MOSFET Basics: 13 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Hej! I denna instruktionsbok lär jag dig grunderna i MOSFET, och med grunderna menar jag verkligen grunderna. Denna video är idealisk för en person som aldrig har studerat MOSFET professionellt, men vill använda dem i projekt. Jag ska prata om n och p -kanalens MOSFET, hur man använder dem, hur de är olika, varför båda är viktiga, varför MOSFET -drivrutiner och sådant. Jag kommer också att prata om några lite kända fakta om MOSFET och mycket mer.

Låt oss gå in på det.

Steg 1: Titta på videon

Videorna har allt som täcks i detalj som krävs för att bygga detta projekt. Videon har några animationer som hjälper till att snabbt förstå fakta. Du kan titta på den om du föredrar bilder men om du föredrar text, gå igenom nästa steg.

Steg 2: FET

Innan jag startar MOSFET, låt mig presentera dig för sin föregångare, JFET eller Junction Field Effect Transistor. Det kommer att göra det lättare att förstå MOSFET.

Tvärsnittet av en JFET visas på bilden. Terminalerna är identiska med MOSFETs terminaler. Mittdelen kallas substrat eller kropp, och det är bara en halv- eller p -typ halvledare beroende på FET -typen. Områdena odlas sedan på substratet med motsatt typ än det hos substratet heter gate, drain och source. Oavsett vilken spänning du tillämpar, gäller du för dessa regioner.

Idag har det ur praktisk synvinkel mycket liten eller ingen betydelse. Jag kommer inte att gå för mer förklaring utöver detta eftersom det blir för tekniskt och inte krävs i alla fall.

Symbolen för JFET hjälper oss att förstå symbolen för MOSFET.

Steg 3: MOSFET

Efter detta kommer MOSFET, som har en stor skillnad i grindterminalen. Innan kontakterna för grindterminalen skapas odlas ett lager kiseldioxid ovanför substratet. Detta är anledningen till att den heter Metallic Oxide Semiconductor Field effect Transistor. SiO2 är ett mycket bra dielektrikum, eller man kan säga isolator. Detta ökar portmotståndet i skalan på tio till effekten tio ohm och vi antar att i en MOSFET -grind är ström Ig alltid noll. Detta är anledningen till att den också kallas Insulated Gate Field Effect Transistor (IGFET). Ett lager av en bra ledare som aluminium odlas dessutom över alla de tre regionerna, och sedan knyts kontakter. I grindområdet kan du se att en parallellplattkondensator liknande struktur bildas och det introducerar faktiskt en avsevärd kapacitans till grindterminalen. Denna kapacitans kallas gate -kapacitans och kan enkelt förstöra din krets om den inte beaktas. Dessa är också mycket viktiga när du studerar på professionell nivå.

Symbolen för MOSFET kan ses på den bifogade bilden. Att placera en annan linje på grinden är meningsfullt när den relateras till JFET: erna, vilket indikerar att grinden har isolerats. Pilariktningen i denna symbol visar den konventionella riktningen för elektronflöde inuti en MOSFET, som är motsatt den för strömflödet

Steg 4: MOSFET Är en 4 -terminalenhet?

En sak till som jag skulle vilja tillägga är att de flesta tror att MOSFET är en enhet med tre terminaler, medan MOSFET faktiskt är en enhet med fyra terminaler. Den fjärde terminalen är kroppsterminalen. Du kanske har sett symbolen bifogad för MOSFET, mittterminalen är för kroppen.

Men varför har nästan alla MOSFET bara tre terminaler som kommer ut ur det?

Kroppsterminalen är internt kortad till källan eftersom den inte är till någon nytta i tillämpningarna av dessa enkla IC: er, och efter det blir symbolen den vi känner till.

Kroppsterminalen används vanligtvis när en komplicerad CMOS -teknik IC tillverkas. Tänk på att detta är fallet för n -kanal MOSFET, bilden blir lite annorlunda om MOSFET är p -kanal.

Steg 5: Hur det fungerar

Ok, så nu får vi se hur det fungerar.

En Bipolär Junction Transistor eller en BJT är en strömstyrd enhet, det betyder att mängden strömflöde i dess basterminal bestämmer den ström som kommer att flöda genom transistorn, men vi vet att det inte finns någon roll av ström i MOSFETs gate terminal och kollektivt vi kan säga att det är en spänningsstyrd enhet inte för att grindströmmen alltid är noll utan på grund av dess struktur som jag inte kommer att förklara i denna instruerbara på grund av dess komplikation.

Låt oss överväga en n -kanal MOSFET. När ingen spänning appliceras i grindterminalen, existerar två back -to -back -dioder mellan substratet och avloppet och källområdet vilket gör att vägen mellan avlopp och källa har ett motstånd i storleksordningen 10 till effekten 12 ohm.

Jag grundade källan nu och började öka grindspänningen. När en viss minsta spänning uppnås sjunker motståndet och MOSFET börjar leda och strömmen börjar flöda från avlopp till källa. Denna minimispänning kallas tröskelspänning för en MOSFET och strömflödet beror på bildandet av en kanal från avlopp till källa i substratet i MOSFET. Som namnet antyder består kanalen i en kanal MOSFET av n typ av strömbärare, dvs elektroner, vilket är motsatt av substrattypen.

Steg 6: Men …

Det har bara börjat här. Att använda tröskelspänningen betyder inte att du bara är redo att använda MOSFET. Om du tittar på databladet för IRFZ44N, en n -kanal MOSFET, kommer du att se att vid dess tröskelspänning kan endast en viss minsta ström flöda genom den. Det är bra om du bara vill använda mindre laster som bara lysdioder, men vad är poängen då. Så för att använda större laster som drar mer ström måste du tillföra mer spänning till porten. Den ökande grindspänningen förbättrar kanalen och får mer ström att strömma genom den. För att slå på MOSFET helt måste spänningen Vgs, som är spänningen mellan grind och källa, vara någonstans cirka 10 till 12 volt, det betyder att om källan är jordad måste porten vara på 12 volt eller så.

MOSFET som vi just diskuterade kallas MOSFET för förbättringstyp av den anledningen att kanalen förbättras med ökande grindspänning. Det finns en annan typ av MOSFET som kallas utarmningstyp MOSFET. Den största skillnaden ligger i det faktum att kanalen redan finns i utarmningstypen MOSFET. Denna typ av MOSFET är vanligtvis inte tillgänglig på marknader. Symbolen för utarmningstyp MOSFET är annorlunda, den heldragna linjen indikerar att kanalen redan finns.

Steg 7: Varför MOSFET -drivrutiner?

Låt oss nu säga att du använder en mikrokontroller för att styra MOSFET, då kan du bara applicera högst 5 volt eller mindre på porten, vilket inte kommer att räcka för höga strömbelastningar.

Vad du kan göra är att använda en MOSFET -drivrutin som TC4420, du måste bara ge en logisk signal vid dess ingångsstiften och den kommer att ta hand om resten eller så kan du bygga en drivrutin själv, men en MOSFET -drivrutin har mycket fler fördelar i det faktum att det också tar hand om flera andra saker som grindkapacitansen etc.

När MOSFET är helt påslagen betecknas dess motstånd av Rdson och kan lätt hittas i databladet.

Steg 8: P -kanalen MOSFET

En p -kanal MOSFET är precis motsatsen till n -kanalens MOSFET. Strömmen strömmar från källa till avlopp och kanalen består av laddningsbärare av typ p, dvs hål.

Källan i en p -kanal MOSFET måste ha den högsta potentialen och för att helt sätta på den måste Vgs vara negativ 10 till 12 volt

Till exempel, om källan är bunden till 12 volt måste porten vid noll volt kunna slå på den helt och det är därför vi i allmänhet säger att man applicerar 0 volt till grinden, vrider ap -kanalen MOSFET ON och på grund av dessa krav måste MOSFET -drivrutinen för n kanal kan inte användas direkt med p kanal MOSFET. P -kanalens MOSFET -drivrutiner är tillgängliga på marknaden (som TC4429) eller så kan du helt enkelt använda en växelriktare med n -kanalens MOSFET -drivrutin. P -kanalens MOSFET har relativt högre PÅ -motstånd än n -kanal MOSFET, men det betyder inte att du alltid kan använda en n -kanal MOSFET för alla möjliga applikationer.

Steg 9: Men varför?

Låt oss säga att du måste använda MOSFET i den första konfigurationen. Den typen av omkoppling kallas lågsidesväxling eftersom du använder MOSFET för att ansluta enheten till jord. En n -kanal MOSFET skulle vara bäst lämpad för detta jobb eftersom Vgs inte varierar och enkelt kan underhållas vid 12 volt.

Men om du vill använda en n -kanal MOSFET för högsidesväxling kan källan vara var som helst mellan jord och Vcc, vilket så småningom kommer att påverka spänningen Vgs eftersom grindspänningen är konstant. Detta kommer att ha en enorm inverkan på MOSFET: s funktion. MOSFET brinner också ut om Vgs överstiger det nämnda maxvärdet som är cirka 20 volt i genomsnitt.

Därför är det inte en kakpromenad att använda n -kanal MOSFET här, vad vi gör är att vi använder en p -kanal MOSFET trots att vi har ett större ON -motstånd eftersom det har fördelen att Vgs kommer att vara konstant hela tiden under en hög sidoswitch. Det finns också andra metoder som bootstrapping, men jag kommer inte att täcka dem för tillfället.

Steg 10: Id-Vds-kurva

Slutligen, låt oss ta en snabb titt på dessa Id-Vds-kurvor. En MOSFET drivs i tre regioner, när Vgs är mindre än tröskelspänningen är MOSFET i avstängd region, dvs den är avstängd. Om Vgs är större än tröskelspänningen men mindre än summan av spänningsfallet mellan dränering och källa och tröskelspänning, sägs det vara i triodregion eller linjär region. I linerregionen kan en MOSFET användas som ett spänningsvariabelt motstånd. Om Vgs är större än nämnda spänningssumma, blir avloppsströmmen konstant, det sägs arbeta i mättnadsregionen och för att få MOSFET att fungera som en omkopplare bör den drivas i denna region eftersom den maximala strömmen kan passera genom MOSFET i denna region.

Steg 11: Förslag på delar

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 -drivrutin: TC4429

Steg 12: Det är det

Du måste nu vara bekant med grunderna i MOSFET och kunna bestämma den perfekta MOSFET för ditt projekt.

Men en fråga kvarstår, när ska vi använda MOSFET? Det enkla svaret är när du måste byta större belastningar som kräver mer spänning och ström. MOSFET har fördelen med minimal effektförlust jämfört med BJT även vid högre strömmar.

Om jag har missat något, eller har fel, eller om du har några tips, kommentera nedan.

Överväg att prenumerera på vår Instructables och YouTube -kanal. Tack för att du läser, vi ses i nästa Instructable.

Steg 13: Delar som används

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 -drivrutin: TC4429