MOSFET Basics: 13 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Hej! I denne instruks vil jeg lære dig det grundlæggende i MOSFET'er, og med det grundlæggende mener jeg virkelig det grundlæggende. Denne video er ideel til en person, der aldrig har studeret MOSFET professionelt, men ønsker at bruge dem i projekter. Jeg vil tale om n og p -kanal MOSFET'er, hvordan man bruger dem, hvordan de er forskellige, hvorfor begge er vigtige, hvorfor MOSFET -drivere og sådan noget. Jeg vil også tale om nogle lidt kendte fakta om MOSFET'er og meget mere.

Lad os komme ind på det.

Trin 1: Se videoen

Videoerne har alt dækket i detaljer, der kræves for at bygge dette projekt. Videoen har nogle animationer, der hjælper med hurtigt at forstå fakta. Du kan se det, hvis du foretrækker visuals, men hvis du foretrækker tekst, skal du gå igennem de næste trin.

Trin 2: FET

Før jeg starter MOSFET'er, lad mig introducere dig til sin forgænger, JFET eller Junction Field Effect Transistor. Det vil gøre det lettere at forstå MOSFET.

Tværsnittet af en JFET er vist på billedet. Terminalerne er identiske med MOSFETs terminaler. Den midterste del kaldes substratet eller kroppen, og det er bare en halv- eller p -type halvleder afhængigt af FET -typen. Områderne dyrkes derefter på substratet med en modsat type end substratets navngives gate, afløb og kilde. Uanset hvilken spænding du anvender, gælder du for disse regioner.

I dag har det fra praktisk synspunkt meget lidt eller ingen betydning. Jeg vil ikke gå efter mere forklaring ud over dette, da det bliver for teknisk og ikke er påkrævet alligevel.

Symbolet for JFET vil hjælpe os med at forstå symbolet for MOSFET.

Trin 3: MOSFET

Efter dette kommer MOSFET, der har en stor forskel i gate -terminalen. Inden kontakterne til portterminalen dyrkes et lag siliciumdioxid over substratet. Dette er grunden til, at den hedder Metallic Oxide Semiconductor Field effect Transistor. SiO2 er et meget godt dielektrikum, eller man kan sige isolator. Dette øger portmodstanden i skalaen ti til effekten ti ohm, og vi antager, at i en MOSFET -port er strøm Ig altid nul. Dette er grunden til, at det også kaldes Insulated Gate Field Effect Transistor (IGFET). Et lag af en god leder som aluminium dyrkes yderligere over alle de tre regioner, og derefter opstår der kontakter. I portområdet kan du se, at der dannes en parallel pladekondensatorlignende struktur, og den introducerer faktisk en betydelig kapacitans til portterminalen. Denne kapacitans kaldes portkapacitans og kan let ødelægge dit kredsløb, hvis det ikke tages i betragtning. Disse er også meget vigtige, mens de studerer på et professionelt niveau.

Symbolet for MOSFET'er kan ses på det vedhæftede billede. At placere en anden linje på porten giver mening, mens den knyttes til JFET'erne, hvilket indikerer, at porten er blevet isoleret. Pileretningen i dette symbol viser den konventionelle retning for elektronstrømmen inde i en MOSFET, som er modsat den af den aktuelle strømning

Trin 4: MOSFET Er en 4 -terminalenhed?

En ting mere, jeg gerne vil tilføje, er, at de fleste mennesker tror, at MOSFET er en treterminalenhed, mens MOSFET faktisk er en fire -terminalenhed. Den fjerde terminal er kropsterminalen. Du har muligvis set symbolet knyttet til MOSFET, den midterste terminal er til kroppen.

Men hvorfor har næsten alle MOSFET'er kun tre terminaler, der kommer ud af det?

Kropsterminalen er internt kortsluttet til kilden, da den ikke nytter noget i applikationerne af disse enkle IC'er, og derefter bliver symbolet det, vi kender.

Kropsterminalen bruges generelt, når en kompliceret CMOS -teknologi IC fremstilles. Husk, at dette er tilfældet for n -kanal MOSFET, billedet vil være lidt anderledes, hvis MOSFET er p -kanal.

Trin 5: Sådan fungerer det

Ok, så lad os nu se, hvordan det fungerer.

En Bipolar Junction Transistor eller en BJT er en strømstyret enhed, det betyder, at strømmen i dens baseterminal bestemmer den strøm, der vil strømme gennem transistoren, men vi ved, at der ikke er nogen rolle af strøm i MOSFETs gate terminal og samlet vi kan sige, at det er en spændingsstyret enhed, ikke fordi portstrøm altid er nul, men på grund af dens struktur, som jeg ikke vil forklare i denne instruks på grund af dens komplikation.

Lad os overveje en n Channel MOSFET. Når der ikke tilføres spænding i portterminalen, eksisterer der to bag -til -bag -dioder mellem substratet og afløb og kildeområde, hvilket bevirker, at stien mellem afløb og kilde har en modstand i størrelsesordenen 10 til effekten 12 ohm.

Jeg jordede kilden nu og begyndte at øge portspændingen. Når en bestemt minimumsspænding er nået, falder modstanden, og MOSFET begynder at lede, og strømmen begynder at strømme fra afløb til kilde. Denne minimumsspænding kaldes tærskelspænding for en MOSFET, og strømmen skyldes dannelsen af en kanal fra afløb til kilde i MOSFET -substratet. Som navnet antyder, består kanalen i en n -kanal MOSFET af n type strømbærere, dvs. elektroner, som er modsat af substrattypen.

Trin 6: Men…

Det er kun begyndt her. Anvendelse af tærskelspændingen betyder ikke, at du bare er klar til at bruge MOSFET. Hvis du ser på databladet for IRFZ44N, en n -kanal MOSFET, vil du se, at ved dens tærskelspænding kan kun en vis minimumsstrøm strømme igennem det. Det er godt, hvis du bare vil bruge mindre belastninger som kun lysdioder, men hvad er pointen så. Så for at bruge større belastninger, der trækker mere strøm, bliver du nødt til at anvende mere spænding til porten. Den stigende portspænding forbedrer kanalen, hvilket får mere strøm til at strømme gennem den. For helt at tænde MOSFET skal spændingen Vgs, som er spændingen mellem gate og kilde, være et sted omkring 10 til 12 volt, det betyder, at hvis kilden er jordet, skal porten være på 12 volt eller deromkring.

MOSFET, vi lige har diskuteret, kaldes MOSFET'er af forbedringstypen af den grund, at kanalen forbedres med stigende gate -spænding. Der er en anden type MOSFET kaldet depletion type MOSFET. Den største forskel ligger i, at kanalen allerede er til stede i udtømningstypen MOSFET. Denne type MOSFET'er er normalt ikke tilgængelig på markeder. Symbolet for udtømningstype MOSFET er anderledes, den heltrukne linje angiver, at kanalen allerede er til stede.

Trin 7: Hvorfor MOSFET -drivere?

Lad os nu sige, at du bruger en mikrokontroller til at styre MOSFET, så kan du kun anvende maksimalt 5 volt eller mindre på porten, hvilket ikke er nok til høje strømbelastninger.

Hvad du kan gøre er at bruge en MOSFET -driver som TC4420, du skal bare give et logisk signal ved dens inputstifter, og det vil tage sig af resten, eller du kan bygge en driver selv, men en MOSFET -driver har mange flere fordele i det faktum, at det også tager sig af flere andre ting som portkapacitans osv.

Når MOSFET er helt tændt, er dens modstand angivet med Rdson og kan let findes i databladet.

Trin 8: P -kanalen MOSFET

En p kanal MOSFET er lige modsat af n kanal MOSFET. Strømmen strømmer fra kilde til afløb, og kanalen består af p -ladningsbærere, dvs. huller.

Kilden i en p -kanal MOSFET skal være på det højeste potentiale, og for helt at tænde den skal Vgs være negativ 10 til 12 volt

For eksempel, hvis kilden er bundet til 12 volt, skal porten ved nul volt være i stand til helt at tænde den, og det er derfor, vi generelt siger at anvende 0 volt til porten, drej ap -kanal MOSFET ON og på grund af disse krav skal MOSFET -driveren til n kanal kan ikke bruges direkte med p kanal MOSFET. P -kanalens MOSFET -drivere er tilgængelige på markedet (f.eks. TC4429), eller du kan simpelthen bruge en inverter med n -kanal MOSFET -driveren. P -kanalens MOSFET'er har relativt højere ON -modstand end n -kanalens MOSFET'er, men det betyder ikke, at du altid kan bruge en n -kanal MOSFET til alle mulige applikationer.

Trin 9: Men hvorfor?

Lad os sige, at du skal bruge MOSFET i den første konfiguration. Den type skift kaldes lavsideskift, fordi du bruger MOSFET til at slutte enheden til jorden. En n -kanal MOSFET ville være bedst egnet til dette job, da Vgs ikke varierer og let kan vedligeholdes ved 12 volt.

Men hvis du vil bruge en n -kanal MOSFET til højsideskift, kan kilden være hvor som helst mellem jord og Vcc, hvilket i sidste ende vil påvirke spændingen Vgs, da portspændingen er konstant. Dette vil have en enorm indvirkning på MOSFET's korrekte funktion. MOSFET brænder også ud, hvis Vgs overstiger den nævnte maksimumværdi, som er omkring 20 volt i gennemsnit.

Derfor er det ikke en kagevandring at bruge n -kanal MOSFET'er her, hvad vi gør, er, at vi bruger en p -kanal MOSFET på trods af at de har en større ON -modstand, da det har den fordel, at Vgs vil være konstant hele vejen igennem ved en høj side -switch. Der er også andre metoder som bootstrapping, men jeg dækker dem ikke for nu.

Trin 10: Id-Vds-kurve

Lad os endelig tage et hurtigt kig på disse Id-Vds-kurver. En MOSFET opereret i tre regioner, når Vgs er mindre end tærskelspændingen, er MOSFET i afskåret område, dvs. den er slukket. Hvis Vgs er større end tærskelspændingen, men mindre end summen af spændingsfald mellem afløb og kilde- og tærskelspænding, siges det at være i trioderegion eller lineær region. I foringsområdet kan en MOSFET bruges som en spændingsvariabel modstand. Hvis Vgs er større end den nævnte spændingssum, bliver afløbsstrømmen konstant, det siges at arbejde i mætningsområde og for at få MOSFET til at fungere som en switch, skal den drives i dette område, da den maksimale strøm kan passere gennem MOSFET i denne region.

Trin 11: Forslag til dele

n Kanal MOSFET: IRFZ44N

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

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

n Channel MOSFET Driver: TC4420US -

p Kanal MOSFET -driver: TC4429

Trin 12: Det er det

Du skal nu kende det grundlæggende i MOSFET'er og kunne beslutte den perfekte MOSFET til dit projekt.

Men der er stadig et spørgsmål, hvornår skal vi bruge MOSFET'er? Det enkle svar er, når du skal skifte større belastninger, der kræver mere spænding og strøm. MOSFET'er har fordelen ved et minimalt effekttab sammenlignet med BJT'er, selv ved højere strømme.

Hvis jeg savnede noget, eller tager fejl, eller hvis du har nogle tips, kan du kommentere herunder.

Overvej at abonnere på vores instruktører og YouTube -kanal. Tak fordi du læste, vi ses i den næste Instructable.

Trin 13: Brugte dele

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

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

n Channel MOSFET Driver: TC4420US -

p Kanal MOSFET -driver: TC4429