اصول ماسفت: 13 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

سلام! در این دستورالعمل ، من اصول اولیه MOSFET ها را به شما آموزش می دهم ، و منظورم از اصول اولیه ، واقعاً اصول اولیه است. این ویدیو برای افرادی ایده آل است که هرگز MOSFET را به طور حرفه ای مطالعه نکرده اند ، اما می خواهند از آنها در پروژه ها استفاده کنند. من در مورد MOSFET های کانال n و p ، نحوه استفاده از آنها ، تفاوت آنها ، اینکه چرا هر دو مهم هستند ، چرا درایورهای MOSFET و مواردی از این قبیل صحبت می کنم. من همچنین در مورد برخی از حقایق کمی شناخته شده در مورد MOSFET ها و موارد دیگر صحبت خواهم کرد.

وارد آن شویم.

مرحله 1: ویدیو را تماشا کنید

ویدئوها همه چیز را با جزئیات مورد نیاز برای ساخت این پروژه پوشش داده اند. این ویدئو دارای انیمیشن هایی است که به درک سریع حقایق کمک می کند. اگر تصویری را ترجیح می دهید می توانید آن را تماشا کنید اما اگر متن را ترجیح می دهید ، مراحل بعدی را طی کنید.

مرحله 2: FET

قبل از راه اندازی MOSFET ، اجازه دهید شما را با نسل قبلی خود ، JFET یا Junction Field Effect Transistor آشنا کنم. درک MOSFET را کمی ساده تر می کند.

سطح مقطع JFET در تصویر نشان داده شده است. پایانه ها مشابه پایانه های MOSFET هستند. قسمت مرکزی ، بستر یا بدنه نامیده می شود و بسته به نوع FET فقط یک نیمه رسانای نوع n یا p است. سپس نواحی بر روی بستر با نوع متضاد با بستر رشد می کنند که دروازه ، زهکشی و منبع نامیده می شوند. هر ولتاژي را كه اعمال كنيد ، به اين مناطق اعمال مي كنيد.

امروزه ، از دیدگاه عملی ، بسیار کم اهمیت است. من بیشتر از این توضیح نمی دهم زیرا بسیار فنی خواهد بود و به هر حال مورد نیاز نیست.

نماد JFET به ما در درک نماد MOSFET کمک می کند.

مرحله 3: MOSFET

پس از این MOSFET می آید که تفاوت عمده ای در ترمینال گیت دارد. قبل از ایجاد تماس با ترمینال دروازه ، لایه ای از دی اکسید سیلیکون در بالای لایه ایجاد می شود. به همین دلیل نام آن را ترانزیستور اثر فلزی نیمه هادی متالیک اکسید گذاشته اند. SiO2 یک دی الکتریک بسیار خوب است یا می توان گفت عایق. این باعث افزایش مقاومت گیت در مقیاس ده تا توان ده اهم می شود و ما فرض می کنیم که در یک دروازه MOSFET جریان Ig همیشه صفر است. به همین دلیل است که آن را ترانزیستور اثر عایق میدان دروازه (IGFET) نیز می نامند. یک لایه از یک رسانای خوب مانند آلومینیوم علاوه بر هر سه منطقه رشد می کند و سپس تماس هایی برقرار می شود. در ناحیه دروازه ، می بینید که یک خازن صفحه موازی مانند ساختار تشکیل شده است و در واقع ظرفیت قابل توجهی را به پایانه دروازه وارد می کند. این خازن گیت گیت نامیده می شود و اگر به آن توجه نشود می تواند به راحتی مدار شما را خراب کند. اینها هنگام تحصیل در سطح حرفه ای نیز بسیار مهم هستند.

نماد MOSFET ها در تصویر پیوست قابل مشاهده است. قرار دادن یک خط دیگر بر روی دروازه در حالی که آنها را به JFET ها مرتبط می کنید منطقی است ، که نشان می دهد دروازه عایق شده است. جهت پیکان در این نماد جهت معمول جریان الکترون را در داخل MOSFET نشان می دهد که برخلاف جهت جریان است

مرحله 4: MOSFET یک دستگاه پایانه 4 هستند؟

یک نکته دیگر که می خواهم اضافه کنم این است که اکثر مردم فکر می کنند MOSFET یک دستگاه سه پایانه است ، در حالی که در واقع MOSFET ها یک دستگاه چهار پایانه هستند. پایانه چهارم پایانه بدنه است. ممکن است نماد متصل شده به MOSFET را دیده باشید ، ترمینال مرکزی برای بدنه است.

اما چرا تقریباً در همه MOSFET ها فقط سه ترمینال از آن خارج می شود؟

ترمینال بدن بصورت داخلی به منبع متصل می شود زیرا در کاربردهای این IC های ساده فایده ای ندارد و پس از آن نماد نمادی می شود که ما با آن آشنا هستیم.

ترمینال بدنه عموماً هنگامی که IC فناوری پیچیده CMOS ساخته می شود مورد استفاده قرار می گیرد. به خاطر داشته باشید که این مورد در مورد n کانال MOSFET صادق است ، اگر MOSFET p باشد ، تصویر کمی متفاوت خواهد بود.

مرحله 5: چگونه کار می کند

خوب ، حالا بیایید ببینیم چگونه کار می کند.

ترانزیستور اتصال دوقطبی یا BJT یک دستگاه کنترل شده با جریان است ، بدین معنا که مقدار جریان جریان در ترمینال پایه آن ، جریانی را که از طریق ترانزیستور عبور می کند تعیین می کند ، اما ما می دانیم که هیچ نقشی از جریان در ترمینال دروازه MOSFET ها و در مجموع وجود ندارد. می توان گفت که این یک دستگاه کنترل ولتاژ است نه به این دلیل که جریان دروازه همیشه صفر است بلکه به دلیل ساختار آن است که به دلیل پیچیدگی آن در این دستورالعمل توضیح نمی دهم.

بیایید یک MOSFET کانال را در نظر بگیریم. هنگامی که ولتاژ در ترمینال دروازه اعمال نمی شود ، دو دیود پشت به پشت بین زیرلایه و ناحیه تخلیه و منبع وجود دارد که باعث می شود مسیر بین تخلیه و منبع دارای قدرتی برابر 10 به توان 12 اهم باشد.

منبع را وصل کردم و شروع به افزایش ولتاژ گیت کردم. هنگامی که حداقل ولتاژ مشخصی حاصل شود ، مقاومت کاهش می یابد و MOSFET شروع به هدایت می کند و جریان از تخلیه به منبع شروع می شود. این حداقل ولتاژ را ولتاژ آستانه یک MOSFET می نامند و جریان جاری به دلیل تشکیل یک کانال از تخلیه به منبع در بستر MOSFET است. همانطور که از نامش پیداست ، در یک کانال ماسفت ، کانال از n نوع حامل جریان یعنی الکترون تشکیل شده است که برخلاف نوع بستر است.

مرحله ششم: اما…

تازه اینجا شروع شده. اعمال ولتاژ آستانه به این معنی نیست که شما فقط آماده استفاده از MOSFET هستید. اگر به برگه اطلاعات IRFZ44N ، یک ماسفت n کانال نگاه کنید ، خواهید دید که در ولتاژ آستانه آن ، تنها حداقل جریان معینی می تواند از طریق آن عبور کند. این خوب است اگر شما فقط می خواهید از بارهای کوچکتر مانند LED ها استفاده کنید ، اما ، پس نکته چیست. بنابراین برای استفاده از بارهای بزرگتر که جریان بیشتری را می کشند ، باید ولتاژ بیشتری به دروازه وارد کنید. افزایش ولتاژ دروازه باعث افزایش کانال شده و جریان بیشتری را از طریق آن عبور می دهد. برای روشن کردن کامل MOSFET ، ولتاژ Vgs ، که ولتاژ بین دروازه و منبع است ، باید چیزی در حدود 10 تا 12 ولت باشد ، این بدان معناست که اگر منبع زمین شده باشد ، دروازه باید 12 ولت یا بیشتر باشد.

MOSFET که ما در مورد آن بحث کردیم MOSFET های نوع تقویت نامیده می شوند ، زیرا این کانال با افزایش ولتاژ دروازه تقویت می شود. نوع دیگری از MOSFET وجود دارد که به آن MOSFET نوع تخلیه می گویند. تفاوت عمده در این واقعیت است که کانال قبلاً در نوع کاهش MOSFET وجود دارد. این نوع ماسفت ها معمولاً در بازارها موجود نیستند. نماد نوع کاهش MOSFET متفاوت است ، خط جامد نشان می دهد که کانال قبلاً وجود دارد.

مرحله 7: چرا درایورهای MOSFET؟

حالا فرض کنید از یک میکروکنترلر برای کنترل MOSFET استفاده می کنید ، سپس فقط می توانید حداکثر 5 ولت یا کمتر به دروازه اعمال کنید ، که برای بارهای جریان زیاد کافی نخواهد بود.

کاری که می توانید انجام دهید این است که از درایور MOSFET مانند TC4420 استفاده کنید ، فقط باید یک سیگنال منطقی در پین های ورودی آن ارائه دهید و بقیه کارها را انجام می دهد یا خودتان می توانید راننده بسازید ، اما یک راننده MOSFET مزایای بسیار بیشتری در این واقعیت که از چندین چیز دیگر مانند خازن دروازه و غیره نیز مراقبت می کند.

هنگامی که MOSFET به طور کامل روشن می شود ، مقاومت آن با Rdson نشان داده می شود و به راحتی در برگه داده یافت می شود.

مرحله 8: POS MOSFET

MOSFET یک کانال p درست برعکس MOSFET کانال n است. جریان از منبع به تخلیه جریان می یابد و کانال از نوع p حامل بار ، یعنی حفره ها تشکیل شده است.

منبع در یک کانال p MOSFET باید در بالاترین پتانسیل باشد و برای روشن شدن کامل آن Vgs باید منفی 10 تا 12 ولت باشد

به عنوان مثال ، اگر منبع به 12 ولت وصل باشد ، دروازه در صفر ولت باید بتواند آن را به طور کامل روشن کند و به همین دلیل است که ما عموماً می گوییم که 0 ولت را برای درگاه روشن شدن کانال دروازه MOSFET روشن کنید و به دلیل این الزامات ، راننده MOSFET برای از n کانال نمی توان مستقیماً با کانال p MOSFET استفاده کرد. درایورهای MOSFET کانال p در بازار موجود است (مانند TC4429) یا می توانید به سادگی از اینورتر با درایور MOSFET کانال n استفاده کنید. MOSFET های کانال p مقاومت نسبتاً بالاتری نسبت به MOSFET های n کانال دارند اما این بدان معنا نیست که شما همیشه می توانید از MOSFET کانال n برای برنامه های کاربردی احتمالی استفاده کنید.

مرحله نهم: اما چرا؟

فرض کنید در اولین پیکربندی باید از MOSFET استفاده کنید. به این نوع سوئیچینگ سوئیچ سمت پایین گفته می شود زیرا شما از MOSFET برای اتصال دستگاه به زمین استفاده می کنید. MOSFET کانال n برای این کار مناسب است زیرا Vgs متفاوت نیست و می تواند به راحتی در 12 ولت نگهداری شود.

اما اگر می خواهید از NOS MOSFET برای سوئیچینگ سمت بالا استفاده کنید ، منبع می تواند در هر جایی بین زمین و Vcc باشد ، که در نهایت ولتاژ Vgs را تحت تأثیر قرار می دهد زیرا ولتاژ دروازه ثابت است. این تأثیر بسزایی در عملکرد مناسب MOSFET خواهد داشت. همچنین اگر Vgs بیش از حداکثر مقدار ذکر شده باشد که به طور متوسط حدود 20 ولت است ، MOSFET می سوزد.

بنابراین ، استفاده از MOSFET های n کانال در اینجا یک راه حل ساده نیست ، اما ما با استفاده از یک مقاومت p روشن MOSFET از یک کانال p استفاده می کنیم ، زیرا این مزیت را دارد که Vgs در طول تعویض طرف بالا ثابت خواهد بود. روشهای دیگری مانند راه اندازی بوت نیز وجود دارد ، اما فعلاً به آنها نمی پردازم.

مرحله 10: منحنی Id-Vds

در نهایت ، بیایید نگاهی سریع به این منحنی Id-Vds بیندازیم. MOSFET در سه منطقه عمل می کند ، زمانی که Vgs کمتر از ولتاژ آستانه باشد ، MOSFET در منطقه قطع شده است ، یعنی خاموش است. اگر Vgs بیشتر از ولتاژ آستانه اما کمتر از مجموع افت ولتاژ بین تخلیه و منبع و ولتاژ آستانه باشد ، گفته می شود که در ناحیه تریود یا ناحیه خطی است. در منطقه آستر ، MOSFET می تواند به عنوان مقاومت متغیر ولتاژ استفاده شود. اگر Vgs بیشتر از مجموع ولتاژ گفته شده باشد ، جریان تخلیه ثابت می شود گفته می شود که در منطقه اشباع کار می کند و برای اینکه MOSFET به عنوان یک سوئیچ عمل کند باید در این منطقه کار کند زیرا حداکثر جریان می تواند از MOSFET عبور کند. در این منطقه

مرحله 11: پیشنهادات بخش ها

n کانال ماسفت: IRFZ44N

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

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

n درایور MOSFET کانال: TC4420US -

p درایور کانال MOSFET: TC4429

مرحله 12: همین

اکنون باید با اصول اولیه MOSFET آشنا باشید و بتوانید MOSFET مناسب برای پروژه خود را تعیین کنید.

اما هنوز یک سوال باقی می ماند ، چه زمانی باید از MOSFET استفاده کنیم؟ پاسخ ساده این است که شما باید بارهای بزرگتری را که نیاز به ولتاژ و جریان بیشتری دارند تغییر دهید. MOSFET ها حتی در جریانهای بالاتر در مقایسه با BJT از حداقل افت توان برخوردارند.

اگر چیزی را از دست دادم ، یا اشتباه می کنم ، یا نکته ای دارید ، لطفاً در زیر نظر دهید.

مشترک شدن در دستورالعمل ها و کانال YouTube ما را در نظر بگیرید. با تشکر از شما برای خواندن ، شما را در دستورالعمل بعدی می بینیم.

مرحله 13: قطعات مورد استفاده

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

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

n درایور MOSFET Channel: TC4420US -

p درایور کانال MOSFET: TC4429