Osnove MOSFET -a: 13 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Bok! U ovom Instructableu naučit ću vas osnovama MOSFET -a, a pod osnovama mislim na zaista osnove. Ovaj video je idealan za osobu koja nikada nije profesionalno studirala MOSFET, ali ih želi koristiti u projektima. Govorit ću o n i p kanalnim MOSFET -ovima, kako ih koristiti, po čemu se razlikuju, zašto su oba važna, zašto su MOSFET upravljački programi i slične stvari. Govorit ću i o nekim malo poznatim činjenicama o MOSFET -ovima i još mnogo toga.

Uđimo u to.

Korak 1: Pogledajte video

Video zapisi sadrže sve detalje detaljno potrebne za izgradnju ovog projekta. Video ima neke animacije koje će vam pomoći da brzo shvatite činjenice. Možete ga gledati ako više volite slike, ali ako više volite tekst, prođite kroz sljedeće korake.

Korak 2: FET

Prije nego što pokrenem MOSFET -ove, dopustite mi da vam predstavim njegovog prethodnika, JFET ili tranzistor spoja polja. To će malo olakšati razumijevanje MOSFET -a.

Poprečni presjek JFET -a prikazan je na slici. Stezaljke su identične MOSFET terminalima. Središnji dio naziva se podloga ili tijelo, a to je samo poluvodič n ili p tipa, ovisno o vrsti FET -a. Regije se zatim uzgajaju na supstratu suprotnog tipa od supstrata i nazivaju se vrata, odvod i izvor. Bez obzira na napon koji primijenite, primjenjujete se na ove regije.

Danas, sa praktične tačke gledišta, to ima vrlo mali ili nikakav značaj. Neću tražiti više objašnjenja osim ovoga jer će postati previše tehničko i ionako nije potrebno.

Simbol JFET -a pomoći će nam da razumijemo simbol MOSFET -a.

Korak 3: MOSFET

Nakon toga dolazi MOSFET, koji ima veliku razliku u terminalu kapije. Prije uspostavljanja kontakata na terminalu kapije, sloj silicijevog dioksida raste iznad podloge. To je razlog zašto je nazvan tranzistor s efektom polja s poluprovodnikom s metalnim oksidom. SiO2 je vrlo dobar dielektrik, ili se može reći izolator. Ovo povećava otpor vrata na skali od deset do snage deset oma i pretpostavljamo da je u MOSFET -u struja vrata uvijek nula. To je razlog zašto se naziva i tranzistor efekta polja sa izoliranim vratima (IGFET). Sloj dobrog vodiča poput aluminija dodatno se uzgaja iznad sva tri područja, a zatim se uspostavljaju kontakti. U području vrata možete vidjeti da je formirana struktura poput kondenzatora paralelne ploče koja zapravo unosi značajan kapacitet na terminal vrata. Ovaj kapacitet se naziva kapacitet vrata i može lako uništiti vaš krug ako se ne uzme u obzir. Ovo je takođe veoma važno tokom studiranja na profesionalnom nivou.

Simbol za MOSFET -ove se može vidjeti na priloženoj slici. Postavljanje druge linije na kapiji ima smisla dok ih povezujete s JFET -ovima, što znači da su vrata izolirana. Smjer strelice na ovom simbolu prikazuje uobičajeni smjer protoka elektrona unutar MOSFET -a, koji je suprotan smjeru trenutnog toka

Korak 4: MOSFET Jesu li 4 -terminalni uređaj?

Još jednu stvar koju bih želio dodati je da većina ljudi misli da je MOSFET uređaj s tri terminala, dok su zapravo MOSFET uređaji s četiri terminala. Četvrti terminal je terminal karoserije. Možda ste vidjeli simbol pričvršćen za MOSFET, središnji terminal je za tijelo.

Ali zašto gotovo svi MOSFET -ovi iz njega izlaze samo tri terminala?

Telesni terminal je interno spojen na izvor jer nema koristi u primjenama ovih jednostavnih IC -ova, a nakon toga simbol postaje onaj koji nam je poznat.

Karoserijski terminal se općenito koristi kada se proizvodi složena IC CMOS tehnologija. Imajte na umu da je ovo slučaj s n -kanalnim MOSFET -om, slika će biti malo drugačija ako je MOSFET p kanal.

Korak 5: Kako to funkcionira

U redu, pa da vidimo sada kako to funkcionira.

Bipolarni spojni tranzistor ili BJT je uređaj koji se kontrolira strujom, što znači da količina protoka struje u njegovom baznom terminalu određuje struju koja će teći kroz tranzistor, ali znamo da ne postoji uloga struje u terminalu MOSFET -a i zajedno možemo reći da se radi o uređaju koji kontrolira napon ne zato što je struja na vratima uvijek nula, već zbog svoje strukture koju neću objašnjavati u ovom Instructable -u zbog njene složenosti.

Razmotrimo n -kanalni MOSFET. Kad se naponski ulaz ne priključi, postoje dvije stražnje diode između podloge i odvoda i područja izvora uzrokujući da put između odvoda i izvora ima otpor reda 10 do snage 12 ohma.

Sada sam uzemljio izvor i počeo povećavati napon kapije. Kad se postigne određeni minimalni napon, otpor pada i MOSFET počinje provoditi, a struja počinje teći od odvoda do izvora. Ovaj minimalni napon naziva se prag napona MOSFET -a, a protok struje je posljedica stvaranja kanala od odvoda do izvora u podlozi MOSFET -a. Kao što naziv govori, u n kanalnom MOSFET -u kanal se sastoji od n tipa nosilaca struje, tj. Elektrona, što je suprotno od vrste podloge.

Korak 6: Ali …

Ovde je tek počelo. Primjena praga napona ne znači da ste tek spremni za upotrebu MOSFET -a. Ako pogledate podatkovni list IRFZ44N, n -kanalnog MOSFET -a, vidjet ćete da na svom pragu napona samo određena minimalna struja može protjecati kroz njega. To je dobro ako samo želite koristiti manja opterećenja poput LED -a, ali u čemu je onda svrha. Dakle, za korištenje većih opterećenja koja vuku veću struju morat ćete primijeniti veći napon na kapiji. Povećavajući napon kapije pojačava kanal uzrokujući da više struje prolazi kroz njega. Da biste potpuno uključili MOSFET, napon Vgs, koji je napon između kapije i izvora, mora biti negdje oko 10 do 12 V, što znači da ako je izvor uzemljen, vrata moraju biti na 12 V ili više.

MOSFET o kojem smo upravo govorili nazivaju se MOSFET -ovi tipa poboljšanja iz razloga što se kanal povećava s povećanjem napona na vratima. Postoji još jedna vrsta MOSFET -a koja se naziva iscrpljujući tip MOSFET. Glavna razlika je u činjenici da je kanal već prisutan u MOSFET -u osiromašenog tipa. Ova vrsta MOSFET -a obično nije dostupna na tržištima. Simbol za tip iscrpljivanja MOSFET je drugačiji, puna linija označava da je kanal već prisutan.

Korak 7: Zašto MOSFET upravljački programi?

Recimo da koristite mikrokontroler za upravljanje MOSFET -om, tada na vrata možete primijeniti najviše 5 V ili manje, što neće biti dovoljno za velika strujna opterećenja.

Ono što možete učiniti je koristiti MOSFET upravljački program poput TC4420, samo morate dati logički signal na njegove ulazne pinove i on će se pobrinuti za ostalo ili možete sami izgraditi upravljački program, ali MOSFET upravljački program ima puno više prednosti u činjenica da se brine i o nekoliko drugih stvari, poput kapaciteta kapije itd.

Kada je MOSFET potpuno uključen, njegov otpor označava Rdson i može se lako pronaći u podatkovnom listu.

Korak 8: M kanalni MOSFET kanala P

M kanalni MOSFET p kanala je upravo suprotan od n kanala MOSFET -a. Struja teče od izvora do odvoda, a kanal se sastoji od p vrste nosača naboja, tj. Rupa.

Izvor u p -kanalnom MOSFET -u mora imati najveći potencijal, a za njegovo potpuno uključivanje Vgs mora biti negativan 10 do 12 volti

Na primjer, ako je izvor vezan na 12 volti, kapija na nula volti mora je moći potpuno uključiti i zato općenito kažemo da se primjenom 0 volti na kapiji uključuje kanal MOSFET UKLJUČENO i zbog ovih zahtjeva upravljački program MOSFET -a za n kanal se ne može koristiti direktno sa p kanalnim MOSFET -om. P kanalni MOSFET upravljački programi dostupni su na tržištu (poput TC4429) ili jednostavno možete koristiti pretvarač s n -kanalnim MOSFET upravljačkim programom. MOSFET -ovi p kanala imaju relativno veći ON otpor od n -kanalnih MOSFET -ova, ali to ne znači da uvijek možete koristiti n -kanalni MOSFET za bilo koju moguću primjenu.

Korak 9: Ali zašto?

Recimo da morate koristiti MOSFET u prvoj konfiguraciji. Ta vrsta prebacivanja naziva se prekidač na niskoj strani jer koristite MOSFET za spajanje uređaja na masu. N -kanalni MOSFET bio bi najprikladniji za ovaj posao jer Vgs ne varira i može se lako održavati na 12 Volti.

Ali ako želite koristiti n -kanalni MOSFET za prebacivanje na visoku stranu, izvor može biti bilo gdje između zemlje i Vcc, što će na kraju utjecati na napon Vgs jer je napon kapije konstantan. To će imati veliki utjecaj na pravilno funkcioniranje MOSFET -a. MOSFET također izgara ako Vgs premaši spomenutu maksimalnu vrijednost koja je u prosjeku oko 20 volti.

Dakle, ovdje nije laka upotreba n -kanalnih MOSFET -ova, ono što mi radimo je da koristimo p -kanalni MOSFET uprkos tome što imamo veći otpor UKLJUČENJA jer ima prednost što će Vgs biti konstantan tokom prebacivanja sa velike strane. Postoje i druge metode kao što je bootstrapping, ali za sada ih neću pokrivati.

Korak 10: Id-Vds krivulja

Na kraju, pogledajmo nakratko ovu Id-Vds krivulju. MOSFET radi na tri regije, kada je Vgs manji od praga napona, MOSFET je u odsječenom području, odnosno isključen je. Ako je Vgs veći od praga napona, ali manji od zbroja pada napona između odvoda i izvora i napona praga, kaže se da je u triodnom području ili linearnom području. U linijskom području, MOSFET se može koristiti kao naponski promjenjivi otpornik. Ako je Vgs veći od navedene sume napona, tada struja odvoda postaje konstantna, kaže se da radi u području zasićenja i da bi MOSFET djelovao kao prekidač, treba raditi u ovom području jer maksimalna struja može proći kroz MOSFET u ovom regionu.

Korak 11: Prijedlozi dijelova

n MOSFET kanala: IRFZ44N

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

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

n Kanal MOSFET upravljački program: TC4420US -

p Upravljački program MOSFET kanala: TC4429

Korak 12: To je to

Sada morate biti upoznati s osnovama MOSFET -ova i moći odlučiti o savršenom MOSFET -u za vaš projekt.

Ali ostaje pitanje, kada bismo trebali koristiti MOSFET -ove? Jednostavan odgovor je kada morate prebaciti veća opterećenja koja zahtijevaju veći napon i struju. MOSFET -ovi imaju prednost minimalnog gubitka snage u odnosu na BJT -ove čak i pri većim strujama.

Ako sam nešto propustio ili grešim, ili imate bilo kakav savjet, molimo vas da komentarišete ispod.

Pretplatite se na naš Instructables i YouTube kanal. Hvala vam na čitanju, vidimo se u sljedećem uputstvu.

Korak 13: Korišteni dijelovi

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

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

n Kanal MOSFET upravljački program: TC4420US -

p Upravljački program MOSFET kanala: TC4429