أساسيات MOSFET: 13 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

مرحبًا! في Instructable ، سأعلمك أساسيات MOSFET ، وأعني الأساسيات حقًا. يعد هذا الفيديو مثاليًا لشخص لم يسبق له أن درس MOSFET بشكل احترافي ، ولكنه يريد استخدامه في المشاريع. سأتحدث عن MOSFETs n و p ، وكيفية استخدامها ، وكيف تختلف ، ولماذا كلاهما مهم ، ولماذا برامج تشغيل MOSFET وأشياء من هذا القبيل. سأتحدث أيضًا عن بعض الحقائق غير المعروفة حول MOSFETs وغير ذلك الكثير.

دعونا ندخله.

الخطوة 1: شاهد الفيديو

تحتوي مقاطع الفيديو على كل شيء مغطى بالتفصيل المطلوب لبناء هذا المشروع. يحتوي الفيديو على بعض الرسوم المتحركة التي ستساعد في استيعاب الحقائق بسرعة. يمكنك مشاهدته إذا كنت تفضل العناصر المرئية ولكن إذا كنت تفضل النص ، فانتقل إلى الخطوات التالية.

الخطوة 2: The FET

قبل بدء تشغيل MOSFETs ، اسمحوا لي أن أقدم لكم سابقتها ، JFET أو ترانزستور تأثير حقل مفرق. سيجعل فهم MOSFET أسهل قليلاً.

يظهر المقطع العرضي لـ JFET في الصورة. المحطات متطابقة مع محطات MOSFET. يُطلق على الجزء المركزي اسم الركيزة أو الجسم ، وهو مجرد نوع n أو نوع p نوع أشباه الموصلات اعتمادًا على نوع FET. ثم تزرع المناطق على الركيزة ذات النوع المعاكس لذلك من الركيزة تسمى البوابة والصرف والمصدر. مهما كانت الفولتية التي تقوم بتطبيقها ، فإنك تطبقها على هذه المناطق.

اليوم ، من الناحية العملية ، ليس لها أهمية تذكر. لن أذهب لمزيد من الشرح بعد هذا لأنه سيصبح تقنيًا للغاية وغير مطلوب على أي حال.

سيساعدنا رمز JFET على فهم رمز MOSFET.

الخطوة 3: MOSFET

بعد ذلك تأتي MOSFET ، مع وجود فرق كبير في محطة البوابة. قبل إجراء التلامس مع طرف البوابة ، تتم زراعة طبقة من ثاني أكسيد السيليكون فوق الطبقة السفلية. هذا هو سبب تسميته بترانزستور تأثير مجال أشباه الموصلات المعدني. SiO2 هو عازل جيد جدًا ، أو يمكنك القول إنه عازل. هذا يزيد من مقاومة البوابة بمقياس عشرة أس عشرة أوم ونفترض أن Ig الحالي في بوابة MOSFET يساوي صفرًا دائمًا. هذا هو السبب في أنه يطلق عليه أيضًا ترانزستور تأثير حقل البوابة المعزول (IGFET). تتم إضافة طبقة من الموصل الجيد مثل الألومنيوم فوق جميع المناطق الثلاث ، ثم يتم إجراء الاتصالات. في منطقة البوابة ، يمكنك أن ترى أن مكثفًا متوازيًا للوحة مثل الهيكل قد تم تشكيله وهو في الواقع يقدم سعة كبيرة إلى طرف البوابة. تسمى هذه السعة بسعة البوابة ويمكن أن تدمر بسهولة دائرتك إذا لم تؤخذ في الاعتبار. هذه أيضًا مهمة جدًا أثناء الدراسة على المستوى المهني.

يمكن رؤية رمز MOSFETs في الصورة المرفقة. من المنطقي وضع خط آخر على البوابة أثناء ربطها بـ JFETs ، مما يشير إلى عزل البوابة. يوضح اتجاه السهم في هذا الرمز الاتجاه التقليدي لتدفق الإلكترون داخل MOSFET ، وهو عكس اتجاه التدفق الحالي

الخطوة 4: MOSFET هي 4 أجهزة طرفية؟

هناك شيء آخر أود إضافته وهو أن معظم الناس يعتقدون أن MOSFET عبارة عن جهاز طرفي ثلاثي ، في حين أن وحدات MOSFET هي في الواقع أربعة أجهزة طرفية. المحطة الرابعة هي محطة الجسم. ربما تكون قد رأيت الرمز المتصل بـ MOSFET ، المحطة المركزية هي للجسم.

ولكن لماذا تقريبا كل MOSFETs لديها ثلاث محطات فقط تخرج منها؟

يتم اختصار طرف الجسم داخليًا إلى المصدر لأنه لا فائدة منه في تطبيقات هذه الدوائر المتكاملة البسيطة ، وبعد ذلك يصبح الرمز هو الرمز الذي نعرفه.

يتم استخدام طرف الجسم بشكل عام عند تصنيع IC لتكنولوجيا CMOS المعقدة. ضع في اعتبارك أن هذا هو الحال بالنسبة لـ n قناة MOSFET ، ستكون الصورة مختلفة قليلاً إذا كانت MOSFET هي قناة p.

الخطوة 5: كيف يعمل

حسنًا ، دعنا الآن نرى كيف يعمل.

ترانزستور تقاطع ثنائي القطب أو BJT عبارة عن جهاز يتم التحكم فيه حاليًا ، وهذا يعني أن مقدار التدفق الحالي في محطة قاعدته يحدد التيار الذي سيتدفق عبر الترانزستور ، لكننا نعلم أنه لا يوجد دور للتيار في محطة بوابة MOSFETs وبشكل جماعي يمكننا أن نقول إنه جهاز يتم التحكم فيه بالجهد ليس لأن تيار البوابة دائمًا ما يكون صفراً ولكن بسبب بنيته التي لن أشرحها في Instructable بسبب تعقيدها.

دعونا ننظر في n قناة MOSFET. عندما لا يتم تطبيق أي جهد في طرف البوابة ، يوجد اثنان من الثنائيات الخلفية بين الركيزة ومنطقة الصرف والمصدر مما يتسبب في أن يكون للمسار بين الصرف والمصدر مقاومة في حدود 10 إلى الطاقة 12 أوم.

لقد قمت بتثبيت المصدر الآن وبدأت في زيادة جهد البوابة. عندما يتم الوصول إلى حد أدنى معين من الجهد ، تنخفض المقاومة ويبدأ التيار MOSFET في التوصيل ويبدأ التيار في التدفق من الصرف إلى المصدر. يُطلق على هذا الجهد الأدنى اسم جهد العتبة لـ MOSFET ويرجع التدفق الحالي إلى تكوين قناة من الصرف إلى المصدر في الركيزة من MOSFET. كما يوحي الاسم ، في n Channel MOSFET ، تتكون القناة من نوع n من ناقلات التيار ، أي الإلكترونات ، وهو عكس نوع الركيزة.

الخطوة 6: لكن …

لقد بدأت هنا فقط. لا يعني تطبيق جهد العتبة أنك جاهز فقط لاستخدام MOSFET. إذا نظرت إلى ورقة البيانات الخاصة بـ IRFZ44N ، قناة N MOSFET ، سترى أنه عند عتبة جهدها ، يمكن أن يتدفق تيار أدنى معين من خلالها. هذا جيد إذا كنت ترغب فقط في استخدام أحمال أصغر مثل مصابيح LED فقط ، ولكن ، ما هي النقطة إذن. لذلك لاستخدام الأحمال الأكبر التي تجذب المزيد من التيار ، سيتعين عليك تطبيق المزيد من الجهد على البوابة. يعزز جهد البوابة المتزايد القناة مما يتسبب في تدفق المزيد من التيار خلالها. لتشغيل MOSFET بالكامل ، يجب أن يكون الجهد Vgs ، وهو الجهد بين البوابة والمصدر في مكان ما من 10 إلى 12 فولت ، وهذا يعني أنه إذا كان المصدر مؤرضًا ، فيجب أن تكون البوابة عند 12 فولت أو نحو ذلك.

تسمى MOSFET التي ناقشناها للتو وحدات MOSFET من نوع التحسين لسبب تحسين القناة بزيادة جهد البوابة. هناك نوع آخر من MOSFET يسمى استنفاد نوع MOSFET. يكمن الاختلاف الرئيسي في حقيقة أن القناة موجودة بالفعل في نوع النضوب MOSFET. هذا النوع من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) عادة ما يكون غير متوفر في الأسواق. رمز النضوب MOSFET مختلف ، يشير الخط الصلب إلى أن القناة موجودة بالفعل.

الخطوة 7: لماذا برامج تشغيل MOSFET؟

لنفترض الآن أنك تستخدم متحكمًا دقيقًا للتحكم في MOSFET ، ثم يمكنك فقط تطبيق 5 فولت كحد أقصى أو أقل على البوابة ، والتي لن تكون كافية للأحمال الحالية العالية.

ما يمكنك القيام به هو استخدام برنامج تشغيل MOSFET مثل TC4420 ، ما عليك سوى توفير إشارة منطقية في دبابيس الإدخال الخاصة به وستتولى الباقي أو يمكنك إنشاء برنامج تشغيل بنفسك ، لكن برنامج تشغيل MOSFET لديه الكثير من المزايا في حقيقة أنه يهتم أيضًا بالعديد من الأشياء الأخرى مثل سعة البوابة وما إلى ذلك.

عندما يتم تشغيل MOSFET بالكامل ، يتم الإشارة إلى مقاومتها بواسطة Rdson ويمكن العثور عليها بسهولة في ورقة البيانات.

الخطوة 8: قناة P MOSFET

قناة p MOSFET هي عكس القناة n MOSFET. يتدفق التيار من المصدر إلى الصرف وتتكون القناة من نوع p من ناقلات الشحن ، أي الثقوب.

يجب أن يكون المصدر في قناة p MOSFET بأعلى جهد ولتشغيله بالكامل يجب أن يكون سالب 10 إلى 12 فولت

على سبيل المثال ، إذا كان المصدر مرتبطًا بـ 12 فولت ، يجب أن تكون البوابة عند صفر فولت قادرة على تشغيلها تمامًا وهذا هو السبب في أننا نقول عمومًا تطبيق 0 فولت على بوابة تحويل قناة AP MOSFET ON وبسبب هذه المتطلبات ، فإن سائق MOSFET لـ لا يمكن استخدام قناة n مباشرة مع قناة p MOSFET. تتوفر برامج تشغيل P channel MOSFET في السوق (مثل TC4429) أو يمكنك ببساطة استخدام العاكس مع برنامج تشغيل MOSFET ذي القناة n. تتمتع وحدات MOSFET للقناة p بمقاومة تشغيل أعلى نسبيًا من n MOSFETs ولكن هذا لا يعني أنه يمكنك دائمًا استخدام n قناة MOSFET لأي تطبيقات ممكنة.

الخطوة 9: لكن لماذا؟

لنفترض أنه يجب عليك استخدام MOSFET في التكوين الأول. يسمى هذا النوع من التبديل التبديل الجانبي المنخفض لأنك تستخدم MOSFET لتوصيل الجهاز بالأرض. ستكون القناة n MOSFET هي الأنسب لهذه الوظيفة لأن Vgs لا تتغير ويمكن صيانتها بسهولة عند 12 فولت.

ولكن إذا كنت ترغب في استخدام n قناة MOSFET للتبديل الجانبي العالي ، يمكن أن يكون المصدر في أي مكان بين الأرض و Vcc ، مما سيؤثر في النهاية على الجهد Vgs لأن جهد البوابة ثابت. سيكون لهذا تأثير كبير على الأداء السليم لل MOSFET. كما يحترق MOSFET إذا تجاوز Vgs القيمة القصوى المذكورة والتي تبلغ حوالي 20 فولت في المتوسط.

وبالتالي ، ليس من السهل استخدام MOSFETs للقناة n هنا ، ما نقوم به هو استخدام قناة p MOSFET على الرغم من وجود مقاومة تشغيل أكبر حيث أن لها ميزة أن Vgs ستكون ثابتة طوال الوقت أثناء التبديل الجانبي العالي. هناك أيضًا طرق أخرى مثل bootstrapping ، لكنني لن أغطيها في الوقت الحالي.

الخطوة 10: منحنى Id-Vds

أخيرًا ، دعنا نلقي نظرة سريعة على منحنى Id-Vds. تعمل MOSFET في ثلاث مناطق ، عندما يكون Vgs أقل من جهد العتبة ، تكون MOSFET في منطقة قطع ، أي أنها متوقفة. إذا كان Vgs أكبر من جهد العتبة ولكنه أقل من مجموع انخفاض الجهد بين الصرف والمصدر وعتبة الجهد ، فيُقال إنه في منطقة الصمام الثلاثي أو المنطقة الخطية. في منطقة الخطوط الملاحية المنتظمة ، يمكن استخدام MOSFET كمقاوم متغير للجهد. إذا كان Vgs أكبر من مجموع الجهد المذكور ، يصبح تيار التصريف ثابتًا ويقال إنه يعمل في منطقة التشبع ولجعل MOSFET يعمل كمفتاح ، يجب تشغيله في هذه المنطقة حيث يمكن أن يمر التيار الأقصى عبر MOSFET في هذه المنطقة.

الخطوة 11: اقتراحات الأجزاء

n قناة MOSFET: IRFZ44N

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

ع قناة MOSFET: IRF9630US - https://amzn.to/2vB6oXwUK -

n برنامج تشغيل قناة MOSFET: TC4420US -

برنامج تشغيل قناة MOSFET: TC4429

الخطوة 12: هذا كل شيء

يجب أن تكون الآن على دراية بأساسيات MOSFETs وأن تكون قادرًا على تحديد MOSFET المثالي لمشروعك.

ولكن لا يزال هناك سؤال ، متى يجب أن نستخدم MOSFET؟ الإجابة البسيطة هي عندما يتعين عليك تبديل الأحمال الأكبر التي تتطلب المزيد من الجهد والتيار. تتمتع MOSFETs بميزة الحد الأدنى من فقدان الطاقة مقارنةً بـ BJTs حتى في التيارات العالية.

إذا فاتني أي شيء ، أو كنت مخطئًا ، أو كان لديك أي نصائح ، فيرجى التعليق أدناه.

ضع في اعتبارك الاشتراك في Instructables وقناة YouTube. شكرًا لك على القراءة ، أراك في Instructable التالي.

الخطوة 13: الأجزاء المستخدمة

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

ع قناة MOSFET: IRF9630US - https://amzn.to/2Jmm437UK -

n قناة برنامج تشغيل MOSFET: TC4420US -

برنامج تشغيل قناة MOSFET: TC4429