MOSFET- ի հիմունքները. 13 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:50

Ողջո՛ւյն: Այս Ուղեցույցում ես ձեզ կսովորեցնեմ MOSFET- ի հիմունքները, իսկ հիմքեր ասելով ՝ ես իսկապես հիմքերն եմ հասկանում: Այս տեսահոլովակը իդեալական է այն անձի համար, ով երբեք մասնագիտորեն չի սովորել MOSFET- ը, բայց ցանկանում է դրանք օգտագործել նախագծերում: Ես կխոսեմ n և p ալիքի MOSFET- ների մասին, ինչպես օգտագործել դրանք, ինչպես են դրանք տարբերվում, ինչու են երկուսն էլ կարևոր, ինչու են MOSFET- ի վարորդներն ու նման բաները: Ես նաև կխոսեմ MOSFET- երի մասին քիչ հայտնի փաստերի և շատ ավելին:

Եկեք մտնենք դրա մեջ:

Քայլ 1: Դիտեք տեսանյութը:

Տեսանյութերը պարունակում են այն ամենը, ինչ անհրաժեշտ է այս նախագիծը կառուցելու համար: Տեսահոլովակն ունի որոշ անիմացիաներ, որոնք կօգնեն արագ ընկալել փաստերը: Կարող եք դիտել այն, եթե նախընտրում եք տեսողական պատկերը, բայց եթե նախընտրում եք տեքստը, անցեք հաջորդ քայլերին:

Քայլ 2: FET

Նախքան MOSFET- երը գործարկելը, թույլ տվեք ձեզ ծանոթացնել իր նախորդի `JFET- ի կամ Junction Field Effect Transistor- ի հետ: Դա մի փոքր ավելի հեշտ կդարձնի MOSFET- ը:

JFET- ի խաչմերուկը ներկայացված է նկարում: Տերմինալները նույնական են MOSFET- ի տերմինալներին: Կենտրոնական մասը կոչվում է հիմք կամ մարմին, և դա պարզապես n տիպի կամ p տիպի կիսահաղորդիչ է ՝ կախված FET- ի տեսակից: Այնուհետև տարածքները աճեցվում են այն ենթաշերտի վրա, որն ունի հակառակ տիպ, քան ենթաշերտն են, որոնք կոչվում են դարպաս, արտահոսք և աղբյուր: Ինչ լարվածություն էլ գործադրեք, դուք դիմում եք այս շրջաններին:

Այսօր, գործնական տեսանկյունից, այն շատ քիչ է կամ ոչ մի նշանակություն չունի: Ես դրանից ավել բացատրությունների չեմ գնա, քանի որ այն չափազանց տեխնիկական կդառնա և ամեն դեպքում չի պահանջվում:

JFET- ի խորհրդանիշը կօգնի մեզ հասկանալ MOSFET- ի խորհրդանիշը:

Քայլ 3: MOSFET:

Դրանից հետո գալիս է MOSFET- ը, որը մեծ տարբերություն ունի դարպասի տերմինալում: Մինչև դարպասի տերմինալի կոնտակտները պատրաստելը, սիլիցիումի երկօքսիդի շերտը աճեցվում է հիմքի վերևում: Սա է պատճառը, որ այն ստացել է Մետաղական օքսիդի կիսահաղորդչային դաշտի ազդեցության տրանզիստորի անվանումը: SiO2- ը շատ լավ դիէլեկտրիկ է, կամ կարելի է ասել մեկուսիչ: Սա մեծացնում է դարպասի դիմադրությունը տասի մասշտաբով մինչև տասը օմ հզորություն, և մենք ենթադրում ենք, որ MOSFET դարպասում Ig- ի հոսանքը միշտ զրո է: Սա է պատճառը, որ այն կոչվում է նաև մեկուսացված դարպասի դաշտի էֆեկտ տրանզիստոր (IGFET): Ալյումինի պես լավ հաղորդիչի շերտը լրացուցիչ աճում է բոլոր երեք շրջաններից վեր, այնուհետև կապեր են հաստատվում: Դարպասի շրջանում դուք կարող եք տեսնել, որ ձևավորվում է զուգահեռ ափսեի կոնդենսատորի նման կառուցվածք, որն իրականում զգալի հզորություն է ներդնում դարպասի տերմինալին: Այս հզորությունը կոչվում է դարպասի տարողություն և կարող է հեշտությամբ քանդել ձեր միացումը, եթե հաշվի չառնեք: Դրանք նաև շատ կարևոր են մասնագիտական մակարդակով սովորելիս:

MOSFET- երի խորհրդանիշը կարելի է տեսնել կից նկարում: Դարպասի վրա մեկ այլ գիծ տեղադրելը իմաստ ունի դրանք JFET- ների հետ կապելիս `նշելով, որ դարպասը մեկուսացված է: Այս խորհրդանիշի սլաքի ուղղությունը պատկերում է MOSFET- ի ներսում էլեկտրոնների հոսքի պայմանական ուղղությունը, որը հակառակ է ընթացիկ հոսքի ուղղությանը

Քայլ 4. MOSFET- ը 4 տերմինալ սարք՞ է:

Եվս մեկ բան, որ ես կցանկանայի ավելացնել, այն է, որ մարդկանց մեծամասնությունը կարծում է, որ MOSFET- ը երեք տերմինալ սարք է, մինչդեռ իրականում MOSFET- ները չորս տերմինալ սարք են: Չորրորդ տերմինալը մարմնի տերմինալն է: Դուք գուցե տեսել եք MOSFET- ի համար ամրացված խորհրդանիշը, կենտրոնական տերմինալը մարմնի համար է:

Բայց ինչու՞ գրեթե բոլոր MOSFET- երից ընդամենը երեք տերմինալ է դուրս գալիս:

Մարմնի տերմինալը ներքին կարճացված է աղբյուրի վրա, քանի որ այն ոչ մի օգտակարություն չունի այս պարզ IC- ների կիրառման մեջ, և դրանից հետո խորհրդանիշը դառնում է մեզ ծանոթ:

Մարմնի տերմինալն ընդհանրապես օգտագործվում է, երբ CMOS տեխնոլոգիայի բարդ IC- ն պատրաստվում է: Հիշեք, որ դա վերաբերում է n ալիքի MOSFET- ին, պատկերը մի փոքր այլ կլինի, եթե MOSFET- ը p ալիք է:

Քայլ 5: Ինչպես է այն աշխատում:

Լավ, հիմա տեսնենք, թե ինչպես է այն աշխատում:

Երկբևեռ հանգույցի տրանզիստորը կամ BJT- ն ընթացիկ վերահսկվող սարք է, ինչը նշանակում է, որ իր հիմնական տերմինալում ընթացիկ հոսքի քանակը որոշում է հոսանքը, որը կանցնի տրանզիստորի միջով, բայց մենք գիտենք, որ MOSFET- ի դարպասի տերմինալում և հավաքականորեն հոսանքի դեր չկա: մենք կարող ենք ասել, որ դա լարման վերահսկվող սարք է ոչ թե այն պատճառով, որ դարպասի հոսանքը միշտ զրո է, այլ դրա կառուցվածքի պատճառով, որը ես չեմ բացատրի այս հրահանգում `իր բարդության պատճառով:

Եկեք դիտարկենք n Channel MOSFET: Երբ դարպասի տերմինալում լարվածություն չի կիրառվում, հիմքի և արտահոսքի և աղբյուրի շրջանի միջև գոյություն ունի երկու հետևից դիոդ, ինչը հանգեցնում է արտահոսքի և աղբյուրի միջև ուղու դիմադրության 10 -ին `12 օմ հզորության:

Ես հիմա հիմնավորեցի աղբյուրը և սկսեցի բարձրացնել դարպասի լարումը: Երբ հասնում է որոշակի նվազագույն լարման, դիմադրությունը նվազում է, և MOSFET- ը սկսում է անցկացնել, և հոսանքը սկսում է հոսել արտահոսքից աղբյուր: Այս նվազագույն լարումը կոչվում է MOSFET- ի շեմային լարում, իսկ ընթացիկ հոսքը պայմանավորված է MOSFET- ի ենթաշերտում արտահոսքից աղբյուրից ալիքի ձևավորմամբ: Ինչպես ցույց է տալիս անունը, n Channel MOSFET- ում ալիքը կազմված է n տիպի ընթացիկ կրիչներից ՝ էլեկտրոններից, ինչը հակառակ է ենթաշերտի տիպին:

Քայլ 6: Բայց…

Այն միայն այստեղ է սկսվել: Շեմային լարման կիրառումը չի նշանակում, որ դուք պարզապես պատրաստ եք օգտագործել MOSFET- ը: Եթե նայեք IRFZ44N- ի, n ալիքի MOSFET- ի տվյալների թերթիկին, կտեսնեք, որ իր շեմի լարման դեպքում դրա միջով կարող է հոսել միայն որոշակի նվազագույն հոսանք: Դա լավ է, եթե դուք պարզապես ցանկանում եք օգտագործել ավելի փոքր բեռներ, ինչպիսիք են LED- ները, սակայն, որն է այդ իմաստը: Այսպիսով, ավելի մեծ բեռներ օգտագործելու համար, որոնք ավելի շատ հոսանք են քաշում, դուք ստիպված կլինեք ավելի շատ լարում կիրառել դարպասի վրա: Դարպասի աճող լարումը ուժեղացնում է ալիքը ՝ պատճառելով ավելի շատ հոսանքի հոսք դրա միջով: MOSFET- ն ամբողջությամբ միացնելու համար Vgs լարումը, որը դարպասի և աղբյուրի միջև լարվածությունն է, պետք է լինի ինչ -որ տեղ մոտ 10 -ից 12 վոլտ, ինչը նշանակում է, որ եթե աղբյուրը հիմնավորված է, դարպասը պետք է լինի 12 վոլտ կամ ավելի:

MOSFET- ը, որը մենք պարզապես քննարկեցինք, կոչվում են ուժեղացման տիպի MOSFET, քանի որ ալիքը ուժեղանում է դարպասի լարման աճով: Կա մեկ այլ տեսակի MOSFET, որը կոչվում է սպառման տիպ MOSFET: Հիմնական տարբերությունն այն է, որ ալիքն արդեն առկա է սպառման տիպի MOSFET- ում: Այս տեսակի MOSFET- ները սովորաբար հասանելի չեն շուկաներում: Մոսֆետի սպառման տիպի խորհրդանիշը տարբեր է, պինդ գիծը ցույց է տալիս, որ ալիքն արդեն առկա է:

Քայլ 7: Ինչու՞ MOSFET վարորդները:

Հիմա ասենք, որ դուք օգտագործում եք միկրոկառավարիչ ՝ MOSFET- ը վերահսկելու համար, այնուհետև դարպասին կարող եք կիրառել առավելագույնը 5 Վոլտ կամ ավելի քիչ, ինչը բավարար չի լինի ընթացիկ բարձր բեռների համար:

Այն, ինչ դուք կարող եք անել, օգտագործել TC4420- ի նման MOSFET- ի վարորդը, պարզապես պետք է տրամաբանական ազդանշան հաղորդել դրա մուտքի պիներում, և մնացածը կհոգա, կամ ինքներդ կարող եք վարորդ սարքել, բայց MOSFET- ի վարորդը շատ ավելի մեծ առավելություններ ունի: այն փաստը, որ այն նաև հոգ է տանում մի քանի այլ բաների մասին, ինչպիսիք են դարպասի հզորությունը և այլն:

Երբ MOSFET- ը ամբողջությամբ միացված է, դրա դիմադրությունը նշվում է Rdson- ով և հեշտությամբ կարելի է գտնել տվյալների թերթիկում:

Քայլ 8. P ալիքի MOSFET- ը

A p ալիքը MOSFET- ը n- ալիքի MOSFET- ի հակառակն է: Ընթացքը հոսում է աղբյուրից դեպի արտահոսք, և ալիքը կազմված է p տիպի լիցքավորիչներից, այսինքն `անցքերից:

P ալիքի MOSFET- ի աղբյուրը պետք է լինի առավելագույն հնարավորությունների սահմաններում, և Vgs- ն այն ամբողջովին միացնելու համար պետք է բացասական լինի 10 -ից 12 վոլտ:

Օրինակ, եթե աղբյուրը կապված է 12 Վոլտ -ի հետ, զրոյական վոլտով դարպասը պետք է կարողանա այն ամբողջովին միացնել, և այդ պատճառով մենք սովորաբար ասում ենք, որ 0 Վոլտ կիրառվում է դարպասի միացման MOSFET ON ալիքի վրա, և այդ պահանջների պատճառով MOSFET վարորդը n ալիքը չի կարող ուղղակիորեն օգտագործվել p ալիքի MOSFET- ի հետ: P ալիքի MOSFET- ի վարորդները հասանելի են շուկայում (ինչպես TC4429- ը) կամ կարող եք պարզապես օգտագործել inverter- ը n ալիքի MOSFET վարորդով: P ալիքի MOSFET- երը համեմատաբար ավելի բարձր դիմադրություն ունեն, քան n ալիքի MOSFET- երը, բայց դա չի նշանակում, որ դուք միշտ կարող եք օգտագործել n ալիքի MOSFET ցանկացած հնարավոր կիրառման համար:

Քայլ 9: Բայց ինչո՞ւ:

Ենթադրենք, դուք պետք է օգտագործեք MOSFET- ը առաջին կազմաձևում: Անջատման այդ տեսակը կոչվում է ցածր կողմի միացում, քանի որ դուք օգտագործում եք MOSFET սարքը գետնին միացնելու համար: Այս աշխատանքի համար ամենաարդյունավետը կլինի N ալիքի MOSFET- ը, քանի որ Vgs- ը չի տարբերվում և կարող է հեշտությամբ պահպանվել 12 վոլտ լարման դեպքում:

Բայց եթե ցանկանում եք օգտագործել n ալիքի MOSFET բարձր կողային միացման համար, աղբյուրը կարող է լինել գետնի և Vcc- ի միջև, որը, ի վերջո, կազդի Vgs լարման վրա, քանի որ դարպասի լարումը կայուն է: Սա հսկայական ազդեցություն կունենա MOSFET- ի պատշաճ գործունեության վրա: Նաև MOSFET- ը այրվում է, եթե Vgs- ն գերազանցի նշված առավելագույն արժեքը, որը միջինում կազմում է մոտ 20 վոլտ:

Հետևաբար, այստեղ n ալիքի MOSFET- եր օգտագործելը տորթով զբոսնելը չէ, այն, ինչ մենք անում ենք, այն է, որ մենք օգտագործում ենք p ալիք MOSFET ՝ չնայած ավելի մեծ ON դիմադրությանը, քանի որ այն ունի այն առավելությունը, որ Vgs- ը մշտական կլինի բարձր կողմերի անցման ընթացքում: Կան նաև այլ մեթոդներ, ինչպիսիք են bootstrapping- ը, բայց ես դրանք առայժմ չեմ լուսաբանի:

Քայլ 10: Id-Vds կոր:

Վերջապես, եկեք արագ նայենք այս Id-Vds կորին: MOSFET- ը գործել է երեք տարածաշրջանների վրա, երբ Vgs- ն շեմային լարումից փոքր է, MOSFET- ը գտնվում է անջատված շրջանում, այսինքն `անջատված է: Եթե Vgs- ն ավելի մեծ է, քան շեմային լարման, բայց ավելի փոքր է, քան արտահոսքի և աղբյուրի և շեմի լարման միջև ընկած լարման անկման գումարը, ապա այն կոչվում է եռոդ տարածաշրջանում կամ գծային շրջանում: Գծային տարածաշրջանում MOSFET- ը կարող է օգտագործվել որպես լարման փոփոխական ռեզիստոր: Եթե Vgs- ն ավելի մեծ է, քան նշված լարման գումարը, ապա արտահոսքի հոսանքը դառնում է հաստատուն, ասվում է, որ այն աշխատում է հագեցվածության շրջանում և, որպեսզի MOSFET- ը գործի որպես անջատիչ, այն պետք է գործի այս տարածաշրջանում, քանի որ առավելագույն հոսանքը կարող է անցնել MOSFET- ով: այս տարածաշրջանում:

Քայլ 11: Մասերի առաջարկություններ:

n Ալիք MOSFET: IRFZ44N

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

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

n Channel MOSFET Վարորդ ՝ TC4420US -

p Channel MOSFET Վարորդ ՝ TC4429

Քայլ 12: Ահա և վերջ:

Այժմ դուք պետք է ծանոթ լինեք MOSFET- ի հիմունքներին և կարողանաք որոշել ձեր ծրագրի համար կատարյալ MOSFET- ը:

Բայց դեռ հարց է մնում ՝ ե՞րբ պետք է օգտագործենք MOSFET- եր: Պարզ պատասխանը այն է, երբ դուք պետք է փոխեք ավելի մեծ բեռներ, որոնք պահանջում են ավելի մեծ լարում և հոսանք: MOSFET- երը առավելություն ունեն նվազագույն էներգիայի կորստի `համեմատած BJT- ների հետ, նույնիսկ ավելի բարձր հոսանքների դեպքում:

Եթե ես ինչ -որ բան բաց եմ թողել, կամ սխալվում եմ, կամ դուք ունեք որևէ խորհուրդ, խնդրում ենք մեկնաբանել ստորև:

Մտածեք բաժանորդագրվելու մեր Instructables և YouTube ալիքին: Շնորհակալություն կարդալու համար, կհանդիպենք հաջորդ Ուղեցույցում:

Քայլ 13: Օգտագործված մասեր:

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

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

n Channel MOSFET Վարորդ ՝ TC4420US -

p Channel MOSFET Վարորդ ՝ TC4429