„MOSFET“pagrindai: 13 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Sveiki! Šioje instrukcijoje aš jus išmokysiu MOSFET pagrindų, o pagal pagrindus turiu omenyje tikrai pagrindus. Šis vaizdo įrašas idealiai tinka asmeniui, kuris niekada profesionaliai nesimokė MOSFET, tačiau nori juos panaudoti projektuose. Kalbėsiu apie n ir p kanalų MOSFET, kaip juos naudoti, kuo jie skiriasi, kodėl abu yra svarbūs, kodėl MOSFET tvarkyklės ir panašiai. Taip pat kalbėsiu apie keletą mažai žinomų faktų apie MOSFET ir daug daugiau.

Įeikime į tai.

1 žingsnis: žiūrėkite vaizdo įrašą

Vaizdo įrašuose yra viskas išsamiai aprašyta, ko reikia šiam projektui kurti. Vaizdo įraše yra keletas animacijų, kurios padės greitai suvokti faktus. Galite žiūrėti, jei norite vaizdinių, bet jei norite teksto, atlikite kitus veiksmus.

2 žingsnis: FET

Prieš pradėdami naudoti MOSFET, leiskite jums pristatyti jo pirmtaką - JFET arba Junction Field Effect tranzistorių. Tai šiek tiek palengvins MOSFET supratimą.

JFET skerspjūvis parodytas paveikslėlyje. Gnybtai yra identiški MOSFET terminalams. Centrinė dalis vadinama substratu arba korpusu, ir tai tik n tipo arba p tipo puslaidininkiai, priklausomai nuo FET tipo. Tada regionai auginami ant substrato, kurio tipas yra priešingas nei substratas, pavadinti vartai, kanalizacija ir šaltinis. Nepriklausomai nuo įtampos, kurią naudojate, taikote šiems regionams.

Šiandien, praktiniu požiūriu, jis neturi labai didelės reikšmės. Aš nesiimsiu daugiau paaiškinimų, nes tai bus per daug techniška ir vis tiek nereikalinga.

JFET simbolis padės mums suprasti MOSFET simbolį.

3 žingsnis: MOSFET

Po to ateina MOSFET, turintis didelį skirtumą vartų terminale. Prieš darydami kontaktus vartų gnybtui, silicio dioksido sluoksnis auginamas virš pagrindo. Dėl šios priežasties jis vadinamas metalo oksido puslaidininkio lauko efekto tranzistoriumi. SiO2 yra labai geras dielektrikas arba, galima sakyti, izoliatorius. Tai padidina vartų varžą skalėje nuo dešimties iki dešimties omų galios ir manome, kad MOSFET vartų srovė Ig visada yra lygi nuliui. Dėl šios priežasties jis taip pat vadinamas izoliuotų vartų lauko efekto tranzistoriumi (IGFET). Geros laidininkės, tokios kaip aliuminis, sluoksnis papildomai auginamas virš visų trijų regionų, o tada užmezgami kontaktai. Vartų srityje galite pamatyti, kad susidaro lygiagreti plokštės kondensatoriaus struktūra ir ji iš tikrųjų įveda didelę talpą į vartų gnybtą. Ši talpa vadinama vartų talpa ir gali lengvai sunaikinti jūsų grandinę, jei neatsižvelgiama. Tai taip pat labai svarbu studijuojant profesiniu lygiu.

MOSFET simbolis matomas pridedamame paveikslėlyje. Kitą liniją uždėti ant vartų yra prasminga, susiejant jas su JFET, nurodant, kad vartai yra izoliuoti. Rodyklės kryptis šiame simbolyje vaizduoja įprastą elektronų srauto kryptį MOSFET viduje, kuri yra priešinga dabartiniam srautui

4 žingsnis: „MOSFET“yra 4 terminalų įrenginys?

Dar vienas dalykas, kurį norėčiau pridurti, yra tai, kad dauguma žmonių mano, kad MOSFET yra trijų galinių įrenginys, o iš tikrųjų MOSFET yra keturių galinių įrenginys. Ketvirtasis terminalas yra kūno terminalas. Galbūt matėte MOSFET pritvirtintą simbolį, centrinis terminalas skirtas kūnui.

Bet kodėl beveik visuose MOSFET įrenginiuose yra tik trys terminalai?

Korpuso terminalas yra viduje sutrumpintas iki šaltinio, nes jis nenaudingas šių paprastų IC taikomosiose programose, o po to simbolis tampa mums pažįstamu.

Korpuso terminalas paprastai naudojamas, kai gaminamas sudėtingas CMOS technologijos IC. Atminkite, kad taip yra n kanalo MOSFET atveju, vaizdas bus šiek tiek kitoks, jei MOSFET yra p kanalas.

5 žingsnis: kaip tai veikia

Gerai, dabar pažiūrėkime, kaip tai veikia.

Bipolinis jungties tranzistorius arba BJT yra srovės valdomas įrenginys, o tai reiškia, kad srovės srautas jo baziniame terminale lemia srovę, kuri tekės per tranzistorių, tačiau mes žinome, kad MOSFET vartų terminale ir kartu nėra srovės vaidmens galime pasakyti, kad tai yra įtampos valdomas įtaisas ne todėl, kad vartų srovė visada yra lygi nuliui, bet dėl savo struktūros, kurios aš nepaaiškinsiu šioje instrukcijoje dėl jos sudėtingumo.

Apsvarstykime n kanalo MOSFET. Kai vartų gnybte nenaudojama įtampa, tarp pagrindo ir kanalizacijos bei šaltinio srities yra du atgaliniai diodai, dėl kurių kelias tarp nutekėjimo ir šaltinio turi būti maždaug 10 kartų atsparus 12 omų galiai.

Dabar įžeminau šaltinį ir pradėjau didinti vartų įtampą. Pasiekus tam tikrą minimalią įtampą, pasipriešinimas sumažėja, MOSFET pradeda laidyti ir srovė pradeda tekėti iš kanalizacijos į šaltinį. Ši minimali įtampa vadinama slenkstine MOSFET įtampa, o srovės srautas atsiranda dėl to, kad MOSFET substrate susidaro kanalas nuo nutekėjimo iki šaltinio. Kaip rodo pavadinimas, n kanalo MOSFET kanalas susideda iš n tipo srovės nešiklių, ty elektronų, kurie yra priešingi substrato tipui.

6 žingsnis: Bet…

Tai tik prasidėjo čia. Taikant slenkstinę įtampą dar nereiškia, kad esate pasirengęs naudoti MOSFET. Jei pažvelgsite į IRFZ44N, n kanalo MOSFET, duomenų lapą, pamatysite, kad esant ribinei įtampai, per jį gali tekėti tik tam tikra minimali srovė. Tai gerai, jei norite naudoti tik mažesnes apkrovas, pavyzdžiui, tik šviesos diodus, bet kokia tada prasmė. Taigi, norint naudoti didesnes apkrovas, kurios pritraukia daugiau srovės, turėsite vartams pritaikyti didesnę įtampą. Didėjanti vartų įtampa sustiprina kanalą, todėl per jį teka daugiau srovės. Norėdami visiškai įjungti MOSFET, įtampa Vgs, kuri yra įtampa tarp vartų ir šaltinio, turi būti kažkur apie 10–12 voltų, tai reiškia, kad jei šaltinis yra įžemintas, vartai turi būti maždaug 12 voltų.

MOSFET, apie kurį ką tik kalbėjome, vadinami patobulinimo tipo MOSFET, nes kanalas patobulėja didėjant vartų įtampai. Yra dar vienas MOSFET tipas, vadinamas išeikvojimo tipu MOSFET. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad kanalas jau yra išeikvojimo tipo MOSFET. Tokio tipo MOSFET rinkose paprastai nėra. Išsekimo tipo MOSFET simbolis yra kitoks, ištisinė linija rodo, kad kanalas jau yra.

7 žingsnis: Kodėl MOSFET tvarkyklės?

Tarkime, kad jūs naudojate mikrovaldiklį MOSFET valdymui, tada vartams galite pritaikyti ne daugiau kaip 5 voltų ar mažiau, o to nepakaks didelėms srovės apkrovoms.

Tai, ką galite padaryti, yra naudoti MOSFET tvarkyklę, pvz., TC4420, tiesiog įvesties kaiščiuose turite pateikti loginį signalą ir jis pasirūpins visa kita, arba galite patys sukurti tvarkyklę, tačiau MOSFET tvarkyklė turi daug daugiau privalumų tai, kad ji taip pat rūpinasi keliais kitais dalykais, pvz., vartų talpa ir kt.

Kai MOSFET yra visiškai įjungtas, jo atsparumas žymimas Rdson ir jį galima lengvai rasti duomenų lape.

8 žingsnis: P kanalo MOSFET

P kanalo MOSFET yra priešingas n kanalo MOSFET. Srovė teka iš šaltinio į kanalizaciją, o kanalą sudaro p tipo įkrovikliai, ty skylės.

Šaltinis p kanalo MOSFET turi turėti didžiausią potencialą, o norint jį visiškai įjungti, Vgs turi būti neigiamas 10–12 voltų

Pvz., Jei šaltinis yra prijungtas prie 12 voltų, vartai esant nulinei įtampai turi turėti galimybę juos visiškai įjungti, todėl paprastai sakome, kad vartų įjungimo kanalo MOSFET ON įjungimas 0 voltų ir dėl šių reikalavimų MOSFET tvarkyklė n kanalo negalima naudoti tiesiogiai su p kanalu MOSFET. Rinkoje yra p kanalo MOSFET tvarkyklių (pvz., TC4429) arba galite tiesiog naudoti keitiklį su n kanalo MOSFET tvarkykle. P kanalo MOSFET turi santykinai didesnį ON atsparumą nei n kanalo MOSFET, tačiau tai nereiškia, kad bet kuriuo metu galite naudoti n kanalo MOSFET.

9 žingsnis: Bet kodėl?

Tarkime, kad pirmoje konfigūracijoje turite naudoti MOSFET. Šis perjungimo tipas vadinamas žemo šono perjungimu, nes jūs naudojate MOSFET, kad prijungtumėte įrenginį prie žemės. Šiam darbui geriausiai tiktų n kanalo MOSFET, nes Vgs nesikeičia ir gali būti lengvai prižiūrimas esant 12 voltų įtampai.

Bet jei norite naudoti n kanalo MOSFET aukšto lygio perjungimui, šaltinis gali būti bet kurioje vietoje tarp žemės ir Vcc, o tai galiausiai paveiks įtampą Vgs, nes vartų įtampa yra pastovi. Tai turės didžiulę įtaką tinkamam MOSFET veikimui. Taip pat MOSFET dega, jei Vgs viršija nurodytą didžiausią vertę, kuri yra vidutiniškai apie 20 voltų.

Taigi čia nenaudojamas n kanalo MOSFET, o mes darome tai, kad naudojame p kanalo MOSFET, nepaisant didesnio atsparumo įjungimui, nes jo pranašumas yra tas, kad Vgs per visą šoninį perjungimą bus pastovus. Taip pat yra kitų metodų, tokių kaip įkrovos įkėlimas, tačiau kol kas jų neuždėsiu.

10 veiksmas: Id-Vds kreivė

Galiausiai, trumpai pažvelkime į šią Id-Vds kreivę. MOSFET, veikiantis trijuose regionuose, kai Vgs yra mažesnė už slenkstinę įtampą, MOSFET yra išjungtoje srityje, ty jis yra išjungtas. Jei Vgs yra didesnė už slenkstinę įtampą, bet mažesnė už įtampos kritimo tarp nutekėjimo ir šaltinio bei slenkstinės įtampos sumą, sakoma, kad ji yra triodinėje arba tiesinėje srityje. Linijinėje srityje MOSFET gali būti naudojamas kaip kintamos įtampos rezistorius. Jei Vgs yra didesnė už nurodytą įtampos sumą, nutekėjimo srovė tampa pastovi, sakoma, kad ji veikia soties srityje ir kad MOSFET veiktų kaip jungiklis, jis turėtų būti naudojamas šioje srityje, nes didžiausia srovė gali praeiti per MOSFET šiame regione.

11 veiksmas: dalių pasiūlymai

n Kanalas MOSFET: IRFZ44N

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

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

n kanalo MOSFET tvarkyklė: TC4420US -

p Kanalo MOSFET tvarkyklė: TC4429

12 žingsnis: viskas

Dabar jūs turite būti susipažinę su MOSFET pagrindais ir sugebėti nuspręsti, koks MOSFET tinkamas jūsų projektui.

Tačiau vis dar lieka klausimas, kada turėtume naudoti MOSFET? Paprastas atsakymas yra tada, kai turite perjungti didesnes apkrovas, kurioms reikia daugiau įtampos ir srovės. MOSFET pranašumai yra minimalūs galios nuostoliai, palyginti su BJT, net esant didesnėms srovėms.

Jei ką praleidau, klystu ar turite kokių nors patarimų, pakomentuokite žemiau.

Apsvarstykite galimybę užsiprenumeruoti mūsų „Instructables“ir „YouTube“kanalą. Dėkojame, kad perskaitėte, iki pasimatymo kitame „Instructable“.

13 žingsnis: Naudotos dalys

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

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

n kanalo MOSFET tvarkyklė: TC4420US -

p Kanalo MOSFET tvarkyklė: TC4429