menerapkan tegangan –ve di terminal gerbang maka saluran lubang terbentuk di bawah lapisan oksida.

Simbol N Channel MOSFET

Simbol N channel MOSFET ditunjukkan di bawah ini. MOSFET ini mencakup tiga terminal seperti sumber, saluran dan gerbang. Untuk MOSFET n-channel, arah simbol panah ke dalam. Jadi, simbol panah menentukan jenis saluran seperti P-channel atau N-channel.

Sirkuit MOSFET Saluran N

Itu diagram rangkaian untuk mengendalikan kipas dc brushless menggunakan MOSFET saluran N dan Arduino Uno rev3 ditunjukkan di bawah ini. Sirkuit ini dapat dibangun dengan papan Arduino Uno rev3, MOSFET saluran n, kipas DC tanpa sikat, dan kabel penghubung.

MOSFET yang digunakan dalam rangkaian ini adalah MOSFET 2N7000 N-channel dan merupakan tipe tambahan sehingga kita harus mengatur pin output Arduino ke tinggi untuk memberikan daya ke kipas.

Sambungan dari rangkaian ini mengikuti sebagai;

• Hubungkan pin sumber MOSFET ke GND
• Pin gerbang MOSFET terhubung ke pin 2 Arduino.
• Pin pembuangan MOSFET ke kabel warna hitam kipas.
• Kabel warna merah dari kipas dc tanpa sikat terhubung ke rel positif papan tempat memotong roti.
• Koneksi tambahan perlu diberikan dari pin Arduino 5V ke rel positif papan tempat memotong roti.

Umumnya, MOSFET digunakan untuk mengalihkan & memperkuat sinyal. Dalam contoh ini, MOSFET ini digunakan sebagai sakelar yang mencakup tiga terminal seperti gerbang, sumber & saluran. MOSFET saluran n adalah salah satu jenis perangkat yang dikendalikan tegangan dan MOSFET ini tersedia dalam dua jenis MOSFET peningkatan dan MOSFET deplesi.

Umumnya, MOSFET perangkat tambahan dimatikan setelah Vgs (tegangan sumber gerbang) adalah 0V, sehingga tegangan harus diberikan ke terminal gerbang sehingga arus mengalir ke seluruh saluran sumber saluran. Sedangkan, deplesi MOSFET umumnya dihidupkan setelah Vgs (tegangan sumber gerbang) adalah 0V sehingga arus mengalir ke seluruh saluran ke saluran sumber sampai tegangan +ve diberikan di terminal gerbang.

Kode

batalkan pengaturan() {
// letakkan kode pengaturan Anda di sini, untuk dijalankan sekali:
pinMode(2, OUTPUT);

}

lingkaran kosong() {
// letakkan kode utama Anda di sini, untuk dijalankan berulang kali:
digitalWrite(2, TINGGI);
penundaan(5000);
digitalWrite(2, RENDAH);
penundaan(5000);
}

Dengan demikian, ketika suplai 5v diberikan ke terminal gerbang MOSFET, kipas dc brushless akan AKTIF. Demikian pula ketika 0v diberikan ke terminal gerbang MOSFET maka kipas akan dimatikan.

Jenis MOSFET Saluran N

MOSFET saluran N adalah perangkat yang dikendalikan tegangan yang diklasifikasikan menjadi dua jenis tipe peningkatan dan tipe deplesi.

MOSFET Peningkatan Saluran N

MOSFET saluran tipe N perangkat tambahan umumnya mati setelah tegangan gerbang ke sumber adalah nol volt, sehingga tegangan harus diberikan ke terminal gerbang sehingga arus memasok ke seluruh saluran sumber-penguras.

Cara kerja MOSFET peningkatan saluran n sama dengan MOSFET peningkatan saluran p kecuali untuk konstruksi dan operasinya. Dalam MOSFET jenis ini, substrat tipe-p yang didoping ringan dapat membentuk badan perangkat. Daerah sumber & saluran pembuangan banyak didoping dengan pengotor tipe-n.

Di sini sumber & bodi biasanya terhubung ke terminal ground. Setelah kita menerapkan tegangan positif ke terminal gerbang maka pembawa muatan minoritas dari substrat tipe-p akan menarik ke arah terminal gerbang karena kepositifan gerbang & efek kapasitif yang setara.

Pembawa muatan mayoritas seperti elektron dan pembawa muatan minoritas substrat tipe-p akan tertarik ke arah terminal gerbang sehingga membentuk lapisan ion negatif yang tidak tertutup di bawah lapisan dielektrik dengan menggabungkan kembali elektron dengan lubang.

Jika kita meningkatkan tegangan gerbang positif secara terus menerus, proses rekombinasi akan menjadi jenuh setelah tingkat tegangan ambang batas kemudian pembawa muatan seperti elektron akan mulai menumpuk di tempat itu untuk membentuk saluran konduktif elektron bebas. Elektron bebas ini juga akan datang dari sumber yang didoping berat dan mengalirkan daerah tipe-n.

Jika kita menerapkan tegangan +ve di terminal pembuangan maka aliran arus akan ada di seluruh saluran. Jadi resistansi saluran akan tergantung pada pembawa muatan bebas seperti elektron di dalam saluran & sekali lagi elektron ini akan bergantung pada potensi gerbang perangkat di dalam saluran. Ketika konsentrasi elektron bebas membentuk saluran & aliran arus di seluruh saluran akan meningkat karena peningkatan tegangan gerbang.

MOSFET Deplesi Saluran N

Umumnya, MOSFET ini diaktifkan setiap kali tegangan di gerbang ke sumber adalah 0V, oleh karena itu arus mengalir dari saluran ke saluran sumber sampai tegangan positif diterapkan di terminal gerbang (G). Cara kerja MOSFET deplesi saluran N berbeda dibandingkan dengan MOSFET peningkatan saluran n. Pada MOSFET ini, substrat yang digunakan adalah semikonduktor tipe-p.

Dalam MOSFET ini, baik daerah sumber & saluran pembuangan adalah semikonduktor tipe-n yang sangat didoping. Kesenjangan antara daerah sumber & saluran disebarkan melalui pengotor tipe-n.

Setelah kami menerapkan perbedaan potensial antara terminal sumber & saluran, arus mengalir di seluruh wilayah n substrat. Ketika kita menerapkan tegangan -ve di terminal gerbang maka pembawa muatan seperti elektron akan dicabut & bergeser ke bawah di wilayah-n tepat di bawah lapisan dielektrik silikon dioksida.

Akibatnya, akan ada lapisan ion positif yang tidak tertutup di bawah lapisan dielektrik SiO2. Jadi dengan cara ini, penipisan pembawa muatan akan terjadi di dalam saluran. Dengan demikian, konduktivitas saluran secara keseluruhan akan menurun.

Pada kondisi ini, ketika tegangan yang sama diberikan pada terminal drain, maka arus pada drain akan berkurang. Di sini kita telah mengamati bahwa arus drain dapat dikontrol dengan mengubah penipisan pembawa muatan di dalam saluran, sehingga dikenal sebagai deplesi MOSFET.

Di sini, gerbang berada dalam potensial -ve, saluran dalam potensial +ve & sumbernya berada pada potensial '0'. Akibatnya, perbedaan tegangan antara saluran ke gerbang lebih besar daripada sumber ke gerbang, oleh karena itu lebar lapisan penipisan lebih ke arah saluran daripada sumber.

Perbedaan antara N Channel MOSFET dan P Channel MOSFET

Perbedaan antara n channel dan p channel MOSFET termasuk yang berikut.

Cara Menguji MOSFET Saluran N

Langkah-langkah yang terlibat dalam pengujian N channel MOSFET dibahas di bawah ini.

• Untuk menguji MOSFET saluran n, multimeter analog digunakan. Untuk itu, kita perlu menempatkan tombol di kisaran 10K.
• Untuk menguji MOSFET ini, pertama-tama tempatkan probe hitam pada pin pembuangan MOSFET dan probe merah pada pin gerbang untuk melepaskan kapasitansi internal dalam MOSFET.
• Setelah itu, pindahkan probe warna merah ke pin sumber sementara probe hitam masih pada pin drain
• Gunakan jari kanan untuk menyentuh kedua pin gerbang & saluran pembuangan sehingga kita dapat mengamati bahwa penunjuk multimeter analog akan menyimpang ke kisaran tengah skala meter.
• Lepaskan probe merah dari multimeter & juga jari kanan dari pin sumber MOSFET lalu letakkan lagi jari pada probe merah & pin sumber, penunjuk akan tetap berada di tengah skala multimeter.
• Untuk pemakaiannya, kita harus melepas probe merah & hanya satu kali menyentuh pin gerbang. Akhirnya, ini akan melepaskan lagi kapasitansi internal.
• Sekarang, probe merah harus digunakan lagi untuk menyentuh pin sumber, maka penunjuk multimeter tidak akan menyimpang sama sekali seperti sebelumnya Anda telah melepaskannya hanya dengan menyentuh pin gerbang.

Karakteristik

N channel MOSFET memiliki dua karakteristik seperti karakteristik saluran dan karakteristik transfer.

Karakteristik Tiriskan

Karakteristik saluran dari MOSFET saluran-N meliputi yang berikut.

• Karakteristik saluran dari MOSFET saluran n diplot di antara arus keluaran & VDS yang dikenal sebagai Tiriskan ke sumber tegangan VDS.
• Seperti yang dapat kita lihat dalam diagram, untuk nilai Vgs yang berbeda, kami memplot nilai saat ini. Jadi kita dapat melihat plot yang berbeda dari arus drain dalam diagram seperti nilai Vgs terendah, nilai Vgs maksimum, dll.
• Dalam karakteristik di atas, arus akan tetap konstan setelah beberapa tegangan drain. Oleh karena itu, tegangan minimum untuk saluran ke sumber diperlukan agar MOSFET bekerja.
• Jadi, ketika kita meningkatkan 'Vgs' maka lebar saluran akan bertambah & yang menghasilkan lebih banyak ID (arus kuras).

Karakteristik Transfer

Karakteristik transfer MOSFET saluran-N meliputi yang berikut.

• Karakteristik transfer juga dikenal sebagai kurva transkonduktansi yang diplot di antara tegangan input (Vgs) dan arus output (ID).
• Pada awalnya, setiap kali tidak ada tegangan gerbang ke sumber (Vgs) maka arus yang mengalir sangat sedikit seperti pada ampli mikro.
• Setelah tegangan gerbang ke sumber positif, arus pembuangan secara bertahap meningkat.
• Setelah itu, ada peningkatan cepat dalam arus drain yang setara dengan peningkatan vgs.
• Arus pembuangan dapat dicapai melalui Id= K (Vgsq- Vtn)^2.

Aplikasi

Itu aplikasi n saluran mosfe t meliputi berikut ini.

• MOSFET ini sering digunakan dalam aplikasi perangkat tegangan rendah seperti jembatan penuh, dan pengaturan jembatan B6 menggunakan motor & sumber DC.
• MOSFET ini sangat membantu dalam mengganti suplai negatif untuk motor ke arah sebaliknya.
• MOSFET n-channel beroperasi di daerah saturasi & cut-off. kemudian bertindak seperti sirkuit switching.
• MOSFET ini digunakan untuk mengubah LAMPU atau LED ke ON/OFF.
• Ini lebih disukai dalam aplikasi arus tinggi.

Jadi, ini semua tentang ikhtisar n channel MOSFET – bekerja dengan aplikasi. Ini pertanyaan untuk Anda, apa itu p channel mosfet?