اضافہ MOSFET: کام کرنا، اختلافات اور اس کے اطلاقات

MOSFET (metal–oxide–semiconductor FET) ایک قسم کا فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹر ہے جس میں موصل گیٹ ہوتا ہے جو بنیادی طور پر سگنل کو بڑھانے یا سوئچ کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ اب ینالاگ اور ڈیجیٹل سرکٹس میں، MOSFETs کے مقابلے میں زیادہ کثرت سے استعمال ہوتے ہیں۔ بی جے ٹیز . MOSFETs بنیادی طور پر ان کے لامحدود ان پٹ رکاوٹ کی وجہ سے یمپلیفائر میں استعمال ہوتے ہیں لہذا یہ ایمپلیفائر کو تقریباً تمام آنے والے سگنل کو پکڑنے کی اجازت دیتا ہے۔ کا بنیادی فائدہ MOSFET جیسا کہ BJT کے مقابلے میں ہے، کہ اسے لوڈ کرنٹ کو کنٹرول کرنے کے لیے تقریباً کسی ان پٹ کرنٹ کی ضرورت نہیں ہے۔ MOSFET کو دو اقسام میں درجہ بندی کیا گیا ہے اضافہ MOSFET اور depletion MOSFET۔ لہذا یہ مضمون اس پر مختصر معلومات فراہم کرتا ہے۔ اضافہ MOSFET - ایپلی کیشنز کے ساتھ کام کرنا۔

اضافہ کی قسم MOSFET کیا ہے؟

MOSFET جو اضافہ موڈ میں کام کرتا ہے E-MOSFET یا اضافہ mosfet کے نام سے جانا جاتا ہے۔ اینہانسمنٹ موڈ کا مطلب ہے کہ جب بھی اس MOSFET کے گیٹ ٹرمینل کی طرف وولٹیج بڑھے گا، تو کرنٹ فلو کو ڈرین سے سورس تک زیادہ بڑھایا جائے گا جب تک کہ یہ اعلیٰ ترین سطح تک نہ پہنچ جائے۔ یہ MOSFET ایک تین ٹرمینل وولٹیج پر قابو پانے والا آلہ ہے جہاں ٹرمینلز ایک ذریعہ، گیٹ اور ڈرین ہیں۔

ان MOSFETs کی خصوصیات کم بجلی کی کھپت، سادہ مینوفیکچرنگ، اور چھوٹی جیومیٹری ہیں۔ لہذا یہ خصوصیات انہیں مربوط سرکٹس میں استعمال کریں گی۔ اس MOSFET کے ڈرین (D) اور سورس (S) کے درمیان کوئی راستہ نہیں ہے جب گیٹ اور سورس ٹرمینلز کے درمیان کوئی وولٹیج لاگو نہیں ہوتا ہے۔ لہذا، گیٹ ٹو سورس پر وولٹیج لگانے سے چینل میں اضافہ ہو گا، جس سے یہ کرنٹ چلانے کے قابل ہو جائے گا۔ یہ خاصیت اس ڈیوائس کو بڑھانے کے موڈ MOSFET کہنے کی بنیادی وجہ ہے۔

اضافہ MOSFET علامت

P-channel اور N-چینل دونوں کے لیے اضافہ MOSFET علامات ذیل میں دکھائے گئے ہیں۔ ذیل کی علامتوں میں، ہم دیکھ سکتے ہیں کہ ایک ٹوٹی ہوئی لائن ماخذ سے سبسٹریٹ ٹرمینل سے صرف جڑی ہوئی ہے، جو کہ اضافہ موڈ کی قسم کو ظاہر کرتی ہے۔

EMOSFETs میں چالکتا آکسائیڈ کی تہہ کو بڑھا کر بڑھاتا ہے، جو چینل کی طرف چارج کیریئرز کو جوڑتا ہے۔ عام طور پر، اس پرت کو الٹا پرت کے نام سے جانا جاتا ہے۔

اس MOSFET میں چینل D (ڈرین) اور S (ذریعہ) کے درمیان بنتا ہے۔ N-چینل کی قسم میں، P-type substrate استعمال کیا جاتا ہے جبکہ P-چینل کی قسم میں، N-type سبسٹریٹ استعمال ہوتا ہے۔ یہاں چارج کیریئرز کی وجہ سے چینل کی چالکتا بنیادی طور پر P-type یا N-type چینلز پر منحصر ہے۔

اضافہ Mosfet کام کرنے کے اصول

اضافہ Type MOSFETS عام طور پر بند ہوتے ہیں جس کا مطلب ہے کہ جب ایک اضافہ کی قسم MOSFET منسلک ہوتا ہے، ٹرمینل ڈرین (D) سے سورس (S) تک کرنٹ کا کوئی بہاؤ نہیں ہوگا جب اس کے گیٹ ٹرمینل کو کوئی وولٹیج نہیں دیا جاتا ہے۔ یہی وجہ ہے کہ اس ٹرانجسٹر کو a عام طور پر آلہ بند .

اسی طرح، اگر اس MOSFET کے گیٹ ٹرمینل کو وولٹیج دیا جاتا ہے، تو ڈرین سورس چینل بہت کم مزاحم ہو جائے گا۔ جب گیٹ سے سورس ٹرمینل تک وولٹیج بڑھتا ہے تو ڈرین سے سورس ٹرمینل تک کرنٹ کا بہاؤ اس وقت تک بڑھ جاتا ہے جب تک کہ ڈرین ٹرمینل سے ماخذ تک سب سے زیادہ کرنٹ فراہم نہیں کیا جاتا۔

تعمیراتی

دی اضافہ MOSFET کی تعمیر ذیل میں دکھایا گیا ہے. اس MOSFET میں تین پرتوں کے گیٹ، ڈرین اور سورس شامل ہیں۔ MOSFET کے جسم کو ایک سبسٹریٹ کے طور پر جانا جاتا ہے جو اندرونی طور پر ماخذ سے جڑا ہوا ہے۔ MOSFET میں، سیمی کنڈکٹر پرت سے دھاتی گیٹ ٹرمینل کو سلکان ڈائی آکسائیڈ پرت کے ذریعے موصل کیا جاتا ہے بصورت دیگر ڈائی الیکٹرک پرت۔

یہ EMOSFET دو مواد جیسے P-type اور N-type سیمی کنڈکٹرز کے ساتھ بنایا گیا ہے۔ ایک سبسٹریٹ آلہ کو جسمانی مدد فراہم کرتا ہے۔ ایک پتلی SiO تہہ اور ایک شاندار الیکٹریکل انسولیٹر صرف سورس اور ڈرین ٹرمینلز کے درمیان علاقے کو ڈھانپتا ہے۔ آکسائیڈ پرت پر، ایک دھاتی پرت گیٹ الیکٹروڈ بناتی ہے۔

اس تعمیر میں، دو N خطوں کو ہلکے ڈوپڈ پی قسم کے سبسٹریٹ پر کچھ مائکرو میٹر کے فاصلے سے الگ کیا جاتا ہے۔ یہ دو N-علاقوں کو ذریعہ اور ڈرین ٹرمینلز کی طرح انجام دیا جاتا ہے۔ سطح پر، ایک پتلی موصلیت کی تہہ تیار ہوتی ہے جسے سلکان ڈائی آکسائیڈ کہا جاتا ہے۔ چارج کیریئرز جیسے اس تہہ پر بنے سوراخ سورس اور ڈرین ٹرمینلز دونوں کے لیے ایلومینیم کے رابطے قائم کریں گے۔

یہ کنڈکشن پرت ٹرمینل گیٹ کی طرح کام کرتی ہے جو SiO2 کے ساتھ ساتھ چینل کے پورے علاقے پر بچھایا جاتا ہے۔ تاہم ترسیل کے لیے، اس میں کوئی فزیکل چینل نہیں ہوتا ہے اس قسم کی افزائش MOSFET میں، p قسم کا سبسٹریٹ پوری SiO2 پرت پر پھیلا ہوا ہے۔

کام کرنا

EMOSFET کا کام یہ ہے کہ جب VGS 0V ہوتا ہے تو کوئی چینل نہیں ہوتا جو سورس اور ڈرین کو جوڑتا ہو۔ پی قسم کے سبسٹریٹ میں تھرمل طور پر تیار کردہ اقلیتی چارج کیریئرز کی صرف ایک چھوٹی سی تعداد ہے جیسے مفت الیکٹران اس طرح ڈرین کرنٹ صفر ہے۔ اس وجہ سے، یہ MOSFET عام طور پر بند رہے گا۔

ایک بار جب گیٹ (G) مثبت (+ve) ہو جاتا ہے، تو یہ p–سبسٹریٹ سے الیکٹران جیسے اقلیتی چارج کیریئرز کو اپنی طرف متوجہ کرتا ہے جہاں یہ چارج کیریئر SiO2 کی تہہ کے نیچے سوراخوں کے ذریعے یکجا ہو جائیں گے۔ مزید VGS میں اضافہ کیا جاتا ہے تو الیکٹرانز میں اوور آنے اور بانڈنگ ہونے کی کافی صلاحیت ہوگی اور مزید چارج کیریئرز یعنی الیکٹران چینل میں جمع ہوجاتے ہیں۔

یہاں، ڈائی الیکٹرک کا استعمال سلیکان ڈائی آکسائیڈ پرت میں الیکٹران کی حرکت کو روکنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ اس جمع کے نتیجے میں ڈرین اور سورس ٹرمینلز کے درمیان این چینل کی تشکیل ہوگی۔ لہذا یہ پورے چینل میں پیدا شدہ ڈرین کرنٹ بہاؤ کا باعث بن سکتا ہے۔ یہ ڈرین کرنٹ صرف چینل کی مزاحمت کے متناسب ہے جو گیٹ کے +ve ٹرمینل کی طرف متوجہ چارج کیریئرز پر مزید منحصر ہے۔

اضافہ کی اقسام MOSFET کی قسم

وہ دو اقسام میں دستیاب ہیں۔ این چینل اینہانسمنٹ MOSFET اور پی چینل انہانسمنٹ MOSFET .

N چینل بڑھانے والی قسم میں، ہلکے ڈوپڈ p-substrate کا استعمال کیا جاتا ہے اور دو بھاری ڈوپڈ n-types والے علاقے سورس اور ڈرین ٹرمینلز بنائیں گے۔ اس قسم کے E-MOSFET میں، چارج کیریئرز کی اکثریت الیکٹران ہیں۔ کے بارے میں مزید جاننے کے لیے براہ کرم اس لنک سے رجوع کریں- این چینل MOSFET۔

پی چینل کی قسم میں، ہلکے ڈوپڈ N-سبسٹریٹ کا استعمال کیا جاتا ہے اور دو بھاری ڈوپڈ p-قسم والے علاقے سورس اور ڈرین ٹرمینلز بنائیں گے۔ اس قسم کے E-MOSFET میں، چارج کیریئرز کی اکثریت سوراخ ہوتی ہے۔ کے بارے میں مزید جاننے کے لیے براہ کرم اس لنک سے رجوع کریں- پی چینل MOSFET .

خصوصیات

این چینل اینہانسمنٹ MOSFET اور p چینل بڑھانے کی VI اور ڈرین خصوصیات ذیل میں زیر بحث ہیں۔

ڈرین کی خصوصیات

دی این چینل کی افزائش موسفیٹ ڈرین کی خصوصیات ذیل میں دکھایا گیا ہے. ان خصوصیات میں، ہم مختلف Vgs ویلیو کے لیے Id اور Vds کے درمیان پلاٹ کی گئی ڈرین خصوصیات کا مشاہدہ کر سکتے ہیں جیسا کہ خاکہ میں دکھایا گیا ہے، جیسا کہ آپ دیکھ سکتے ہیں کہ جب Vgs ویلیو بڑھا دی جائے گی، تو موجودہ 'Id' بھی بڑھ جائے گی۔

خصوصیات پر پیرابولک وکر VDS کا لوکس دکھائے گا جہاں Id (ڈرین کرنٹ) سیر ہو جائے گا۔ اس گراف میں لکیری یا اوہمک خطہ دکھایا گیا ہے۔ اس خطے میں، MOSFET وولٹیج پر قابو پانے والے ریزسٹر کے طور پر کام کر سکتا ہے۔ لہذا، فکسڈ Vds ویلیو کے لیے، ایک بار جب ہم Vgs وولٹیج ویلیو کو تبدیل کرتے ہیں، تو چینل کی چوڑائی بدل جائے گی یا ہم کہہ سکتے ہیں کہ چینل کی مزاحمت بدل جائے گی۔

اوہمک علاقہ ایک ایسا خطہ ہے جہاں موجودہ 'IDS' VDS قدر میں اضافے کے ساتھ بڑھتا ہے۔ ایک بار جب MOSFETs کو اوہامک خطے میں کام کرنے کے لیے ڈیزائن کیا جاتا ہے، تو پھر انہیں ایمپلیفائر کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ .

گیٹ وولٹیج جس مقام پر ٹرانزسٹر آن ہوتا ہے اور پورے چینل میں کرنٹ بہنا شروع کرتا ہے اسے تھریشولڈ وولٹیج (VT یا VTH) کہا جاتا ہے۔ N-چینل کے لیے، اس تھریشولڈ وولٹیج کی قیمت 0.5V - 0.7V تک ہوتی ہے جب کہ P-چینل ڈیوائسز کے لیے یہ -0.5V سے -0.8V تک ہوتی ہے۔

جب بھی Vds Vt پھر، اس صورت میں، MOSFET ایک لکیری خطے میں کام کرے گا۔ تو اس خطے میں، یہ ایک کے طور پر کام کر سکتا ہے۔ وولٹیج کنٹرول ریزسٹر .

کٹ آف ریجن میں، جب وولٹیج Vgs

جب بھی موسفیٹ کو لوکس کے دائیں جانب آپریشن کیا جاتا ہے تو ہم کہہ سکتے ہیں کہ یہ ایک سنترپتی علاقہ . لہذا، ریاضیاتی طور پر، جب بھی Vgs وولٹیج > یا = Vgs-Vt ہوتا ہے تو یہ ایک سنترپتی خطے میں کام کر رہا ہوتا ہے۔ تو یہ سب کچھ اضافہ موسفیٹ کے مختلف علاقوں میں ڈرین کی خصوصیات کے بارے میں ہے۔

منتقلی کی خصوصیات

دی N چینل بڑھانے والے ماسفیٹ کی منتقلی کی خصوصیات ذیل میں دکھایا گیا ہے. منتقلی کی خصوصیات ان پٹ وولٹیج 'Vgs' اور آؤٹ پٹ ڈرین کرنٹ 'Id' کے درمیان تعلق کو ظاہر کرتی ہیں۔ یہ خصوصیات بنیادی طور پر ظاہر کرتی ہیں کہ جب Vgs کی قدریں تبدیل ہوتی ہیں تو 'Id' کیسے تبدیل ہوتی ہے۔ لہذا ان خصوصیات سے، ہم مشاہدہ کر سکتے ہیں کہ ڈرین کرنٹ 'Id' حد وولٹیج تک صفر ہے۔ اس کے بعد، جب ہم Vgs ویلیو میں اضافہ کریں گے، تو 'Id' بڑھے گا۔

موجودہ 'Id' اور Vgs کے درمیان تعلق کو Id = k(Vgs-Vt)^2 کے طور پر دیا جا سکتا ہے۔ یہاں، 'K' وہ آلہ مستقل ہے جو آلہ کے جسمانی پیرامیٹرز پر منحصر ہے۔ لہذا اس اظہار کو استعمال کرکے، ہم طے شدہ Vgs ویلیو کے لیے ڈرین کرنٹ ویلیو معلوم کر سکتے ہیں۔

پی چینل انہانسمنٹ MOSFET

دی پی چینل میں اضافہ ماسفیٹ ڈرین کی خصوصیات ذیل میں دکھایا گیا ہے. یہاں، Vds اور Vgs منفی ہوں گے۔ ڈرین کرنٹ 'Id' منبع سے ڈرین ٹرمینل کو فراہم کرے گا۔ جیسا کہ ہم اس گراف سے دیکھ سکتے ہیں، جب Vgs زیادہ منفی ہو جائے گا تو ڈرین کرنٹ 'Id' بھی بڑھ جائے گا۔

جب Vgs>VT، تو یہ MOSFET کٹ آف ریجن میں کام کرے گا۔ اسی طرح، اگر آپ اس MOSFET کی منتقلی کی خصوصیات کا مشاہدہ کریں گے تو یہ N-چینل کی آئینہ دار تصویر ہوگی۔

ایپلی کیشنز

اضافہ MOSFET کا تعصب

عام طور پر، Enhancement MOSFET (E-MOSFET) یا تو وولٹیج ڈیوائیڈر تعصب کے ساتھ متعصب ہوتا ہے بصورت دیگر فیڈ بیک تعصب کو ختم کر دیتا ہے۔ لیکن E-MOSFET خود تعصب اور صفر تعصب کے ساتھ متعصب نہیں ہو سکتا۔

وولٹیج ڈیوائیڈر تعصب

N چینل E-MOSFET کے لیے وولٹیج ڈیوائیڈر تعصب ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ وولٹیج ڈیوائیڈر تعصب BJTs کا استعمال کرتے ہوئے ڈیوائیڈر سرکٹ کی طرح ہے۔ درحقیقت، N-channel enhancement MOSFET کو گیٹ ٹرمینل کی ضرورت ہے جو اس کے ماخذ سے اونچا ہے بالکل اسی طرح جیسے NPN BJT کو بیس وولٹیج کی ضرورت ہے جو اس کے ایمیٹر کے مقابلے میں زیادہ ہے۔

اس سرکٹ میں، R1 اور R2 جیسے ریزسٹرس کو گیٹ وولٹیج قائم کرنے کے لیے ڈیوائیڈر سرکٹ بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

جب E-MOSFET کا ذریعہ براہ راست GND سے منسلک ہوتا ہے تو VGS = VG۔ لہذا، E-MOSFET خصوصیت کی مساوات جیسے I کے ساتھ مناسب آپریشن کے لیے ریزسٹر R2 کے پار پوٹینشل کو VGS(th) سے اوپر سیٹ کرنے کی ضرورت ہے۔ _ڈی = K (V _{جی ایس} -IN _{جی ایس} (th))^2۔

VG قدر کو جان کر، E-MOSFET کی خصوصیت کی مساوات کو ڈرین کرنٹ قائم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ لیکن آلہ کا مستقل 'K' واحد غائب عنصر ہے جس کا حساب VGS (آن) اور ID (آن) کوآرڈینیٹ جوڑے کے لحاظ سے کسی خاص ڈیوائس کے لیے لگایا جا سکتا ہے۔

مستقل 'K' E-MOSFET کی خصوصیت کی مساوات سے اخذ کیا گیا ہے جیسے K = I _ڈی /(IN _{جی ایس} -IN _{جی ایس} (th))^2۔

K = I _ڈی /(IN _{جی ایس} -IN _{جی ایس} (th))^2۔

لہذا، یہ قدر دوسرے باصلاحیت پوائنٹس کے لیے استعمال ہوتی ہے۔

ڈرین فیڈ بیک تعصب

یہ تعصب اوپر بیان کردہ خصوصیت کے منحنی خطوط پر 'آن' آپریٹنگ پوائنٹ کا استعمال کرتا ہے۔ خیال یہ ہے کہ پاور سپلائی اور ڈرین ریزسٹر کے مناسب انتخاب کے ذریعے ڈرین کرنٹ کو ترتیب دیا جائے۔ ڈرین فیڈ بیک سرکٹ پروٹوٹائپ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔

یہ کافی سادہ سرکٹ ہے جو کچھ بنیادی اجزاء استعمال کرتا ہے۔ اس آپریشن کو KVL لگانے سے سمجھا جاتا ہے۔

میں _{ڈی ڈی} = وی _{آر ڈی} + وی _{آر جی} + وی _{جی ایس}

میں _{ڈی ڈی} = میں _ڈی آر _ڈی + میں _جی آر _جی + وی _{جی ایس}

یہاں، گیٹ کرنٹ غیر معمولی ہے لہذا اوپر کی مساوات بن جائے گی۔

میں _{ڈی ڈی} =میں _ڈی آر _ڈی +V _{جی ایس}

اور بھی V _{ڈی ایس =} میں _{جی ایس}

اس طرح،

میں _{جی ایس} = وی _{ڈی ایس} = وی _{ڈی ڈی} - میں _ڈی آر _ڈی

اس مساوات کو تعصب سرکٹ ڈیزائن کی بنیاد کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔

اضافہ MOSFET بمقابلہ کمی MOSFET

اضافہ mosfet اور depletion mosfet کے درمیان فرق میں درج ذیل شامل ہیں۔

کے بارے میں مزید جاننے کے لیے براہ کرم اس لنک سے رجوع کریں- ڈیپلیشن موڈ MOSFET .

دی افزائش MOSFET کی ایپلی کیشنز مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• عام طور پر، اضافہ MOSFETs سوئچنگ، یمپلیفائر، اور انورٹر سرکٹس میں استعمال ہوتے ہیں۔
• یہ مختلف موٹر ڈرائیوروں، ڈیجیٹل کنٹرولرز اور پاور الیکٹرانکس آئی سی میں استعمال ہوتے ہیں۔
• یہ ڈیجیٹل الیکٹرانکس میں استعمال ہوتا ہے۔

اس طرح، یہ سب ایک اضافہ کے جائزہ کے بارے میں ہے۔ MOSFET - کام کر رہا ہے۔ ایپلی کیشنز کے ساتھ. E-MOSFET اعلی اور کم طاقت والے ورژن دونوں میں قابل حصول ہے جو صرف بڑھانے کے موڈ میں کام کرتے ہیں۔ یہاں آپ کے لیے ایک سوال ہے، کمی MOSFET کیا ہے؟