MOSFET საფუძვლები: 13 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

გამარჯობა! ამ ინსტრუქციაში, მე გასწავლით MOSFET– ის საფუძვლებს და საფუძვლებით, მე ნამდვილად ვგულისხმობ საფუძვლებს. ეს ვიდეო იდეალურია მათთვის, ვისაც არასოდეს უსწავლია MOSFET პროფესიონალურად, მაგრამ სურს გამოიყენოს ისინი პროექტებში. მე ვისაუბრებ n და p არხის MOSFET– ზე, როგორ გამოვიყენოთ ისინი, როგორ განსხვავდებიან ისინი, რატომ არის ორივე მნიშვნელოვანი, რატომ არის MOSFET დრაივერები და მსგავსი რამ. მე ასევე ვისაუბრებ რამდენიმე ნაკლებად ცნობილ ფაქტზე MOSFET– ების შესახებ და ბევრად უფრო.

შევეშვათ მას.

ნაბიჯი 1: უყურეთ ვიდეოს

ვიდეოში არის ყველაფერი დეტალურად დაფარული ამ პროექტის შესაქმნელად. ვიდეოს აქვს რამდენიმე ანიმაცია, რაც დაგეხმარებათ ფაქტების სწრაფად გააზრებაში. თქვენ შეგიძლიათ უყუროთ მას, თუ გირჩევნიათ ვიზუალი, მაგრამ თუ ტექსტი გირჩევნიათ, გაიარეთ შემდეგი ნაბიჯები.

ნაბიჯი 2: FET

MOSFET– ების დაწყებამდე ნება მომეცით გაგაცნოთ მისი წინამორბედი JFET ან Junction Field Effect ტრანზისტორი. ეს ოდნავ გაადვილებს MOSFET– ის გაგებას.

JFET– ის განივი მონაკვეთი ნაჩვენებია სურათზე. ტერმინალები იდენტურია MOSFET– ის ტერმინალებთან. ცენტრალურ ნაწილს ეწოდება სუბსტრატი ან სხეული და ის მხოლოდ n ტიპის ან p ტიპის ნახევარგამტარია, რაც დამოკიდებულია FET– ის ტიპზე. შემდეგ რეგიონები იზრდება სუბსტრატზე, რომელსაც აქვს საპირისპირო ტიპი, ვიდრე სუბსტრატს, სახელდება კარიბჭე, სანიაღვრე და წყარო. რა ძაბვასაც იყენებთ, თქვენ მიმართავთ ამ რეგიონებს.

დღეს, პრაქტიკული თვალსაზრისით, მას ძალიან მცირე მნიშვნელობა აქვს. მე არ წავალ ამის ახსნაზე, რადგან ის გახდება ძალიან ტექნიკური და ყოველ შემთხვევაში არ არის საჭირო.

JFET- ის სიმბოლო დაგვეხმარება გავიგოთ MOSFET- ის სიმბოლო.

ნაბიჯი 3: MOSFET

ამის შემდეგ მოდის MOSFET, რომელსაც აქვს დიდი განსხვავება კარიბჭის ტერმინალში. კარიბჭის ტერმინალის კონტაქტების დაწყებამდე, სილიციუმის დიოქსიდის ფენა იზრდება სუბსტრატის ზემოთ. ეს არის მიზეზი, რის გამოც მას დაერქვა მეტალური ოქსიდის ნახევარგამტარული ველის ეფექტის ტრანზისტორი. SiO2 არის ძალიან კარგი დიელექტრიკული, ან შეიძლება ითქვას იზოლატორი. ეს ზრდის კარიბჭის წინააღმდეგობას ათი მასშტაბით სიმძლავრის ათ ოჰამდე და ჩვენ ვივარაუდოთ, რომ MOSFET კარიბჭეში დენის Ig ყოველთვის ნულოვანია. ეს არის მიზეზი, რის გამოც მას ასევე უწოდებენ იზოლირებული კარიბჭის ეფექტის ტრანზისტორი (IGFET). ალუმინის მსგავსი კარგი გამტარის ფენა დამატებით იზრდება სამივე რეგიონის ზემოთ და შემდეგ ხდება კონტაქტები. კარიბჭის რეგიონში, თქვენ ხედავთ, რომ ჩამოყალიბებულია პარალელური ფირფიტის კონდენსატორის მსგავსი სტრუქტურა და ის რეალურად შემოაქვს კარიბჭის ტერმინალის მნიშვნელოვან ტევადობას. ამ ტევადობას ეწოდება კარიბჭის ტევადობა და შეიძლება ადვილად გაანადგუროს თქვენი წრე, თუ არ გაითვალისწინებთ. ეს ასევე ძალიან მნიშვნელოვანია პროფესიულ დონეზე სწავლისას.

MOSFET– ის სიმბოლო ჩანს თანდართულ სურათზე. კარიბჭეზე სხვა ხაზის განთავსება აზრი აქვს მათ JFET– თან დაკავშირებისას, რაც მიუთითებს, რომ კარიბჭე იზოლირებულია. ამ სიმბოლოში ისრის მიმართულება ასახავს ელექტრონული ნაკადის ჩვეულებრივი მიმართულებას MOSFET- ის შიგნით, რომელიც საპირისპიროა მიმდინარე დინებისგან

ნაბიჯი 4: MOSFET არის 4 ტერმინალური მოწყობილობა?

კიდევ ერთი რამ, რისი დამატებაც მსურს, არის ის, რომ უმეტესობა ფიქრობს, რომ MOSFET არის სამი ტერმინალური მოწყობილობა, ხოლო სინამდვილეში MOSFET არის ოთხი ტერმინალური მოწყობილობა. მეოთხე ტერმინალი არის სხეულის ტერმინალი. თქვენ ალბათ გინახავთ MOSFET– ისთვის მიმაგრებული სიმბოლო, ცენტრალური ტერმინალი სხეულისთვის.

მაგრამ რატომ თითქმის ყველა MOSFET– ს აქვს მხოლოდ სამი ტერმინალი?

სხეულის ტერმინალი იძულებით არის შემოკლებული წყაროსთან, რადგან ეს აზრი არ აქვს ამ მარტივი IC- ების გამოყენებას და ამის შემდეგ სიმბოლო ხდება ჩვენთვის ნაცნობი.

სხეულის ტერმინალი ჩვეულებრივ გამოიყენება, როდესაც CMOS ტექნოლოგიის რთული IC დამზადებულია. გაითვალისწინეთ, რომ ეს ასეა n არხის MOSFET– ისთვის, სურათი ოდნავ განსხვავებული იქნება, თუ MOSFET არის p არხი.

ნაბიჯი 5: როგორ მუშაობს

კარგი, ახლა ვნახოთ როგორ მუშაობს.

ბიპოლარული კავშირის ტრანზისტორი ან BJT არის მიმდინარე კონტროლირებადი მოწყობილობა, რაც იმას ნიშნავს, რომ მის ძირითად ტერმინალში მიმდინარე ნაკადის ოდენობა განსაზღვრავს მიმდინარეობას, რომელიც გადის ტრანზისტორში, მაგრამ ჩვენ ვიცით, რომ MOSFET- ის კარიბჭის ტერმინალში და ერთობლივად არ არის დენის როლი. ჩვენ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ეს არის ძაბვის კონტროლირებადი მოწყობილობა არა იმიტომ, რომ კარიბჭის დენი ყოველთვის ნულია, არამედ მისი სტრუქტურის გამო, რომელსაც მე არ ავხსნი ამ ინსტრუქციებში მისი სირთულის გამო.

განვიხილოთ n არხი MOSFET. როდესაც ძაბვა არ გამოიყენება კარიბჭის ტერმინალში, არსებობს ორი უკანა დიოდი სუბსტრატს შორის და სანიაღვრე და წყაროს რეგიონს შორის, რის გამოც დრენაჟსა და წყაროს შორის ბილიკს აქვს წინააღმდეგობა 10 -ის ხარისხზე 12 ოჰმ სიმძლავრეზე.

ახლა დავამყარე წყარო და დავიწყე კარიბჭის ძაბვის გაზრდა. როდესაც მიიღწევა გარკვეული მინიმალური ძაბვა, წინააღმდეგობა ეცემა და MOSFET იწყებს გამტარობას და დენი იწყებს გადინებას წყლიდან წყაროში. ამ მინიმალურ ძაბვას ეწოდება MOSFET- ის ბარიერი ძაბვა და მიმდინარე ნაკადი განპირობებულია MOSFET- ის სუბსტრატში არხიდან გადინებიდან წყაროს წარმოქმნით. როგორც სახელი გვთავაზობს, n არხის MOSFET– ში არხი შედგება n ტიპის დენის მატარებლებისგან, ანუ ელექტრონებისგან, რაც საპირისპიროა სუბსტრატის ტიპისაგან.

ნაბიჯი 6: მაგრამ…

ეს მხოლოდ აქ დაიწყო. ბარიერის ძაბვის გამოყენება არ ნიშნავს რომ თქვენ მზად ხართ გამოიყენოთ MOSFET. თუ გადახედავთ IRFZ44N– ის, n არხის MOSFET– ის მონაცემების ფურცელს, დაინახავთ, რომ მისი ზღურბლის ძაბვისას მასში მხოლოდ გარკვეული მინიმალური დენი შეიძლება შემოედინება. ეს კარგია, თუ თქვენ უბრალოდ გსურთ გამოიყენოთ უფრო მცირე დატვირთვები, როგორიცაა LED- ები, მაგრამ რა აზრი აქვს მაშინ. ასე რომ, უფრო დიდი ტვირთის გამოსაყენებლად, რომელიც უფრო მეტ დენს გამოიტანს, მოგიწევთ მეტი ძაბვის გამოყენება კარიბჭეზე. კარიბჭის მზარდი ძაბვა აძლიერებს არხს, რის გამოც მასში მეტი დენი გადის. MOSFET– ის სრულად ჩართვის მიზნით, ძაბვა Vgs, რომელიც არის ძაბვა კარიბჭესა და წყაროს შორის, უნდა იყოს სადღაც 10 – დან 12 ვოლტამდე, რაც იმას ნიშნავს, რომ თუ წყარო დამიწებულია, კარიბჭე უნდა იყოს 12 ვოლტზე.

MOSFET, რომელიც ჩვენ განვიხილეთ, ეწოდება გაფართოების ტიპის MOSFET, იმ მიზეზით, რომ არხი ძლიერდება კარიბჭის ძაბვის გაზრდით. არსებობს სხვა ტიპის MOSFET, რომელსაც ეწოდება ამოწურვის ტიპი MOSFET. მთავარი განსხვავება იმაში მდგომარეობს იმაში, რომ არხი უკვე არსებობს ამოწურვის ტიპის MOSFET– ში. ამ ტიპის MOSFET– ები ჩვეულებრივ არ არის ხელმისაწვდომი ბაზრებზე. ამოწურვის ტიპის MOSFET- ის სიმბოლო განსხვავებულია, მყარი ხაზი მიუთითებს, რომ არხი უკვე არსებობს.

ნაბიჯი 7: რატომ MOSFET დრაივერები?

ახლა ვთქვათ, რომ თქვენ იყენებთ მიკროკონტროლერს MOSFET– ის გასაკონტროლებლად, შემდეგ შეგიძლიათ გამოიყენოთ მხოლოდ 5 ვოლტი ან ნაკლები კარიბჭეზე, რაც არ იქნება საკმარისი მაღალი მიმდინარე დატვირთვისთვის.

რისი გაკეთებაც შეგიძლიათ გამოიყენოთ MOSFET დრაივერი, როგორიცაა TC4420, თქვენ უბრალოდ უნდა მიაწოდოთ ლოგიკური სიგნალი მის შესასვლელ ქინძისთავებში და ის იზრუნებს დანარჩენზე ან თქვენ თვითონ შეძლებთ მძღოლის შექმნას, მაგრამ MOSFET დრაივერს გაცილებით მეტი უპირატესობა აქვს ის ფაქტი, რომ ის ასევე ზრუნავს რამდენიმე სხვა საკითხზე, როგორიცაა კარიბჭის ტევადობა და ა.

როდესაც MOSFET მთლიანად ჩართულია, მისი წინააღმდეგობა აღინიშნება Rdson– ით და ადვილად მოიძებნება მონაცემთა ცხრილში.

ნაბიჯი 8: P არხის MOSFET

P არხი MOSFET არის n არხის MOSFET– ის საპირისპირო. დენი მიედინება წყაროდან გადინებამდე და არხი შედგება p ტიპის მუხტის მატარებლებისგან, ანუ ხვრელებისგან.

წყარო pOS არხზე MOSFET უნდა იყოს მაქსიმალურ პოტენციალზე და Vgs– ის მთლიანად ჩართვისთვის უნდა იყოს უარყოფითი 10 – დან 12 ვოლტამდე

მაგალითად, თუ წყარო უკავშირდება 12 ვოლტს, კარიბჭეს ნულოვან ვოლტზე უნდა შეეძლოს მისი მთლიანად ჩართვა და ამიტომაც ჩვენ ზოგადად ვამბობთ 0 ვოლტის გამოყენებას კარიბჭეზე ჩართეთ ap არხი MOSFET ON და ამ მოთხოვნების გამო MOSFET დრაივერი n არხი არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას პირდაპირ p არხის MOSFET– ით. P არხის MOSFET დრაივერები ხელმისაწვდომია ბაზარზე (ისევე როგორც TC4429) ან შეგიძლიათ უბრალოდ გამოიყენოთ ინვერტორი n არხის MOSFET დრაივერთან ერთად. P არხის MOSFET– ებს აქვთ შედარებით მაღალი წინააღმდეგობა, ვიდრე n არხის MOSFET– ები, მაგრამ ეს არ ნიშნავს იმას, რომ თქვენ ყოველთვის შეგიძლიათ გამოიყენოთ n არხი MOSFET ნებისმიერი შესაძლო პროგრამისთვის.

ნაბიჯი 9: მაგრამ რატომ?

ვთქვათ, თქვენ უნდა გამოიყენოთ MOSFET პირველ კონფიგურაციაში. ამ ტიპის გადართვას ეწოდება დაბალი მხარის გადართვა, რადგან თქვენ იყენებთ MOSFET– ს მოწყობილობის დასაკავშირებლად მიწასთან. N არხი MOSFET საუკეთესოდ შეეფერება ამ სამუშაოს, რადგან Vgs არ იცვლება და მისი ადვილად შენარჩუნება შესაძლებელია 12 ვოლტზე.

მაგრამ თუ გსურთ გამოიყენოთ n არხი MOSFET მაღალი გვერდითი გადართვისთვის, წყარო შეიძლება იყოს სადმე მიწასა და Vcc- ს შორის, რაც საბოლოოდ იმოქმედებს ძაბვაზე Vgs რადგან კარიბჭის ძაბვა მუდმივია. ეს დიდ გავლენას მოახდენს MOSFET– ის გამართულ ფუნქციონირებაზე. ასევე MOSFET იწვის, თუ Vgs აღემატება აღნიშნულ მაქსიმალურ მნიშვნელობას, რომელიც საშუალოდ 20 ვოლტს შეადგენს.

აქედან გამომდინარე, ეს არ არის ტორტის გასეირნება n არხის MOSFET– ების აქ გამოყენებისთვის, რასაც ჩვენ ვაკეთებთ, ჩვენ ვიყენებთ p არხს MOSFET– ს მიუხედავად იმისა, რომ მას აქვს მეტი ON წინააღმდეგობა, რადგან მას აქვს უპირატესობა, რომ Vgs იქნება მუდმივი მთელი მაღალი გადართვის დროს. ასევე არსებობს სხვა მეთოდები, როგორიცაა ჩატვირთვისას, მაგრამ მე მათ ახლა არ გავაშუქებ.

ნაბიჯი 10: Id-Vds მრუდი

დაბოლოს, მოდით სწრაფად შევხედოთ ამ Id-Vds მრუდს. MOSFET მოქმედებდა სამ რეგიონში, როდესაც Vgs არის ზღურბლზე ძაბვაზე ნაკლები, MOSFET მოწყვეტილ რეგიონშია, ანუ გამორთულია. თუ Vgs უფრო დიდია, ვიდრე ბარიერი ძაბვა, მაგრამ ნაკლებია ძაბვის ვარდნის ჯამი დრენაჟსა და წყაროს შორის და ზღურბლის ძაბვას შორის, იგი ითქმის ტრიოდის რეგიონში ან ხაზოვან რეგიონში. ლაინერის რეგიონში, MOSFET შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ძაბვის ცვლადი რეზისტორი. თუ Vgs აღემატება აღნიშნულ ძაბვის ჯამს, მაშინ სანიაღვრე დენი ხდება მუდმივი, ნათქვამია, რომ ის მუშაობს გაჯერების რეგიონში და რომ MOSFET იმოქმედოს როგორც გადამრთველი, ის უნდა მუშაობდეს ამ რეგიონში, რადგან მაქსიმალურ დენს შეუძლია გაიაროს MOSFET ამ რეგიონში.

ნაბიჯი 11: ნაწილების შემოთავაზებები

n არხი MOSFET: IRFZ44N

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

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

n არხის MOSFET დრაივერი: TC4420US -

p არხის MOSFET დრაივერი: TC4429

ნაბიჯი 12: ეს არის ის

თქვენ ახლა უნდა იცოდეთ MOSFET– ის საფუძვლები და შეძლოთ გადაწყვიტოთ სრულყოფილი MOSFET თქვენი პროექტისათვის.

მაგრამ კითხვა ჯერ კიდევ რჩება, როდის უნდა გამოვიყენოთ MOSFETs? მარტივი პასუხი არის, როდესაც თქვენ უნდა გადახვიდეთ უფრო დიდი დატვირთვით, რომელიც მოითხოვს მეტ ძაბვას და დენს. MOSFET– ებს აქვთ უპირატესობა მინიმალური ენერგიის დაკარგვის BJT– ებთან შედარებით უფრო მაღალ დენებზეც კი.

თუ რამე გამომრჩა, ან ვცდები, ან რაიმე რჩევა გაქვთ, გთხოვთ კომენტარი გააკეთოთ ქვემოთ.

განიხილეთ ჩვენი Instructables და YouTube არხის გამოწერა. გმადლობთ რომ კითხულობთ, გნახავთ შემდეგ ინსტრუქციებში.

ნაბიჯი 13: გამოყენებული ნაწილები

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

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

n არხის MOSFET დრაივერი: TC4420US -

p არხის MOSFET დრაივერი: TC4429