MOSFETはトランジスタの一種で、IGFET（絶縁ゲート電界効果トランジスタ）またはMIFET（金属絶縁体電界効果トランジスタ）とも呼ばれます。で MOSFET 、チャネルとゲートは薄い SiO2 層で分離され、ゲート電圧によって変化する静電容量を形成します。そのため、MOSFET は入力ゲートからソースへの電圧によって制御される MOS コンデンサのように機能します。したがって、MOSFETは電圧制御コンデンサとしても使用できます。 MOSFET の構造は、このコンデンサのシリコンベースが p 型であるため、MOS コンデンサに似ています。

これらはｐチャネル増強、ｎチャネル増強、ｐチャネル枯渇、ｎチャネル枯渇の４種類に分類される。この記事では、次のような MOSFET のタイプの 1 つについて説明します。 NチャネルMOSFET – アプリケーションの操作。

NチャンネルMOSFETとは？

MOSFET チャネルが電子などの電流キャリアとして多数の電荷キャリアで構成されている MOSFET のタイプは、N チャネル MOSFET として知られています。この MOSFET がオンになると、電荷キャリアの大部分がチャネル全体を移動します。この MOSFET は、P チャネル MOSFET とは対照的です。

この MOSFET には、ソース端子とドレイン端子の中間に位置する N- チャネル領域が含まれます。端子がG（ゲート）、D（ドレイン）、S（ソース）の3端子デバイスです。このトランジスタでは、ソースとドレインは高濃度にドープされた n+ 領域であり、ボディまたは基板は P 型です。

働く

このMOSFETには、ソース端子とドレイン端子の中間に位置するNチャネル領域が含まれています。端子がG（ゲート）、D（ドレイン）、S（ソース）の3端子デバイスです。このFETでは、ソースとドレインは高濃度にドープされたn +領域であり、ボディまたは基板はP型です。

ここで、チャネルは電子の到着時に作成されます。 +ve 電圧はまた、n+ ソースおよびドレイン領域の両方からチャネルに電子を引き付けます。ドレインとソースの間に電圧が印加されると、ソースとドレインの間に電流が自由に流れ、ゲートの電圧はチャネル内の電荷キャリア電子を制御します。同様に、ゲート端子に -ve 電圧を印加すると、酸化物層の下に正孔チャネルが形成されます。

N チャネル MOSFET 記号

N チャネル MOSFET の記号を以下に示します。このMOSFETには、ソース、ドレイン、ゲートなどの3つの端子があります。 nチャネルMOSFETの場合、矢印記号の方向は内側です。したがって、矢印記号は、P チャネルや N チャネルなどのチャネルタイプを指定します。

N チャネル MOSFET 記号

NチャンネルMOSFET回路

の NチャネルMOSFETを使用してブラシレスDCファンを制御するための回路図 と Arduino Uno rev3 を以下に示します。この回路は、Arduino Uno rev3 ボード、n チャネル MOSFET、ブラシレス DC ファン、および接続ワイヤで構築できます。

この回路で使用されている MOSFET は 2N7000 N チャネル MOSFET であり、エンハンスメントタイプであるため、ファンに電力を供給するために Arduino の出力ピンを High に設定する必要があります。

“ACからDCへのダイオードブリッジ ”

2N7000 N チャネル MOSFET

この回路の接続は次のとおりです。

MOSFET のソースピンを GND に接続します。
MOSFETのゲートピンはArduinoのピン2に接続されています。
MOSFETのドレイン端子をファンの黒色線に。
ブラシレス DC ファンの赤色のワイヤは、ブレッドボードの正のレールに接続されています。
Arduino 5V ピンからブレッドボードのプラスレールへの接続を追加する必要があります。

一般的に、MOSFETは信号のスイッチングと増幅に使用されます。この例では、この MOSFET は、ゲート、ソース、ドレインのような 3 つの端子を含むスイッチとして使用されます。 n チャネル MOSFET は電圧制御デバイスの一種で、これらの MOSFET には、エンハンスメント MOSFET とデプレッション MOSFET の 2 種類があります。

NチャネルMOSFETによるブラシレスDCファン制御

一般に、エンハンスメント MOSFET は Vgs (ゲート-ソース間電圧) が 0V になるとオフになるため、ドレイン-ソースチャネル全体に電流が流れるようにゲート端子に電圧を供給する必要があります。一方、デプレッション MOSFET は一般に、Vgs (ゲート-ソース間電圧) が 0V になるとオンになり、ゲート端子に +ve 電圧が与えられるまで、ドレインからソースチャネルに電流が流れます。

コード

ボイドセットアップ() {
// セットアップコードをここに配置して、一度だけ実行します。
pinMode(2、出力);

}

ボイドループ() {
// ここにメインコードを配置して、繰り返し実行します。
デジタル書き込み (2、高);
遅延 (5000);
デジタル書き込み (2、低);
遅延 (5000);
}

したがって、MOSFETのゲート端子に5Vの電源が与えられると、ブラシレスDCファンがオンになります。同様に、MOSFETのゲート端子に0vを与えるとファンがOFFになります。

NチャネルMOSFETの種類

NチャネルMOSFETは電圧制御デバイスで、エンハンスメント型とデプリーション型の2種類に分類されます。

NチャンネルエンハンスメントMOSFET

エンハンスメント型 N チャネル MOSFET は、一般に、ゲートからソースへの電圧がゼロボルトになるとオフになるため、ドレインからソースへのチャネル全体に電流が供給されるように、ゲート端子に電圧を供給する必要があります。

nチャネルエンハンスメントMOSFETの働きは、構造と動作を除いてエンハンスメントpチャネルMOSFETと同じです。このタイプの MOSFET では、低濃度にドープされた p 型基板でデバイス本体を形成できます。ソースおよびドレイン領域は、n型不純物で高濃度にドープされています。

ここでは、ソースとボディが共通にグランド端子に接続されています。ゲート端子に正の電圧を印加すると、ゲートの正性と等価容量効果により、p型基板の少数電荷キャリアがゲート端子に向かって引き寄せられます。

NチャンネルエンハンスメントMOSFET

電子のような多数電荷キャリアと p 型基板の少数電荷キャリアは、ゲート端子に向かって引き付けられるため、電子と正孔が再結合することにより、誘電体層の下に負の露出したイオン層が形成されます。

正のゲート電圧を継続的に増加させると、しきい値電圧レベルの後に再結合プロセスが飽和し、電子のような電荷キャリアがその場所に蓄積され始め、自由電子伝導チャネルが形成されます。これらの自由電子は、高濃度にドープされたソースからも発生し、n 型領域をドレインします。

ドレイン端子に +ve 電圧を印加すると、チャネル全体に電流が流れます。したがって、チャネル抵抗はチャネル内の電子などの自由電荷キャリアに依存し、これらの電子はチャネル内のデバイスのゲート電位に依存します。自由電子濃度がチャネルを形成すると、ゲート電圧が増加するため、チャネル全体の電流の流れが強化されます。

NチャネルデプリーションMOSFET

一般に、この MOSFET は、ゲートからソースへの電圧が 0V になるとアクティブになるため、ゲート (G) 端子に正の電圧が印加されるまで、ドレインからソースチャネルに電流が供給されます。 N チャネルデプレション MOSFET の動作は、n チャネルエンハンスメント MOSFET とは異なります。このMOSFETでは、使用される基板はp型半導体です。

この MOSFET では、ソース領域とドレイン領域の両方が高濃度にドープされた n 型半導体です。ソース領域とドレイン領域の両方の間のギャップは、n 型不純物を介して拡散されます。

NチャネルデプリーションMOSFET

ソース端子とドレイン端子の間に電位差を加えると、電流は基板の n 領域全体に流れます。ゲート端子に -ve 電圧を印加すると、電子などの電荷キャリアは、二酸化シリコン誘電体層のすぐ下の n 領域で無効になり、下にシフトします。

“DCを取得する3つの方法を挙げてください ”

その結果、SiO2 誘電体層の下に正の露出したイオン層が存在します。したがって、このようにして、電荷キャリアの枯渇がチャネル内で発生します。したがって、チャネル全体の導電率が低下します。

この状態で、ドレイン端子に同じ電圧を印加すると、ドレインの電流が減少します。ここでは、チャネル内の電荷キャリアの空乏化を変更することでドレイン電流を制御できることを観察したため、空乏型 MOSFET として知られています。

ここで、ゲートは-ve電位にあり、ドレインは+ve電位にあり、ソースは「0」電位にあります。その結果、ソースからゲートへの電圧差よりもドレインからゲートへの電圧差の方が大きいため、空乏層幅はソースよりもドレインに向かって大きくなります。

NチャンネルMOSFETとPチャンネルMOSFETの違い

nチャネルとpチャネルMOSFETの違いには、次のようなものがあります。

NチャンネルMOSFET	PチャンネルMOSFET
N チャネル MOSFET は、電荷キャリアとして電子を使用します。	P チャネル MOSFET は、正孔を電荷キャリアとして使用します。
通常、N チャンネルは負荷の GND 側に接続します。	通常、P チャネルは VCC 側に接続します。
この N チャネル MOSFET は、G (ゲート) 端子に +ve 電圧を印加するとアクティブになります。	この P チャネル MOSFET は、G (ゲート) 端子に -ve 電圧を印加するとアクティブになります。
このMOSFETは、NチャネルエンハンスメントMOSFETとNチャネルデプリーションMOSFETの2種類に分類されます。	この MOSFET は、P チャネルエンハンスメント MOSFET と P チャネルデプレッション MOSFET の 2 種類に分類されます。

N チャネル MOSFET のテスト方法

N チャネル MOSFET のテストに含まれる手順を以下に説明します。

n チャネル MOSFET をテストするには、アナログマルチメータを使用します。そのためには、ノブを 10K の範囲に配置する必要があります。
この MOSFET をテストするには、最初に黒いプローブを MOSFET のドレインピンに配置し、赤いプローブをゲートピンに配置して、MOSFET 内の内部容量を放電します。
その後、黒いプローブがまだドレインピンにある間に、赤色のプローブをソースピンに移動します
右手の指を使ってゲートとドレインの両方のピンに触れて、アナログマルチメーターのポインターがメーターの目盛りの中央範囲に移動することを観察できるようにします。
マルチメータの赤いプローブと MOSFET のソースピンから右手の指を離し、再び赤いプローブとソースピンに指を置きます。ポインタはマルチメータスケールの中心に留まります。
それを放電するには、赤いプローブを取り外して、ゲートピンに1回触れるだけです。最後に、これにより内部容量が再び放電されます。
ここで、赤色のプローブをソースピンに触れるために再度使用する必要があります。以前はゲートピンに触れるだけで放電していたので、マルチメータのポインタはまったく偏向しません。

特徴

NチャネルMOSFETには、ドレイン特性と伝達特性という2つの特性があります。

排水特性

NチャネルMOSFETのドレイン特性には次のようなものがあります。

排水特性

nチャネルMOSFETのドレイン特性は、出力電流とVDSの間でプロットされます。これは、ドレインからソースへの電圧VDSとして知られています。
図でわかるように、さまざまな Vgs 値について、現在の値をプロットします。そのため、最小 Vgs 値、最大 Vgs 値など、図でドレイン電流のさまざまなプロットを見ることができます。
上記の特性では、電流は一定のドレイン電圧の後、一定に保たれます。したがって、MOSFET を動作させるには、ドレインからソースへの最小電圧が必要です。
したがって、「Vgs」を大きくすると、チャネル幅が大きくなり、ID (ドレイン電流) が増加します。