Conceptes bàsics de MOSFET: 13 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Hola, en aquest instructiu us ensenyaré els conceptes bàsics dels MOSFET i, per conceptes bàsics, vull dir realment els conceptes bàsics. Aquest vídeo és ideal per a una persona que mai no ha estudiat MOSFET professionalment, però que vol utilitzar-los en projectes. Parlaré dels MOSFET dels canals n i p, de com utilitzar-los, de com són diferents, de per què són importants tots dos, de per què els controladors de MOSFET i coses així. També parlaré d'alguns fets poc coneguts sobre els MOSFET i molt més.

Entrem-hi.

Pas 1: mireu el vídeo

Els vídeos inclouen tot el que es tracta detalladament per construir aquest projecte. El vídeo té algunes animacions que ajudaran a comprendre ràpidament els fets. Podeu veure-ho si preferiu visuals, però si preferiu text, seguiu els passos següents.

Pas 2: el FET

Abans d'iniciar MOSFET, permeteu-me presentar-vos el seu predecessor, el JFET o el transistor d'efecte de camp de connexió. Farà que la comprensió del MOSFET sigui una mica més fàcil.

La secció transversal d’un JFET es mostra a la imatge. Els terminals són idèntics als terminals MOSFET. La part central s’anomena substrat o cos i és només un semiconductor de tipus n o tipus p segons el tipus de FET. Les regions es conreen al substrat amb un tipus oposat al del substrat que es denomina porta, desguàs i font. Independentment del voltatge que apliqueu, s'aplicarà a aquestes regions.

Avui, des del punt de vista pràctic, té poca o cap importància. No aniré a obtenir més explicacions més enllà d’això, ja que serà massa tècnica i no és obligatòriament.

El símbol de JFET ens ajudarà a entendre el símbol de MOSFET.

Pas 3: el MOSFET

Després d'això ve el MOSFET, que té una gran diferència en el terminal de la porta. Abans de fer els contactes per al terminal de la porta es creix una capa de diòxid de silici sobre el substrat. Aquest és el motiu pel qual s’anomena transistor d’efecte de camp d’òxid metàl·lic. SiO2 és un dielèctric molt bo, o es pot dir aïllant. Això augmenta la resistència de la porta en una escala de deu a la potència de deu ohms i suposem que en un corrent de porta MOSFET Ig sempre és zero. Aquesta és la raó per la qual també s’anomena transistor d’efecte de camp de porta aïllada (IGFET). Una capa d’un bon conductor com l’alumini es cultiva addicionalment per sobre de les tres regions i es fan contactes. A la regió de la porta, es pot veure que es forma un condensador de placa paral·lela com una estructura i que realment introdueix una capacitat considerable al terminal de la porta. Aquesta capacitat es diu capacitat de porta i pot destruir fàcilment el circuit si no es té en compte. També són molt importants en estudiar a nivell professional.

El símbol dels MOSFET es pot veure a la imatge adjunta. Posar una altra línia a la porta té sentit mentre es relaciona amb els JFET, cosa que indica que la porta ha estat aïllada. La direcció de la fletxa en aquest símbol representa la direcció convencional del flux d'electrons dins d'un MOSFET, que és oposada a la del flux actual

Pas 4: el MOSFET és un dispositiu de terminal 4?

Una cosa més que voldria afegir és que la majoria de la gent pensa que el MOSFET és un dispositiu de tres terminals, mentre que en realitat els MOSFET són un dispositiu de quatre terminals. El quart terminal és el terminal del cos. És possible que hàgiu vist el símbol adjunt a MOSFET, el terminal central és per al cos.

Però, per què gairebé tots els MOSFET només en surten tres?

El terminal del cos està internament curtcircuitat a la font, ja que no serveix de res en les aplicacions d’aquests circuits integrats simples i, després, el símbol es converteix en el que ja coneixem.

El terminal del cos s’utilitza generalment quan es fabrica una IC CMOS complicada. Tingueu en compte que aquest és el cas del canal MOSFET, la imatge serà una mica diferent si el canal MOSFET és p.

Pas 5: Com funciona

D’acord, doncs, ara veiem com funciona.

Un transistor de connexió bipolar o un BJT és un dispositiu controlat per corrent, que significa que la quantitat de flux de corrent en el seu terminal base determina el corrent que fluirà a través del transistor, però sabem que no hi ha cap paper del corrent al terminal de la porta dels MOSFET i col·lectivament. podem dir que és un dispositiu controlat per voltatge no perquè el corrent de la porta sigui sempre zero, sinó per la seva estructura que no explicaré en aquest manual per la seva complicitat.

Considerem un MOSFET de n canal. Quan no s’aplica cap tensió al terminal de la porta, hi ha dos díodes esquena amb esquena entre el substrat i la regió de drenatge i font, cosa que fa que el camí entre drenatge i font tingui una resistència de l’ordre de 10 a la potència de 12 ohms.

Ara vaig posar a terra la font i vaig començar a augmentar el voltatge de la porta. Quan s’assoleix un voltatge mínim determinat, la resistència cau i el MOSFET comença a conduir-se i el corrent comença a fluir del desguàs a la font. Aquesta tensió mínima s’anomena tensió llindar d’un MOSFET i el flux de corrent es deu a la formació d’un canal de desguàs a font al substrat del MOSFET. Com el seu nom indica, en un MOSFET de n canal, el canal està format per n tipus de portadors de corrent, és a dir, electrons, que són oposats al tipus de substrat.

Pas 6: Però …

Només ha començat aquí. Aplicar el voltatge llindar no vol dir que estigueu preparat per utilitzar el MOSFET. Si mireu la fitxa tècnica de l’IRFZ44N, un MOSFET de canal n, veureu que a la seva tensió llindar només hi pot circular un corrent mínim determinat. Això és bo si només voleu utilitzar càrregues més petites com només els LED, però, quin és el punt aleshores. Per tant, per utilitzar càrregues més grans que generin més corrent, haureu d’aplicar més tensió a la porta. L’augment de la tensió de la porta augmenta el canal provocant que hi circuli més corrent. Per engegar completament el MOSFET, el voltatge Vgs, que és el voltatge entre la porta i la font, ha de ser d’uns 10 a 12 volts, és a dir, si la font està connectada a terra, la porta ha d’estar a 12 volts aproximadament.

Els MOSFET que acabem de comentar s’anomenen MOSFET de tipus millora per la raó per la qual el canal augmenta amb l’augment del voltatge de la porta. Hi ha un altre tipus de MOSFET anomenat tipus MOSFET d’esgotament. La principal diferència radica en el fet que el canal ja està present en el tipus d’esgotament MOSFET. Aquest tipus de MOSFET no sol estar disponible als mercats. El símbol del tipus MOSFET d’esgotament és diferent, la línia contínua indica que el canal ja està present.

Pas 7: per què els controladors MOSFET?

Ara diguem que utilitzeu un microcontrolador per controlar el MOSFET i, a continuació, només podeu aplicar un màxim de 5 volts o menys a la porta, cosa que no serà suficient per a càrregues de corrent elevades.

El que podeu fer és utilitzar un controlador MOSFET com TC4420, només heu de proporcionar un senyal lògic als pins d'entrada i s'encarregarà de la resta o podeu construir un controlador vosaltres mateixos, però un controlador MOSFET té molts més avantatges en el fet que també s’encarrega de diverses altres coses, com ara la capacitat de la porta, etc.

Quan el MOSFET està completament engegat, Rdson indica la seva resistència i es pot trobar fàcilment a la fitxa tècnica.

Pas 8: el MOSFET del canal P

Un MOSFET de canal p és just el contrari del MOSFET de canal n. El corrent flueix de la font al drenatge i el canal està format per tipus de portadors de càrrega, és a dir, forats.

La font en un canal MOSFET ha de tenir el màxim potencial i activar-lo completament Vgs ha de ser negatiu de 10 a 12 volts

Per exemple, si la font està lligada a 12 volts, la porta a zero volts haurà de poder activar-la completament i és per això que generalment diem que aplicant 0 volts a la porta gireu el canal MOSFET en ON i, a causa d’aquests requisits, el controlador MOSFET per El canal n no es pot utilitzar directament amb MOSFET del canal p. Els controladors MOSFET de canal p estan disponibles al mercat (com TC4429) o simplement podeu utilitzar un inversor amb el controlador MOSFET de canal n. Els MOSFET de canal p tenen una resistència ON relativament més alta que els MOSFET de canal n, però això no vol dir que sempre pugueu utilitzar un MOSFET de canal n per a qualsevol aplicació possible.

Pas 9: però per què?

Suposem que heu d’utilitzar el MOSFET a la primera configuració. Aquest tipus de commutació s’anomena commutació lateral baixa perquè utilitzeu el MOSFET per connectar el dispositiu a terra. Un MOSFET de canal n seria el més adequat per a aquest treball, ja que Vgs no varia i es pot mantenir fàcilment a 12 volts.

Però si voleu utilitzar un MOSFET de canal n per a la commutació lateral alta, la font pot estar en qualsevol lloc entre terra i Vcc, cosa que eventualment afectarà la tensió Vgs, ja que la tensió de la porta és constant. Això tindrà un gran impacte en el bon funcionament del MOSFET. També el MOSFET s’esgotarà si el Vgs supera el valor màxim esmentat, que és de 20 volts de mitjana.

Per tant, no és un passeig per fer servir MOSFET de n canal aquí, el que fem és que fem servir un MOSFET de canal p tot i tenir una major resistència a l’ENC, ja que té l’avantatge que els Vgs seran constants durant un canvi de costat alt. També hi ha altres mètodes com el bootstrapping, però ara no els cobriré.

Pas 10: Corba Id-Vds

Per últim, fem una ullada ràpida a aquesta corba Id-Vds. Un MOSFET funciona en tres regions, quan Vgs és inferior al voltatge llindar, el MOSFET es troba a la regió de tall, és a dir, està apagat. Si Vgs és superior a la tensió llindar, però inferior a la suma de caiguda de tensió entre la sortida i la font i la tensió llindar, es diu que es troba a la regió del triode o regió lineal. A la regió del revestiment, es pot utilitzar un MOSFET com a resistència variable de tensió. Si Vgs és superior a la suma de tensió esmentada, el corrent de drenatge es torna constant i es diu que funciona a la regió de saturació i per fer que el MOSFET actuï com a commutador s'hauria d'operar en aquesta regió, ja que el corrent màxim pot passar pel MOSFET. en aquesta regió.

Pas 11: Suggeriments de peces

n MOSFET del canal: IRFZ44N

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

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

n Controlador MOSFET de canal: TC4420US -

p Controlador MOSFET de canal: TC4429

Pas 12: Això és tot

Ara heu de familiaritzar-vos amb els conceptes bàsics dels MOSFET i poder decidir el MOSFET perfecte per al vostre projecte.

Però encara queda una pregunta: quan hauríem d’utilitzar MOSFET? La resposta senzilla és quan heu de canviar càrregues més grans que requereixen més tensió i corrent. Els MOSFET tenen l’avantatge d’una pèrdua d’energia mínima en comparació amb els BJT, fins i tot a corrents més elevats.

Si he trobat a faltar alguna cosa, o m’equivoco, o té algun consell, si us plau comenteu a continuació.

Penseu en la possibilitat de subscriure-us al nostre canal Instructables i YouTube. Gràcies per llegir, ens veiem a la següent instrucció.

Pas 13: parts utilitzades

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

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

n Controlador MOSFET de canal: TC4420US -

p Controlador MOSFET de canal: TC4429