Mga Pangunahing Kaalaman sa MOSFET: 13 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Kumusta! Sa Instructable na ito, tuturuan kita sa mga pangunahing kaalaman ng MOSFETs, at sa mga pangunahing kaalaman, ang ibig kong sabihin ay talagang mga pangunahing kaalaman. Perpekto ang video na ito para sa isang tao na hindi pa nag-aaral ng MOSFET nang propesyonal, ngunit nais na gamitin ang mga ito sa mga proyekto. Pag-uusapan ko ang tungkol sa n at p channel na mga MOSFET, kung paano gamitin ang mga ito, kung paano sila magkakaiba, kung bakit pareho ang kahalagahan, kung bakit ang mga driver ng MOSFET at mga bagay na tulad nito. Pag-uusapan ko rin ang tungkol sa ilang maliit na kilalang katotohanan tungkol sa MOSFET at marami pa.

Pasukin natin ito.

Hakbang 1: Panoorin ang Video

Ang mga video ay sakop ang lahat ng detalyadong kinakailangan para sa pagbuo ng proyektong ito. Ang video ay may ilang mga animasyon na makakatulong sa mabilis na pag-unawa sa mga katotohanan. Maaari mo itong panoorin kung mas gusto mo ang mga visual ngunit kung gusto mo ng teksto, dumaan sa mga susunod na hakbang.

Hakbang 2: Ang FET

Bago simulan ang MOSFETs, hayaan mo akong ipakilala sa hinalinhan nito, ang JFET o Junction Field Effect Transistor. Gawing mas madali ang pag-unawa sa MOSFET.

Ang cross section ng isang JFET ay ipinapakita sa larawan. Ang mga terminal ay magkapareho sa mga terminal ng MOSFET. Ang gitnang bahagi ay tinatawag na substrate o katawan, at ito ay isang uri lamang o uri ng p na semiconductor depende sa uri ng FET. Ang mga rehiyon ay lumago sa substrate na mayroong kabaligtaran na uri kaysa sa substrate na pinangalanang gate, alisan at pinagmulan. Anumang boltahe ang inilalapat mo, mag-apply ka sa mga rehiyon na ito.

Ngayon, mula sa praktikal na pananaw, mayroon itong napakaliit na walang kahalagahan. Hindi ako pupunta para sa karagdagang paliwanag na lampas dito sapagkat ito ay magiging masyadong teknikal at hindi kinakailangan.

Ang simbolo ng JFET ay makakatulong sa amin upang maunawaan ang simbolo ng MOSFET.

Hakbang 3: Ang MOSFET

Matapos ito ay dumating ang MOSFET, pagkakaroon ng isang pangunahing pagkakaiba sa terminal ng gate. Bago gawin ang mga contact para sa terminal ng gate isang layer ng Silicon Dioxide ay lumago sa itaas ng substrate. Ito ang dahilan kung bakit pinangalanan itong Metallic Oxide Semiconductor Field effect Transistor. Ang SiO2 ay isang napakahusay na dielectric, o masasabi mong insulator. Dagdagan nito ang paglaban sa gate sa sukat ng sampu hanggang sa lakas na sampung ohm at ipinapalagay namin na sa isang kasalukuyang MOSFET gate kasalukuyang Ig ay palaging zero. Ito ang dahilan kung bakit ito ay tinatawag ding Insulated Gate Field Effect Transistor (IGFET). Ang isang layer ng isang mahusay na conductor tulad ng aluminyo ay lumago bukod pa sa lahat ng tatlong mga rehiyon, at pagkatapos ay ang mga contact ay ginawa. Sa rehiyon ng gate, maaari mong makita na ang isang parallel plate capacitor tulad ng istraktura ay nabuo at talagang ipinakikilala nito ang isang malaki na capacitance sa terminal ng gate. Ang capacitance na ito ay tinatawag na capacitance ng gate at madaling sirain ang iyong circuit kung hindi kinuha sa account. Napakahalaga din ng mga ito habang nag-aaral sa isang antas ng propesyonal.

Ang simbolo para sa MOSFETs ay makikita sa kalakip na larawan. Ang paglalagay ng isa pang linya sa gate ay may katuturan habang nauugnay ang mga ito sa mga JFET, na nagpapahiwatig na ang gate ay na-insulated. Ang direksyon ng arrow sa simbolo na ito ay naglalarawan ng maginoo na direksyon ng daloy ng electron sa loob ng isang MOSFET, na kabaligtaran ng kasalukuyang daloy

Hakbang 4: MOSFET Ay isang 4 Terminal Device?

Isa pang bagay na nais kong idagdag ay ang karamihan sa mga tao sa palagay ng MOSFET ay isang tatlong aparato ng terminal, habang ang tunay na MOSFET ay isang apat na aparato ng terminal. Ang pang-apat na terminal ay ang terminal ng katawan. Maaaring nakita mo ang simbolo na nakakabit para sa MOSFET, ang gitnang terminal ay para sa katawan.

Ngunit bakit halos lahat ng MOSFET ay may tatlong terminal lamang na lalabas dito?

Ang terminal ng katawan ay panloob na naikli sa mapagkukunan dahil wala itong gamit sa mga aplikasyon ng mga simpleng IC na ito, at pagkatapos nito ang simbolo ay magiging isang pamilyar sa atin.

Ang body terminal ay karaniwang ginagamit kapag ang isang kumplikadong teknolohiya ng CMOS IC ay gawa-gawa. Tandaan na ito ang kaso para sa n channel MOSFET, ang larawan ay medyo kakaiba kung ang MOSFET ay p channel.

Hakbang 5: Paano Ito Gumagana

Ok, kaya't tingnan natin ngayon kung paano ito gumagana.

Ang isang Bipolar Junction Transistor o isang BJT ay isang kasalukuyang kinokontrol na aparato, nangangahulugan ito na ang dami ng kasalukuyang daloy sa base terminal nito ay tumutukoy sa kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng transistor, ngunit alam namin na walang papel na ginagampanan ng kasalukuyang sa terminal ng gate ng MOSFETs at sama-sama maaari nating sabihin na ito ay isang aparato na kinokontrol ng boltahe hindi dahil ang kasalukuyang gate ay palaging zero ngunit dahil sa istraktura nito na hindi ko ipaliwanag sa Instructable na ito dahil sa pagiging kumplikado nito.

Isaalang-alang natin ang isang n MOSFET ng Channel. Kapag walang boltahe na inilapat sa terminal ng gate, may dalawang back to back diode na umiiral sa pagitan ng substrate at alisan ng tubig at pinagmulan ng rehiyon na sanhi ng daanan sa pagitan ng alisan ng tubig at mapagkukunan na magkaroon ng paglaban sa pagkakasunud-sunod ng 10 hanggang sa lakas na 12 ohms.

Pinasadahan ko ang pinagmulan ngayon at sinimulang dagdagan ang boltahe ng gate. Kapag naabot ang isang tiyak na minimum na boltahe, bumababa ang paglaban at nagsisimulang magsagawa ang MOSFET at ang kasalukuyang nagsisimulang dumaloy mula sa alisan ng tubig patungo sa mapagkukunan. Ang pinakamababang boltahe na ito ay tinatawag na threshold voltage ng isang MOSFET at ang kasalukuyang daloy ay sanhi ng pagbuo ng isang channel mula sa alisan ng tubig patungo sa mapagkukunan sa substrate ng MOSFET. Tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan, sa isang n Channel MOSFET, ang channel ay binubuo ng n uri ng mga kasalukuyang tagapagdala ie mga electron, na kabaligtaran ng uri ng substrate.

Hakbang 6: Ngunit…

Nagsimula pa lang dito. Ang paglalapat ng boltahe ng threshold ay hindi nangangahulugang handa ka lamang na gamitin ang MOSFET. Kung titingnan mo ang sheet ng data ng IRFZ44N, isang n channel MOSFET, makikita mo na sa boltahe ng threshold nito, isang tiyak na minimum na kasalukuyang lamang ang maaaring dumaloy dito. Mabuti iyon kung nais mo lamang gumamit ng mas maliliit na karga tulad ng LEDs lamang, ngunit, ano ang punto noon. Kaya para sa paggamit ng mas malaking mga karga na gumuhit ng mas maraming kasalukuyang kakailanganin mong maglapat ng mas maraming boltahe sa gate. Ang pagtaas ng boltahe ng gate ay nagpapabuti sa channel na nagdudulot ng mas maraming kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan nito. Upang ganap na i-on ang MOSFET, ang boltahe Vgs, na kung saan ay ang boltahe sa pagitan ng gate at mapagkukunan ay dapat na nasa isang lugar tungkol sa 10 hanggang 12 Volts, nangangahulugan iyon kung ang pinagmulan ay saligan, ang gate ay dapat na 12 Volts o higit pa.

Ang MOSFET na napag-usapan lamang ay tinatawag na mga pagpapahusay na uri ng MOSFET sa kadahilanang napahusay ang channel na may pagtaas ng boltahe ng gate. Mayroong isa pang uri ng MOSFET na tinatawag na uri ng pag-ubos ng MOSFET. Ang pangunahing pagkakaiba ay ang katunayan na ang channel ay naroroon sa pag-ubos ng uri ng MOSFET. Ang ganitong uri ng MOSFETs ay karaniwang hindi magagamit sa mga merkado. Ang simbolo para sa uri ng pag-ubos ng MOSFET ay magkakaiba, ang solidong linya ay nagpapahiwatig na ang channel ay mayroon na.

Hakbang 7: Bakit ang mga MOSFET Driver?

Ngayon sabihin nating gumagamit ka ng isang microcontroller upang makontrol ang MOSFET, pagkatapos ay maaari mo lamang mailapat ang maximum na 5 Volts o mas mababa sa gate, na hindi magiging sapat para sa mataas na kasalukuyang mga pag-load.

Ang maaari mong gawin ay ang paggamit ng isang driver ng MOSFET tulad ng TC4420, kailangan mo lamang magbigay ng isang signal ng lohika sa mga input pin nito at aalagaan ang natitira o maaari kang bumuo ng isang driver mismo, ngunit ang isang driver ng MOSFET ay may maraming mga pakinabang sa ang katotohanan na nangangalaga rin ito ng maraming iba pang mga bagay tulad ng capacitance ng gate atbp.

Kapag ang MOSFET ay ganap na naka-on, ang paglaban nito ay tinukoy ng Rdson at madaling makita sa datasheet.

Hakbang 8: Ang P Channel MOSFET

Ang isang p channel na MOSFET ay kabaligtaran lamang ng n channel MOSFET. Ang kasalukuyang dumadaloy mula sa mapagkukunan patungo sa alisan ng tubig at ang channel ay binubuo ng p uri ng mga carrier ng singil, ibig sabihin, mga butas.

Ang mapagkukunan sa isang p channel na MOSFET ay dapat na nasa pinakamataas na potensyal at upang ganap na buksan ito sa Vgs ay dapat na negatibo 10 hanggang 12 Volts

Halimbawa, kung ang mapagkukunan ay nakatali sa 12 Volts ang gate sa zero volts ay dapat na ganap na buksan ito at iyon ang dahilan kung bakit sinasabi namin sa pangkalahatan na ang paglalapat ng 0 Volts sa gate turn ap channel MOSFET ON at dahil sa mga kinakailangang ito ang driver ng MOSFET para sa n channel ay hindi maaaring gamitin nang direkta sa p channel MOSFET. Ang mga driver ng p channel MOSFET ay magagamit sa merkado (tulad ng TC4429) o maaari mo lamang gamitin ang isang inverter gamit ang n channel MOSFET driver. Ang p channel MOSFETs ay may medyo mas mataas na paglaban SA kaysa sa n MOSFET ng channel ngunit hindi ito nangangahulugang maaari mong palaging gumamit ng isang n channel MOSFET para sa anumang mga posibleng aplikasyon.

Hakbang 9: Ngunit Bakit?

Sabihin nating kailangan mong gamitin ang MOSFET sa unang pagsasaayos. Ang uri ng paglipat na iyon ay tinatawag na low side switching dahil gumagamit ka ng MOSFET upang ikonekta ang aparato sa lupa. Ang isang n channel MOSFET ay pinakaangkop para sa trabahong ito dahil ang Vgs ay hindi nag-iiba at madaling mapananatili sa 12 Volts.

Ngunit kung nais mong gumamit ng isang n channel MOSFET para sa mataas na paglipat ng bahagi, ang mapagkukunan ay maaaring saanman sa pagitan ng ground at Vcc, na sa huli ay makakaapekto sa boltahe Vgs dahil ang boltahe ng gate ay pare-pareho. Magkakaroon ito ng malaking epekto sa wastong paggana ng MOSFET. Gayundin ang MOSFET ay nasusunog kung ang Vgs ay lumampas sa nabanggit na maximum na halaga na humigit-kumulang 20 Volts sa isang average.

Samakatuwid, hindi ito isang paglalakad sa cake upang magamit ang mga n channel MOSFET dito, kung ano ang ginagawa namin ay gumagamit kami ng isang p channel na MOSFET sa kabila ng pagkakaroon ng isang higit na paglaban sa ON dahil may kalamangan na ang Vgs ay magiging pare-pareho sa buong paglipat ng mataas na bahagi. Mayroon ding iba pang mga pamamaraan tulad ng bootstrapping, ngunit hindi ko ito sasakupin sa ngayon.

Hakbang 10: Curve ng Id-Vds

Panghuli, tingnan natin nang mabilis ang curve ng Id-Vds na ito. Ang isang MOSFET ay pinamamahalaan sa tatlong mga rehiyon, kapag ang Vgs ay mas mababa sa boltahe ng threshold, ang MOSFET ay na-cut off na rehiyon, ibig sabihin, ito ay naka-off. Kung ang Vgs ay mas malaki kaysa sa boltahe ng threshold ngunit mas mababa sa kabuuan ng pagbagsak ng boltahe sa pagitan ng alisan ng tubig at mapagkukunan at threshold boltahe, sinasabing nasa rehiyon ng triode o linear na rehiyon. Sa rehiyon ng liner, ang isang MOSFET ay maaaring magamit bilang isang boltahe variable na risistor. Kung ang Vgs ay mas malaki kaysa sa nasabing kabuuan ng boltahe, kung gayon ang daloy ng agos ay nagiging pare-pareho sinasabi na ito ay gumagana sa saturation na rehiyon at upang gawin ang MOSFET na kumilos bilang isang switch dapat itong patakbuhin sa rehiyon na ito dahil ang maximum na kasalukuyang maaaring dumaan sa MOSFET sa rehiyon na ito.

Hakbang 11: Mga Mungkahi ng Bahagi

n Channel MOSFET: IRFZ44N

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

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

n Channel MOSFET Driver: TC4420US -

p Driver ng MOSFET ng Channel: TC4429

Hakbang 12: Iyon Ito

Dapat ay pamilyar ka na ngayon sa mga pangunahing kaalaman ng MOSFETs at makapagpasya ng perpektong MOSFET para sa iyong proyekto.

Ngunit ang isang katanungan ay nananatili pa rin, kailan tayo dapat gumamit ng MOSFETs? Ang simpleng sagot ay kapag kailangan mong lumipat ng mas malaking karga na nangangailangan ng mas maraming boltahe at kasalukuyang. Ang MOSFET ay may kalamangan sa minimum na pagkawala ng kuryente kumpara sa BJT kahit na sa mas mataas na alon.

Kung may napalampas ako, o mali, o mayroon kang anumang mga tip, mangyaring magkomento sa ibaba.

Pag-isipang mag-subscribe sa aming Mga Instructable at channel sa YouTube. Salamat sa pagbabasa, makita sa susunod na Makatuturo.

Hakbang 13: Mga Ginamit na Bahagi

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

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

n Driver ng MOSFET ng Channel: TC4420US -

p Driver ng MOSFET ng Channel: TC4429