NMOS और PMOS गाइड - यह कैसे काम करता है, पेशेवरों और विपक्ष, अनुप्रयोगों, सत्य तालिकाओं, दोनों की तुलना

आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग के क्षेत्र में, सेमीकंडक्टर तकनीक को समझना और लागू करना मुख्य कौशल में से एक है, जिसमें एनएमओ (नकारात्मक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर) और पीएमओ (सकारात्मक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर) ट्रांजिस्टर की प्रौद्योगिकी और अनुप्रयोग सर्किट डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण हैं।ये दो प्रकार के ट्रांजिस्टर क्रमशः एन-टाइप और पी-टाइप सेमीकंडक्टर सामग्री के विभिन्न चार्ज वाहक (इलेक्ट्रॉनों और छेद) के आधार पर काम करते हैं, जो उनके अद्वितीय भौतिक गुणों और कार्य सिद्धांतों का प्रदर्शन करते हैं।NMOS ट्रांजिस्टर इलेक्ट्रॉनों के माध्यम से वर्तमान का संचालन करते हैं, जबकि PMOS ट्रांजिस्टर छेद के माध्यम से वर्तमान का संचालन करते हैं।यह अंतर सीधे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उनके आवेदन दक्षता और प्रदर्शन को प्रभावित करता है।यह लेख इन दो ट्रांजिस्टर की परिभाषा, कार्य सिद्धांत, तकनीकी लाभ और नुकसान का गहराई से विश्लेषण करेगा, और आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक तकनीक में उनके महत्व और पूरक को प्रकट करने के लिए अपने आवेदन परिदृश्यों की तुलना करेगा।

NMOS ट्रांजिस्टर एन-टाइप मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर का संक्षिप्त नाम है, जो वर्तमान का संचालन करने के लिए इलेक्ट्रॉनों पर निर्भर करता है।इसके स्रोत और नाली घटक दोनों एन-प्रकार सेमीकंडक्टर सामग्री से बने हैं।, गेट घटक वोल्टेज नियंत्रण के माध्यम से वर्तमान को नियंत्रित करता है।

NMOS ट्रांजिस्टर गेट पर एक सकारात्मक वोल्टेज लागू करके काम करते हैं।यह आमतौर पर एक वोल्टेज नियामक को मोड़ने या बिजली की आपूर्ति के उत्पादन को समायोजित करके किया जाता है।ऐसा करने से स्रोत और नाली के बीच एक इलेक्ट्रॉन पथ बन जाता है।इस ऑपरेशन के लिए वोल्टेज स्तरों के सटीक नियंत्रण और उनके आवेदन के समय की आवश्यकता होती है।यह सटीकता स्थिर प्रवाहकीय चैनलों के गठन की सुविधा प्रदान करती है।यदि वोल्टेज बहुत अधिक या बहुत कम है या गलत समय पर लागू होता है, तो यह ट्रांजिस्टर को नीचा दिखाने या यहां तक कि क्षतिग्रस्त भी हो सकता है।

गेट पर लागू वोल्टेज को गेट-सोर्स वोल्टेज (V_GS) कहा जाता है।एक बार V_GS एक निश्चित सीमा से अधिक हो जाता है, जिसे थ्रेशोल्ड वोल्टेज (V_TH) कहा जाता है, जो स्रोत और नाली के बीच एक उलटा परत बनता है।यह परत इलेक्ट्रॉनों से बना है और पतली है, लेकिन वर्तमान में प्रवाह करने की अनुमति देने के लिए पर्याप्त पतली है, जिससे ट्रांजिस्टर को बिजली का संचालन करने की अनुमति मिलती है।थ्रेशोल्ड वोल्टेज ट्रांजिस्टर के भौतिक डिजाइन और विनिर्माण सामग्री से प्रभावित होता है और डिजाइन चरण के दौरान सेट किया जाता है।

NMOS ट्रांजिस्टर को उनकी तेजी से स्विचिंग क्षमताओं के कारण उच्च गति वाले अनुप्रयोगों के लिए पसंद किया जाता है।यह मुख्य रूप से है क्योंकि NMOS ट्रांजिस्टर में वर्तमान को ले जाने वाले इलेक्ट्रॉनों में छेद की तुलना में अधिक गतिशीलता होती है और यह अर्धचालक सामग्री के माध्यम से तेजी से आगे बढ़ सकता है।नतीजतन, NMOS ट्रांजिस्टर बहुत जल्दी चालू और बंद कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तेजी से प्रसंस्करण और तेजी से प्रतिक्रिया समय हो सकता है।

एक और प्रमुख लाभ कॉम्पैक्ट आकार है।NMOS ट्रांजिस्टर का भौतिक डिजाइन उन्हें कई अन्य प्रकार के ट्रांजिस्टर से छोटा बनाता है।यह अधिक ट्रांजिस्टर को एक छोटे स्थान पर पैक करने की अनुमति देता है, जो छोटे, सघन एकीकृत सर्किट बनाने में मदद करता है।इस लघुकरण के लिए वास्तविक विधानसभा और सर्किट बोर्डों की टांका लगाने के दौरान उच्च परिशुद्धता और उन्नत तकनीक की आवश्यकता होती है।ऑपरेटरों को अक्सर इन छोटे घटकों को कुशलता से संभालने और इकट्ठा करने के लिए परिष्कृत उपकरण और तकनीकों जैसे कि सूक्ष्म-सैनिक उपकरण और सटीक स्थिति उपकरणों को नियोजित करने की आवश्यकता होती है।

इन फायदों के बावजूद, NMOS ट्रांजिस्टर को अपने नुकसान हैं।एक महत्वपूर्ण मुद्दा "ऑन" राज्य में उनकी अपेक्षाकृत उच्च शक्ति की खपत है, जो इलेक्ट्रॉनों के तेजी से आंदोलन के कारण होता है।यह उन उपकरणों का कारण बन सकता है जो अधिक ऊर्जा का उपभोग करने के लिए लंबे समय तक लगातार चलते हैं और संभावित रूप से ज़्यादा गरम होते हैं।इस मुद्दे को संबोधित करने के लिए, ऑपरेटरों को डिजाइन और परीक्षण चरणों के दौरान प्रभावी थर्मल प्रबंधन रणनीतियों पर विचार करना चाहिए, जैसे कि गर्मी के सिंक या प्रशंसकों को जोड़ना अतिरिक्त गर्मी को फैलाने के लिए।

इसके अतिरिक्त, NMOS ट्रांजिस्टर में अन्य प्रकार के ट्रांजिस्टर की तुलना में कम शोर मार्जिन होता है।शोर मार्जिन अधिकतम वोल्टेज या वर्तमान उतार -चढ़ाव है जो एक सर्किट अपने सामान्य कार्य को प्रभावित किए बिना झेल सकता है।उच्च इलेक्ट्रॉनिक शोर वाले वातावरण में, NMOS ट्रांजिस्टर कम स्थिर और हस्तक्षेप के लिए अतिसंवेदनशील हो सकते हैं, उनके प्रदर्शन और विश्वसनीयता को प्रभावित कर सकते हैं।ऑपरेटरों और डिजाइनरों को इस पर विचार करना चाहिए और अतिरिक्त परिरक्षण को शामिल कर सकते हैं या शोर-संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए वैकल्पिक घटकों का चयन कर सकते हैं।

पीएमओएस ट्रांजिस्टर, अर्थात् पी-टाइप मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर, एक उपकरण है जो पी-टाइप सेमीकंडक्टर सामग्री को अपने स्रोत और नाली के रूप में उपयोग करता है।एन-टाइप सेमीकंडक्टर्स के एनएमओएस ट्रांजिस्टर के साथ तुलना में, पीएमओएस ट्रांजिस्टर विपरीत तंत्र में काम करते हैं और सकारात्मक चार्ज वाहक, अर्थात् छेद पर भरोसा करते हैं, वर्तमान का संचालन करने के लिए।

जब गेट (स्रोत के सापेक्ष) पर एक नकारात्मक वोल्टेज लागू किया जाता है, तो निम्नलिखित परिवर्तन होंगे: विद्युत क्षेत्र का गठन स्रोत और नाली के बीच पी-प्रकार के अर्धचालक में छेद का कारण बनता है, जिससे गेट के करीब ले जाया जाता है।स्रोत और नाली के बीच एक अंतर बनाना।उनके बीच एक छेद संचय क्षेत्र बनता है, यानी एक प्रवाहकीय चैनल।यह चैनल वर्तमान को सुचारू रूप से प्रवाहित करने की अनुमति देता है, जिससे ट्रांजिस्टर का संचालन होता है।नकारात्मक वोल्टेज को लागू करने की प्रक्रिया के लिए वोल्टेज के परिमाण के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है और यह सुनिश्चित करने के लिए आवेदन के समय की आवश्यकता होती है कि प्रवाहकीय चैनल प्रभावी रूप से अत्यधिक वोल्टेज के कारण क्षति का कारण बनता है।यह ऑपरेशन आमतौर पर एक सटीक पावर मैनेजमेंट सिस्टम के माध्यम से किया जाता है, जिसमें वोल्टेज की शुद्धता को समायोजित करने और पुष्टि करने के लिए वोल्टमीटर और एमीटर की निगरानी की आवश्यकता होती है।गेट वोल्टेज को समायोजित करते समय, आवश्यक नकारात्मक वोल्टेज मान को सटीक रूप से गणना की जानी चाहिए क्योंकि यह सीधे ट्रांजिस्टर की प्रतिक्रिया गति और दक्षता को प्रभावित करता है।एक वोल्टेज जो बहुत कम है, ट्रांजिस्टर को प्रभावी ढंग से संचालित करने में विफल हो सकता है, जबकि एक वोल्टेज जो बहुत अधिक है, ट्रांजिस्टर को नुकसान पहुंचा सकता है या इसकी दीर्घकालिक स्थिरता को कम कर सकता है।

PMOS ट्रांजिस्टर सर्किट में अत्यधिक मूल्यवान हैं जहां बिजली दक्षता महत्वपूर्ण है, खासकर क्योंकि वे चालू होने पर कम शक्ति का उपभोग करते हैं।दक्षता में यह वृद्धि इसलिए है क्योंकि एक पीएमओएस ट्रांजिस्टर में वर्तमान को छेदों द्वारा ले जाया जाता है, जिसके लिए इलेक्ट्रॉनों की तुलना में कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है।यह सुविधा पीएमओएस ट्रांजिस्टर को बैटरी-संचालित या ऊर्जा-संवेदनशील उपकरणों के लिए आदर्श बनाती है, जिन्हें ऊर्जा संरक्षण की आवश्यकता होती है।

इसके अलावा, पीएमओएस ट्रांजिस्टर में उत्कृष्ट शोर सहिष्णुता होती है, जो उन्हें उच्च विद्युत हस्तक्षेप के साथ वातावरण में विश्वसनीय बनाती है।अप्रत्याशित वोल्टेज में उतार -चढ़ाव का सामना करने की उनकी क्षमता इंजीनियरों को अधिक स्थिर सर्किट बनाने की अनुमति देती है।यह स्थिरता सुसंगत और मजबूत सिग्नल ट्रांसमिशन पथों के डिजाइन की सुविधा प्रदान करती है, जिससे सर्किट लेआउट और परीक्षण के दौरान समग्र डिवाइस विश्वसनीयता बढ़ जाती है।

नकारात्मक पक्ष यह है कि पीएमओएस ट्रांजिस्टर की कुछ सीमाएं हैं जो तेजी से पुस्तक वाले अनुप्रयोगों में उनके प्रदर्शन को प्रभावित करती हैं।छेद की गतिशीलता (पीएमओएस ट्रांजिस्टर में चार्ज वाहक) इलेक्ट्रॉनों की गतिशीलता से कम है।कम गतिशीलता NMOS ट्रांजिस्टर की तुलना में धीमी गति से स्विचिंग होती है।यदि इस समस्या को हल करने की आवश्यकता है, तो सर्किट डिजाइनरों को सावधानीपूर्वक समय नियंत्रण को लागू करना होगा और प्रतिक्रिया समय में सुधार करने के तरीके ढूंढना होगा।रणनीतियों में सर्किट लेआउट का अनुकूलन करना या तेजी से चलने के लिए समानांतर में कई ट्रांजिस्टर को एकीकृत करना शामिल हो सकता है।

इसके अलावा, PMOS ट्रांजिस्टर का भौतिक आकार एकीकृत सर्किट लघुकरण की वर्तमान प्रवृत्ति के लिए एक चुनौती है।जैसे -जैसे इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस छोटे होते जाते हैं और कॉम्पैक्ट घटकों की आवश्यकता बढ़ती रहती है, डिजाइनरों और इंजीनियरों को अभिनव दृष्टिकोण विकसित करने के लिए मजबूर किया जाता है।इन दृष्टिकोणों में ट्रांजिस्टर डिज़ाइन को पुनर्विचार करना या ट्रांजिस्टर के आकार को कम करने के लिए नई तकनीकों को नियोजित करना शामिल हो सकता है, जबकि अभी भी कम बिजली की खपत और उच्च शोर प्रतिरक्षा के फायदे बनाए रखते हैं।

दोनों तालिकाओं में:

"गेट वोल्टेज (V_GS)" स्रोत टर्मिनल के सापेक्ष गेट टर्मिनल पर लागू वोल्टेज को संदर्भित करता है।

"सोर्स-ड्रेन करंट (I_DS)" इंगित करता है कि क्या वर्तमान स्रोत से नाली टर्मिनल तक प्रवाहित हो सकता है।

"ट्रांजिस्टर स्टेट" यह निर्दिष्ट करता है कि ट्रांजिस्टर ऑन स्टेट (कंडक्टिंग) या ऑफ स्टेट (कंडक्टिंग नहीं) में है या नहीं।

एक NMOS ट्रांजिस्टर के लिए, जब गेट वोल्टेज उच्च होता है (लॉजिक 1), ट्रांजिस्टर आचरण (ON), वर्तमान को स्रोत से नाली तक प्रवाहित करने की अनुमति देता है।इसके विपरीत, जब गेट वोल्टेज कम होता है (लॉजिक 0), ट्रांजिस्टर बंद हो जाता है, और कोई प्रशंसनीय वर्तमान प्रवाह नहीं होता है।

PMOS ट्रांजिस्टर के लिए, जब गेट वोल्टेज कम होता है (लॉजिक 0), ट्रांजिस्टर आचरण (ON), वर्तमान को नाली से स्रोत तक प्रवाहित करने की अनुमति देता है।जब गेट वोल्टेज उच्च होता है (लॉजिक 1), तो ट्रांजिस्टर बंद हो जाता है, और नगण्य वर्तमान प्रवाह होता है।

पीएमओ (सकारात्मक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर) और एनएमओ (नकारात्मक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर) ट्रांजिस्टर इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।प्रत्येक प्रकार विभिन्न चार्ज वाहक और अर्धचालक सामग्री का उपयोग करता है, जो विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए इसकी कार्यक्षमता और उपयुक्तता को प्रभावित करता है।

इलेक्ट्रॉनों, जो NMOS ट्रांजिस्टर में चार्ज वाहक हैं, PMOS ट्रांजिस्टर में उपयोग किए जाने वाले छेदों की तुलना में उच्च गतिशीलता प्रदर्शित करते हैं, एक ऐसी संपत्ति जो तेजी से संचालन को सक्षम करती है।NMOS डिवाइस भी आमतौर पर निर्माण के लिए कम खर्चीले होते हैं।हालांकि, वे अधिक शक्ति का उपभोग करते हैं, विशेष रूप से "ऑन" राज्य में, क्योंकि वे दौड़ते रहने के लिए बहुत अधिक वर्तमान आकर्षित करते हैं।

इसके विपरीत, पीएमओएस ट्रांजिस्टर में "ऑफ" राज्य में कम रिसाव धाराएं होती हैं, जिससे वे उन अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त हो जाते हैं जहां निष्क्रिय बिजली की खपत को कम से कम करने की आवश्यकता होती है।इसके अतिरिक्त, पीएमओएस डिवाइस उच्च वोल्टेज पर अधिक मजबूत होते हैं, छेद की कम गतिशीलता के लिए धन्यवाद, जो उन्हें वर्तमान में तेजी से बदलाव के लिए कम अतिसंवेदनशील बनाता है।पीएमओएस ट्रांजिस्टर आमतौर पर अपनी कम गतिशीलता के कारण एनएमओएस ट्रांजिस्टर की तुलना में धीमी गति से संचालित होते हैं।

NMOS और PMOS ट्रांजिस्टर के बीच की पसंद काफी हद तक एप्लिकेशन की विशिष्ट आवश्यकताओं पर निर्भर करती है।NMOS अक्सर उन अनुप्रयोगों के लिए पहली पसंद है जहां गति और लागत-प्रभावशीलता एक प्राथमिकता है।दूसरी ओर, पीएमओ, ऐसे वातावरण के लिए अधिक उपयुक्त है, जिन्हें उच्च वोल्टेज स्थितियों और कम रिसाव वर्तमान के तहत स्थिरता की आवश्यकता होती है।

कई आधुनिक सर्किट एनएमओ और पीएमओएस ट्रांजिस्टर दोनों को पूरक तरीके से उपयोग करते हैं, एक कॉन्फ़िगरेशन जिसे सीएमओएस (पूरक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर) कहा जाता है।यह दृष्टिकोण ऊर्जा-बचत और उच्च-प्रदर्शन डिजाइनों को सक्षम करने के लिए दोनों ट्रांजिस्टर प्रकारों के लाभों का लाभ उठाता है, विशेष रूप से डिजिटल एकीकृत सर्किट के लिए फायदेमंद है जिसमें कम बिजली की खपत और उच्च गति की आवश्यकता होती है।

NMOS और PMOS ट्रांजिस्टर की तुलना करते समय, यह स्पष्ट है कि प्रत्येक प्रकार के इसके फायदे हैं, खासकर जब CMOS सर्किट डिजाइनों में उपयोग किया जाता है।NMOS ट्रांजिस्टर विशेष रूप से उनकी तेजी से स्विचिंग क्षमताओं और लागत-प्रभावशीलता के लिए मूल्यवान हैं, जिससे वे उच्च-प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाते हैं जिन्हें तेजी से प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है।दूसरी ओर, पीएमओएस ट्रांजिस्टर, वातावरण में उत्कृष्टता प्राप्त करते हैं, जहां बिजली दक्षता और उच्च वोल्टेज उनके स्वाभाविक रूप से कम रिसाव वर्तमान और मजबूत वोल्टेज स्थिरता के कारण महत्वपूर्ण हैं।व्यवहार में, इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियरों को परियोजना की विशिष्ट आवश्यकताओं के आधार पर उपयोग करने के लिए ट्रांजिस्टर के प्रकार का सावधानीपूर्वक चयन करना चाहिए।उन अनुप्रयोगों के लिए जहां गति और बजट प्राथमिकताएं हैं, NMOs को अक्सर पसंद किया जाता है।इसके बजाय, उन परियोजनाओं के लिए जहां ऊर्जा संरक्षण और उच्च वोल्टेज को संभालना महत्वपूर्ण है, पीएमओएस ट्रांजिस्टर अधिक उपयुक्त हैं।

कई सर्किट डिजाइनों में, पीएमओ और एनएमओ को अक्सर पूरक का उपयोग किया जाता है।यदि उन्हें स्वैप किया जाता है, तो सर्किट की कार्यक्षमता पूरी तरह से बदल सकती है या सर्किट को निष्क्रिय हो सकती है।उदाहरण के लिए, सीएमओएस तकनीक में, पीएमओएस का उपयोग आमतौर पर आउटपुट को उच्च खींचने के लिए किया जाता है, जबकि एनएमओएस का उपयोग आउटपुट को कम खींचने के लिए किया जाता है।इन दो प्रकार के ट्रांजिस्टर को स्वैप करने से आउटपुट लॉजिक को उलट हो जाएगा, जिससे पूरे सर्किट के तर्क व्यवहार को प्रभावित किया जा सकेगा।

NMOS और PMOs दोनों का उपयोग वर्तमान स्रोतों के रूप में किया जा सकता है, लेकिन उनमें से प्रत्येक के पास विशिष्ट अनुप्रयोगों में फायदे हैं।सामान्यतया, चूंकि NMOS ट्रांजिस्टर (इलेक्ट्रॉनों की गतिशीलता) की गतिशीलता PMOS में छेद की गतिशीलता से अधिक है, NMOS राज्य में बेहतर बिजली का संचालन करता है और अधिक स्थिर वर्तमान प्रदान कर सकता है।यह NMOS को ज्यादातर मामलों में एक बेहतर वर्तमान स्रोत विकल्प बनाता है, विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों में जहां वर्तमान आकार और स्थिरता महत्वपूर्ण हैं।

चूंकि पीएमओएस ट्रांजिस्टर के वाहक छेद हैं और उनकी गतिशीलता एनएमओएस ट्रांजिस्टर में इलेक्ट्रॉनों की तुलना में कम है, ताकि एनएमओ के समान वर्तमान क्षमता को प्राप्त करने के लिए, पीएमओएस ट्रांजिस्टर के आकार को आमतौर पर एनएमओ की तुलना में बड़ा होना चाहिए।इसका मतलब यह है कि PMOS ट्रांजिस्टर का भौतिक आकार आमतौर पर एक ही विनिर्माण प्रक्रिया में NMOS ट्रांजिस्टर की तुलना में बड़ा होता है।

हां, पीएमओ में आम तौर पर एनएमओ की तुलना में अधिक प्रतिरोध होता है।ऐसा इसलिए है क्योंकि पीएमओएस ट्रांजिस्टर के प्रवाहकीय वाहक छेद हैं, जिनकी गतिशीलता एनएमओ में इलेक्ट्रॉनों की तुलना में कम है।कम गतिशीलता के परिणामस्वरूप उच्च प्रतिरोध होता है, यही कारण है कि कई अनुप्रयोगों में एनएमओ को पीएमओ पर पसंद किया जाता है यदि क्षेत्र और बिजली अपव्यय परमिट।