MOSFET Grunnleggende: 13 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Hei! I denne instruksen vil jeg lære deg det grunnleggende om MOSFET, og med grunnleggende mener jeg virkelig grunnleggende. Denne videoen er ideell for en person som aldri har studert MOSFET profesjonelt, men ønsker å bruke dem i prosjekter. Jeg skal snakke om n og p -kanal MOSFET -er, hvordan du bruker dem, hvordan de er forskjellige, hvorfor begge er viktige, hvorfor MOSFET -drivere og slike ting. Jeg vil også snakke om noen lite kjente fakta om MOSFETs og mye mer.

La oss gå inn på det.

Trinn 1: Se videoen

Videoene har alt dekket i detalj som kreves for å bygge dette prosjektet. Videoen har noen animasjoner som vil hjelpe deg med å raskt forstå fakta. Du kan se den hvis du foretrekker bilder, men hvis du foretrekker tekst, går du gjennom de neste trinnene.

Trinn 2: FET

Før jeg starter MOSFET -er, la meg introdusere deg for forgjengeren, JFET eller Junction Field Effect Transistor. Det vil gjøre det lettere å forstå MOSFET.

Tverrsnittet av en JFET er vist på bildet. Terminalene er identiske med MOSFETs terminaler. Senterdelen kalles underlaget eller kroppen, og det er bare en halvleder av typen n eller p, avhengig av FET -typen. Regionene vokser deretter på substratet som har motsatt type enn det på substratet, heter gate, avløp og kilde. Uansett spenning du bruker, gjelder du for disse områdene.

I dag, fra praktisk synspunkt, har det svært liten eller ingen betydning. Jeg vil ikke gå for mer forklaring utover dette, da det blir for teknisk og ikke er nødvendig uansett.

Symbolet for JFET vil hjelpe oss å forstå symbolet på MOSFET.

Trinn 3: MOSFET

Etter dette kommer MOSFET, som har en stor forskjell i portterminalen. Før du lager kontaktene for portterminalen, dyrkes et lag med silisiumdioksyd over substratet. Dette er grunnen til at den heter Metallic Oxide Semiconductor Field effect Transistor. SiO2 er et veldig godt dielektrikum, eller du kan si isolator. Dette øker portmotstanden i skalaen ti til effekten ti ohm, og vi antar at i en MOSFET -port er nåværende Ig alltid null. Dette er grunnen til at den også kalles Insulated Gate Field Effect Transistor (IGFET). Et lag av en god leder som aluminium vokser i tillegg over alle de tre regionene, og deretter opprettes kontakter. I portområdet kan du se at en parallellplatekondensatorlignende struktur dannes, og den introduserer faktisk en betydelig kapasitans til portterminalen. Denne kapasitansen kalles portkapasitans og kan lett ødelegge kretsen din hvis den ikke tas i betraktning. Disse er også veldig viktige mens du studerer på et profesjonelt nivå.

Symbolet for MOSFET -er kan sees på bildet vedlagt. Det er fornuftig å plassere en annen linje på porten mens du knytter dem til JFET -ene, noe som indikerer at porten er isolert. Pileretningen i dette symbolet viser den konvensjonelle retningen for elektronstrøm inne i en MOSFET, som er motsatt den for strømmen

Trinn 4: MOSFET Er en 4 -terminalenhet?

En ting til som jeg vil legge til er at de fleste tror MOSFET er en tre -terminalenhet, mens MOSFET -er faktisk er en fireterminalenhet. Den fjerde terminalen er kroppsterminalen. Du har kanskje sett symbolet festet til MOSFET, senterterminalen er for kroppen.

Men hvorfor har nesten alle MOSFETene bare tre terminaler som kommer ut av den?

Kroppsterminalen er internt kortsluttet til kilden, da den ikke er til nytte i applikasjonene til disse enkle IC -ene, og etter det blir symbolet det vi er kjent med.

Kroppsterminalen brukes vanligvis når en komplisert CMOS -teknologi IC er produsert. Husk at dette er tilfellet for n -kanal MOSFET, bildet vil være litt annerledes hvis MOSFET er p -kanal.

Trinn 5: Slik fungerer det

Ok, så la oss nå se hvordan det fungerer.

En Bipolar Junction Transistor eller en BJT er en strømstyrt enhet, det betyr at mengden strøm i basesterminalen bestemmer strømmen som vil strømme gjennom transistoren, men vi vet at det ikke er noen rolle av strøm i MOSFETs gate terminal og samlet Vi kan si at det er en spenningskontrollert enhet, ikke fordi portstrømmen alltid er null, men på grunn av strukturen som jeg ikke vil forklare i denne instruksen på grunn av dens komplikasjon.

La oss vurdere en kanal MOSFET. Når det ikke tilføres spenning i portterminalen, eksisterer det to bak -til -bak -dioder mellom substratet og avløpet og kildeområdet, noe som får banen mellom avløp og kilde til å ha en motstand i størrelsesorden 10 til effekten 12 ohm.

Jeg jordet kilden nå og begynte å øke portspenningen. Når en viss minimumsspenning er nådd, synker motstanden og MOSFET begynner å lede og strømmen begynner å strømme fra avløp til kilde. Denne minimumsspenningen kalles terskelspenning for en MOSFET, og strømmen skyldes dannelsen av en kanal fra avløp til kilde i substratet til MOSFET. Som navnet antyder, i en n Channel MOSFET, består kanalen av n type strømbærere, dvs. elektroner, som er motsatt av typen av substratet.

Trinn 6: Men …

Det har bare startet her. Å bruke terskelspenningen betyr ikke at du bare er klar til å bruke MOSFET. Hvis du ser på databladet til IRFZ44N, en n -kanal MOSFET, vil du se at ved sin terskelspenning kan bare en viss minimumsstrøm strømme gjennom den. Det er bra hvis du bare vil bruke mindre belastninger som bare lysdioder, men hva er poenget da. Så for å bruke større belastninger som trekker mer strøm må du påføre mer spenning på porten. Den økende portspenningen forbedrer kanalen og får mer strøm til å strømme gjennom den. For å slå MOSFET helt på må spenningen Vgs, som er spenningen mellom gate og kilde, være et sted omtrent 10 til 12 volt, det betyr at hvis kilden er jordet, må porten være på 12 volt eller så.

MOSFET vi nettopp diskuterte kalles forbedringstype MOSFET av den grunn at kanalen blir forbedret med økende portspenning. Det er en annen type MOSFET som kalles uttømmingstype MOSFET. Den største forskjellen er i at kanalen allerede er tilstede i uttømmingstypen MOSFET. Denne typen MOSFET er vanligvis ikke tilgjengelig på markeder. Symbolet for uttømmingstype MOSFET er annerledes, den heltrukne linjen indikerer at kanalen allerede er tilstede.

Trinn 7: Hvorfor MOSFET -drivere?

La oss si at du bruker en mikrokontroller for å kontrollere MOSFET, da kan du bare bruke maksimalt 5 volt eller mindre på porten, noe som ikke vil være nok for høye strømbelastninger.

Det du kan gjøre er å bruke en MOSFET -driver som TC4420, du må bare gi et logisk signal ved inngangspinnene, så tar det seg av resten, eller du kan bygge en driver selv, men en MOSFET -driver har mange flere fordeler i det faktum at det også tar seg av flere andre ting som portkapasitans etc.

Når MOSFET er helt slått på, er dens motstand angitt av Rdson og kan lett bli funnet i databladet.

Trinn 8: P -kanalen MOSFET

En p -kanal MOSFET er akkurat det motsatte av n -kanalen MOSFET. Strømmen strømmer fra kilde til avløp, og kanalen består av ladetakere av typen p, det vil si hull.

Kilden i en p -kanal MOSFET må være på det høyeste potensialet og for å slå den helt på må Vgs være negativ 10 til 12 volt

For eksempel, hvis kilden er bundet til 12 volt, må porten på null volt være i stand til å slå den helt på, og det er derfor vi generelt sier å bruke 0 volt til porten, slå på ap M -kanal MOSFET PÅ og på grunn av disse kravene må MOSFET -driveren for n kanal kan ikke brukes direkte med p kanal MOSFET. P -kanalens MOSFET -drivere er tilgjengelige på markedet (som TC4429), eller du kan ganske enkelt bruke en inverter med n -kanal MOSFET -driveren. P -kanalens MOSFET -er har relativt høyere PÅ -motstand enn n -kanal -MOSFET, men det betyr ikke at du alltid kan bruke en N -kanal MOSFET for alle mulige applikasjoner.

Trinn 9: Men hvorfor?

La oss si at du må bruke MOSFET i den første konfigurasjonen. Denne typen bytte kalles lavsideskifting fordi du bruker MOSFET til å koble enheten til jord. En n -kanal MOSFET ville være best egnet for denne jobben, da Vgs ikke varierer og lett kan vedlikeholdes ved 12 volt.

Men hvis du vil bruke en n -kanal MOSFET for høy sidebryting, kan kilden være hvor som helst mellom bakken og Vcc, noe som til slutt vil påvirke spenningen Vgs ettersom grensespenningen er konstant. Dette vil ha stor innvirkning på at MOSFET fungerer som det skal. MOSFET brenner også ut hvis Vgs overstiger den nevnte maksimumsverdien som er rundt 20 volt i gjennomsnitt.

Derfor er det ikke en kakevandring å bruke n -kanal MOSFET her, det vi gjør er at vi bruker en p -kanal MOSFET til tross for at vi har en større PÅ -motstand, ettersom det har fordelen at Vgs vil være konstant hele tiden under en høy sidebytte. Det er også andre metoder som bootstrapping, men jeg skal ikke dekke dem for nå.

Trinn 10: Id-Vds-kurve

Til slutt, la oss ta en rask titt på denne Id-Vds-kurven. En MOSFET operert på tre regioner, når Vgs er mindre enn terskelspenningen, er MOSFET i avskåret område, det vil si at den er av. Hvis Vgs er større enn terskelspenningen, men mindre enn summen av spenningsfallet mellom drenering og kilde- og terskelspenning, sies det å være i triodeområde eller lineær region. I linerregionen kan en MOSFET brukes som en spenningsvariabel motstand. Hvis Vgs er større enn nevnte spenningssum, blir avløpsstrømmen konstant, det sies å fungere i metningsområdet og for å få MOSFET til å fungere som en bryter, bør den drives i denne regionen da maksimal strøm kan passere gjennom MOSFET i denne regionen.

Trinn 11: Forslag til deler

n Kanal MOSFET: IRFZ44N

INDIA - 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

Trinn 12: Det er det

Du må nå bli kjent med det grunnleggende om MOSFET og kunne bestemme den perfekte MOSFET for prosjektet ditt.

Men et spørsmål gjenstår, når skal vi bruke MOSFET? Det enkle svaret er når du må bytte større belastninger som krever mer spenning og strøm. MOSFET -er har fordelen med minimalt effekttap sammenlignet med BJT -er, selv ved høyere strøm.

Hvis jeg savnet noe, eller tar feil, eller hvis du har noen tips, vennligst kommenter nedenfor.

Vurder å abonnere på instruksjonene våre og YouTube -kanalen. Takk for at du leser, vi sees i neste Instructable.

Trinn 13: Deler brukt

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