i denne opplæringen vil vi lære om arbeidet med EN MOSFET som En Bryter. I mosfet-opplæringen har vi sett grunnleggende om EN MOSFET, dens typer, struktur og noen få applikasjoner av MOSFET også.En av de viktigste bruksområdene TIL MOSFET Innen Kraftelektronikk er at DEN kan konfigureres som en enkel analog bryter. Ved hjelp av slike analoge brytere kan digitale systemer styre strømmen av signaler i analoge kretser.
før du går inn i detaljene om hvordan EN MOSFET fungerer som en bryter, la meg ta deg gjennom en oppsummering av grunnleggende OM EN MOSFET, dets operasjonsområder, intern struktur etc.
for mer informasjon Om Mosfet, les «Mosfet Tutorial».
Introduksjon TIL MOSFET
EN Mosfet Eller Metalloksid Halvlederfelt Effekt Transistor, i motsetning Til En Bipolar Junction Transistor (BJT) er En Unipolar Enhet i den forstand at den bruker bare de fleste bærere i ledningen.
det er en type felt effekt transistor med en isolert gate fra kanalen (derav, noen ganger kalt Som Isolert Gate FET ELLER IGFET) og spenningen ved portterminalen bestemmer ledningsevnen.Når det Gjelder terminaler, er EN MOSFET vanligvis en 3-terminal enhet, Som Er Gate (G), Kilde (Er) og Avløp (D) (Selv om det er en 4.terminal kalt Substrat eller Kropp, brukes den vanligvis ikke i inngangs-eller utgangstilkobling).
Mosfet-Symbol
MOSFET kan klassifiseres I Forsterkningstype mosfet og Uttømmingstype MOSFET. Hver av disse typene er videre delt inn i n-kanal MOSFET og p-kanal MOSFET.
symbolene for hver Av Disse Typer Mosfet er vist på bildet nedenfor.
hovedforskjellen Mellom Forbedringsmodus MOSFET OG Uttømmingsmodus MOSFET er at i uttømmingsmodus er kanalen allerede dannet, dvs. den fungerer Som En Normalt Lukket (NC) bryter, og i tilfelle forbedringsmodus blir kanalen ikke dannet i utgangspunktet, dvs. En Normalt Åpen (INGEN) bryter.
MOSFET Struktur
strukturen til EN MOSFET varierer basert på applikasjonen, dvs. Uavhengig av søknaden har EN MOSFET i utgangspunktet tre terminaler, Nemlig Gate, Avløp og Kilde.
hvis vi vurderer en n-kanal MOSFET, Består Både Kilden og Dreneringen av n-type som sitter i et p-type substrat.
Arbeid av EN MOSFET
La oss nå prøve å forstå hvordan en N-Kanalforbedringsmodus mosfet fungerer. For å bære en dreneringsstrøm, bør det være en kanal mellom avløp og kilderegioner AV MOSFET.
en kanal opprettes når spenningen MELLOM gate-og kildeterminaler VGS er større ENN terskelspenningen VTH.
Når VGS > VTH, sies enheten å være i triode (eller konstant motstand) region eller metningsområde avhengig av spenningen over avløp og kildeterminaler VDS.
for ALLE VGS, HVIS VDS < VGS-VTH, så enheten er i triode region(også kjent som konstant motstand eller lineær region). Hvis VDS > VGS-VTH, går enheten inn i metningsområdet.
NÅR VGS < VTH, er enheten i av-tilstand. Portstrømmen i begge operasjonsområder er meget mindre (nesten lik null). DERFOR ER MOSFET kjent som Spenningsdrevet Enhet.
Mosfet Karakteristikkkurve
bildet nedenfor viser den karakteristiske kurven TIL MOSFET i tre operasjonsområder. Det viser Avløp Gjeldende ID versus Avløp Til Kilde Spenning VDS for en gitt Gate Til Kilde Spenning VGS.
Mosfet Operasjonsområder
Basert på ovennevnte arbeid av EN MOSFET, kan det konkluderes med at EN MOSFET har tre operasjonsområder. De er:
- Cut-Off Region
- Lineær (Eller Triode) Region
- Metning Region
EN MOSFET opererer i cut-off region når VGS < VTH. I denne regionen er MOSFET I OFF-tilstand, da det ikke er noen kanal indusert mellom avløp og kilde.
for kanalen som skal induseres og MOSFET skal operere i enten lineær eller metningsområde, vgs > VTH.
Gate-Drain bias spenning VGD vil avgjøre om MOSFET er i lineær eller metningsområde. I begge disse områdene er MOSFET i PÅ tilstand, men forskjellen er i lineær region, kanalen er kontinuerlig og dreneringsstrømmen er proporsjonal med kanalens motstand.
Kommer til metning region, SOM VDS > VGS-VTH, kanalen klemmer av dvs. utvider resulterer i en konstant Avløp Strøm.
Bytte I Elektronikk
Semiconductor bytte i elektronisk krets er en av de viktige aspektene. En halvleder enhet som EN BJT eller EN MOSFET drives vanligvis som brytere, dvs. de er enten I på tilstand eller I OFF-tilstand.
Ideelle Bryteregenskaper
for at en halvlederanordning som EN MOSFET skal fungere som en ideell bryter, må den ha følgende funksjoner:
- Under TILSTANDEN bør det ikke være noen grense for hvor mye strøm det kan bære.
- I OFF-tilstand bør det ikke være noen grense på blokkeringsspenningen.
- når enheten er i på tilstand, bør det være null spenningsfall.
- off state motstand bør være uendelig.
- Driftshastigheten til enheten har ingen grenser.
Praktiske Bryteregenskaper
Men Verden er ikke ideell, og den gjelder selv for våre halvlederbrytere. I en praktisk situasjon har en halvlederanordning som EN MOSFET følgende egenskaper.
- I LØPET av TILSTANDEN er strømhåndteringsevnen begrenset, dvs. begrenset ledningsstrøm. Blokkeringsspenningen under AV-tilstand er også begrenset.
- Endelig slå på og slå av tider som begrenser koblingshastigheten. Maksimal driftsfrekvens er også begrenset.
- når enheten ER PÅ, vil det være en endelig tilstandsmotstand som resulterer i et spenningsfall forover. Det vil også være en endelig off state motstand som resulterer i en omvendt lekkasjestrøm.
- en praktisk bryter opplever strømbrudd under på-tilstand, av-tilstand og også under overgangstilstanden(på til av eller av til på).
Arbeid av EN MOSFET som En Bryter
hvis du forsto arbeidet TIL MOSFET og dets operasjonsområder, ville du sannsynligvis ha gjettet hvordan EN MOSFET fungerer som en bryter. Vi vil forstå driften AV EN MOSFET som en bryter ved å vurdere en enkel eksempelkrets.
Dette er en enkel krets hvor en N-Kanalforbedringsmodus MOSFET vil slå på eller av et lys. FOR å kunne betjene EN MOSFET som en bryter, må den drives i cut-off og lineær (eller triode) region.
Anta at enheten FØRST ER SLÅTT av. Vgs er gjort hensiktsmessig positiv (teknisk sett, VGS > VTH), mosfet går inn i lineær region og bryteren ER PÅ. Dette gjør At Lyset slås på.
Hvis inngangsportspenningen ER 0V (eller teknisk < VTH), går MOSFET inn i cut-off-tilstand og slår av. Dette i sin tur vil gjøre lyset til å slå av.
Eksempel PÅ MOSFET som En Bryter
Vurder en situasjon der du vil digitalt styre EN 12W LED (12V @ 1A) ved Hjelp av En Mikrokontroller. Når du trykker på en knapp som er koblet til mikrokontrolleren, SKAL LYSDIODEN slås på. Når du trykker på samme knapp igjen, SKAL LYSDIODEN slås av.
det er åpenbart at DU ikke kan styre LYSDIODEN direkte ved hjelp av mikrokontrolleren. Du trenger en enhet som broer gapet mellom mikrokontrolleren og LYSDIODEN.
denne enheten skal ta inn et styresignal fra mikrokontrolleren (vanligvis er spenningen til dette signalet i mikrokontrollerens arbeidsspenningsområde, FOR EKSEMPEL 5V) og levere strøm TIL LYSDIODEN, som i dette tilfellet er FRA EN 12v-forsyning.
enheten som jeg skal bruke er EN MOSFET. Oppsettet av ovennevnte scenario er vist i folgende krets.
når En Logikk 1 (forutsatt EN 5v Mikrokontroller, Logikk 1 ER 5V Og Logikk 0 ER 0V) leveres til porten TIL MOSFET, slås den på og lar avløpstrøm strømme. SOM et resultat er LYSDIODEN slått på.
På Samme måte, Når En Logikk 0 er gitt til porten TIL MOSFET, slår DEN av og slår AV LYSDIODEN.
Dermed kan du digitalt styre en høy effekt enhet med kombinasjonen Av Mikrokontroller og MOSFET.
Viktig merknad
en viktig faktor å vurdere er strømfordelingen AV MOSFET. Tenk på EN MOSFET med En Avløp Til Kildebestandighet på 0,1 Ω. I det ovennevnte tilfellet, dvs. EN 12W LED drevet AV EN 12v forsyning, vil føre TIL en dreneringsstrøm PÅ 1A.
Derfor er strømmen som er spredt av MOSFET P = I2 * R = 1 * 0.1 = 0.1 W.
Dette ser ut til å være en lav verdi, men hvis du kjører en motor med samme MOSFET, er situasjonen litt annerledes. Startstrømmen (også kalt som in-rush strøm) av en motor vil være svært høy.
Så, selv MED RDS på 0,1 Ω, vil strømmen som er spredt under oppstart av en motor fortsatt være betydelig høy, noe som kan føre til termisk overbelastning. DERFOR VIL RDS være en viktig parameter for å velge EN MOSFET for din søknad.
også når du kjører en motor, er baksiden emf en viktig faktor som må vurderes når du designer kretsen.
En av de største fordelene ved å kjøre en motor MED MOSFET er at Et Pwm-signal Kan brukes til å styre motorens hastighet jevnt.