Osnove MOSFET -a: 13 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Živjo! V tem Instructable -u vas bom naučil osnov MOSFET -ov in z osnovami mislim na resnične osnove. Ta video je idealen za osebo, ki še nikoli ni profesionalno študirala MOSFET -a, vendar jih želi uporabiti pri projektih. Govoril bom o n in p kanalih MOSFET, kako jih uporabljati, kako se razlikujejo, zakaj sta oba pomembna, zakaj gonilniki MOSFET in podobne stvari. Govoril bom tudi o nekaj malo znanih dejstvih o MOSFET -jih in še veliko več.

Pojdimo vanjo.

Korak: Oglejte si video

V videoposnetkih je vse podrobno opisano za gradnjo tega projekta. Video ima nekaj animacij, ki bodo pomagale hitro razumeti dejstva. Ogledate si ga lahko, če imate raje vizualne posnetke, če pa imate raje besedilo, pojdite skozi naslednje korake.

2. korak: FET

Preden zaženem MOSFET, naj vam predstavim njegovega predhodnika, JFET ali tranzistor z efektom polja. To bo nekoliko olajšalo razumevanje MOSFET -a.

Prerez JFET je prikazan na sliki. Terminali so enaki terminalom MOSFET. Osrednji del se imenuje substrat ali telo in je samo polprevodnik tipa n ali p, odvisno od vrste FET. Regije se nato gojijo na substratu, ki ima drugačen tip od substrata in se imenuje vrata, odtok in vir. Ne glede na napetost, ki jo uporabljate, velja za ta območja.

Danes ima s praktičnega vidika le malo ali nič pomembnega. Ne bom si podrobneje razlagal, saj bo to preveč tehnično in vseeno ni potrebno.

Simbol JFET nam bo pomagal razumeti simbol MOSFET.

Korak: MOSFET

Po tem pride MOSFET z veliko razliko v terminalu vrat. Pred vzpostavitvijo stikov za priključek vrat se nad podlago vzgoji plast silicijevega dioksida. To je razlog, da se imenuje polprevodniški tranzistor s kovinskim oksidom. SiO2 je zelo dober dielektrik, ali lahko rečemo izolator. To poveča upor vrat na lestvici deset na moč deset ohmov in predpostavljamo, da je v vratih MOSFET tok Ig vedno nič. To je razlog, zakaj se imenuje tudi tranzistor z učinkom polja z izoliranimi vrati (IGFET). Plast dobrega prevodnika, kot je aluminij, se dodatno vzgoji nad vsemi tremi področji, nato pa se vzpostavi stik. V območju vrat lahko vidite, da je oblikovana struktura, podobna kondenzatorju s ploščami, ki dejansko prinaša precejšnjo kapacitivnost priključku. Ta kapacitivnost se imenuje kapacitivnost vrat in lahko zlahka uniči vaše vezje, če se ne upošteva. Te so med študijem na poklicni ravni zelo pomembne.

Simbol za MOSFET je viden na priloženi sliki. Postavitev druge črte na vrata je smiselna, medtem ko jih povežete z JFET -i, kar pomeni, da so vrata izolirana. Smer puščice v tem simbolu prikazuje običajno smer pretoka elektronov znotraj MOSFET -a, ki je v nasprotju s tokom toka

4. korak: MOSFET Ali so 4 -terminalna naprava?

Še nekaj, kar bi rad dodal, je, da večina ljudi misli, da je MOSFET tri -terminalna naprava, medtem ko so dejansko MOSFET -i štiri -terminalna naprava. Četrti terminal je terminal telesa. Morda ste videli simbol, pritrjen za MOSFET, osrednji terminal je za telo.

Toda zakaj imajo skoraj vsi MOSFET -i le tri terminale?

Telesni terminal je notranje priključen na vir, saj ni uporaben pri uporabi teh preprostih IC -jev, nato pa simbol postane tisti, ki ga poznamo.

Karoserijski terminal se običajno uporablja pri izdelavi IC s kompleksno tehnologijo CMOS. Upoštevajte, da to velja za n -kanalni MOSFET, slika bo nekoliko drugačna, če je MOSFET p -kanal.

5. korak: Kako deluje

V redu, zdaj pa poglejmo, kako deluje.

Bipolarni spojni tranzistor ali BJT je naprava za nadzor toka, kar pomeni, da količina toka v njenem osnovnem priključku določa tok, ki bo tekel skozi tranzistor, vendar vemo, da v vhodnem terminalu MOSFET in skupaj ni vloge toka lahko rečemo, da gre za napetostno nadzorovano napravo ne zato, ker je tok vrat vedno nič, ampak zaradi njene strukture, ki je zaradi zapletenosti v tem navodilu ne bom razlagal.

Razmislimo o n -kanalnem MOSFET -u. Kadar na priključku vrat ni napetosti, obstajata med hrbtno stranjo in odtokom ter območjem vira dve povratni diodi, zaradi česar ima pot med odtokom in virom upor v vrstnem redu 10 do moči 12 ohmov.

Zdaj sem ozemljil vir in začel povečevati napetost vrat. Ko je dosežena določena minimalna napetost, upor pade in MOSFET začne prevoditi in tok začne teči od odtoka do vira. Ta najmanjša napetost se imenuje mejna napetost MOSFET -a, tok pa je posledica nastanka kanala od odtoka do vira v substratu MOSFET -a. Kot že ime pove, je v n -kanalnem MOSFET -u kanal sestavljen iz n vrste nosilcev toka, to je elektronov, kar je nasprotno od vrste podlage.

6. korak: Ampak…

Tu se je šele začelo. Uporaba praga napetosti ne pomeni, da ste pripravljeni za uporabo MOSFET -a. Če pogledate podatkovni list IRFZ44N, n -kanalnega MOSFET -a, boste videli, da lahko pri njegovi mejni napetosti teče le določen minimalni tok. To je dobro, če želite uporabiti le manjše obremenitve, kot so LED, vendar v čem je potem smisel. Torej, če želite uporabiti večje obremenitve, ki črpajo večji tok, boste morali na vrata vnesti več napetosti. Naraščajoča napetost vrat poveča kanal, zaradi česar skozi njega teče več toka. Če želite popolnoma vklopiti MOSFET, mora biti napetost Vgs, to je napetost med vrati in virom, nekje 10 do 12 voltov, kar pomeni, da če je vir ozemljen, morajo biti vrata pri napetosti približno 12 voltov.

MOSFET, o katerem smo pravkar govorili, se imenuje MOSFET tipa izboljšanja, ker se kanal poveča z naraščajočo napetostjo vrat. Obstaja še ena vrsta MOSFET -a, imenovana MOSFET. Glavna razlika je v tem, da je kanal že prisoten v MOSFET -u izčrpavanja. Tovrstni MOSFET -ji običajno niso na voljo na trgih. Simbol za vrsto izčrpanosti MOSFET je drugačen, črta označuje, da je kanal že prisoten.

7. korak: Zakaj gonilniki MOSFET?

Recimo, da za krmiljenje MOSFET -a uporabljate mikrokrmilnik, potem lahko na vrata vnesete največ 5 voltov ali manj, kar ne bo dovolj za velike tokovne obremenitve.

Kar lahko storite, je, da uporabite gonilnik MOSFET, kot je TC4420, le vnesti morate logični signal na njegovih vhodnih zatičih, on pa bo poskrbel za ostalo ali pa lahko gonilnik sestavite sami, vendar ima gonilnik MOSFET veliko več prednosti pri dejstvo, da skrbi tudi za več drugih stvari, na primer kapacitivnost vrat itd.

Ko je MOSFET popolnoma vklopljen, je njegov upor označen z Rdson in ga je enostavno najti v podatkovnem listu.

Korak: MOSFET kanala P

P -kanalni MOSFET je ravno nasprotje n -kanalnega MOSFET -a. Tok teče od vira do odtoka in kanal je sestavljen iz p vrste nosilcev naboja, to je lukenj.

Vir v p -kanalnem MOSFET -u mora biti z največjim potencialom in za njegov popolni vklop mora biti Vgs negativen od 10 do 12 voltov

Na primer, če je vir vezan na 12 voltov, ga morajo vrata pri ničelnih voltih popolnoma vklopiti, zato običajno govorimo, da z uporabo 0 voltov na vratih vklopite kanal MOSFET ON in zaradi teh zahtev gonilnik MOSFET za n kanala ni mogoče uporabljati neposredno z M kanalnim kanalom p kanala. Gonilniki p -kanala MOSFET so na voljo na trgu (na primer TC4429) ali pa preprosto uporabite pretvornik z n -kanalnim gonilnikom MOSFET. M kanalni MOSFET -ji p kanala imajo relativno večjo upornost pri vklopu kot n -kanalni MOSFET -i, vendar to ne pomeni, da lahko vedno uporabite n -kanalni MOSFET za vse možne aplikacije.

9. korak: Toda zakaj?

Recimo, da morate v prvi konfiguraciji uporabiti MOSFET. Ta vrsta preklopa se imenuje preklapljanje na nizki strani, ker uporabljate MOSFET za povezavo naprave z maso. Za to delo bi bil najbolj primeren n -kanalni MOSFET, saj se Vgs ne spreminja in ga je mogoče enostavno vzdrževati pri 12 voltih.

Če pa želite uporabiti n -kanalni MOSFET za visoko stransko preklapljanje, je lahko vir kjer koli med zemljo in Vcc, kar bo sčasoma vplivalo na napetost Vgs, saj je napetost na vratih konstantna. To bo imelo velik vpliv na pravilno delovanje MOSFET -a. MOSFET tudi izgori, če Vgs preseže omenjeno največjo vrednost, ki je v povprečju okoli 20 voltov.

Zato pri uporabi n -kanalnih MOSFET -ov ni lahka hoja, kar počnemo pa je, da uporabljamo p -kanalni MOSFET, kljub temu, da imamo večji upor pri vklopu, saj ima to prednost, da bo Vgs konstanten med preklapljanjem na visoki strani. Obstajajo tudi druge metode, kot je zagonski zagon, vendar jih za zdaj ne bom obravnaval.

10. korak: krivulja Id-Vds

Nazadnje, poglejmo na hitro to krivuljo Id-Vds. MOSFET deluje v treh regijah, ko je Vgs manjši od praga napetosti, je MOSFET v odrezanem območju, torej izklopljen. Če je Vgs večji od praga napetosti, vendar manjši od vsote padca napetosti med odtokom in virom ter napetostjo praga, naj bi bil v triodnem območju ali linearnem območju. V linijskem območju se lahko MOSFET uporablja kot napetostni spremenljivi upor. Če je Vgs večji od omenjene vsote napetosti, potem odvodni tok postane konstanten, naj bi deloval v območju nasičenja in da bi MOSFET deloval kot stikalo, ga je treba upravljati v tem območju, saj lahko največji tok prehaja skozi MOSFET v tej regiji.

11. korak: Predlogi delov

n Kanal MOSFET: IRFZ44N

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

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

n Kanal MOSFET gonilnik: TC4420US -

p Kanal MOSFET gonilnik: TC4429

12. korak: To je to

Zdaj morate poznati osnove MOSFET -ov in se lahko odločiti za popoln MOSFET za vaš projekt.

Še vedno pa ostaja vprašanje, kdaj naj uporabimo MOSFET -e? Preprost odgovor je, ko morate preklopiti večje obremenitve, ki zahtevajo več napetosti in toka. MOSFET -i imajo prednost minimalne izgube moči v primerjavi z BJT -ji tudi pri višjih tokovih.

Če sem kaj spregledal ali se motim, ali imate kakšen nasvet, prosimo, komentirajte spodaj.

Naročite se na naš kanal Instructables in YouTube. Hvala za branje, se vidimo v naslednjem Instructable.

Korak: Uporabljeni deli

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

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

n Kanal MOSFET gonilnik: TC4420US -

p Kanal MOSFET gonilnik: TC4429