neste tutorial, vamos aprender sobre o funcionamento de um MOSFET como um interruptor. No tutorial MOSFET, vimos o básico de um MOSFET, seus tipos, estrutura e algumas aplicações do MOSFET também.
uma das aplicações importantes de MOSFET no campo da eletrônica de potência é que ele pode ser configurado como um simples interruptor analógico. Com a ajuda de tais interruptores analógicos, os sistemas digitais podem controlar o fluxo de sinais em circuitos analógicos.
para mais informações sobre MOSFETs, leia “tutorial MOSFET”.
contorno
Introdução A MOSFET
um transístor de Efeito de campo semicondutor MOSFET ou óxido de Metal, ao contrário de um transístor de Junção Bipolar (BJT) é um dispositivo Unipolar no sentido de que ele usa apenas os portadores da maioria na condução.
é um tipo de transistor de efeito de campo com uma porta isolada do canal (por isso, às vezes chamada como FET de porta isolada ou IGFET) e a tensão no terminal da porta determina a condutividade.por falar em terminais, um MOSFET é tipicamente um dispositivo terminal 3, que são Porta (G), Fonte (s) e Dreno (D) (apesar de haver um quarto terminal chamado substrato ou corpo, geralmente não é usado em qualquer conexão de entrada ou saída).
Mosfet Symbol
MOSFET pode ser classificado no tipo de valorização MOSFET e no tipo de depleção MOSFET. Cada um destes tipos é dividido em n-channel MOSFET e p-channel MOSFET.
Os símbolos para cada um destes tipos de MOSFETs são mostrados na imagem abaixo.
a principal diferença entre o modo de realce MOSFET e o modo de depleção MOSFET é que no modo de depleção, o canal já é formado, ou seja, atua como um switch normalmente fechado (NC) e no caso do modo de realce, o canal não é formado inicialmente, ou seja, um switch Normalmente Aberto (NO).
MOSFET estrutura
a estrutura de um MOSFET varia com base na aplicação, ou seja, MOSFETs na tecnologia IC são bastante laterais, enquanto a estrutura de MOSFETs de potência é mais de um canal vertical. Independentemente da aplicação, um MOSFET tem basicamente três terminais: portão, esgoto e fonte.
Se considerarmos um MOSFET de canal n, Tanto a fonte como o dreno são constituídos por N-tipo que se encontram num substrato do tipo p.
Working of a MOSFET
Let us now try to understand how an N-Channel enhancing Mode MOSFET. A fim de transportar uma corrente de drenagem, deve haver um canal entre a drenagem e as regiões de origem do MOSFET.
um canal é criado quando a tensão entre a porta e os terminais-fonte VGS é maior do que a tensão-limiar VTH.
Quando VGS > VTH, diz-se que o dispositivo está na região de triodo (ou resistência constante) ou região de saturação, dependendo da tensão entre dreno e terminais de fonte VDS.
para qualquer VGS, se VDS VGS – VTH, então o dispositivo está em região triódica (também conhecida como resistência constante ou região linear). Se VDS > VGS – VTH, então o dispositivo entra na região de saturação.
Quando VGS VTH, então o dispositivo está fora de Estado. A corrente da porta em ambas as regiões de operação é muito menor (quase igual a zero). Assim, MOSFET é conhecido como Dispositivo de tensão.a imagem abaixo mostra a curva característica de MOSFET em três regiões de operação. Retrata o ID da Corrente de ralo versus o dreno para VDS de tensão de origem para uma dada porta para VGS de tensão de origem.
MOSFET Regiões de Operação
com Base no já referido trabalho de um MOSFET, pode-se concluir que um MOSFET tem três regiões de operação. Eles são:
- Região de corte
- Região Linear (ou Triódica)
- Região de saturação
a MOSFET opera na região de corte quando VGS < VTH. Nesta região, o MOSFET está fora de Estado, pois não há canal induzido entre a drenagem e a fonte.
para que o canal seja induzido e MOSFET opere em uma região linear ou de saturação, VGS > VTH.
a tensão de viés de saída VGD irá determinar se o MOSFET está na região linear ou de saturação. Em ambas as regiões, o MOSFET está no estado, mas a diferença está na região linear, o canal é contínuo e a corrente de drenagem é proporcional à resistência do canal.
chegando à região de saturação, como VDS > VGS – VTH, o canal retém-se, ou seja, amplia-se resultando numa corrente de drenagem constante.a comutação de semicondutores em circuito eletrônico é um dos aspectos importantes. Um dispositivo semicondutor como um BJT ou um MOSFET são geralmente operados como switches ou seja, eles estão em estado ON ou em estado OFF.
chave Ideal Características
Para um dispositivo semicondutor como um MOSFET para atuar como uma chave ideal, ele deve ter as seguintes características:
- Durante o estado, não deve haver qualquer limite sobre a quantidade de corrente que pode transportar.
- em estado desligado, não deve haver qualquer limite na tensão de bloqueio.quando o dispositivo está no estado, deve haver uma queda de tensão zero.a resistência fora do Estado deve ser infinita.a velocidade de funcionamento do dispositivo não tem limites.
Prático Interruptor Características
Mas o Mundo não é ideal e é aplicável até mesmo para os nossos interruptores semicondutores. Em uma situação prática, um dispositivo semicondutor como um MOSFET tem as seguintes características.durante o estado activo, as capacidades de manuseamento de energia são limitadas. corrente de condução limitada. A tensão de bloqueio durante o estado de desativação também é limitada.
de Trabalho de um MOSFET como um Switch
Se você entendeu o funcionamento do MOSFET e de suas regiões de operação, você provavelmente teria adivinhado como um MOSFET funciona como um interruptor. Entenderemos a operação de um MOSFET como um interruptor considerando um simples Circuito de exemplo.
Este é um circuito simples onde um modo de realce de canal N MOSFET irá ligar ou desligar uma luz. A fim de operar um MOSFET como um comutador, ele deve ser operado na região de corte e linear (ou triodo).
Assume que o dispositivo está inicialmente desligado. A tensão entre a porta e a fonte, ou seja, VGS é feita adequadamente positiva (tecnicamente falando, VGS > VTH), o MOSFET entra na região linear e o interruptor Está ligado. Isto faz com que a luz acenda.
Se a tensão da porta de entrada for 0V (ou tecnicamente< VTH), o MOSFET entra no estado de corte e desliga-se. Isto, por sua vez, fará com que a luz se apague.
exemplo de MOSFET como um interruptor
considere uma situação em que você deseja controlar digitalmente um LED 12W (12V @ 1A) usando um microcontrolador. Quando você pressiona um botão ligado ao microcontrolador, o LED deve ligar. Quando você pressiona o mesmo botão Mais uma vez, o LED deve desligar.
é óbvio que você não pode controlar diretamente o LED com a ajuda do microcontrolador. Você precisa de um dispositivo que faça a ponte entre o microcontrolador e o LED.
Este dispositivo deve receber um sinal de controle do microcontrolador (geralmente a tensão deste sinal está na gama de tensão de trabalho do microcontrolador, 5V por exemplo) e fornecer energia para o LED, que neste caso é a partir de uma fonte de 12V.o dispositivo que vou usar é um MOSFET. A configuração do cenário acima mencionado é mostrada no circuito seguinte.
Quando uma lógica 1 (assumindo um microcontrolador 5V, A Lógica 1 é 5V e a lógica 0 é 0V) é fornecida à porta do MOSFET, ele liga-se e permite a corrente de drenagem fluir. Como resultado, o LED Está ligado.
Similarly, when a Logic 0 is given to the gate of the MOSFET, it turns OFF and in turn off the LED.
assim, você pode controlar digitalmente um dispositivo de alta potência com a combinação de microcontrolador e MOSFET.
Nota importante
um fator importante a considerar é a dissipação de energia do MOSFET. Considere um MOSFET com um dreno para resistência à fonte de 0,1 Ω. No caso acima, isto é, um 12W conduzido por uma fonte de 12V levará a uma corrente de drenagem de 1A.
daí a energia dissipada pelo MOSFET é P = I2 * R = 1 * 0.1 = 0.1 W.
isto parece ser um valor baixo, mas se você conduzir um motor usando o mesmo MOSFET, a situação é ligeiramente diferente. A corrente de partida (também chamada de corrente de ponta) de um motor será muito alta.
assim, mesmo com RDS de 0,1 Ω, a potência dissipada durante o início de um motor ainda será significativamente alta, o que pode levar a sobrecarga térmica. Assim, RDS será um parâmetro chave para selecionar um MOSFET para sua aplicação.também, ao conduzir um motor, o FME traseiro é um fator importante que deve ser considerado durante a concepção do circuito.
uma das principais vantagens de conduzir um motor com MOSFET é que um sinal de entrada PWM pode ser usado para controlar suavemente a velocidade do motor.