What is MOSFET ?

What is MOSFET ?

MOSFET কি?

MOSFET এর অর্থ হল মেটাল অক্সাইড ফিল্ড ইফেক্ট ট্রানজিস্টর, MOSFET উদ্ভাবিত হয়েছিল FET-তে উপস্থিত অসুবিধাগুলি যেমন উচ্চ ড্রেন রেজিস্ট্যান্স, মাঝারি ইনপুট প্রতিবন্ধকতা, এবং ধীর গতির অপারেশন। তাই একটি MOSFET কে FET এর উন্নত রূপ বলা যেতে পারে। কিছু ক্ষেত্রে, MOSFET কে IGFET (ইনসুলেটেড গেট ফিল্ড ইফেক্ট ট্রানজিস্টর)ও বলা হয়। কার্যত বলতে গেলে, MOSFET হল একটি ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত ডিভাইস, যার অর্থ গেট পিনে একটি রেটযুক্ত ভোল্টেজ প্রয়োগ করে, MOSFET ড্রেন এবং সোর্স পিনের মাধ্যমে সঞ্চালন শুরু করবে। আমরা এই নিবন্ধে পরে বিস্তারিত জানতে হবে. FET এবং MOSFET-এর মধ্যে প্রধান পার্থক্য হল MOSFET-এ একটি মেটাল অক্সাইড গেট ইলেক্ট্রোড রয়েছে যা প্রধান সেমিকন্ডাক্টর n-চ্যানেল বা পি-চ্যানেল থেকে সিলিকন ডাই অক্সাইড বা কাচের পাতলা স্তর দ্বারা বৈদ্যুতিকভাবে নিরোধক। নিয়ন্ত্রক গেটের বিচ্ছিন্নতা MOSFET-এর ইনপুট প্রতিরোধ ক্ষমতাকে মেগা-ওহমস (MΩ) এর মান অত্যন্ত উচ্চ করে।

MOSFET এর প্রতীক

সাধারণভাবে, MOSFET হল একটি ড্রেন (D), উৎস (S), গেট (G) এবং একটি বডি (B) / সাবস্ট্রেট টার্মিনাল সহ একটি চার-টার্মিনাল ডিভাইস। বডি টার্মিনাল সবসময় সোর্স টার্মিনালের সাথে সংযুক্ত থাকবে তাই, MOSFET একটি তিন-টার্মিনাল ডিভাইস হিসাবে কাজ করবে। নীচের ছবিতে, N-Channel MOSFET-এর চিহ্ন বাম দিকে এবং P-Channel MOSFET-এর প্রতীক ডানদিকে দেখানো হয়েছে।

MOSFET-এর জন্য সর্বাধিক ব্যবহৃত প্যাকেজ হল To-220, আরও ভালভাবে বোঝার জন্য আসুন বিখ্যাত IRF540N MOSFET এর পিনআউটটি দেখে নেওয়া যাক (নীচে দেখানো হয়েছে)। আপনি দেখতে পাচ্ছেন যে গেট, ড্রেন এবং সোর্স পিন নীচে তালিকাভুক্ত করা হয়েছে, মনে রাখবেন যে এই পিনের ক্রম প্রস্তুতকারকের উপর ভিত্তি করে পরিবর্তিত হবে। অন্যান্য জনপ্রিয় MOSFET গুলি হল IRFZ44N, BS170, IRF520, 2N7000, ইত্যাদি

একটি সুইচ হিসাবে MOSFET

একটি MOSFET এর সবচেয়ে সাধারণ অ্যাপ্লিকেশন হল এটি একটি সুইচ হিসাবে ব্যবহার করা। নীচের সার্কিটটি দেখায় যে MOSFET বাতি চালু এবং বন্ধ করার জন্য একটি সুইচিং ডিভাইস হিসাবে কাজ করছে। গেট ইনপুট ভোল্টেজ VGS একটি ইনপুট ভোল্টেজ উৎসের সাহায্যে প্রয়োগ করা হয়। যখন প্রয়োগকৃত ভোল্টেজ ধনাত্মক হয়, তখন মোটরটি চালু অবস্থায় থাকবে এবং প্রয়োগকৃত ভোল্টেজ শূন্য বা ঋণাত্মক হলে, বাতিটি বন্ধ অবস্থায় থাকবে।

যখন আপনি গেট পিনে প্রয়োজনীয় ভোল্টেজ সরবরাহ করে একটি মোসফেট চালু করেন, আপনি গেটে 0V সরবরাহ না করলে এটি চালু থাকবে। এই সমস্যা এড়াতে, আমাদের সবসময় একটি পুল-ডাউন প্রতিরোধক (R1) ব্যবহার করা উচিত, এখানে আমি 10k এর মান ব্যবহার করেছি। মোটরের গতি নিয়ন্ত্রণ করা বা আলো কমানোর মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, আমরা দ্রুত স্যুইচিংয়ের জন্য একটি PWM সংকেত ব্যবহার করব, এই পরিস্থিতিতে MOSFET-এর গেট ক্যাপাসিট্যান্স পরজীবী প্রভাবের কারণে একটি বিপরীত কারেন্ট তৈরি করবে। এটি মোকাবেলা করার জন্য, আমাদের একটি বর্তমান লিমিটিং ক্যাপাসিটর ব্যবহার করা উচিত, আমি এখানে 470 এর মান ব্যবহার করেছি।উপরের লোডটিকে একটি প্রতিরোধক লোড হিসাবে বিবেচনা করা হয়, তাই সার্কিটটি খুবই সহজ, এবং যদি আমাদের একটি ইন্ডাকটিভ বা ক্যাপাসিটিভ লোড ব্যবহার করতে হয়, তাহলে আমাদের MOSFET কে ক্ষতিগ্রস্ত হওয়া থেকে রক্ষা করার জন্য কিছু ধরণের সুরক্ষা ব্যবহার করতে হবে। উদাহরণস্বরূপ, যদি আমরা বৈদ্যুতিক চার্জ ছাড়াই একটি ক্যাপাসিটিভ লোড ব্যবহার করি তবে এটি একটি শর্ট সার্কিট হিসাবে বিবেচিত হয়, এর ফলে কারেন্টের একটি উচ্চ "ইনরাশ" হবে এবং যখন একটি ইন্ডাকটিভ লোড থেকে প্রয়োগ করা ভোল্টেজটি সরানো হবে, তখন প্রচুর পরিমাণে থাকবে। সার্কিটে রিভার্স ভোল্টেজ বিল্ডআপের সময় যখন চৌম্বক ক্ষেত্রটি ভেঙে যায়, এটি ইন্ডাক্টরের উইন্ডিংয়ে একটি প্ররোচিত ব্যাক-ইএমএফের দিকে পরিচালিত করবে।

MOSFET এর শ্রেণীবিভাগ

MOSFET কে অপারেশনের প্রকারের উপর ভিত্তি করে দুটি প্রকারে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়েছে, যথা এনহ্যান্সমেন্ট মোড MOSFET (E-MOSFET) এবং Depletion mode MOSFET (D-MOSFET), এই MOSFETগুলিকে এন-চ্যানেল হিসাবে নির্মাণের জন্য ব্যবহৃত উপাদানের উপর ভিত্তি করে আরও শ্রেণীবদ্ধ করা হয়েছে। পি-চ্যানেল সুতরাং, সাধারণভাবে, 4 টি ভিন্ন ধরনের MOSFET আছে

1.     এন-চ্যানেল অবক্ষয় মোড MOSFET

2.     P-চ্যানেল অবক্ষয় মোড MOSFET

3.     এন-চ্যানেল এনহ্যান্সমেন্ট মোড MOSFET

4.     P-চ্যানেল এনহ্যান্সমেন্ট মোড MOSFET

 1.এন-চ্যানেল এমওএসএফইটিগুলিকে এনএমওএস বলা হয় এবং সেগুলিকে নিম্নলিখিত চিহ্ন দ্বারা উপস্থাপন করা হয়।

একটি MOSFET-এর অভ্যন্তরীণ নির্মাণ অনুসারে, গেট(G), ড্রেন (D), এবং উৎস(S) পিনগুলি একটি Depletion Mode MOSFET-এ শারীরিকভাবে সংযুক্ত থাকে, যখন তারা এনহ্যান্সমেন্ট মোডে শারীরিকভাবে আলাদা থাকে, এই কারণেই একটি বর্ধিতকরণ মোড MOSFET-এর জন্য প্রতীক ভাঙা দেখা যাচ্ছে। পি-চ্যানেল এমওএসএফইটিগুলিকে পিএমওএস বলা হয় এবং সেগুলিকে নিম্নলিখিত চিহ্ন দ্বারা উপস্থাপন করা হয়।

উপলব্ধ প্রকারের মধ্যে, N-চ্যানেল এনহ্যান্সমেন্ট MOSFET হল সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত MOSFET। তবে জ্ঞানের খাতিরে আসুন পার্থক্যের মধ্যে যাওয়ার চেষ্টা করি। N-Channel MOSFET এবং P-Channel MOSFET-এর মধ্যে প্রধান পার্থক্য হল একটি N-চ্যানেলে, MOSFET সুইচটি গেট ভোল্টেজ প্রদান না করা পর্যন্ত খোলা থাকবে। যখন গেট পিন ভোল্টেজ পায়, তখন সুইচ (ড্রেন এবং উৎসের মধ্যে) বন্ধ হয়ে যাবে এবং P-চ্যানেল MOSFET-এ সুইচটি বন্ধ থাকবে যতক্ষণ না গেট ভোল্টেজ প্রদান করা হয়।একইভাবে, এনহ্যান্সমেন্ট মোড এবং ডিপ্লেশন মোড MOSFET-এর মধ্যে প্রধান পার্থক্য হল E-MOSFET-এ প্রয়োগ করা গেট ভোল্টেজ সবসময় ইতিবাচক হওয়া উচিত এবং এটির উপরে একটি থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ রয়েছে যার উপরে এটি সম্পূর্ণরূপে চালু হয়। একটি D-MOSFET-এর জন্য গেট ভোল্টেজ ইতিবাচক বা ঋণাত্মক হতে পারে এবং এটি কখনই সম্পূর্ণরূপে চালু হয় না। এছাড়াও মনে রাখবেন যে একটি D-MOSFET বর্ধিতকরণ এবং হ্রাস মোডে কাজ করতে পারে, যখন একটি E-MOSFET শুধুমাত্র বর্ধিতকরণ মোডে কাজ করতে পারে।

MOSFET নির্মাণ

নীচের চিত্রটি MOSFET এর সাধারণ অভ্যন্তরীণ কাঠামো দেখায়। যদিও MOSFET FET-এর একটি উন্নত রূপ এবং FET হিসাবে একই তিনটি টার্মিনাল দিয়ে কাজ করে, MOSFET-এর অভ্যন্তরীণ কাঠামো সাধারণ FET থেকে সত্যিই আলাদা।

আপনি যদি কাঠামোটি দেখেন তবে আপনি দেখতে পাবেন যে গেট টার্মিনালটি পাতলা ধাতব স্তরের উপর স্থির করা হয়েছে যা সেমিকন্ডাক্টর থেকে সিলিকন ডাই অক্সাইড (SiO2) এর একটি স্তর দ্বারা উত্তাপযুক্ত এবং আপনি দুটি এন-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর স্থির দেখতে সক্ষম হবেন। চ্যানেল অঞ্চলে যেখানে ড্রেন এবং উৎস টার্মিনাল স্থাপন করা হয়। MOSFET এর ড্রেন এবং উত্সের মধ্যে চ্যানেলটি একটি এন-টাইপ, এর বিপরীতে, সাবস্ট্রেটটি পি-টাইপ হিসাবে প্রয়োগ করা হয়। এটি ইতিবাচক বা নেতিবাচক উভয় মেরুতে MOSFET কে পক্ষপাতদুষ্ট করতে সাহায্য করে। যদি MOSFET-এর গেট টার্মিনাল পক্ষপাতদুষ্ট না হয় তবে এটি অ-পরিবাহী অবস্থায় থাকবে, তাই MOSFET বেশিরভাগ সুইচ এবং লজিক গেট ডিজাইন করতে ব্যবহৃত হয়।

MOSFET এর কাজের নীতি

সাধারণভাবে, MOSFET একটি সুইচ হিসাবে কাজ করে, MOSFET উৎস এবং ড্রেনের মধ্যে ভোল্টেজ এবং বর্তমান প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করে। MOSFET-এর কাজ MOS ক্যাপাসিটরের উপর নির্ভর করে, যা উৎস এবং ড্রেন টার্মিনালের মধ্যে অক্সাইড স্তরগুলির নীচে অর্ধপরিবাহী পৃষ্ঠ। এটি যথাক্রমে ধনাত্মক বা ঋণাত্মক গেট ভোল্টেজ প্রয়োগ করে পি-টাইপ থেকে এন-টাইপে উল্টানো যেতে পারে। নীচের ছবিটি MOSFET এর ব্লক ডায়াগ্রাম দেখায়।

যখন একটি ড্রেন-সোর্স ভোল্টেজ (ভিডিএস) ড্রেন এবং উত্সের মধ্যে সংযুক্ত থাকে, তখন ড্রেনে একটি ধনাত্মক ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হয় এবং উত্সে ঋণাত্মক ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হয়। এখানে ড্রেনের পিএন জংশনটি বিপরীত পক্ষপাতী এবং উত্সের পিএন জংশনটি এগিয়ে পক্ষপাতদুষ্ট। এই পর্যায়ে, ড্রেন এবং উৎসের মধ্যে কোন কারেন্ট প্রবাহ থাকবে না।

যদি আমরা গেট টার্মিনালে একটি ধনাত্মক ভোল্টেজ (VGG) প্রয়োগ করি, ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক আকর্ষণের কারণে P সাবস্ট্রেটের সংখ্যালঘু চার্জ বাহক (ইলেকট্রন) গেটের যোগাযোগে জমা হতে শুরু করবে যা দুটি n+ অঞ্চলের মধ্যে একটি পরিবাহী সেতু তৈরি করে। গেটের যোগাযোগে জমে থাকা মুক্ত ইলেকট্রনের সংখ্যা প্রয়োগ করা ধনাত্মক ভোল্টেজের শক্তির উপর নির্ভর করে। ইলেক্ট্রন জমার কারণে এন-চ্যানেলের প্রস্থ যত বেশি প্রয়োগ করা ভোল্টেজ তত বেশি হবে, এটি অবশেষে পরিবাহিতা বাড়ায় এবং ড্রেন কারেন্ট (আইডি) উত্স এবং ড্রেনের মধ্যে প্রবাহিত হতে শুরু করবে।যখন গেট টার্মিনালে কোন ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হয় না, তখন সংখ্যালঘু চার্জ বাহকের কারণে অল্প পরিমাণ কারেন্ট ব্যতীত কোন কারেন্ট প্রবাহ থাকবে না। MOSFET যে ন্যূনতম ভোল্টেজটি পরিচালনা শুরু করে তাকে থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ বলে।

অবক্ষয় মোডে MOSFET এর অপারেশন:

অবক্ষয়-মোড MOSFET গুলিকে সাধারণত "সুইচড অন" ডিভাইস বলা হয় কারণ গেট টার্মিনালে কোনো পক্ষপাত ভোল্টেজ না থাকলে এগুলি সাধারণত বন্ধ অবস্থায় থাকে। যখন আমরা গেটে প্রয়োগকৃত ভোল্টেজ ইতিবাচকভাবে বাড়াই তখন চ্যানেলের প্রস্থ হ্রাস মোডে বৃদ্ধি পাবে। এটি চ্যানেলের মাধ্যমে ড্রেন বর্তমান আইডি বৃদ্ধি করবে। যদি প্রয়োগ করা গেট ভোল্টেজ অত্যন্ত ঋণাত্মক হয়, তাহলে চ্যানেলের প্রস্থ কম হবে এবং MOSFET কাটঅফ অঞ্চলে প্রবেশ করতে পারে।

VI বৈশিষ্ট্য:

অবক্ষয়-মোড MOSFET ট্রানজিস্টরের V-I বৈশিষ্ট্যগুলি ড্রেন-সোর্স ভোল্টেজ (VDS) এবং ড্রেন কারেন্ট (ID) এর মধ্যে আঁকা হয়। গেট টার্মিনালে অল্প পরিমাণ ভোল্টেজ চ্যানেলের মাধ্যমে বর্তমান প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করবে। ড্রেন এবং উত্সের মধ্যে গঠিত চ্যানেলটি গেট টার্মিনালে শূন্য পক্ষপাত ভোল্টেজ সহ একটি ভাল পরিবাহী হিসাবে কাজ করবে। গেটে ধনাত্মক ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হলে চ্যানেলের প্রস্থ এবং ড্রেন কারেন্ট বাড়বে যেখানে আমরা গেটে ঋণাত্মক ভোল্টেজ প্রয়োগ করলে তারা হ্রাস পাবে।

এনহ্যান্সমেন্ট মোডে MOSFET এর অপারেশন:

এনহ্যান্সমেন্ট মোডে MOSFET-এর ক্রিয়াকলাপটি ওপেন সুইচের অপারেশনের অনুরূপ, এটি শুধুমাত্র তখনই সঞ্চালিত হতে শুরু করবে যখন গেট টার্মিনালে পজিটিভ ভোল্টেজ (+VGS) প্রয়োগ করা হয় এবং ডিভাইসের মধ্য দিয়ে ড্রেন কারেন্ট প্রবাহিত হতে শুরু করে। বায়াস ভোল্টেজ বাড়লে চ্যানেলের প্রস্থ এবং ড্রেন কারেন্ট বাড়বে। কিন্তু প্রয়োগকৃত বায়াস ভোল্টেজ শূন্য বা ঋণাত্মক হলে ট্রানজিস্টরটি বন্ধ অবস্থায়ই থাকবে।

VI বৈশিষ্ট্য:

এনহান্সমেন্ট-মোড MOSFET-এর VI বৈশিষ্ট্যগুলি ড্রেন কারেন্ট (আইডি) এবং ড্রেন-সোর্স ভোল্টেজ (ভিডিএস) এর মধ্যে আঁকা হয়। VI বৈশিষ্ট্য তিনটি ভিন্ন অঞ্চলে বিভক্ত, যথা ওহমিক, স্যাচুরেশন এবং কাট-অফ অঞ্চল। কাটঅফ অঞ্চল হল সেই অঞ্চল যেখানে MOSFET অফ অবস্থায় থাকবে যেখানে প্রয়োগ করা বায়াস ভোল্টেজ শূন্য। যখন বায়াস ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হয়, তখন MOSFET ধীরে ধীরে পরিবাহী মোডের দিকে চলে যায় এবং ওমিক অঞ্চলে পরিবাহিতা ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পায়। অবশেষে, স্যাচুরেশন অঞ্চল হল যেখানে ধনাত্মক ভোল্টেজ ক্রমাগত প্রয়োগ করা হয় এবং MOSFET পরিবাহী অবস্থায় থাকবে।