MOSFET Temelleri: 13 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Merhaba!Bu Eğitilebilir Kitapta, size MOSFET'lerin temellerini öğreteceğim ve temel olarak, gerçekten temelleri kastediyorum. Bu video, MOSFET'i profesyonel olarak hiç çalışmamış, ancak bunları projelerde kullanmak isteyenler için idealdir. n ve p kanallı MOSFET'lerden, bunların nasıl kullanılacağından, nasıl farklı olduklarından, her ikisinin de neden önemli olduğundan, neden MOSFET sürücüleri ve bunun gibi şeylerden bahsedeceğim. Ayrıca MOSFET'ler hakkında az bilinen bazı gerçeklerden ve çok daha fazlasından bahsedeceğim.

Hadi buna girelim.

Adım 1: Videoyu İzleyin

Videolar, bu projeyi oluşturmak için gereken her şeyi ayrıntılı olarak ele alıyor. Video, gerçekleri hızlı bir şekilde kavramaya yardımcı olacak bazı animasyonlara sahiptir. Görsel tercih ederseniz izleyebilirsiniz, yazı tercih ederseniz sonraki adımlara geçiniz.

Adım 2: FET

MOSFET'lere başlamadan önce, sizi öncülü JFET veya Junction Field Effect Transistor ile tanıştırayım. MOSFET'i anlamayı biraz daha kolaylaştıracak.

Bir JFET'in kesiti resimde gösterilmiştir. Terminaller MOSFET terminalleriyle aynıdır. Orta kısım alt tabaka veya gövde olarak adlandırılır ve FET'in tipine bağlı olarak sadece n tipi veya p tipi yarı iletkendir. Daha sonra, substratınkinden zıt tipte olan substrat üzerinde büyütülen bölgeler geçit, drenaj ve kaynak olarak adlandırılır. Hangi voltajı uygularsanız uygulayın bu bölgelere uygularsınız.

Bugün, pratik açıdan, çok az önemi var ya da hiç önemi yok. Çok teknik olacağı ve zaten gerekli olmadığı için bunun ötesinde daha fazla açıklama yapmayacağım.

JFET sembolü, MOSFET sembolünü anlamamıza yardımcı olacaktır.

Adım 3: MOSFET

Bundan sonra kapı terminalinde büyük bir farka sahip olan MOSFET geliyor. Kapı terminali için kontaklar yapılmadan önce, substratın üzerinde bir Silikon Dioksit tabakası büyütülür. Metalik Oksit Yarı İletken Alan etkili Transistör olarak adlandırılmasının nedeni budur. SiO2 çok iyi bir dielektriktir ya da yalıtkan diyebilirsiniz. Bu, geçit direncini on ila on ohm'luk güç ölçeğinde arttırır ve bir MOSFET geçit akımında Ig'nin her zaman sıfır olduğunu varsayıyoruz. Yalıtımlı Kapı Alan Etkili Transistör (IGFET) olarak da adlandırılmasının nedeni budur. Alüminyum gibi iyi bir iletken tabakası, üç bölgenin de üzerine ek olarak büyütülür ve ardından kontaklar yapılır. Kapı bölgesinde, paralel plakalı kapasitör benzeri bir yapının oluştuğunu ve aslında kapı terminaline önemli bir kapasitans getirdiğini görebilirsiniz. Bu kapasitansa kapı kapasitansı denir ve dikkate alınmadığı takdirde devrenizi kolayca bozabilir. Bunlar, profesyonel düzeyde okurken de çok önemlidir.

MOSFET'lerin sembolü ekteki resimde görülebilir. Geçide başka bir hat yerleştirmek, onları JFET'lerle ilişkilendirirken, kapının yalıtıldığını gösterir. Bu semboldeki ok yönü, mevcut akışın tersi olan bir MOSFET içindeki elektron akışının geleneksel yönünü gösterir.

Adım 4: MOSFET 4 Terminalli Bir Cihaz mı?

Eklemek istediğim bir şey daha var, çoğu insan MOSFET'in üç terminalli bir cihaz olduğunu düşünürken, aslında MOSFET'ler dört terminalli bir cihazdır. Dördüncü terminal gövde terminalidir. MOSFET için eklenmiş sembolü görmüş olabilirsiniz, merkez terminal gövde içindir.

Ama neden neredeyse tüm MOSFET'lerin içinden sadece üç terminal çıkıyor?

Gövde terminali, bu basit IC'lerin uygulamalarında hiçbir faydası olmadığı için dahili olarak kaynağa kısa devredir ve bundan sonra sembol, aşina olduğumuz sembol haline gelir.

Gövde terminali genellikle karmaşık bir CMOS teknolojisi IC üretildiğinde kullanılır. Unutmayın ki n kanallı MOSFET için durum böyledir, MOSFET p kanal ise resim biraz farklı olacaktır.

Adım 5: Nasıl Çalışır

Tamam, şimdi nasıl çalıştığını görelim.

Bipolar Kavşak Transistörü veya BJT, akım kontrollü bir cihazdır, bu, temel terminalindeki akım akış miktarının, transistörden geçecek akımı belirlediği anlamına gelir, ancak MOSFET'lerin kapı terminalinde ve toplu olarak akımın bir rolü olmadığını biliyoruz. bunun voltaj kontrollü bir cihaz olduğunu söyleyebiliriz çünkü kapı akımı her zaman sıfırdır, ancak karmaşıklığı nedeniyle bu Talimatta açıklamayacağım yapısı nedeniyle.

Bir n Kanal MOSFET düşünelim. Kapı terminaline voltaj uygulanmadığında, alt tabaka ile drenaj ve kaynak bölgesi arasında iki adet arka arkaya diyot bulunur ve drenaj ile kaynak arasındaki yolun 10 üzeri güç 12 ohm'luk bir dirence sahip olmasına neden olur.

Şimdi kaynağı toprakladım ve geçit voltajını artırmaya başladım. Belirli bir minimum voltaja ulaşıldığında direnç düşer ve MOSFET iletime başlar ve akım drenajdan kaynağa akmaya başlar. Bu minimum voltaj, bir MOSFET'in eşik voltajı olarak adlandırılır ve akım akışı, MOSFET'in alt tabakasında drenajdan kaynağa bir kanal oluşumundan kaynaklanır. Adından da anlaşılacağı gibi, bir n Kanallı MOSFET'te kanal, n tipi akım taşıyıcılarından, yani substrat tipinin tersi olan elektronlardan oluşur.

Adım 6: Ama…

Sadece burada başladı. Eşik voltajının uygulanması, MOSFET'i kullanmaya hazır olduğunuz anlamına gelmez. Bir n kanallı MOSFET olan IRFZ44N'nin veri sayfasına bakarsanız, eşik voltajında, içinden yalnızca belirli bir minimum akımın geçebileceğini göreceksiniz. Yalnızca LED'ler gibi daha küçük yükler kullanmak istiyorsanız bu iyidir, ancak o zaman ne anlamı var. Bu nedenle, daha fazla akım çeken daha büyük yükler kullanmak için kapıya daha fazla voltaj uygulamanız gerekecektir. Artan geçit voltajı, kanalı geliştirir ve içinden daha fazla akım geçmesine neden olur. MOSFET'i tamamen açmak için, kapı ile kaynak arasındaki voltaj olan Vgs voltajı, yaklaşık 10 ila 12 Volt arasında olmalıdır, yani kaynak topraklanmışsa, kapı yaklaşık 12 Volt'ta olmalıdır.

Az önce tartıştığımız MOSFET'e, kanalın artan geçit voltajı ile güçlendirilmesi nedeniyle geliştirme tipi MOSFET'ler denir. Tükenme türü MOSFET adı verilen başka bir MOSFET türü daha vardır. En büyük fark, kanalın MOSFET tükenme tipinde zaten mevcut olmasıdır. Bu tip MOSFET'ler genellikle marketlerde bulunmaz. Tükenme tipi MOSFET sembolü farklıdır, düz çizgi kanalın zaten mevcut olduğunu gösterir.

Adım 7: Neden MOSFET Sürücüleri?

Şimdi diyelim ki MOSFET'i kontrol etmek için bir mikrodenetleyici kullanıyorsunuz, o zaman kapıya sadece maksimum 5 Volt veya daha az uygulayabilirsiniz, bu da yüksek akım yükleri için yeterli olmayacaktır.

Yapabileceğiniz şey, TC4420 gibi bir MOSFET sürücüsü kullanmaktır, sadece giriş pinlerinde bir mantık sinyali sağlamanız yeterlidir ve gerisini o halleder veya kendiniz bir sürücü oluşturabilirsiniz, ancak bir MOSFET sürücüsünün çok daha fazla avantajı vardır. kapı kapasitansı vb. gibi başka şeylerle de ilgilenmesi gerçeği.

MOSFET tamamen açıldığında direnci Rdson ile gösterilir ve veri sayfasında kolayca bulunabilir.

Adım 8: P Kanalı MOSFET

Ap kanal MOSFET, n kanal MOSFET'in tam tersidir. Akım kaynaktan drenaja akar ve kanal p tipi yük taşıyıcılardan, yani deliklerden oluşur.

Bir p kanalındaki MOSFET'teki kaynak en yüksek potansiyelde olmalı ve onu tamamen açmak için Vgs eksi 10 ila 12 Volt olmalıdır

Örneğin, eğer kaynak 12 Volt'a bağlıysa, sıfır volttaki kapı tamamen açabilmelidir ve bu yüzden genellikle MOSFET'i kapıya 0 Volt uygulayarak MOSFET'i açarız ve bu gereksinimlerden dolayı MOSFET sürücüsü için diyoruz. n kanalı, p kanalı MOSFET ile doğrudan kullanılamaz. p kanal MOSFET sürücüleri piyasada mevcuttur (TC4429 gibi) veya n kanal MOSFET sürücüsü ile basitçe bir invertör kullanabilirsiniz. p kanallı MOSFET'ler, n kanallı MOSFET'lerden nispeten daha yüksek AÇIK direncine sahiptir, ancak bu, olası herhangi bir uygulama için her zaman bir n kanallı MOSFET kullanabileceğiniz anlamına gelmez.

9. Adım: Ama Neden?

Diyelim ki ilk konfigürasyonda MOSFET kullanmanız gerekiyor. Cihazı toprağa bağlamak için MOSFET kullandığınız için bu tür anahtarlama düşük taraf anahtarlama olarak adlandırılır. Bir n kanallı MOSFET, Vgs değişmediği ve 12 Voltta kolayca korunabileceği için bu iş için en uygun olacaktır.

Ancak, yüksek taraf anahtarlama için bir n kanallı MOSFET kullanmak istiyorsanız, kaynak toprak ile Vcc arasında herhangi bir yerde olabilir, bu da kapı voltajı sabit olduğu için sonunda Vgs voltajını etkileyecektir. Bunun MOSFET'in düzgün çalışması üzerinde büyük bir etkisi olacaktır. Ayrıca Vgs, ortalama olarak 20 Volt civarında olan belirtilen maksimum değerin üzerine çıkarsa MOSFET yanar.

Bu nedenle, burada n kanallı MOSFET'leri kullanmak bir pasta yürüyüşü değildir, yaptığımız şey, yüksek taraf değiştirme sırasında Vgs'nin sabit olması avantajına sahip olduğu için daha büyük bir AÇIK direncine sahip olmamıza rağmen bir p kanalı MOSFET kullanmaktır. Önyükleme gibi başka yöntemler de var, ancak şimdilik bunları ele almayacağım.

Adım 10: Id-Vds Eğrisi

Son olarak, bu Id-Vds eğrisine hızlıca bir göz atalım. Üç bölgede çalışan bir MOSFET, Vgs eşik voltajından düşük olduğunda, MOSFET kesme bölgesindedir, yani kapalıdır. Vgs, eşik geriliminden büyük, ancak drenaj ile kaynak ve eşik gerilimi arasındaki gerilim düşüşünün toplamından küçükse, triyot bölgesinde veya lineer bölgede olduğu söylenir. Liner bölgesinde, voltaj değişken direnci olarak bir MOSFET kullanılabilir. Vgs söz konusu voltaj toplamından büyükse, drenaj akımı sabit hale gelir, doyma bölgesinde çalıştığı söylenir ve MOSFET'in bir anahtar görevi görmesi için bu bölgede çalıştırılması gerekir, çünkü maksimum akım MOSFET'ten geçebilir. bu bölgede.

Adım 11: Parça Önerileri

n Kanal MOSFET: IRFZ44N

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

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

n Kanal MOSFET Sürücüsü: TC4420US -

p Kanal MOSFET Sürücüsü: TC4429

Adım 12: İşte bu

Artık MOSFET'lerin temellerine aşina olmanız ve projeniz için mükemmel MOSFET'e karar verebilmeniz gerekir.

Ancak hala bir soru var, MOSFET'leri ne zaman kullanmalıyız? Basit cevap, daha fazla voltaj ve akım gerektiren daha büyük yükleri değiştirmeniz gerektiğidir. MOSFET'ler, daha yüksek akımlarda bile BJT'lere kıyasla minimum güç kaybı avantajına sahiptir.

Bir şeyi kaçırdıysam veya yanılıyorsam veya herhangi bir ipucunuz varsa, lütfen aşağıya yorum yapın.

Instructables ve YouTube kanalımıza abone olmayı düşünün. Okuduğunuz için teşekkürler, bir sonraki Eğitilebilir Kitapta görüşmek üzere.

Adım 13: Kullanılan Parçalar

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

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

n Kanal MOSFET Sürücüsü: TC4420US -

p Kanal MOSFET Sürücüsü: TC4429