MOSFET मूल बातें: १३ चरण

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

नमस्ते!इस निर्देश में, मैं आपको MOSFETs की मूल बातें सिखाऊंगा, और मूल बातें, मेरा मतलब वास्तव में मूल बातें हैं। यह वीडियो एक ऐसे व्यक्ति के लिए आदर्श है, जिसने कभी पेशेवर रूप से MOSFET का अध्ययन नहीं किया है, लेकिन परियोजनाओं में उनका उपयोग करना चाहते हैं। मैं n और p चैनल MOSFETs के बारे में बात करूंगा, उनका उपयोग कैसे करें, वे कैसे भिन्न हैं, दोनों क्यों महत्वपूर्ण हैं, MOSFET ड्राइवर और ऐसी ही चीजें क्यों हैं। मैं MOSFETs के बारे में कुछ अल्पज्ञात तथ्यों और बहुत कुछ के बारे में भी बात करूंगा।

आइए इसमें शामिल हों।

चरण 1: वीडियो देखें।

वीडियो में इस परियोजना के निर्माण के लिए आवश्यक सब कुछ विस्तार से शामिल है। वीडियो में कुछ एनिमेशन हैं जो तथ्यों को जल्दी से समझने में मदद करेंगे। यदि आप दृश्य पसंद करते हैं तो आप इसे देख सकते हैं, लेकिन यदि आप पाठ पसंद करते हैं, तो अगले चरणों का पालन करें।

चरण 2: एफईटी।

MOSFETs शुरू करने से पहले, मैं आपको इसके पूर्ववर्ती, JFET या जंक्शन फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर से परिचित कराता हूं। इससे MOSFET को समझना थोड़ा आसान हो जाएगा।

JFET का क्रॉस सेक्शन चित्र में दिखाया गया है। टर्मिनल MOSFETs टर्मिनलों के समान हैं। मध्य भाग को सब्सट्रेट या बॉडी कहा जाता है, और यह FET के प्रकार के आधार पर सिर्फ एक n प्रकार या p प्रकार का अर्धचालक है। फिर क्षेत्रों को सब्सट्रेट की तुलना में विपरीत प्रकार के सब्सट्रेट पर उगाया जाता है जिसे गेट, ड्रेन और सोर्स नाम दिया जाता है। आप जो भी वोल्टेज लागू करते हैं, आप इन क्षेत्रों पर लागू होते हैं।

आज व्यावहारिक दृष्टि से इसका बहुत कम या ना के बराबर महत्व है। मैं इससे आगे अधिक स्पष्टीकरण के लिए नहीं जाऊंगा क्योंकि यह बहुत तकनीकी हो जाएगा और वैसे भी इसकी आवश्यकता नहीं है।

JFET का प्रतीक हमें MOSFET के प्रतीक को समझने में मदद करेगा।

चरण 3: MOSFET।

इसके बाद MOSFET आता है, जिसमें गेट टर्मिनल में बड़ा अंतर होता है। गेट टर्मिनल के लिए संपर्क बनाने से पहले सब्सट्रेट के ऊपर सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक परत उगाई जाती है। यही कारण है कि इसे मेटालिक ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर नाम दिया गया है। SiO2 एक बहुत अच्छा ढांकता हुआ है, या आप कह सकते हैं कि इन्सुलेटर। यह दस के पैमाने में गेट प्रतिरोध को दस ओम तक बढ़ाता है और हम मानते हैं कि MOSFET गेट में करंट Ig हमेशा शून्य होता है। यही कारण है कि इसे इंसुलेटेड गेट फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (IGFET) भी कहा जाता है। तीनों क्षेत्रों के ऊपर एल्यूमीनियम जैसे अच्छे कंडक्टर की एक परत अतिरिक्त रूप से उगाई जाती है, और फिर संपर्क बनाए जाते हैं। गेट क्षेत्र में, आप देख सकते हैं कि एक समानांतर प्लेट कैपेसिटर जैसी संरचना का निर्माण होता है और यह वास्तव में गेट टर्मिनल के लिए काफी समाई का परिचय देता है। इस कैपेसिटेंस को गेट कैपेसिटेंस कहा जाता है और अगर इस पर ध्यान न दिया जाए तो यह आपके सर्किट को आसानी से नष्ट कर सकता है। व्यावसायिक स्तर पर अध्ययन करते समय भी ये बहुत महत्वपूर्ण हैं।

MOSFETs के लिए प्रतीक संलग्न चित्र में देखा जा सकता है। गेट पर एक और लाइन रखने से जेएफईटी से संबंधित होने पर समझ में आता है, यह दर्शाता है कि गेट को इन्सुलेट किया गया है। इस प्रतीक में तीर की दिशा एक MOSFET के अंदर इलेक्ट्रॉन प्रवाह की पारंपरिक दिशा को दर्शाती है, जो वर्तमान प्रवाह के विपरीत है

चरण 4: MOSFET एक 4 टर्मिनल डिवाइस हैं?

एक और बात जो मैं जोड़ना चाहूंगा वह यह है कि ज्यादातर लोग सोचते हैं कि एमओएसएफईटी एक तीन टर्मिनल डिवाइस है, जबकि वास्तव में एमओएसएफईटी चार टर्मिनल डिवाइस हैं। चौथा टर्मिनल बॉडी टर्मिनल है। आपने MOSFET के लिए संलग्न प्रतीक देखा होगा, केंद्र टर्मिनल शरीर के लिए है।

लेकिन लगभग सभी एमओएसएफईटी में से केवल तीन टर्मिनल ही क्यों निकल रहे हैं?

बॉडी टर्मिनल को आंतरिक रूप से स्रोत से छोटा कर दिया जाता है क्योंकि इन सरल आईसी के अनुप्रयोगों में इसका कोई उपयोग नहीं होता है, और उसके बाद प्रतीक वह बन जाता है जिससे हम परिचित होते हैं।

बॉडी टर्मिनल का उपयोग आमतौर पर तब किया जाता है जब एक जटिल CMOS तकनीक IC गढ़ी जाती है। ध्यान रखें कि यह n चैनल MOSFET का मामला है, अगर MOSFET p चैनल है तो तस्वीर थोड़ी अलग होगी।

चरण 5: यह कैसे काम करता है।

ठीक है, तो अब देखते हैं कि यह कैसे काम करता है।

बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर या BJT एक करंट नियंत्रित डिवाइस है, इसका मतलब है कि इसके बेस टर्मिनल में करंट फ्लो की मात्रा उस करंट को निर्धारित करती है जो ट्रांजिस्टर के माध्यम से प्रवाहित होगा, लेकिन हम जानते हैं कि MOSFETs गेट टर्मिनल और सामूहिक रूप से करंट की कोई भूमिका नहीं होती है। हम कह सकते हैं कि यह एक वोल्टेज नियंत्रित उपकरण है, इसलिए नहीं कि गेट करंट हमेशा शून्य होता है, बल्कि इसकी संरचना के कारण होता है, जिसे मैं इसकी जटिलता के कारण इस निर्देश में नहीं समझाऊंगा।

आइए एक n चैनल MOSFET पर विचार करें। जब गेट टर्मिनल में कोई वोल्टेज नहीं लगाया जाता है, तो सब्सट्रेट और ड्रेन और स्रोत क्षेत्र के बीच दो बैक टू बैक डायोड मौजूद होते हैं, जिससे ड्रेन और स्रोत के बीच का मार्ग 10 से 12 ओम की शक्ति के क्रम में प्रतिरोध करता है।

मैंने अब स्रोत को आधार बनाया और गेट वोल्टेज बढ़ाना शुरू कर दिया। जब एक निश्चित न्यूनतम वोल्टेज तक पहुँच जाता है, तो प्रतिरोध कम हो जाता है और MOSFET का संचालन शुरू हो जाता है और धारा नाली से स्रोत की ओर प्रवाहित होने लगती है। इस न्यूनतम वोल्टेज को MOSFET का थ्रेशोल्ड वोल्टेज कहा जाता है और वर्तमान प्रवाह MOSFET के सब्सट्रेट में नाली से स्रोत तक एक चैनल के गठन के कारण होता है। जैसा कि नाम से पता चलता है, एक n चैनल MOSFET में, चैनल n प्रकार के करंट कैरियर्स यानी इलेक्ट्रॉनों से बना होता है, जो सब्सट्रेट के प्रकार के विपरीत होता है।

चरण 6: लेकिन…

इसकी शुरुआत यहीं से हुई है। थ्रेशोल्ड वोल्टेज लागू करने का मतलब यह नहीं है कि आप MOSFET का उपयोग करने के लिए तैयार हैं। यदि आप एक n चैनल MOSFET IRFZ44N की डेटा शीट को देखते हैं, तो आप देखेंगे कि इसके थ्रेशोल्ड वोल्टेज पर, केवल एक निश्चित न्यूनतम करंट प्रवाहित हो सकता है। यह अच्छा है यदि आप केवल एल ई डी जैसे छोटे भार का उपयोग करना चाहते हैं, लेकिन, फिर क्या बात है। इसलिए अधिक करंट खींचने वाले बड़े भार का उपयोग करने के लिए आपको गेट पर अधिक वोल्टेज लगाना होगा। गेट का बढ़ता वोल्टेज चैनल को बढ़ाता है जिससे इसके माध्यम से अधिक धारा प्रवाहित होती है। MOSFET को पूरी तरह से चालू करने के लिए, वोल्टेज Vgs, जो कि गेट और स्रोत के बीच का वोल्टेज है, लगभग 10 से 12 वोल्ट का होना चाहिए, इसका मतलब है कि यदि स्रोत ग्राउंडेड है, तो गेट 12 वोल्ट या तो होना चाहिए।

जिस MOSFET पर हमने अभी चर्चा की, उसे एन्हांसमेंट टाइप MOSFETs कहा जाता है, क्योंकि गेट वोल्टेज बढ़ने के साथ चैनल में वृद्धि होती है। एक अन्य प्रकार का MOSFET है जिसे रिक्तीकरण प्रकार MOSFET कहा जाता है। मुख्य अंतर इस तथ्य में है कि चैनल पहले से ही कमी प्रकार MOSFET में मौजूद है। इस प्रकार के MOSFETs आमतौर पर बाजारों में उपलब्ध नहीं होते हैं। कमी प्रकार MOSFET के लिए प्रतीक अलग है, ठोस रेखा इंगित करती है कि चैनल पहले से मौजूद है।

चरण 7: MOSFET ड्राइवर क्यों?

अब मान लीजिए कि आप MOSFET को नियंत्रित करने के लिए एक माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग कर रहे हैं, तो आप गेट पर अधिकतम 5 वोल्ट या उससे कम ही लगा सकते हैं, जो उच्च वर्तमान भार के लिए पर्याप्त नहीं होगा।

आप क्या कर सकते हैं टीसी4420 जैसे एमओएसएफईटी ड्राइवर का उपयोग करें, आपको बस इसके इनपुट पिन पर एक तर्क संकेत प्रदान करना होगा और यह बाकी का ख्याल रखेगा या आप स्वयं ड्राइवर बना सकते हैं, लेकिन एक एमओएसएफईटी ड्राइवर के पास बहुत अधिक फायदे हैं तथ्य यह है कि यह गेट कैपेसिटेंस इत्यादि जैसी कई अन्य चीजों का भी ख्याल रखता है।

जब MOSFET पूरी तरह से चालू हो जाता है, तो इसका प्रतिरोध Rdson द्वारा निरूपित किया जाता है और इसे आसानी से डेटाशीट में पाया जा सकता है।

चरण 8: पी चैनल MOSFET

एपी चैनल एमओएसएफईटी एन चैनल एमओएसएफईटी के बिल्कुल विपरीत है। स्रोत से नाली की ओर धारा प्रवाहित होती है और चैनल p प्रकार के आवेश वाहकों, अर्थात छिद्रों से बना होता है।

एपी चैनल एमओएसएफईटी में स्रोत उच्चतम क्षमता पर होना चाहिए और वीजीएस को पूरी तरह से चालू करने के लिए नकारात्मक 10 से 12 वोल्ट होना चाहिए।

उदाहरण के लिए, यदि स्रोत 12 वोल्ट से बंधा हुआ है, तो शून्य वोल्ट पर गेट इसे पूरी तरह से चालू करने में सक्षम होना चाहिए और इसीलिए हम आम तौर पर गेट टर्न एपी चैनल MOSFET ON पर 0 वोल्ट लगाने के लिए कहते हैं और इन आवश्यकताओं के कारण MOSFET ड्राइवर के लिए n चैनल का उपयोग सीधे p चैनल MOSFET के साथ नहीं किया जा सकता है। p चैनल MOSFET ड्राइवर बाजार में उपलब्ध हैं (जैसे TC4429) या आप बस n चैनल MOSFET ड्राइवर के साथ एक इन्वर्टर का उपयोग कर सकते हैं। p चैनल MOSFETs में n चैनल MOSFETs की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक प्रतिरोध होता है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि आप किसी भी संभावित एप्लिकेशन के लिए हमेशा n चैनल MOSFET का उपयोग कर सकते हैं।

चरण 9: लेकिन क्यों?

मान लीजिए कि आपको पहले कॉन्फ़िगरेशन में MOSFET का उपयोग करना है। उस प्रकार के स्विचिंग को लो साइड स्विचिंग कहा जाता है क्योंकि आप डिवाइस को जमीन से जोड़ने के लिए MOSFET का उपयोग कर रहे हैं। एक एन चैनल एमओएसएफईटी इस काम के लिए सबसे उपयुक्त होगा क्योंकि वीजीएस अलग नहीं है और इसे आसानी से 12 वोल्ट पर बनाए रखा जा सकता है।

लेकिन अगर आप हाई साइड स्विचिंग के लिए n चैनल MOSFET का उपयोग करना चाहते हैं, तो स्रोत जमीन और Vcc के बीच कहीं भी हो सकता है, जो अंततः वोल्टेज Vgs को प्रभावित करेगा क्योंकि गेट वोल्टेज स्थिर है। इसका MOSFET के उचित कामकाज पर बहुत बड़ा प्रभाव पड़ेगा। साथ ही MOSFET जल जाता है यदि Vgs उल्लिखित अधिकतम मान से अधिक हो जाता है जो औसतन लगभग 20 वोल्ट है।

इसलिए, यहां n चैनल MOSFETs का उपयोग करना आसान नहीं है, हम जो करते हैं वह यह है कि हम अधिक ON प्रतिरोध होने के बावजूद p चैनल MOSFET का उपयोग करते हैं क्योंकि इसका यह फायदा है कि उच्च साइड स्विचिंग के दौरान Vgs स्थिर रहेगा। बूटस्ट्रैपिंग जैसी अन्य विधियाँ भी हैं, लेकिन मैं उन्हें अभी कवर नहीं करूँगा।

चरण 10: आईडी-वीडीएस वक्र।

अंत में, आइए इन Id-Vds कर्व पर एक नज़र डालते हैं। एक MOSFET तीन क्षेत्रों पर संचालित होता है, जब Vgs थ्रेशोल्ड वोल्टेज से कम होता है, MOSFET कट ऑफ क्षेत्र में होता है, अर्थात यह बंद होता है। यदि वीजीएस थ्रेशोल्ड वोल्टेज से अधिक है, लेकिन नाली और स्रोत और थ्रेशोल्ड वोल्टेज के बीच वोल्टेज ड्रॉप के योग से कम है, तो इसे ट्रायोड क्षेत्र या रैखिक क्षेत्र में कहा जाता है। लाइनर क्षेत्र में, एक MOSFET का उपयोग वोल्टेज चर रोकनेवाला के रूप में किया जा सकता है। यदि Vgs उक्त वोल्टेज योग से अधिक है, तो ड्रेन करंट स्थिर हो जाता है, इसे संतृप्ति क्षेत्र में काम करना कहा जाता है और MOSFET को एक स्विच के रूप में कार्य करने के लिए इसे इस क्षेत्र में संचालित किया जाना चाहिए क्योंकि अधिकतम करंट MOSFET से गुजर सकता है इस क्षेत्र में।

चरण 11: भागों के सुझाव।

n चैनल MOSFET: IRFZ44N

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p चैनल MOSFET: IRF9630US - https://amzn.to/2vB6oXwUK -

n चैनल MOSFET ड्राइवर: TC4420US -

पी चैनल MOSFET ड्राइवर: TC4429

चरण 12: बस इतना ही।

अब आपको MOSFETs की मूल बातों से परिचित होना चाहिए और अपनी परियोजना के लिए सही MOSFET तय करने में सक्षम होना चाहिए।

लेकिन एक सवाल अभी भी बना हुआ है, हमें MOSFETs का उपयोग कब करना चाहिए? सरल उत्तर यह है कि जब आपको अधिक वोल्टेज और करंट की आवश्यकता वाले बड़े लोड को स्विच करना होता है। उच्च धाराओं पर भी BJT की तुलना में MOSFETs को न्यूनतम बिजली हानि का लाभ मिलता है।

अगर मैंने कुछ याद किया है, या गलत हूं, या आपके पास कोई सुझाव है, तो कृपया नीचे टिप्पणी करें।

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चरण 13: प्रयुक्त भाग।

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n चैनल MOSFET ड्राइवर: TC4420US -

पी चैनल MOSFET ड्राइवर: TC4429