Bazele MOSFET: 13 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Bună! În acest instructabil, vă voi învăța elementele de bază ale MOSFET-urilor și, prin elementele de bază, mă refer la elementele de bază. Acest videoclip este ideal pentru o persoană care nu a studiat niciodată MOSFET profesional, dar dorește să le folosească în proiecte. Voi vorbi despre MOSFET-urile canalelor n și p, cum să le folosesc, în ce fel sunt diferite, de ce ambele sunt importante, de ce driverele MOSFET și lucruri de genul acesta. Voi vorbi și despre câteva fapte puțin cunoscute despre MOSFET-uri și multe altele.

Să intrăm în asta.

Pasul 1: vizionați videoclipul

Videoclipurile au totul acoperit în detaliu pentru construirea acestui proiect. Videoclipul are câteva animații care vă vor ajuta să înțelegeți rapid faptele. Puteți să-l urmăriți dacă preferați imagini, dar dacă preferați text, parcurgeți pașii următori.

Pasul 2: FET

Înainte de a începe MOSFET-urile, permiteți-mi să vă prezint predecesorul său, JFET sau tranzistorul de efect de câmp de joncțiune. Aceasta va ușura înțelegerea MOSFET-ului.

Secțiunea transversală a unui JFET este prezentată în imagine. Terminalele sunt identice cu terminalele MOSFET. Partea centrală se numește substrat sau corp și este doar un semiconductor de tip n sau p în funcție de tipul FET. Regiunile sunt apoi cultivate pe substrat având tip opus decât cel al substratului, numite poartă, drenaj și sursă. Indiferent de tensiunea pe care o aplicați, aplicați în aceste regiuni.

Astăzi, din punct de vedere practic, are foarte puțină sau deloc importanță. Nu voi căuta mai multe explicații dincolo de aceasta, deoarece vor deveni prea tehnice și nu sunt necesare oricum.

Simbolul JFET ne va ajuta să înțelegem simbolul MOSFET.

Pasul 3: MOSFET

După aceasta vine MOSFET, având o diferență majoră în terminalul porții. Înainte de a face contactele pentru terminalul porții, un strat de dioxid de siliciu este crescut deasupra substratului. Acesta este motivul pentru care este denumit tranzistor cu efect de câmp semiconductor cu oxid metalic. SiO2 este un dielectric foarte bun sau puteți spune că este izolator. Acest lucru crește rezistența porții în scara de zece la puterea de zece ohmi și presupunem că într-o poartă MOSFET curentul Ig este întotdeauna zero. Acesta este motivul pentru care este numit și tranzistor cu efect de câmp izolat (IGFET). Un strat de conductor bun, cum ar fi aluminiul, este crescut suplimentar deasupra tuturor celor trei regiuni și apoi se fac contacte. În regiunea porții, puteți vedea că se formează o structură asemănătoare condensatorului de placă și introduce de fapt o capacitate considerabilă în terminalul porții. Această capacitate se numește capacitate de poartă și vă poate distruge cu ușurință circuitul dacă nu este luată în considerare. Acestea sunt, de asemenea, foarte importante în timp ce studiați la nivel profesional.

Simbolul pentru MOSFET-uri poate fi văzut în imaginea atașată. Plasarea unei alte linii pe poartă are sens în timp ce le raportați la JFET-uri, indicând că poarta a fost izolată. Direcția săgeții din acest simbol descrie direcția convențională a fluxului de electroni în interiorul unui MOSFET, care este opusă celei a fluxului curent

Pasul 4: MOSFET Este un dispozitiv terminal 4?

Un alt lucru pe care aș vrea să îl adaug este că majoritatea oamenilor cred că MOSFET este un dispozitiv cu trei terminale, în timp ce MOSFET-urile sunt un dispozitiv cu patru terminale. Al patrulea terminal este terminalul corpului. Este posibil să fi văzut simbolul atașat pentru MOSFET, terminalul central este pentru corp.

Dar de ce aproape toate MOSFET-urile au doar trei terminale care ies din el?

Terminalul corpului este scurtcircuitat intern la sursă, deoarece nu este de nici un folos în aplicațiile acestor circuite integrate simple, iar după aceea simbolul devine cel cu care suntem familiarizați.

Terminalul corpului este utilizat în general atunci când se fabrică o tehnologie CMOS complicată. Rețineți că acesta este cazul pentru MOSFET n canal, imaginea va fi puțin diferită dacă MOSFET este canal p.

Pasul 5: Cum funcționează

Ok, așa că acum să vedem cum funcționează.

Un tranzistor de joncțiune bipolar sau un BJT este un dispozitiv controlat de curent, ceea ce înseamnă că cantitatea de curent din terminalul său de bază determină curentul care va curge prin tranzistor, dar știm că nu există rolul curentului în terminalul de poartă MOSFET și în mod colectiv putem spune că este un dispozitiv controlat de tensiune nu pentru că curentul de poartă este întotdeauna zero, ci datorită structurii sale pe care nu o voi explica în acest instructabil din cauza complicității sale.

Să luăm în considerare un MOSFET n canal. Când nu se aplică tensiune în terminalul porții, există două diode spate în spate între substrat și regiunea de scurgere și sursă, determinând calea dintre scurgere și sursă să aibă o rezistență de ordinul 10 la puterea de 12 ohmi.

Am împământat sursa acum și am început să măresc tensiunea porții. Când se atinge o anumită tensiune minimă, rezistența scade și MOSFET începe să conducă și curentul începe să curgă de la scurgere la sursă. Această tensiune minimă se numește tensiune de prag a unui MOSFET, iar debitul de curent se datorează formării unui canal de la scurgere la sursă în substratul MOSFET. După cum sugerează și numele, într-un canal MOSFET, canalul este format din n tip de purtători de curent, adică electroni, care este opus tipului de substrat.

Pasul 6: Dar …

A început doar aici. Aplicarea tensiunii de prag nu înseamnă că sunteți gata să utilizați MOSFET. Dacă te uiți la foaia de date a IRFZ44N, un MOSFET cu canal n, vei vedea că la tensiunea sa prag, poate curge doar un anumit curent minim prin el. Acest lucru este bun dacă doriți doar să utilizați sarcini mai mici, cum ar fi doar LED-urile, dar care este rostul atunci. Deci, pentru a folosi sarcini mai mari care atrag mai mult curent, va trebui să aplicați mai multă tensiune la poartă. Tensiunea crescândă a porții îmbunătățește canalul, provocând să curgă mai mult curent prin el. Pentru a porni complet MOSFET-ul, tensiunea Vgs, care este tensiunea dintre poartă și sursă, trebuie să fie undeva la aproximativ 10 până la 12 volți, ceea ce înseamnă că, dacă sursa este împământată, poarta trebuie să fie la aproximativ 12 volți.

MOSFET-urile pe care tocmai le-am discutat se numesc MOSFET-uri de tip îmbunătățire pentru motivul că canalul se îmbunătățește odată cu creșterea tensiunii porții. Există un alt tip de MOSFET numit MOSFET de tip epuizare. Diferența majoră constă în faptul că canalul este deja prezent în tipul de epuizare MOSFET. Acest tip de MOSFET-uri nu sunt de obicei disponibile pe piețe. Simbolul pentru tipul de epuizare MOSFET este diferit, linia continuă indică faptul că canalul este deja prezent.

Pasul 7: De ce driverele MOSFET?

Acum să presupunem că utilizați un microcontroler pentru a controla MOSFET-ul, apoi puteți aplica maximum 5 volți sau mai puțin la poartă, ceea ce nu va fi suficient pentru sarcini de curent ridicate.

Ce puteți face este să utilizați un driver MOSFET precum TC4420, trebuie doar să furnizați un semnal logic la pinii de intrare și acesta se va ocupa de restul sau puteți construi singur un driver, dar un driver MOSFET are mult mai multe avantaje în faptul că are grijă și de alte câteva lucruri, cum ar fi capacitatea portii etc.

Când MOSFET-ul este complet pornit, rezistența sa este notată de Rdson și poate fi găsită cu ușurință în foaia tehnică.

Pasul 8: MOSFET-ul canalului P

Un MOSFET cu canal p este exact opusul MOSFET cu canal n. Curentul curge de la sursă la drenaj, iar canalul este alcătuit din purtători de încărcare de tip p, adică găuri.

Sursa într-un MOSFET cu canal p trebuie să fie la cel mai mare potențial și pentru a-l activa complet Vgs trebuie să fie negativ de 10 până la 12 volți

De exemplu, dacă sursa este legată de 12 volți, poarta la zero volți trebuie să o poată porni complet și de aceea spunem, în general, că aplicarea 0 volți la poarta pornește canalul MOSFET ON și datorită acestor cerințe driverul MOSFET pentru n canal nu poate fi utilizat direct cu MOSFET canal p. Driverele MOSFET cu canal p sunt disponibile pe piață (cum ar fi TC4429) sau puteți utiliza pur și simplu un invertor cu driverul MOSFET cu canal n. MOSFET-urile cu canal p au o rezistență la pornire relativ mai mare decât MOSFET-urile cu n canal, dar asta nu înseamnă că puteți folosi întotdeauna un MOSFET cu canal n pentru orice aplicații posibile.

Pasul 9: Dar de ce?

Să presupunem că trebuie să utilizați MOSFET în prima configurație. Acest tip de comutare se numește comutare laterală joasă, deoarece utilizați MOSFET pentru a conecta dispozitivul la masă. Un MOSFET cu canal n ar fi cel mai potrivit pentru acest job, deoarece Vgs nu variază și poate fi ușor întreținut la 12 volți.

Dar dacă doriți să utilizați un MOSFET cu canal n pentru comutare laterală înaltă, sursa poate fi oriunde între masă și Vcc, ceea ce va afecta în cele din urmă tensiunea Vgs, deoarece tensiunea porții este constantă. Acest lucru va avea un impact imens asupra bunei funcționări a MOSFET. De asemenea, MOSFET-ul se arde dacă Vgs depășește valoarea maximă menționată, care este în medie de aproximativ 20 de volți.

Prin urmare, nu este o plimbare de tort să folosim MOSFET-uri cu n canale aici, ceea ce facem este să folosim un MOSFET cu canal p, în ciuda faptului că avem o rezistență la ON mai mare, deoarece are avantajul că Vg-urile vor fi constante pe tot parcursul unei comutări laterale ridicate. Există, de asemenea, alte metode, cum ar fi bootstrapping, dar nu le voi acoperi pentru moment.

Pasul 10: Curba Id-Vds

În cele din urmă, să aruncăm o privire rapidă asupra acestor curbe Id-Vds. Un MOSFET funcționează pe trei regiuni, când Vgs este mai mic decât tensiunea de prag, MOSFET se află în regiunea de întrerupere, adică este oprit. Dacă Vgs este mai mare decât tensiunea de prag, dar mai mică decât suma căderii de tensiune între scurgere și sursă și tensiunea de prag, se spune că este în regiunea triodului sau regiunea liniară. În regiunea de căptușeală, un MOSFET poate fi utilizat ca rezistor variabil de tensiune. Dacă Vgs este mai mare decât suma de tensiune menționată, atunci curentul de scurgere devine constant, se spune că funcționează în regiunea de saturație și pentru a face ca MOSFET să acționeze ca un comutator ar trebui să fie operat în această regiune, deoarece curentul maxim poate trece prin MOSFET în această regiune.

Pasul 11: Sugestii de piese

n Canal MOSFET: IRFZ44N

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

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

n Driver MOSFET canal: TC4420US -

p Canal MOSFET Driver: TC4429

Pasul 12: Asta e

Acum trebuie să vă familiarizați cu elementele de bază ale MOSFET-urilor și să puteți decide MOSFET-ul perfect pentru proiectul dvs.

Dar rămâne o întrebare, când ar trebui să folosim MOSFET-uri? Răspunsul simplu este când trebuie să comutați sarcini mai mari care necesită mai multă tensiune și curent. MOSFET-urile au avantajul pierderii minime de energie comparativ cu BJT-urile chiar și la curenți mai mari.

Dacă mi-a fost dor de ceva sau greșesc sau aveți sfaturi, vă rugăm să comentați mai jos.

Vă recomandăm să vă abonați la canalul nostru Instructables și YouTube. Vă mulțumim că ați citit, ne vedem în următorul instructabil.

Pasul 13: Piese utilizate

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

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

n Canal MOSFET Driver: TC4420US -

p Canal MOSFET Driver: TC4429