MOSFET pamati: 13 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Sveiki! Šajā pamācībā es iemācīšu jums MOSFET pamatus, un ar pamatiem es domāju patiešām pamatus. Šis video ir ideāli piemērots personai, kura nekad nav profesionāli mācījusies MOSFET, bet vēlas to izmantot projektos. Es runāšu par n un p kanālu MOSFET, kā tos izmantot, kā tie atšķiras, kāpēc abi ir svarīgi, kāpēc MOSFET draiveri un tamlīdzīgi. Es arī runāšu par dažiem maz zināmiem faktiem par MOSFET un daudz ko citu.

Iedziļināsimies tajā.

1. darbība. Noskatieties video

Videoklipos ir viss detalizēts, kas nepieciešams šī projekta veidošanai. Videoklipā ir dažas animācijas, kas palīdzēs ātri saprast faktus. Varat to noskatīties, ja vēlaties vizuālos materiālus, bet, ja vēlaties tekstu, veiciet nākamās darbības.

2. solis: FET

Pirms sākt MOSFET, ļaujiet man jūs iepazīstināt ar tā priekšgājēju - JFET vai Junction Field Effect tranzistoru. Tas nedaudz atvieglos MOSFET izpratni.

JFET šķērsgriezums ir parādīts attēlā. Termināļi ir identiski MOSFET termināļiem. Centrālo daļu sauc par substrātu vai korpusu, un atkarībā no FET veida tas ir tikai n vai p tipa pusvadītājs. Pēc tam reģionus audzē uz substrāta, kuram ir pretējs tips nekā substrātam, tiek nosaukti par vārtiem, kanalizāciju un avotu. Neatkarīgi no sprieguma, ko izmantojat, jūs attiecināt uz šiem reģioniem.

Mūsdienās no praktiskā viedokļa tam ir ļoti maza nozīme. Es nemeklēšu plašāku skaidrojumu, jo tas būs pārāk tehnisks un jebkurā gadījumā nav nepieciešams.

JFET simbols palīdzēs mums saprast MOSFET simbolu.

3. solis: MOSFET

Pēc tam nāk MOSFET, kam ir liela atšķirība vārtu terminālī. Pirms kontaktu veidošanas vārtu terminālim virs pamatnes tiek audzēts silīcija dioksīda slānis. Šī iemesla dēļ to sauc par metāla oksīda pusvadītāju lauka efekta tranzistoru. SiO2 ir ļoti labs dielektriķis vai var teikt izolators. Tas palielina vārtu pretestību skalā no desmit līdz jaudai desmit omi, un mēs pieņemam, ka MOSFET vārtu strāva Ig vienmēr ir nulle. Šī iemesla dēļ to sauc arī par izolēto vārtu lauka efekta tranzistoru (IGFET). Laba vadītāja kā alumīnija slānis papildus tiek audzēts virs visiem trim reģioniem, un pēc tam tiek izveidoti kontakti. Vārtu reģionā var redzēt, ka ir izveidota paralēla plāksnes kondensatora struktūra, un tā faktiski ievieš vārtu terminālim ievērojamu kapacitāti. Šo kapacitāti sauc par vārtu kapacitāti, un tā var viegli iznīcināt jūsu ķēdi, ja to neņem vērā. Tie ir arī ļoti svarīgi, studējot profesionālā līmenī.

MOSFET simbolu var redzēt pievienotajā attēlā. Citas līnijas novietošana uz vārtiem ir jēga, saistot tos ar JFET, norādot, ka vārti ir izolēti. Bultiņas virziens šajā simbolā attēlo parasto elektronu plūsmas virzienu MOSFET iekšpusē, kas ir pretējs pašreizējās plūsmas virzienam

4. solis: MOSFET ir 4 termināla ierīce?

Vēl viena lieta, ko es vēlētos piebilst, ir tā, ka lielākā daļa cilvēku domā, ka MOSFET ir trīs termināļu ierīce, bet patiesībā MOSFET ir četru termināļu ierīce. Ceturtais terminālis ir korpusa terminālis. Jūs, iespējams, redzējāt MOSFET pievienoto simbolu, centrālais terminālis ir paredzēts korpusam.

Bet kāpēc gandrīz visiem MOSFET ir tikai trīs termināļi, kas no tā iziet?

Korpusa terminālis ir iekšēji saīsināts līdz avotam, jo tas nav noderīgs šo vienkāršo IC lietojumos, un pēc tam simbols kļūst par mums pazīstamo.

Korpusa termināli parasti izmanto, ja tiek izgatavota sarežģīta CMOS tehnoloģijas IC. Paturiet prātā, ka tas attiecas uz n kanāla MOSFET, attēls būs nedaudz atšķirīgs, ja MOSFET ir p kanāls.

5. darbība. Kā tas darbojas

Labi, tagad redzēsim, kā tas darbojas.

Bipolārā savienojuma tranzistors vai BJT ir strāvas kontrolēta ierīce, kas nozīmē, ka strāvas plūsmas apjoms tās bāzes spailē nosaka strāvu, kas plūdīs caur tranzistoru, taču mēs zinām, ka MOSFET vārtu terminālī un kopā nav strāvas lomas mēs varam teikt, ka tā ir sprieguma kontrolēta ierīce nevis tāpēc, ka vārtu strāva vienmēr ir nulle, bet gan tās struktūras dēļ, ko es šajā instrukcijā nepaskaidrošu tās sarežģītības dēļ.

Apskatīsim n kanāla MOSFET. Ja vārtu spailē netiek pievadīts spriegums, starp pamatni un kanalizācijas un avota apgabalu pastāv divas diodes, kas noved pie aizmugures, izraisot ceļu starp drenāžu un avotu pretestību aptuveni 10 līdz 12 omu jaudai.

Es tagad iezemēju avotu un sāku palielināt vārtu spriegumu. Kad tiek sasniegts noteikts minimālais spriegums, pretestība samazinās un MOSFET sāk vadīt, un strāva sāk plūst no kanalizācijas uz avotu. Šo minimālo spriegumu sauc par MOSFET sliekšņa spriegumu, un pašreizējā plūsma ir saistīta ar kanāla veidošanos no kanalizācijas līdz avotam MOSFET substrātā. Kā norāda nosaukums, n kanāla MOSFET kanālu veido n tipa strāvas nesēji, t.i., elektroni, kas ir pretēji substrāta tipam.

6. solis: Bet…

Tas ir sācies tikai šeit. Sliekšņa sprieguma pielietošana nenozīmē, ka esat gatavs lietot MOSFET. Ja paskatās uz IRFZ44N, n kanāla MOSFET, datu lapu, jūs redzēsiet, ka pie sliekšņa sprieguma caur to var plūst tikai noteikta minimālā strāva. Tas ir labi, ja vēlaties izmantot tikai mazākas slodzes, piemēram, tikai gaismas diodes, bet kāda tam jēga. Tātad, lai izmantotu lielākas slodzes, kas patērē vairāk strāvas, jums būs jāpieliek vairāk sprieguma vārtiem. Pieaugošais vārtu spriegums uzlabo kanālu, izraisot lielāku strāvas plūsmu caur to. Lai pilnībā ieslēgtu MOSFET, spriegumam Vgs, kas ir spriegums starp vārtiem un avotu, jābūt aptuveni 10 līdz 12 voltiem, tas nozīmē, ka, ja avots ir iezemēts, vārtiem jābūt aptuveni 12 voltiem.

Tikko apspriesto MOSFET sauc par uzlabošanas tipa MOSFET, jo kanāls tiek uzlabots, palielinoties vārtu spriegumam. Ir vēl viens MOSFET veids, ko sauc par noplicināšanas veidu MOSFET. Galvenā atšķirība ir tajā, ka kanāls jau atrodas noplicināšanas tipa MOSFET. Šāda veida MOSFET parasti nav pieejami tirgos. Izsmelšanas tipa MOSFET simbols ir atšķirīgs, nepārtraukta līnija norāda, ka kanāls jau ir.

7. solis: Kāpēc MOSFET draiveri?

Tagad pieņemsim, ka jūs izmantojat mikrokontrolleri, lai kontrolētu MOSFET, tad vārtiem varat izmantot tikai ne vairāk kā 5 voltus vai mazāk, ar ko nepietiks lielām strāvas slodzēm.

Jūs varat izmantot MOSFET draiveri, piemēram, TC4420, jums vienkārši jānodrošina loģiskais signāls pie tā ievades tapām, un tas parūpēsies par pārējo, vai arī jūs varat izveidot draiveri pats, bet MOSFET draiverim ir daudz vairāk priekšrocību tas, ka tas rūpējas arī par vairākām citām lietām, piemēram, vārtu kapacitāti utt.

Kad MOSFET ir pilnībā ieslēgts, tā pretestību apzīmē ar Rdson, un to var viegli atrast datu lapā.

8. solis: P kanāla MOSFET

P kanāla MOSFET ir tieši pretējs n kanāla MOSFET. Strāva plūst no avota līdz kanalizācijai, un kanālu veido p tipa lādētāji, t.i., caurumi.

Avotam p kanāla MOSFET jābūt visaugstākajam potenciālam, un, lai to pilnībā ieslēgtu, Vgs jābūt negatīvam no 10 līdz 12 voltiem

Piemēram, ja avots ir pieslēgts pie 12 voltiem, vārtiem ar nulles voltu ir jābūt iespējai tos pilnībā ieslēgt, un tāpēc mēs parasti sakām, ka 0 voltu pielietošana vārtu ieslēgšanas kanālā MOSFET ON un šo prasību dēļ MOSFET draiveris n kanālu nevar izmantot tieši ar p kanālu MOSFET. P kanāla MOSFET draiveri ir pieejami tirgū (piemēram, TC4429), vai arī jūs varat vienkārši izmantot invertoru ar n kanāla MOSFET draiveri. P kanālu MOSFET ir salīdzinoši augstāka ON pretestība nekā n kanālu MOSFET, taču tas nenozīmē, ka jūs vienmēr varat izmantot n kanāla MOSFET jebkādiem iespējamiem lietojumiem.

9. solis: Bet kāpēc?

Pieņemsim, ka pirmajā konfigurācijā jāizmanto MOSFET. Šāda veida pārslēgšanu sauc par zemas maiņas pārslēgšanu, jo jūs izmantojat MOSFET, lai savienotu ierīci ar zemi. Šim darbam vislabāk būtu piemērots n kanāla MOSFET, jo Vgs nemainās un to var viegli uzturēt pie 12 voltiem.

Bet, ja jūs vēlaties izmantot n kanāla MOSFET augstas sānu pārslēgšanai, avots var būt jebkurā vietā starp zemi un Vcc, kas galu galā ietekmēs spriegumu Vgs, jo vārtu spriegums ir nemainīgs. Tam būs milzīga ietekme uz pareizu MOSFET darbību. Arī MOSFET izdeg, ja Vgs pārsniedz noteikto maksimālo vērtību, kas vidēji ir aptuveni 20 volti.

Tādējādi šeit nav nūju pastaiga izmantot n kanāla MOSFET, bet mēs izmantojam p kanāla MOSFET, neskatoties uz lielāku ON pretestību, jo tā priekšrocība ir tāda, ka augstas sānu pārslēgšanās laikā Vgs būs nemainīgs. Ir arī citas metodes, piemēram, bootstrapping, taču pagaidām tās neaptveršu.

10. solis: Id-Vds līkne

Visbeidzot, ātri apskatīsim šo Id-Vds līkni. MOSFET, kas darbojas trīs reģionos, ja Vgs ir mazāks par sliekšņa spriegumu, MOSFET atrodas izslēgtajā reģionā, t.i., tas ir izslēgts. Ja Vgs ir lielāks par sliekšņa spriegumu, bet mazāks par sprieguma krituma summu starp drenāžu un avotu un sliekšņa spriegumu, tiek teikts, ka tas ir triodes reģionā vai lineārajā reģionā. Līnijpārvadātāju reģionā MOSFET var izmantot kā mainīgu sprieguma rezistoru. Ja Vgs ir lielāks par minēto sprieguma summu, drenāžas strāva kļūst nemainīga, un tiek uzskatīts, ka tā darbojas piesātinājuma apgabalā, un, lai MOSFET darbotos kā slēdzis, tas jādarbina šajā reģionā, jo maksimālā strāva var iziet caur MOSFET šajā reģionā.

11. darbība. Ieteikumi daļām

n Kanāla MOSFET: IRFZ44N

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

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

n kanāla MOSFET draiveris: TC4420US -

p Kanāla MOSFET draiveris: TC4429

12. solis: Tas tā

Tagad jums ir jāpārzina MOSFET pamati un jāspēj izlemt par perfektu MOSFET savam projektam.

Bet joprojām paliek jautājums, kad mums vajadzētu izmantot MOSFET? Vienkāršā atbilde ir tad, kad jums ir jāpārslēdz lielākas slodzes, kurām nepieciešams lielāks spriegums un strāva. MOSFET priekšrocība ir minimāls jaudas zudums salīdzinājumā ar BJT pat pie lielākas strāvas.

Ja es kaut ko esmu palaidis garām vai kļūdos, vai jums ir kādi padomi, lūdzu, komentējiet tālāk.

Apsveriet iespēju abonēt mūsu Instructables un YouTube kanālu. Paldies, ka lasījāt, tiekamies nākamajā pamācībā.

13. darbība. Izmantotās detaļas

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

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

n kanāla MOSFET draiveris: TC4420US -

p Kanāla MOSFET draiveris: TC4429