A MOSFET alapjai: 13 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Szia! Ebben az utasításban a MOSFET -ek alapjait fogom megtanítani neked, és az alapok alatt az igazán alapokat értem. Ez a videó ideális azok számára, akik soha nem tanulták professzionálisan a MOSFET -et, de szeretnék használni őket projektekben. Beszélek az n és p csatornás MOSFET -ekről, azok használatáról, miben különböznek, miért fontos mindkettő, miért a MOSFET illesztőprogramok és hasonlók. Beszélni fogok néhány kevéssé ismert tényről a MOSFET -ekről és még sok másról.

Menjünk bele.

1. lépés: Nézze meg a videót

A videók mindent tartalmaznak, amelyek a projekt megvalósításához szükségesek. A videó tartalmaz néhány animációt, amelyek segítenek a tények gyors megértésében. Megnézheti, ha a látványt részesíti előnyben, de ha inkább a szöveget, menjen végig a következő lépéseken.

2. lépés: A FET

A MOSFET -ek elindítása előtt hadd mutassam be elődjét, a JFET -et vagy a Junction Field Effect tranzisztort. Ez egy kicsit megkönnyíti a MOSFET megértését.

A JFET keresztmetszete a képen látható. A terminálok megegyeznek a MOSFET terminálokkal. A középső részt szubsztrátumnak vagy testnek nevezik, és ez csak egy n típusú vagy p típusú félvezető a FET típusától függően. A régiókat ezután a szubsztrátummal ellentétes típusú hordozón növesztjük, kapu, lefolyó és forrás néven. Bármilyen feszültséget is alkalmaz, ezekre a régiókra vonatkozik.

Ma gyakorlati szempontból nagyon kevés vagy egyáltalán nincs jelentősége. Ezen túl nem fogok bővebb magyarázatot adni, mivel túl technikai jellegű lesz, és nem kötelező.

A JFET szimbóluma segít megérteni a MOSFET szimbólumát.

3. lépés: A MOSFET

Ezt követően jön a MOSFET, amelynek jelentős különbsége van a kaputerminálban. A kapucsatlakozó érintkezőinek kialakítása előtt szilícium -dioxid réteget növesztünk az aljzat fölé. Ez az oka annak, hogy Fém -oxid félvezető térhatású tranzisztornak nevezték el. A SiO2 nagyon jó dielektrikum, vagy mondhatni szigetelő. Ez növeli a kapu ellenállását a tíz skálán a tíz ohmos teljesítményig, és feltételezzük, hogy egy MOSFET kapuáramban az Ig mindig nulla. Ez az oka annak, hogy ezt szigetelt kaputér -hatású tranzisztornak (IGFET) is nevezik. Egy jó vezető, például alumínium rétegét mindhárom régió fölött tovább termesztik, majd kontaktusokat hoznak létre. A kapu régióban látható, hogy egy párhuzamos lemez kondenzátorhoz hasonló szerkezet képződik, és valójában jelentős kapacitást visz be a kapu termináljába. Ezt a kapacitást kapukapacitásnak nevezik, és könnyen elpusztíthatja az áramkört, ha nem veszik figyelembe. Ezek is nagyon fontosak szakmai szinten tanulás közben.

A MOSFET szimbólum a mellékelt képen látható. Egy másik vonal elhelyezése a kapunál ésszerű, miközben a JFET -ekhez kapcsolódik, jelezve, hogy a kapu szigetelt. A nyíl iránya ebben a szimbólumban a hagyományos elektronáramlás irányát mutatja a MOSFET -ben, amely ellentétes az áramlással

4. lépés: A MOSFET 4 terminálos eszköz?

Még egy dolgot szeretnék hozzátenni, hogy a legtöbb ember azt gondolja, hogy a MOSFET három terminálos eszköz, míg valójában a MOSFET négy terminálos eszköz. A negyedik terminál a karosszéria. Lehet, hogy látta a MOSFET -hez csatolt szimbólumot, a középső terminál a test.

De miért csaknem minden MOSFET -ből csak három terminál jön ki?

A testterminál belsőleg rövidre van zárva a forrásnál, mivel nem használható ezen egyszerű IC -k alkalmazásaiban, és ezt követően a szimbólum az általunk ismertté válik.

A testterminált általában akkor használják, ha bonyolult CMOS technológiájú IC -t gyártanak. Ne feledje, hogy ez a helyzet n csatornás MOSFET esetén, a kép egy kicsit más lesz, ha a MOSFET p csatorna.

5. lépés: Hogyan működik?

Rendben, akkor most nézzük meg, hogyan működik.

A bipoláris csomópont tranzisztor vagy a BJT egy áramvezérelt eszköz, ami azt jelenti, hogy az alapkivezetésében az áramlási mennyiség határozza meg a tranzisztoron átáramló áramot, de tudjuk, hogy az MOSFET kapu termináljában és együttesen nincs szerepe az áramnak azt mondhatjuk, hogy ez nem feszültségvezérelt eszköz, nem azért, mert a kapuáram mindig nulla, hanem szerkezete miatt, amelyet ebben az utasításban nem fogok megmagyarázni bonyolultsága miatt.

Tekintsünk egy n csatornás MOSFET -et. Ha nincs feszültség a kapucsatlakozóban, akkor két egymás után lévő dióda van az aljzat és a lefolyó és a forrás régió között, ami a lefolyó és a forrás közötti út 10 -es nagyságrendű ellenállását és 12 ohmos teljesítményét jelenti.

Most földeltem a forrást, és elkezdtem növelni a kapu feszültségét. Egy bizonyos minimális feszültség elérésekor az ellenállás csökken, a MOSFET vezetni kezd, és az áram folyni kezd a lefolyóból a forrásba. Ezt a minimális feszültséget egy MOSFET küszöbfeszültségének nevezik, és az áramlás annak köszönhető, hogy a MOSFET hordozójában egy csatorna képződik a lefolyóból a forrásba. Ahogy a neve is sugallja, egy n -csatornás MOSFET -ben a csatorna n típusú áramhordozóból, azaz elektronokból áll, ami ellentétes a hordozó típusával.

6. lépés: De…

Csak itt kezdődött. A küszöbfeszültség alkalmazása nem jelenti azt, hogy készen áll a MOSFET használatára. Ha megnézi az IRFZ44N, egy n csatornás MOSFET adatlapját, látni fogja, hogy küszöbfeszültségén csak bizonyos minimális áram folyhat át rajta. Ez jó, ha csak kisebb terheléseket szeretne használni, például csak LED -eket, de akkor mi értelme. Tehát nagyobb terhelések használatához, amelyek nagyobb áramot vesznek fel, nagyobb feszültséget kell alkalmazni a kapun. A növekvő kapufeszültség növeli a csatornát, ami több áramot áramol át rajta. A MOSFET teljes bekapcsolásához a Vgs feszültségnek, azaz a kapu és a forrás közötti feszültségnek valahol körülbelül 10-12 voltnak kell lennie, ami azt jelenti, hogy ha a forrás földelve van, akkor a kapunak legalább 12 voltnak kell lennie.

Az imént tárgyalt MOSFET -et fejlesztési típusú MOSFET -eknek nevezzük, mivel a csatorna javul a kapu feszültségének növekedésével. Van egy másik típusú MOSFET is, az úgynevezett kimerülési típusú MOSFET. A fő különbség abban rejlik, hogy a csatorna már jelen van a kimerülési típusú MOSFET -ben. Az ilyen típusú MOSFET -ek általában nem érhetők el a piacokon. A kimerülési MOSFET típusú szimbólum eltérő, a folytonos vonal azt jelzi, hogy a csatorna már jelen van.

7. lépés: Miért MOSFET illesztőprogramok?

Tegyük fel, hogy egy mikrokontrollert használ a MOSFET vezérléséhez, akkor legfeljebb 5 volt vagy kevesebb feszültséget alkalmazhat a kapura, ami nem lesz elegendő nagy áramterhelésekhez.

Amit tehetsz, használhatsz egy MOSFET illesztőprogramot, mint például a TC4420, csak logikai jelet kell adnod a bemeneti érintkezőin, és az gondoskodik a többiről, vagy megépíthetsz egy illesztőprogramot, de a MOSFET illesztőprogramnak sokkal több előnye van az a tény, hogy számos más dologról is gondoskodik, például a kapu kapacitásáról stb.

Amikor a MOSFET teljesen be van kapcsolva, ellenállását Rdson jelöli, és könnyen megtalálható az adatlapon.

8. lépés: A P -csatorna MOSFET

A p csatornás MOSFET éppen az n csatornás MOSFET ellentéte. Az áram a forrásból a lefolyóba áramlik, és a csatorna p típusú töltéshordozókból, azaz lyukakból áll.

A p csatornás MOSFET forrásnak a legnagyobb potenciálnak kell lennie, és a Vgs teljes bekapcsolásához 10–12 voltos negatívnak kell lennie

Például, ha a forrás 12 voltos feszültséghez van kötve, a kapunak nulla voltnál teljesen be kell tudnia kapcsolni, és ezért általában azt mondjuk, hogy 0 voltot kell alkalmazni a kapu MOSFET ON csatornájára, és ezen követelmények miatt a MOSFET illesztőprogram n csatorna nem használható közvetlenül a p csatorna MOSFET -el. A p csatornás MOSFET illesztőprogramok elérhetők a piacon (mint a TC4429), vagy egyszerűen használhat invertert az n csatornás MOSFET meghajtóval. A p csatornás MOSFET -ek viszonylag nagyobb ON -ellenállással rendelkeznek, mint n csatornás MOSFET -ek, de ez nem jelenti azt, hogy mindig használhat n -csatornás MOSFET -et bármilyen lehetséges alkalmazáshoz.

9. lépés: De miért?

Tegyük fel, hogy az első konfigurációban a MOSFET -et kell használnia. Az ilyen típusú kapcsolást alacsony oldali kapcsolásnak nevezik, mivel a MOSFET -et használja az eszköz földeléshez való csatlakoztatásához. Egy n csatornás MOSFET lenne a legalkalmasabb erre a feladatra, mivel a Vgs nem változik, és könnyen karbantartható 12 volton.

De ha egy n csatornás MOSFET -et szeretne használni a magas oldali kapcsoláshoz, a forrás bárhol lehet a föld és az Vcc között, ami végül befolyásolja a Vgs feszültséget, mivel a kapu feszültsége állandó. Ez óriási hatással lesz a MOSFET megfelelő működésére. A MOSFET is kiég, ha a Vgs meghaladja az említett maximális értéket, ami átlagosan 20 volt körül van.

Ennélfogva itt nem csatorna séta az n csatornás MOSFET -ek használata, hanem az, hogy p csatornás MOSFET -et használunk annak ellenére, hogy nagyobb az ON ellenállás, mivel előnye, hogy a Vgs állandó lesz állandóan a magas oldali kapcsolás során. Vannak más módszerek is, például a bootstrapping, de egyelőre nem foglalkozom velük.

10. lépés: Id-Vds görbe

Végül nézzük meg gyorsan ezeket az Id-Vds görbéket. Egy három régióban működő MOSFET, amikor a Vgs kisebb, mint a küszöbfeszültség, a MOSFET a leválasztott tartományban van, azaz ki van kapcsolva. Ha Vgs nagyobb, mint a küszöbfeszültség, de kisebb, mint a lefolyó és a forrás és a küszöbfeszültség közötti feszültségcsökkenés összege, akkor azt mondják, hogy trióda- vagy lineáris tartományban van. A bélésterületen egy MOSFET használható feszültségváltozó ellenállásként. Ha Vgs nagyobb, mint az említett feszültségösszeg, akkor a leeresztő áram állandóvá válik, és azt mondják, hogy a telítési tartományban működik, és hogy a MOSFET kapcsolóként működjön, ezt a tartományt kell működtetni, mivel a maximális áram áthaladhat a MOSFET -en ebben a régióban.

11. lépés: Javaslatok az alkatrészekhez

n MOSFET csatorna: IRFZ44N

INDIA - https://amzn.to/2vDTF6DUS - https://amzn.to/2vB6oXwUK -

p MOSFET csatorna: IRF9630US - https://amzn.to/2vB6oXwUK -

n csatorna MOSFET illesztőprogram: TC4420US -

p Csatorna MOSFET illesztőprogram: TC4429

12. lépés: Ennyi

Most már ismernie kell a MOSFET -ek alapjait, és el kell tudnia dönteni a projekt számára a tökéletes MOSFET -et.

De továbbra is fennáll a kérdés, hogy mikor használjunk MOSFET -eket? Az egyszerű válasz az, amikor nagyobb terheléseket kell váltani, amelyek nagyobb feszültséget és áramot igényelnek. A MOSFET -ek előnye a minimális teljesítményveszteség a BJT -khez képest, még nagyobb áramok esetén is.

Ha lemaradtam valamiről, vagy tévedek, vagy van tippje, kérjük, írja meg alább.

Fontolja meg az Instructables és a YouTube -csatornánk feliratkozását. Köszönjük, hogy elolvasta, találkozunk a következő Instructable -ban.

13. lépés: Használt alkatrészek

n MOSFET csatorna: IRFZ44NINDIA - https://amzn.to/2vDTF6DUS - https://amzn.to/2vB6oXwUK -

p MOSFET csatorna: IRF9630US - https://amzn.to/2Jmm437UK -

n csatorna MOSFET illesztőprogram: TC4420US -

p Csatorna MOSFET illesztőprogram: TC4429