MOSFETi põhitõed: 13 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Tere! Selles juhendis õpetan teile MOSFET -ide põhitõdesid ja põhitõdede all mõtlen ma tõesti põhitõdesid. See video sobib ideaalselt inimesele, kes pole kunagi professionaalselt MOSFET -i õppinud, kuid soovib neid projektides kasutada. Ma räägin n- ja p -kanali MOSFET -idest, kuidas neid kasutada, kuidas need erinevad, miks mõlemad on olulised, miks MOSFET -draiverid ja muud sarnased. Ma räägin ka mõnest vähetuntud faktist MOSFETide kohta ja palju muud.

Asume sellesse.

Samm: vaadake videot

Videod sisaldavad kõike selle projekti loomiseks vajalikku üksikasjalikult. Videol on mõned animatsioonid, mis aitavad faktidest kiiresti aru saada. Saate seda vaadata, kui eelistate visuaale, kuid kui eelistate teksti, tehke järgmised sammud.

2. samm: FET

Enne MOSFET -ide käivitamist lubage mul tutvustada teile selle eelkäijat, JFET -i või ristmikuvälja efekti transistorit. See muudab MOSFETi mõistmise pisut lihtsamaks.

JFET -i ristlõige on näidatud pildil. Klemmid on identsed MOSFET -klemmidega. Keskmist osa nimetatakse substraadiks või korpuseks ning see on lihtsalt n -tüüpi või p -tüüpi pooljuht sõltuvalt FET -i tüübist. Seejärel kasvatatakse piirkondi substraadil, millel on vastupidine tüüp kui substraadil, nimeks värav, äravool ja allikas. Ükskõik, millist pinget rakendate, rakendate neid piirkondi.

Tänapäeval on sellel praktilisest seisukohast väga vähe tähtsust. Ma ei hakka seda rohkem selgitama, kuna see muutub liiga tehniliseks ja seda ei nõuta niikuinii.

JFET -i sümbol aitab meil mõista MOSFET -i sümbolit.

3. samm: MOSFET

Pärast seda tuleb MOSFET, millel on värava terminalis suur erinevus. Enne värava terminali kontaktide tegemist kasvatatakse substraadi kohale ränidioksiidi kiht. See on põhjus, miks seda nimetatakse metallioksiidi pooljuhtvälja efekti transistoriks. SiO2 on väga hea dielektrik või võib öelda, et isolaator. See suurendab värava takistust skaalal kümme kuni kümne oomini ja eeldame, et MOSFET värava vool on Ig alati null. See on põhjus, miks seda nimetatakse ka isoleeritud värava väljatransistoriks (IGFET). Hea juhi, näiteks alumiiniumi, kihti kasvatatakse lisaks kõigile kolmele piirkonnale ja seejärel luuakse kontaktid. Värava piirkonnas näete, et moodustub paralleelse plaadiga kondensaatoritaoline struktuur ja see sisendab värava terminalile tegelikult märkimisväärse mahtuvuse. Seda mahtuvust nimetatakse värava mahtuvuseks ja see võib teie vooluahela kergesti hävitada, kui seda ei võeta arvesse. Need on ka professionaalsel tasemel õppides väga olulised.

MOSFET -ide sümbolit on näha lisatud pildil. Väravale teise joone paigutamine on mõistlik, seostades need JFET -idega, mis näitab, et värav on isoleeritud. Noole suund sellel sümbolil kujutab elektronide voolu tavapärast suunda MOSFET -i sees, mis on vastupidine voolule

Samm: MOSFET on 4 -terminaliline seade?

Veel üks asi, mida tahaksin lisada, on see, et enamik inimesi arvab, et MOSFET on kolme terminaliga seade, samas kui MOSFET on tegelikult nelja terminaliga seade. Neljas terminal on keha terminal. Võib -olla olete näinud MOSFET -i sümbolit, keskterminal on keha jaoks.

Aga miks on peaaegu kõigil MOSFETidel ainult kolm terminali?

Kehaterminal on sisemiselt allikale lühistatud, kuna sellest pole nende lihtsate IC -de rakendustes kasu ja pärast seda muutub sümbol meile tuttavaks.

Kehaterminali kasutatakse tavaliselt keerulise CMOS -tehnoloogiaga IC valmistamisel. Pidage meeles, et see kehtib n -kanalilise MOSFET -i puhul, kui MOSFET on p -kanal, on pilt pisut teistsugune.

5. toiming: kuidas see toimib

Ok, vaatame nüüd, kuidas see toimib.

Bipolaarne risttransistor või BJT on vooluga juhitav seade, mis tähendab, et selle baasklemmis olev vooluhulk määrab transistori läbiva voolu, kuid me teame, et MOSFET -i värava terminalis ja ühiselt pole voolu rolli võime öelda, et see on pingega juhitav seade mitte sellepärast, et värava vool on alati null, vaid selle struktuuri tõttu, mida ma selles juhendis selle keerukuse tõttu ei selgita.

Vaatleme n -kanalilist MOSFET -i. Kui värava terminalis pinget ei rakendata, on substraadi ning äravoolu- ja allikapiirkonna vahel kaks tagumist dioodi, mis põhjustavad äravoolu ja allika vahelise tee takistuse suurusjärgus 10 kuni 12 oomi.

Maandasin nüüd allika ja hakkasin värava pinget suurendama. Teatud minimaalse pinge saavutamisel takistus langeb ja MOSFET hakkab juhtima ning vool hakkab voolama äravoolust allikasse. Seda minimaalset pinget nimetatakse MOSFET -i lävipingeks ja vooluhulk on tingitud kanali moodustumisest äravoolust allikasse MOSFET -i substraadis. Nagu nimigi ütleb, koosneb n -kanalil MOSFET kanal n tüüpi voolu kandjatest, st elektronidest, mis on substraadi tüübile vastupidine.

6. samm: aga…

See on alles siin alanud. Lävipinge rakendamine ei tähenda, et olete lihtsalt MOSFETi kasutamiseks valmis. Kui vaatate n -kanalilise MOSFET -i IRFZ44N andmelehte, näete, et selle lävipinge korral saab sellest läbi voolata ainult teatud minimaalne vool. See on hea, kui soovite kasutada ainult väiksemaid koormusi, näiteks ainult LED -e, kuid mis mõte on siis. Nii et suuremate koormuste kasutamiseks, mis tõmbavad rohkem voolu, peate väravale rohkem pinget rakendama. Suurenev värava pinge suurendab kanalit, põhjustades sellest rohkem voolu. MOSFETi täielikuks sisselülitamiseks peab pinge Vgs, mis on värava ja allika vaheline pinge, olema kuskil umbes 10–12 volti, see tähendab, et kui allikas on maandatud, peab värav olema umbes 12 volti.

Äsja arutatud MOSFET -i nimetatakse täiustustüüpi MOSFET -ideks põhjusel, et kanal paraneb värava pinge suurenemisega. On veel ühte tüüpi MOSFET -i, mida nimetatakse ammendumistüübiks MOSFET. Peamine erinevus seisneb selles, et ammendumistüübis MOSFET on kanal juba olemas. Seda tüüpi MOSFET -e pole tavaliselt turgudel saadaval. Kahanemistüübi MOSFET sümbol on erinev, pidev joon näitab, et kanal on juba olemas.

Samm: miks MOSFET -draiverid?

Oletame, et kasutate MOSFET -i juhtimiseks mikrokontrollerit, siis saate väravale rakendada ainult maksimaalselt 5 volti või vähem, millest ei piisa suurte voolukoormuste korral.

Mida saate teha, on kasutada sellist MOSFET -draiverit nagu TC4420, peate sisestusnuppudel esitama loogikasignaali ja see hoolitseb ülejäänu eest või saate ise draiveri luua, kuid MOSFET -draiveril on palju rohkem eeliseid asjaolu, et see hoolitseb ka mitmete muude asjade eest, nagu värava mahtuvus jne.

Kui MOSFET on täielikult sisse lülitatud, tähistab selle takistust Rdson ja selle saab hõlpsalt andmelehelt leida.

8. samm: P -kanali MOSFET

P -kanaliga MOSFET on täpselt n -kanalilise MOSFET -i vastand. Vool voolab allikast kanalisatsiooni ja kanal koosneb p tüüpi laengukandjatest, st aukudest.

P -kanali MOSFET -i allikas peab olema suurima potentsiaaliga ja selle täielikuks sisselülitamiseks peab Vgs olema negatiivne 10–12 volti

Näiteks kui allikas on seotud 12 voltiga, peab värav nullvoldil suutma selle täielikult sisse lülitada ja seetõttu ütleme üldiselt, et rakendades väravale 0 volti, lülitage ap kanal MOSFET ON sisse ja nende nõuete tõttu peab MOSFETi draiver n kanalit ei saa otse kasutada koos p -kanaliga MOSFET. P -kanaliga MOSFET -draiverid on turul saadaval (nagu TC4429) või saate lihtsalt kasutada n -kanaliga MOSFET -draiveriga inverterit. P -kanaliga MOSFET -idel on suhteliselt kõrgem ON -takistus kui n -kanalilistel MOSFET -idel, kuid see ei tähenda, et saate alati kasutada n -kanalilist MOSFET -i mis tahes võimalike rakenduste jaoks.

Samm: aga miks?

Oletame, et esimeses konfiguratsioonis peate kasutama MOSFET -i. Seda tüüpi lülitust nimetatakse madala külje lülituseks, kuna kasutate seadme maaga ühendamiseks MOSFET -i. Selle töö jaoks sobiks kõige paremini n -kanaliline MOSFET, kuna Vgs ei ole varieeruv ja seda saab hõlpsasti 12 V juures hoida.

Kuid kui soovite kasutada n -kanalilist MOSFET -i kõrgel küljel lülitamiseks, võib allikas olla kõikjal maa ja Vcc vahel, mis mõjutab lõpuks pinget Vgs, kuna värava pinge on konstantne. Sellel on tohutu mõju MOSFETi nõuetekohasele toimimisele. Samuti põleb MOSFET läbi, kui Vgs ületab nimetatud maksimaalset väärtust, mis on keskmiselt umbes 20 volti.

Seega ei ole siin n -kanaliliste MOSFET -ide kasutamine koogikäik, kuid me kasutame p -kanaliga MOSFET -i, vaatamata suuremale ON -takistusele, kuna selle eeliseks on see, et Vgs on kõrge külgmise ümberlülituse ajal kogu aeg konstantne. On ka teisi meetodeid, nagu alglaadimine, kuid ma ei kata neid praegu.

10. samm: Id-Vds kõver

Lõpuks vaatame kiiresti neid Id-Vds kõverat. MOSFET, mis töötab kolmes piirkonnas, kui Vgs on väiksem kui lävipinge, on MOSFET väljalülitatud piirkonnas, st see on välja lülitatud. Kui Vgs on suurem kui lävipinge, kuid väiksem kui pingelanguse summa äravoolu ja allika ning lävipinge vahel, siis öeldakse, et see on trioodipiirkonnas või lineaarses piirkonnas. Vooderdis saab MOSFET -i kasutada muutuva pingetakistina. Kui Vgs on suurem kui nimetatud pingesumma, siis muutub äravooluvool konstantseks, see töötab küllastuspiirkonnas ja MOSFET toimib lülitina, seda tuleks selles piirkonnas kasutada, kuna maksimaalne vool võib MOSFET -i läbida selles piirkonnas.

11. samm: osade soovitused

n Kanali MOSFET: IRFZ44N

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

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

n Kanali MOSFET -draiver: TC4420US -

p Kanali MOSFET -draiver: TC4429

12. samm: see on kõik

Nüüd peate olema kursis MOSFET -ide põhitõdedega ja suutma otsustada oma projekti jaoks sobiva MOSFET -i üle.

Kuid endiselt jääb küsimus, millal peaksime kasutama MOSFET -sid? Lihtne vastus on see, kui peate vahetama suuremaid koormusi, mis nõuavad rohkem pinget ja voolu. MOSFET -ide eeliseks on minimaalne võimsuskadu võrreldes BJT -dega isegi suuremate voolude korral.

Kui ma olen millestki ilma jäänud või eksin või kui teil on näpunäiteid, palun kommenteerige allpool.

Kaaluge meie juhiste ja YouTube'i kanali tellimist. Täname lugemise eest, näeme järgmises juhendis.

Samm 13: kasutatud osad

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

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

n Kanali MOSFET -draiver: TC4420US -

p Kanali MOSFET -draiver: TC4429