Основи на MOSFET: 13 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Здравейте! В този Instructable ще ви науча на основите на MOSFET, а под основите имам предвид наистина основите. Това видео е идеално за човек, който никога не е учил MOSFET професионално, но иска да ги използва в проекти. Ще говоря за n и p канални MOSFET, как да ги използвам, как са различни, защо и двете са важни, защо MOSFET драйвери и подобни неща. Ще говоря и за някои малко известни факти за MOSFET и много други.

Да влезем в него.

Стъпка 1: Гледайте видеоклипа

Във видеоклиповете е описано всичко подробно, необходимо за изграждането на този проект. Видеото има някои анимации, които ще помогнат за бързото разбиране на фактите. Можете да го гледате, ако предпочитате визуални изображения, но ако предпочитате текст, преминете през следващите стъпки.

Стъпка 2: БНТ

Преди да стартирате MOSFET, нека ви запозная с неговия предшественик, JFET или транзистор с полеви ефекти на кръстовището. Това ще направи разбирането на MOSFET малко по -лесно.

Напречното сечение на JFET е показано на снимката. Клемите са идентични с MOSFET терминалите. Централната част се нарича субстрат или тяло и е просто полупроводник от тип n или p в зависимост от вида на FET. След това регионите се отглеждат върху субстрата с противоположен тип от този на субстрата, се наричат порта, дренаж и източник. Каквото и напрежение да приложите, прилагате към тези региони.

Днес от практическа гледна точка тя има много малко или никакво значение. Няма да търся повече обяснения извън това, тъй като ще стане твърде техническо и така или иначе не се изисква.

Символът на JFET ще ни помогне да разберем символа на MOSFET.

Стъпка 3: MOSFET

След това идва MOSFET, който има голяма разлика в терминала на портата. Преди да се направят контактите за терминала на портата, слой от силициев диоксид се отглежда над субстрата. Това е причината той да бъде наречен транзистор с полеви полупроводникови ефекти с метален оксид. SiO2 е много добър диелектрик или може да се каже изолатор. Това увеличава съпротивлението на порта в скалата от десет до мощността десет ома и приемаме, че в MOSFET порта токът Ig винаги е нула. Това е причината, поради която се нарича още изолиран транзистор с полеви ефект (IGFET). Слой от добър проводник като алуминий се отглежда допълнително над трите области и след това се осъществяват контакти. В областта на портата можете да видите, че се образува структура, подобна на кондензатор с паралелна плоча и всъщност въвежда значителен капацитет на терминала на портата. Този капацитет се нарича капацитет на порта и може лесно да разруши вашата верига, ако не се вземе предвид. Те също са много важни, докато учите на професионално ниво.

Символът за MOSFET може да се види на приложената снимка. Поставянето на друга линия на портата има смисъл, докато ги свързвате с JFET, което показва, че портата е изолирана. Посоката на стрелката в този символ изобразява конвенционалната посока на електронния поток вътре в MOSFET, която е противоположна на тази на текущия поток

Стъпка 4: MOSFET 4 терминално устройство ли са?

Още нещо, което бих искал да добавя, е, че повечето хора смятат, че MOSFET е три терминално устройство, докато всъщност MOSFET са четири терминално устройство. Четвъртият терминал е терминалът на тялото. Може да сте виждали символа, прикрепен към MOSFET, централният терминал е за тялото.

Но защо почти всички MOSFETs имат само три терминала, които излизат от него?

Терминалът на тялото е вътрешно късо свързан към източника, тъй като не е от полза в приложенията на тези прости интегрални схеми, а след това символът става този, с който сме запознати.

Корпусът на тялото обикновено се използва, когато се произвежда сложна IC CMOS технология. Имайте предвид, че това е така за n канал MOSFET, картината ще бъде малко по -различна, ако MOSFET е p канал.

Стъпка 5: Как работи

Добре, нека сега да видим как работи.

Биполярен транзистор за свързване или BJT е устройство с текущо управление, което означава, че количеството токов поток в основния му терминал определя тока, който ще тече през транзистора, но знаем, че няма роля на тока в терминала на порта MOSFET и колективно можем да кажем, че това е устройство с контролирано напрежение не защото токът на порта винаги е нулев, а поради неговата структура, която няма да обяснявам в тази инструкция поради нейната сложност.

Нека разгледаме MOSFET от n канал. Когато в терминала на портата не се подава напрежение, между субстрата и дренажната и източната област съществуват два обратни диода, което води до съпротивление на пътя между дренажа и източника от порядъка на 10 до мощността 12 ома.

Заземих източника сега и започнах да увеличавам напрежението на портата. Когато се достигне определено минимално напрежение, съпротивлението пада и MOSFET започва да провежда и токът започва да тече от източване към източник. Това минимално напрежение се нарича прагово напрежение на MOSFET и текущият поток се дължи на образуването на канал от дренажа до източника в субстрата на MOSFET. Както подсказва името, в n Channel MOSFET, каналът се състои от n тип носители на ток, т.е. електрони, което е противоположно на типа на субстрата.

Стъпка 6: Но …

Току -що започна тук. Прилагането на праговото напрежение не означава, че сте просто готови да използвате MOSFET. Ако погледнете информационния лист на IRFZ44N, n -канален MOSFET, ще видите, че при праговото му напрежение през него може да тече само определен минимален ток. Това е добре, ако просто искате да използвате само по -малки товари като светодиоди, но какъв е смисълът тогава. Така че за използване на по -големи товари, които привличат повече ток, ще трябва да приложите повече напрежение към портата. Увеличаващото се напрежение на портата подобрява канала, което води до по -голям ток през него. За да включите напълно MOSFET, напрежението Vgs, което е напрежението между портата и източника, трябва да бъде някъде около 10 до 12 волта, което означава, че ако източникът е заземен, портата трябва да е на 12 волта или така.

MOSFET, който току -що обсъдихме, се нарича MOSFET тип подобрение поради причината, че каналът се подобрява с увеличаване на напрежението на портата. Има и друг вид MOSFET, наречен изчерпване тип MOSFET. Основната разлика е във факта, че каналът вече присъства в изчерпващия тип MOSFET. Този тип MOSFET обикновено не се предлагат на пазарите. Символът за изчерпване тип MOSFET е различен, плътната линия показва, че каналът вече съществува.

Стъпка 7: Защо MOSFET драйвери?

Да предположим, че използвате микроконтролер за управление на MOSFET, тогава можете да приложите максимум 5 волта или по -малко към портата, което няма да бъде достатъчно за високи токови натоварвания.

Това, което можете да направите, е да използвате MOSFET драйвер като TC4420, просто трябва да предоставите логически сигнал на неговите входни щифтове и той ще се погрижи за останалото или можете сами да изградите драйвер, но MOSFET драйверът има много повече предимства в фактът, че се грижи и за няколко други неща като капацитет на портата и т.н.

Когато MOSFET е напълно включен, съпротивлението му се обозначава с Rdson и може лесно да се намери в листа с данни.

Стъпка 8: P канал MOSFET

P канал MOSFET е точно обратното на n канал MOSFET. Токът тече от източник към дренаж и каналът се състои от p тип носители на заряд, т.е.отвори.

Източникът в p канал MOSFET трябва да бъде с най -висок потенциал и за да го включи напълно Vgs трябва да бъде отрицателен 10 до 12 волта

Например, ако източникът е свързан към 12 волта, портата при нулеви волта трябва да може да я включи напълно и затова обикновено казваме, че прилагането на 0 волта към портата включва канала MOSFET ON и поради тези изисквания драйверът на MOSFET за n канал не може да се използва директно с p канал MOSFET. P каналните MOSFET драйвери се предлагат на пазара (като TC4429) или можете просто да използвате инвертор с n каналния MOSFET драйвер. M -транзисторите с p канал имат относително по -голямо съпротивление при включване от n -каналните MOSFET -и, но това не означава, че винаги можете да използвате n -канален MOSFET за всякакви възможни приложения.

Стъпка 9: Но защо?

Да предположим, че трябва да използвате MOSFET в първата конфигурация. Този тип превключване се нарича ниско странично превключване, тъй като използвате MOSFET за свързване на устройството към земята. N -канален MOSFET би бил най -подходящ за тази работа, тъй като Vgs не варира и може лесно да се поддържа на 12 волта.

Но ако искате да използвате n канал MOSFET за превключване на висока страна, източникът може да бъде навсякъде между земята и Vcc, което в крайна сметка ще повлияе на напрежението Vgs, тъй като напрежението на порта е постоянно. Това ще окаже огромно влияние върху правилното функциониране на MOSFET. Също така MOSFET изгаря, ако Vgs надвишава посочената максимална стойност, която е средно около 20 волта.

Следователно, не е торта разходка за използване на n канал MOSFETs, това, което правим е, че използваме p канал MOSFET, въпреки че имаме по -голямо съпротивление при включване, тъй като има предимството, че Vgs ще бъде постоянен през цялото време по време на превключване на висока страна. Има и други методи като стартиране, но засега няма да ги покривам.

Стъпка 10: Id-Vds крива

И накрая, нека да разгледаме бързо тази крива Id-Vds. MOSFET работи в три области, когато Vgs е по -малко от праговото напрежение, MOSFET е в прекъсната област, т.е. Ако Vgs е по -голямо от праговото напрежение, но по -малко от сумата на спада на напрежението между дренажа и източника и праговото напрежение, се казва, че е в триодна област или линейна област. В линейната област, MOSFET може да се използва като променлив резистор на напрежението. Ако Vgs е по -голям от споменатата сума на напрежението, токът на източване става постоянен, казва се, че работи в областта на насищане и за да накара MOSFET да действа като превключвател, той трябва да работи в тази област, тъй като максималният ток може да премине през MOSFET в този регион.

Стъпка 11: Предложения за части

n Канал MOSFET: IRFZ44N

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

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

n Канал MOSFET драйвер: TC4420US -

p Канал MOSFET драйвер: TC4429

Стъпка 12: Това е

Сега трябва да сте запознати с основите на MOSFET и да можете да решите перфектния MOSFET за вашия проект.

Но все още остава въпросът кога да използваме MOSFET? Простият отговор е, когато трябва да превключите по -големи товари, които изискват повече напрежение и ток. MOSFET имат предимството на минимална загуба на мощност в сравнение с BJT дори при по -високи токове.

Ако съм пропуснал нещо или греша, или имате някакви съвети, моля, коментирайте по -долу.

Помислете за абониране за нашия Instructables и YouTube канала. Благодарим ви за четенето, ще се видим в следващата инструкция.

Стъпка 13: Използвани части

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

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

n Канал MOSFET драйвер: TC4420US -

p Канал MOSFET драйвер: TC4429