एन्हांसमेंट MOSFET: कार्य, अंतर और इसके अनुप्रयोग

एक एमओएसएफईटी (धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर एफईटी) एक प्रकार का क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर है जिसमें एक इन्सुलेटेड गेट होता है जो मुख्य रूप से संकेतों को बढ़ाने या स्विच करने के लिए उपयोग किया जाता है। अब एनालॉग और डिजिटल सर्किट में, MOSFETs का उपयोग की तुलना में अधिक बार किया जाता है BJTs . MOSFETs मुख्य रूप से एम्पलीफायरों में उनके अनंत इनपुट प्रतिबाधा के कारण उपयोग किए जाते हैं, इसलिए यह एम्पलीफायर को लगभग सभी आने वाले सिग्नल को पकड़ने की अनुमति देता है। का मुख्य लाभ MOSFET BJT की तुलना में, लोड करंट को नियंत्रित करने के लिए इसे लगभग किसी इनपुट करंट की आवश्यकता नहीं होती है। MOSFETs को दो प्रकार के एन्हांसमेंट MOSFET और रिक्तीकरण MOSFET में वर्गीकृत किया गया है। तो यह लेख इस पर संक्षिप्त जानकारी प्रदान करता है एन्हांसमेंट MOSFET - अनुप्रयोगों के साथ काम करना।

एन्हांसमेंट टाइप MOSFET क्या है?

MOSFET जो एन्हांसमेंट मोड में काम करता है उसे E-MOSFET या एन्हांसमेंट मॉसफेट के रूप में जाना जाता है। एन्हांसमेंट मोड का मतलब है, कि जब भी इस MOSFET के गेट टर्मिनल की ओर वोल्टेज बढ़ता है, तब तक करंट फ्लो को ड्रेन से सोर्स तक तब तक बढ़ाया जाएगा जब तक कि यह उच्चतम स्तर तक नहीं पहुंच जाता। यह MOSFET एक तीन-टर्मिनल वोल्टेज-नियंत्रित उपकरण है जहां टर्मिनल एक स्रोत, गेट और नाली हैं।

इन MOSFETs की विशेषताएं कम बिजली अपव्यय, सरल निर्माण और छोटी ज्यामिति हैं। तो ये सुविधाएँ उन्हें एकीकृत परिपथों के भीतर उपयोग में लाएँगी। इस MOSFET के ड्रेन (D) और सोर्स (S) के बीच में कोई रास्ता नहीं है जब गेट और सोर्स टर्मिनलों के बीच कोई वोल्टेज नहीं लगाया जाता है। इसलिए, गेट-टू-सोर्स पर वोल्टेज लगाने से चैनल में वृद्धि होगी, जिससे यह करंट के संचालन में सक्षम हो जाएगा। यह गुण इस डिवाइस को एन्हांसमेंट-मोड MOSFET कहने का मुख्य कारण है।

संवर्द्धन MOSFET प्रतीक

पी-चैनल और एन-चैनल दोनों के लिए एन्हांसमेंट एमओएसएफईटी प्रतीक नीचे दिखाए गए हैं। नीचे दिए गए प्रतीकों में, हम देख सकते हैं कि एक टूटी हुई रेखा बस स्रोत से सब्सट्रेट टर्मिनल से जुड़ी हुई है, जो एन्हांसमेंट मोड प्रकार को दर्शाती है।

EMOSFETs में चालकता ऑक्साइड परत को बढ़ाकर बढ़ाती है, जो चैनल की ओर चार्ज कैरियर्स को जोड़ती है। आमतौर पर, इस परत को उलटा परत के रूप में जाना जाता है।

इस MOSFET में चैनल D (ड्रेन) और S (source) के बीच में बनता है। एन-चैनल प्रकार में, पी-टाइप सब्सट्रेट का उपयोग किया जाता है जबकि पी-चैनल प्रकार में, एन-टाइप सब्सट्रेट का उपयोग किया जाता है। यहां आवेश वाहकों के कारण चैनल चालकता मुख्य रूप से पी-टाइप या एन-टाइप चैनलों पर निर्भर करती है।

एन्हांसमेंट मॉसफेट कार्य सिद्धांत

वृद्धि टाइप MOSFETS सामान्य रूप से बंद होते हैं, जिसका अर्थ है कि जब एक एन्हांसमेंट-टाइप MOSFET जुड़ा होता है, तो टर्मिनल ड्रेन (D) से सोर्स (S) तक करंट का कोई प्रवाह नहीं होगा जब इसके गेट टर्मिनल को कोई वोल्टेज नहीं दिया जाएगा। इस ट्रांजिस्टर को a . कहने का यही कारण है सामान्य रूप से बंद डिवाइस .

इसी तरह, यदि इस MOSFET के गेट टर्मिनल को वोल्टेज दिया जाता है, तो ड्रेन-सोर्स चैनल बहुत कम प्रतिरोधक हो जाएगा। जब गेट से सोर्स टर्मिनल तक वोल्टेज बढ़ता है तो ड्रेन से सोर्स टर्मिनल तक करंट का प्रवाह भी तब तक बढ़ेगा जब तक कि ड्रेन टर्मिनल से सोर्स तक उच्चतम करंट की आपूर्ति नहीं हो जाती।

निर्माण

एन्हांसमेंट MOSFET का निर्माण नीचे दिखाया गया है। इस MOSFET में तीन लेयर गेट, ड्रेन और सोर्स शामिल हैं। MOSFET के शरीर को एक सब्सट्रेट के रूप में जाना जाता है जो आंतरिक रूप से स्रोत से जुड़ा होता है। MOSFET में, सेमीकंडक्टर परत से धातु गेट टर्मिनल एक सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत के माध्यम से अछूता रहता है अन्यथा एक ढांकता हुआ परत।

इस EMOSFET का निर्माण P-टाइप और N-टाइप सेमीकंडक्टर्स जैसी दो सामग्रियों से किया गया है। एक सब्सट्रेट डिवाइस को भौतिक समर्थन देता है। एक पतली SiO परत और एक उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेटर केवल स्रोत और नाली टर्मिनलों के बीच के क्षेत्र को कवर करता है। ऑक्साइड परत पर, एक धातु की परत गेट इलेक्ट्रोड बनाती है।

इस निर्माण में, दो एन क्षेत्रों को हल्के से डोप किए गए पी-टाइप सब्सट्रेट पर कुछ माइक्रोमीटर दूरी के माध्यम से अलग किया जाता है। इन दो एन-क्षेत्रों को स्रोत और नाली टर्मिनलों की तरह किया जाता है। सतह पर, एक पतली इन्सुलेशन परत विकसित की जाती है जिसे सिलिकॉन डाइऑक्साइड के रूप में जाना जाता है। इस परत पर बने छेद जैसे आवेश वाहक स्रोत और नाली टर्मिनलों दोनों के लिए एल्यूमीनियम संपर्क स्थापित करेंगे।

यह चालन परत टर्मिनल गेट की तरह काम करती है जो SiO2 के साथ-साथ चैनल के पूरे क्षेत्र पर रखी जाती है। हालाँकि, चालन के लिए, इसमें कोई भौतिक चैनल नहीं होता है इस तरह के एन्हांसमेंट MOSFET में, p-टाइप सब्सट्रेट को पूरी SiO2 परत पर बढ़ाया जाता है।

कार्यरत

EMOSFET का कार्य तब होता है जब VGS 0V होता है तो कोई चैनल नहीं होता है जो स्रोत और नाली को जोड़ेगा। पी-टाइप सब्सट्रेट में मुक्त इलेक्ट्रॉनों जैसे थर्मली उत्पादित अल्पसंख्यक चार्ज वाहक की केवल एक छोटी संख्या होती है, इस प्रकार ड्रेन करंट शून्य होता है। इस कारण से, यह MOSFET सामान्य रूप से बंद रहेगा।

एक बार जब गेट (G) धनात्मक (+ve) हो जाता है, तो यह p-सब्सट्रेट से इलेक्ट्रॉनों जैसे अल्पसंख्यक आवेश वाहकों को आकर्षित करता है जहाँ ये आवेश वाहक SiO2 की परत के नीचे छिद्रों के माध्यम से संयोजित होंगे। आगे वीजीएस बढ़ाया जाता है तो इलेक्ट्रॉनों के पास आने और बंधन के लिए पर्याप्त क्षमता होगी और अधिक चार्ज वाहक यानी इलेक्ट्रॉन चैनल में जमा हो जाएंगे।

यहां, ढांकता हुआ का उपयोग सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत में इलेक्ट्रॉन की गति को रोकने के लिए किया जाता है। इस संचय के परिणामस्वरूप नाली और स्रोत टर्मिनलों के बीच n-चैनल का निर्माण होगा। तो यह पूरे चैनल में उत्पन्न ड्रेन करंट प्रवाह को जन्म दे सकता है। यह ड्रेन करंट चैनल के प्रतिरोध के समानुपाती होता है जो आगे गेट के +ve टर्मिनल की ओर आकर्षित चार्ज कैरियर्स पर निर्भर करता है।

एन्हांसमेंट के प्रकार MOSFET

वे दो प्रकार में उपलब्ध हैं एन चैनल एन्हांसमेंट MOSFET तथा पी चैनल एन्हांसमेंट MOSFET .

एन चैनल एन्हांसमेंट प्रकार में, हल्के से डोप किए गए पी-सब्सट्रेट का उपयोग किया जाता है और दो भारी डोप किए गए एन-टाइप क्षेत्र स्रोत और नाली टर्मिनल बना देंगे। इस प्रकार के E-MOSFET में, अधिकांश आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसके बारे में अधिक जानने के लिए कृपया इस लिंक को देखें - एन-चैनल MOSFET।

पी चैनल प्रकार में, हल्के से डोप किए गए एन-सब्सट्रेट का उपयोग किया जाता है और दो भारी डोप किए गए पी-टाइप क्षेत्र स्रोत और नाली टर्मिनल बनाएंगे। इस प्रकार के E-MOSFET में, अधिकांश आवेश वाहक छिद्र होते हैं। इसके बारे में अधिक जानने के लिए कृपया इस लिंक को देखें - पी-चैनल MOSFET .

विशेषताएं

n चैनल एन्हांसमेंट MOSFET और p चैनल एन्हांसमेंट की VI और ड्रेन विशेषताओं पर नीचे चर्चा की गई है।

नाली के लक्षण

एन चैनल एन्हांसमेंट मॉसफेट ड्रेन विशेषताएँ नीचे दिखाए गए हैं। इन विशेषताओं में, हम अलग-अलग Vgs मानों के लिए Id और Vds के बीच प्लॉट किए गए ड्रेन विशेषताओं का निरीक्षण कर सकते हैं, जैसा कि आप देख सकते हैं कि जब Vgs मान बढ़ाया जाता है, तो वर्तमान 'Id' भी बढ़ जाएगा।

विशेषताओं पर परवलयिक वक्र VDS का स्थान दिखाएगा जहां Id (नाली धारा) संतृप्त हो जाएगी। इस ग्राफ में, रैखिक या ओमिक क्षेत्र दिखाया गया है। इस क्षेत्र में, MOSFET एक वोल्टेज-नियंत्रित रोकनेवाला के रूप में कार्य कर सकता है। तो, निश्चित Vds मान के लिए, एक बार जब हम Vgs वोल्टेज मान बदलते हैं, तो चैनल की चौड़ाई बदल जाएगी या हम कह सकते हैं कि चैनल का प्रतिरोध बदल जाएगा।

ओमिक क्षेत्र एक ऐसा क्षेत्र है जहां वर्तमान 'आईडीएस' वीडीएस मूल्य में वृद्धि के साथ बढ़ता है। एक बार MOSFETs को ओमिक क्षेत्र में काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, तो उन्हें एम्पलीफायरों के रूप में उपयोग किया जा सकता है .

गेट वोल्टेज जिस बिंदु पर ट्रांजिस्टर चालू होता है और पूरे चैनल में करंट प्रवाहित होने लगता है उसे थ्रेशोल्ड वोल्टेज (VT या VTH) के रूप में जाना जाता है। एन-चैनल के लिए, यह थ्रेशोल्ड वोल्टेज मान 0.5V - 0.7V तक होता है जबकि P-चैनल उपकरणों के लिए यह -0.5V से -0.8V तक होता है।

जब भी Vds Vt तब, इस स्थिति में, MOSFET एक रेखीय क्षेत्र में कार्य करेगा। अतः इस क्षेत्र में यह a . के रूप में कार्य कर सकता है वोल्टेज नियंत्रित रोकनेवाला .

कट-ऑफ क्षेत्र में, जब वोल्टेज Vgs

जब भी लोकस के दाहिनी ओर मस्जिद का संचालन किया जाता है तो हम कह सकते हैं कि यह एक में संचालित होता है संतृप्ति क्षेत्र . तो, गणितीय रूप से, जब भी Vgs वोल्टेज> या = Vgs-Vt होता है तो यह एक संतृप्ति क्षेत्र में काम कर रहा होता है। तो यह सब वृद्धि मस्जिद के विभिन्न क्षेत्रों में नाली की विशेषताओं के बारे में है।

स्थानांतरण विशेषताएं

एन चैनल एन्हांसमेंट मस्जिद की स्थानांतरण विशेषताओं नीचे दिखाए गए हैं। स्थानांतरण विशेषताएँ इनपुट वोल्टेज 'Vgs' और आउटपुट ड्रेन करंट 'Id' के बीच संबंध को दर्शाती हैं। ये विशेषताएँ मूल रूप से दिखाती हैं कि जब Vgs मान बदलते हैं तो 'Id' कैसे बदलता है। तो इन विशेषताओं से, हम देख सकते हैं कि ड्रेन करंट 'Id' थ्रेशोल्ड वोल्टेज तक शून्य है। उसके बाद जब हम Vgs मान बढ़ाते हैं, तो 'Id' बढ़ जाएगा।

वर्तमान 'Id' और Vgs के बीच संबंध Id = k(Vgs-Vt)^2 के रूप में दिया जा सकता है। यहां, 'के' डिवाइस स्थिरांक है जो डिवाइस के भौतिक मानकों पर निर्भर करता है। तो इस अभिव्यक्ति का उपयोग करके, हम निश्चित वीजीएस मूल्य के लिए नाली के वर्तमान मूल्य का पता लगा सकते हैं।

पी चैनल एन्हांसमेंट MOSFET

पी चैनल एन्हांसमेंट मॉसफेट ड्रेन विशेषताएँ नीचे दिखाए गए हैं। यहां, वीडीएस और वीजीएस नकारात्मक होंगे। ड्रेन करंट 'Id' स्रोत से ड्रेन टर्मिनल तक सप्लाई करेगा। जैसा कि हम इस ग्राफ से देख सकते हैं, जब Vgs अधिक ऋणात्मक हो जाते हैं तो ड्रेन करंट 'Id' भी बढ़ जाएगा।

जब वीजीएस>वीटी, तब यह एमओएसएफईटी कट-ऑफ क्षेत्र में काम करेगा। इसी तरह, यदि आप इस एमओएसएफईटी की स्थानांतरण विशेषताओं का निरीक्षण करते हैं तो यह एन-चैनल की दर्पण छवि होगी।

अनुप्रयोग

एन्हांसमेंट MOSFET का पूर्वाग्रह

आम तौर पर, एन्हांसमेंट MOSFET (E-MOSFET) या तो वोल्टेज विभक्त पूर्वाग्रह के साथ पक्षपाती होता है अन्यथा प्रतिक्रिया पूर्वाग्रह को हटा देता है। लेकिन ई-MOSFET आत्म-पूर्वाग्रह और शून्य पूर्वाग्रह के साथ पक्षपात नहीं किया जा सकता है।

वोल्टेज विभक्त पूर्वाग्रह

एन चैनल ई-एमओएसएफईटी के लिए वोल्टेज विभक्त पूर्वाग्रह नीचे दिखाया गया है। वोल्टेज विभक्त पूर्वाग्रह BJTs का उपयोग करने वाले विभक्त सर्किट के समान है। वास्तव में, एन-चैनल एन्हांसमेंट एमओएसएफईटी को गेट टर्मिनल की आवश्यकता होती है जो इसके स्रोत से अधिक होता है जैसे एनपीएन बीजेटी को बेस वोल्टेज की आवश्यकता होती है जो इसके एमिटर की तुलना में अधिक होती है।

इस परिपथ में गेट वोल्टेज को स्थापित करने के लिए विभक्त सर्किट बनाने के लिए R1 और R2 जैसे प्रतिरोधों का उपयोग किया जाता है।

जब E-MOSFET का स्रोत सीधे GND से जुड़ा होता है तो VGS = VG होता है। इसलिए, I जैसे E-MOSFET विशेषता समीकरण के साथ उचित संचालन के लिए प्रतिरोधक R2 के पार क्षमता को VGS (th) से ऊपर सेट करने की आवश्यकता है _डी = के (वी _{जी एस} -में _{जी एस} (थ))^2.

VG मान को जानकर, E-MOSFET के अभिलक्षणिक समीकरण का उपयोग ड्रेन करंट को स्थापित करने के लिए किया जाता है। लेकिन डिवाइस स्थिरांक 'K' एकमात्र लापता कारक है जिसकी गणना किसी विशेष डिवाइस के लिए VGS (ऑन) और आईडी (ऑन) कोऑर्डिनेट पेयर के आधार पर की जा सकती है।

स्थिरांक 'K' E-MOSFET के अभिलक्षणिक समीकरण जैसे K = I . से प्राप्त होता है _डी /(में _{जी एस} -में _{जी एस} (थ))^2.

कश्मीर = मैं _डी /(में _{जी एस} -में _{जी एस} (थ))^2.

तो, इस मान का उपयोग अन्य पूर्वाग्रह बिंदुओं के लिए किया जाता है।

नाली प्रतिक्रिया पूर्वाग्रह

यह पूर्वाग्रह ऊपर उल्लिखित विशेषता वक्र पर 'चालू' ऑपरेटिंग बिंदु का उपयोग करता है। विचार बिजली आपूर्ति और नाली प्रतिरोधी के उपयुक्त चयन के माध्यम से एक नाली प्रवाह स्थापित करना है। ड्रेन फीडबैक सर्किट प्रोटोटाइप नीचे दिखाया गया है।

यह एक बहुत ही सरल सर्किट है जो कुछ बुनियादी घटकों का उपयोग करता है। इस ऑपरेशन को KVL लगाने से समझा जाता है।

में _डीडी = वी _{तृतीय} + वी _आरजी + वी _{जी एस}

में _डीडी = मैं _डी आर _डी + मैं _जी आर _जी + वी _{जी एस}

यहाँ, गेट करंट नगण्य है इसलिए उपरोक्त समीकरण बन जाएगा

में _डीडी =मैं _डी आर _डी +वी _{जी एस}

और वी भी _{डीएस =} में _{जी एस}

इस प्रकार,

में _{जी एस} =वी _{डी एस} = वी _डीडी - मैं _डी आर _डी

इस समीकरण का उपयोग पूर्वाग्रह सर्किट डिजाइन के आधार के रूप में किया जा सकता है।

संवर्द्धन MOSFET बनाम कमी MOSFET

एन्हांसमेंट मॉसफ़ेट और डिक्लेक्शन मॉसफ़ेट के बीच अंतर में निम्नलिखित शामिल हैं।

इसके बारे में अधिक जानने के लिए कृपया इस लिंक को देखें - कमी मोड MOSFET .

एन्हांसमेंट MOSFET . के अनुप्रयोग निम्नलिखित को शामिल कीजिए।

• आम तौर पर, एन्हांसमेंट MOSFETs का उपयोग स्विचिंग, एम्पलीफायर और इन्वर्टर सर्किट में किया जाता है।
• इनका उपयोग विभिन्न मोटर चालकों, डिजिटल नियंत्रकों और पावर इलेक्ट्रॉनिक्स आईसी में किया जाता है।
• इसका उपयोग डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है।

इस प्रकार, यह सब एक एन्हांसमेंट के अवलोकन के बारे में है MOSFET - काम कर रहा अनुप्रयोगों के साथ। E-MOSFET उच्च और निम्न-शक्ति दोनों संस्करणों में प्राप्य है जो केवल एन्हांसमेंट मोड में काम करते हैं। यहाँ आपके लिए एक प्रश्न है, MOSFET की कमी क्या है?