יסודות MOSFET: 13 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

היי! במדריך זה אלמד אותך את היסודות של MOSFET, ועל בסיס היסודות, אני מתכוון באמת ליסודות. סרטון זה אידיאלי לאדם שמעולם לא למד MOSFET באופן מקצועי, אך רוצה להשתמש בהם בפרויקטים. אדבר על MOSFET ערוצי n ו- p, כיצד להשתמש בהם, כיצד הם שונים, מדוע שניהם חשובים, מדוע נהגי MOSFET ודברים כאלה. אדבר גם על כמה עובדות מעטות ידועות אודות MOSFET ועוד.

בואו ניכנס לזה.

שלב 1: צפה בסרטון

הסרטונים מכילים את כל הפרטים הנדרשים לבניית הפרויקט הזה. בסרטון יש כמה אנימציות שיעזרו לתפוס במהירות את העובדות. אתה יכול לצפות בו אם אתה מעדיף ויזואלית, אך אם אתה מעדיף טקסט, עברו על השלבים הבאים.

שלב 2: ה- FET

לפני שתתחיל ב- MOSFET, הרשה לי להציג בפניך את קודמו, טרנזיסטור אפקט השדה JFET או צומת. זה יקל קצת על הבנת ה- MOSFET.

חתך הרוחב של JFET מוצג בתמונה. המסופים זהים למסופי MOSFET. החלק המרכזי נקרא המצע או הגוף, וזה רק מוליך למחצה מסוג n או p בהתאם לסוג ה- FET. אזורים גדלים על המצע בעל סוג הפוך מזה של המצע נקרא שער, ניקוז ומקור. לא משנה מה המתח שאתה מחיל, אתה מחיל על אזורים אלה.

כיום, מבחינה פרקטית, אין לזה חשיבות מועטה ביותר. אני לא אלך להסבר נוסף מעבר לכך מכיוון שהוא יהיה טכני מדי ואינו נדרש בכל מקרה.

סמל JFET יעזור לנו להבין את סמל MOSFET.

שלב 3: ה- MOSFET

לאחר מכן מגיע ה- MOSFET, בעל הבדל משמעותי במסוף השער. לפני יצירת המגעים למסוף השער גדלה שכבה של דו תחמוצת הסיליקון מעל המצע. זו הסיבה שהוא נקרא טרנזיסטור אפקט שדה מתכת תחמוצת מוליכים למחצה. SiO2 הוא דיאלקטרי טוב מאוד, או שאפשר לומר מבודד. זה מגביר את התנגדות השער בסולם עשר לעוצמה של 10 אוהם ואנו מניחים שבשער MOSFET הנוכחי Ig הוא תמיד אפס. זו הסיבה מדוע הוא נקרא גם טרנזיסטור אפקט שדה שדה מבודד (IGFET). שכבה של מוליך טוב כמו אלומיניום גדלה בנוסף מעל כל שלושת האזורים, ואז נוצרים מגעים. באזור השער, אתה יכול לראות כי נוצר מבנה קבל לוחית מקבילה והוא למעשה מכניס קיבול ניכר למסוף השער. קיבול זה נקרא קיבול שער והוא יכול בקלות להרוס את המעגל שלך אם לא לוקחים אותו בחשבון. אלה חשובים מאוד גם בעת לימוד ברמה המקצועית.

ניתן לראות את הסמל של MOSFET בתמונה המצורפת. הצבת קו נוסף על השער הגיונית תוך התייחסותם ל- JFETs, מה שמעיד על השער מבודד. כיוון החץ בסמל זה מתאר את הכיוון המקובל של זרימת אלקטרונים בתוך MOSFET, ההפוך לזו של הזרם הנוכחי

שלב 4: MOSFET האם התקן מסוף 4?

עוד משהו שאני רוצה להוסיף הוא שרוב האנשים חושבים ש- MOSFET הוא מכשיר בעל שלושה מסופים, בעוד שבעצם MOSFET הוא מכשיר בעל ארבעה מסופים. הטרמינל הרביעי הוא מסוף הגוף. אולי ראית את הסמל המצורף ל- MOSFET, המסוף המרכזי מיועד לגוף.

אבל למה כמעט לכל ה- MOSFET יוצאים ממנו רק שלושה מסופים?

מסוף הגוף מקוצר פנימית למקור מכיוון שהוא אינו מועיל ביישומים של ICs פשוטים אלה, ולאחר מכן הסמל הופך לזה שאנו מכירים.

מסוף הגוף משמש בדרך כלל כאשר IC מסובך בטכנולוגיית CMOS מיוצר. זכור שזה המקרה של n ערוץ MOSFET, התמונה תהיה קצת שונה אם ה- MOSFET הוא ערוץ p.

שלב 5: איך זה עובד

אוקיי, אז עכשיו נראה איך זה עובד.

טרנזיסטור צומת דו קוטבי או BJT הוא מכשיר מבוקר זרם, כלומר כמות הזרימה הנוכחית במסוף הבסיסי שלו קובעת את הזרם שיזרום דרך הטרנזיסטור, אך אנו יודעים כי אין תפקיד של זרם במסוף שער MOSFET ובקולקטיב. אנו יכולים לומר שזהו מכשיר מבוקר מתח לא מכיוון שזרם השער הוא תמיד אפס אלא בגלל המבנה שלו שלא אסביר במדריך זה בגלל סיבוכותו.

בואו ניקח בחשבון ערוץ n MOSFET. כאשר לא מופעל מתח במסוף השער, קיימות שתי דיודות גב לאחור בין המצע לאזור הניקוז ומקור וגורמות לנתיב בין ניקוז למקור התנגדות בסדר גודל של 10 לעוצמה של 12 אוהם.

הרקעתי את המקור עכשיו והתחלתי להגדיל את מתח השער. כאשר מגיעים למתח מינימלי מסוים, ההתנגדות יורדת וה- MOSFET מתחיל להתנהל והזרם מתחיל לזרום מהניקוז למקור. מתח מינימלי זה נקרא מתח סף של MOSFET וזרימת הזרם נובעת מהיווצרות תעלה מהניקוז למקור במצע ה- MOSFET. כפי שהשם מרמז, ב- MOSFET ערוץ n, הערוץ מורכב מ- n סוגים של נושאי זרם כלומר אלקטרונים, המנוגד לסוג המצע.

שלב 6: אבל…

זה רק התחיל כאן. יישום מתח הסף לא אומר שאתה מוכן פשוט להשתמש ב- MOSFET. אם תסתכל על גליון הנתונים של IRFZ44N, ערוץ n MOSFET, תראה שבמתח הסף שלו, רק זרם מינימלי מסוים יכול לזרום דרכו. זה טוב אם אתה רק רוצה להשתמש בעומסים קטנים יותר כמו נוריות בלבד, אבל מה הטעם אז. אז בשביל להשתמש בעומסים גדולים יותר שמושכים יותר זרם תצטרך להפעיל יותר מתח על השער. מתח השער הגובר מגביר את הערוץ וגורם לזרם נוסף לזרום דרכו. כדי להפעיל את MOSFET לחלוטין, המתח Vgs, שהוא המתח בין השער למקור חייב להיות איפשהו בערך 10 עד 12 וולט, כלומר אם המקור מקורקע, השער חייב להיות ב -12 וולט בערך.

ה- MOSFET שדיברנו עליו כרגע נקראים MOSFET מסוג שיפור מהסיבה שהערוץ משתפר עם עליית מתח השער. קיים סוג אחר של MOSFET הנקרא דלדול מסוג MOSFET. ההבדל העיקרי הוא בעובדה שהערוץ כבר קיים בסוג הדלדול MOSFET. בדרך כלל סוג זה של MOSFET אינו זמין בשווקים. הסמל לסוג הדלדול MOSFET שונה, הקו המלא מציין כי הערוץ כבר קיים.

שלב 7: מדוע מנהלי התקנים של MOSFET?

כעת נניח שאתה משתמש במיקרו -בקר לשליטה ב- MOSFET, ואז תוכל להפעיל רק 5 וולט או פחות על השער, מה שלא יספיק לעומסי זרם גבוהים.

מה שאתה יכול לעשות הוא להשתמש במנהל התקן MOSFET כמו TC4420, אתה רק צריך לספק אות לוגי בסיכות הכניסה שלו והוא ידאג לשאר או שאתה יכול לבנות נהג בעצמך, אבל לנהג MOSFET יש הרבה יותר יתרונות ב העובדה שהוא מטפל גם בכמה דברים אחרים כמו קיבול השער וכו '.

כאשר ה- MOSFET מופעל לחלוטין, ההתנגדות שלו מסומנת על ידי Rdson וניתן למצוא אותו בקלות בגיליון הנתונים.

שלב 8: ערוץ P MOSFET

ערוץ p MOSFET הוא בדיוק ההפך של ערוץ n MOSFET. הזרם זורם ממקור לניקוז והתעלה בנויה מסוג p נושאות מטען, כלומר חורים.

המקור בערוץ p MOSFET חייב להיות בפוטנציאל הגבוה ביותר וכדי להפעיל אותו לחלוטין Vgs חייב להיות שלילי 10 עד 12 וולט

לדוגמה, אם המקור קשור ל -12 וולט, השער באפס וולט חייב להיות מסוגל להפעיל אותו לחלוטין ולכן אנו אומרים באופן כללי החלת 0 וולט לערוץ AP מופעל MOSFET ובשל דרישות אלה הנהג MOSFET עבור לא ניתן להשתמש בערוץ ישירות עם ערוץ p MOSFET. מנהלי ההתקנים של ערוץ p MOSFET זמינים בשוק (כמו TC4429) או שאתה יכול פשוט להשתמש בממיר עם מנהל ההתקן MOSFET של ערוץ n. ל- MOSFET של ערוץ p יש התנגדות ON גבוהה יחסית ל- n ערוץ MOSFET אבל זה לא אומר שתמיד תוכל להשתמש ב- MOSFET ערוץ n עבור כל יישומים אפשריים.

שלב 9: אבל למה?

נניח שעליך להשתמש ב- MOSFET בתצורה הראשונה. סוג זה של מיתוג נקרא מיתוג צד נמוך מכיוון שאתה משתמש ב- MOSFET לחיבור המכשיר לקרקע. ערוץ n MOSFET יתאים ביותר לתפקיד זה מכיוון ש- Vgs אינו משתנה וניתן לתחזק אותו בקלות ב -12 וולט.

אבל אם אתה רוצה להשתמש ב- MOSFET ערוץ n עבור מיתוג צד גבוה, המקור יכול להיות בכל מקום בין קרקע ל- Vcc, מה שבסופו של דבר ישפיע על מתח Vgs מכיוון שמתח השער קבוע. תהיה לכך השפעה עצומה על תפקודו התקין של ה- MOSFET. כמו כן ה- MOSFET נשרף אם ה- Vgs חורג מהערך המרבי המוזכר הנמצא בסביבות 20 וולט בממוצע.

מכאן, שזה לא הליכה עוגה להשתמש ב- MOSFETs ערוץ n כאן, מה שאנחנו עושים הוא שאנחנו משתמשים ב- MOSFET ערוץ p למרות שיש לו התנגדות ON גדולה יותר מכיוון שיש לו יתרון כי Vgs יהיה קבוע לאורך כל זמן מעבר גבוה. ישנן גם שיטות אחרות כמו bootstrapping, אך לא אכסה אותן בינתיים.

שלב 10: עקומת Id-Vds

לבסוף, בואו נסתכל במהירות על עקומת ה- ID-Vds הזו. MOSFET מופעל בשלושה אזורים, כאשר Vgs פחות ממתח הסף, ה- MOSFET נמצא באזור מנותק, כלומר הוא כבוי. אם Vgs גדול ממתח הסף אך פחות מסכום ירידת המתח בין ניקוז למתח ומתח סף, הוא אמור להיות באזור טריודה או אזור ליניארי. באזור אניה ניתן להשתמש ב- MOSFET כנגד משתני מתח. אם Vgs גדול מסכום המתח האמור, אז זרם הניקוז הופך קבוע, הוא נאמר שהוא עובד באזור הרוויה וכדי לגרום ל- MOSFET לפעול כמתג, יש להפעיל אותו באזור מכיוון שהזרם המרבי יכול לעבור דרך MOSFET באזור זה.

שלב 11: הצעות לחלקים

n ערוץ MOSFET: IRFZ44N

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

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

נהג MOSFET ערוץ: TC4420US -

p מנהל התקן MOSFET של ערוץ: TC4429

שלב 12: זהו

כעת עליך להכיר את היסודות של MOSFET ולהיות מסוגל להחליט את ה- MOSFET המושלם לפרויקט שלך.

אך עדיין נותרה שאלה, מתי עלינו להשתמש ב- MOSFET? התשובה הפשוטה היא כאשר עליך להחליף עומסים גדולים יותר הדורשים יותר מתח וזרם. ל- MOSFET יש יתרון של אובדן כוח מינימלי בהשוואה ל- BJT אפילו בזרמים גבוהים יותר.

אם פספסתי משהו, או שטעיתי, או שיש לך עצות, אנא הערה למטה.

שקול להירשם לערוץ Instructables ולערוץ YouTube שלנו. תודה שקראתם, נתראה במדריך הבא.

שלב 13: חלקים בשימוש

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

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

מנהל התקן MOSFET ערוץ: TC4420US -

p מנהל התקן MOSFET של ערוץ: TC4429