Existujú dva hlavné typy MOSFET: typ s delenou križovatkou a typ s izolovanou bránou. Spojenie MOSFET (JFET) je pomenované, pretože má dva PN prechody a izolovanú bránuMOSFET(JGFET) je pomenovaný, pretože brána je úplne izolovaná od ostatných elektród. V súčasnosti sa spomedzi MOSFETov s izolovanou bránou najčastejšie používa MOSFET, označovaný ako MOSFET (metal-oxide-semiconductor MOSFET); okrem toho existujú výkonové MOSFETy PMOS, NMOS a VMOS, ako aj nedávno uvedené výkonové moduly πMOS a VMOS atď.
Podľa rôznych kanálových polovodičových materiálov sa typ spojenia a typ izolačnej brány delia na kanál a kanál P. Ak sa rozdelí podľa režimu vodivosti, možno MOSFET rozdeliť na typ vyčerpania a typ vylepšenia. Všetky MOSFETy križovatky sú typu vyčerpania a MOSFET s izolovanou bránou sú typu vyčerpania aj typu vylepšenia.
Tranzistory s efektom poľa možno rozdeliť na tranzistory s efektom poľa a MOSFET. MOSFETy sú rozdelené do štyroch kategórií: typ vyčerpania N-kanálu a typ vylepšenia; Typ vyčerpania P-kanálu a typ vylepšenia.
Charakteristika MOSFET
Charakteristikou MOSFETu je napätie UG na južnom hradle; ktorý riadi jeho ID odtokového prúdu. V porovnaní s bežnými bipolárnymi tranzistormi majú MOSFET vlastnosti vysokej vstupnej impedancie, nízkej hlučnosti, veľkého dynamického rozsahu, nízkej spotreby energie a ľahkej integrácie.
Keď sa absolútna hodnota záporného predpätia (-UG) zvýši, vrstva vyčerpania sa zvýši, kanál sa zníži a ID zberného prúdu sa zníži. Keď sa absolútna hodnota záporného predpätia (-UG) zníži, vrstva vyčerpania sa zníži, kanál sa zvýši a ID zberného prúdu sa zvýši. Je vidieť, že ID odtokového prúdu je riadené napätím hradla, takže MOSFET je napäťovo riadené zariadenie, to znamená, že zmeny výstupného prúdu sú riadené zmenami vstupného napätia, aby sa dosiahlo zosilnenie a iné účely.
Rovnako ako bipolárne tranzistory, keď sa MOSFET používa v obvodoch, ako je zosilnenie, malo by sa k jeho bráne pridať aj predpätie.
Hradlo spojovacej elektrónky s efektom poľa by malo byť aplikované s reverzným predpätím, to znamená, že záporné hradlové napätie by malo byť aplikované na N-kanálovú elektrónku a kladné hradlové čeľusť by malo byť aplikované na P-kanálovú elektrónku. Zosilnená izolovaná brána MOSFET by mala privádzať dopredné hradlové napätie. Napätie hradla izolačného MOSFET v režime vyčerpania môže byť kladné, záporné alebo „0“. Metódy pridávania odchýlky zahŕňajú metódu fixnej odchýlky, metódu samoobslužnej odchýlky, metódu priamej väzby atď.
MOSFETmá veľa parametrov, vrátane DC parametrov, AC parametrov a limitných parametrov, ale pri bežnom používaní je potrebné venovať pozornosť iba týmto hlavným parametrom: nasýtený drain-source prúd IDSS pinch-off napätie Up, (spojovacia trubica a režim vyčerpania izolovaný hradlová trubica, alebo zapínacie napätie UT (zosilnená izolovaná hradlová trubica), transkonduktancia gm, prierazné napätie medzi kolektorom a zdrojom BUDS, maximálnym stratovým výkonom PDSM a maximálnym prúdom medzi kolektorom a zdrojom IDSM.
(1) Nasýtený odtokový prúd
Nasýtený prúd odtokového zdroja IDSS sa vzťahuje na prúd odtokového zdroja, keď je hradlové napätie UGS=0 v križovatke alebo vyčerpaní izolovanej hradlovej MOSFET.
(2) Vypínacie napätie
Vypínacie napätie UP sa vzťahuje na napätie hradla, keď je spojenie odtokového zdroja práve prerušené v križovatke alebo v MOSFET izolovanom hradle typu vyčerpania. Ako je znázornené na obr. 4-25 pre krivku UGS-ID N-kanálovej trubice, význam IDSS a UP je jasne viditeľný.
(3) Zapínacie napätie
Zapínacie napätie UT sa vzťahuje na napätie hradla, keď je spojenie odtok-zdroj práve vykonané v zosilnenej izolovanej hradlovej MOSFET. Obrázok 4-27 ukazuje krivku UGS-ID N-kanálovej trubice a význam UT je jasne viditeľný.
(4) Transkonduktancia
Transkonduktancia gm predstavuje schopnosť hradlového napätia UGS riadiť zberný prúd ID, to znamená pomer zmeny ID zberného prúdu k zmene hradlového zdrojového napätia UGS. 9 m je dôležitý parameter na meranie schopnosti zosilneniaMOSFET.
(5) Prierazné napätie odtokového zdroja
Prierazné napätie kolektor-zdroj BUDS sa vzťahuje na maximálne napätie kolektor-zdroj, ktoré môže MOSFET akceptovať, keď je napätie hradla-zdroja UGS konštantné. Toto je obmedzujúci parameter a prevádzkové napätie aplikované na MOSFET musí byť menšie ako BUDS.
(6) Maximálny stratový výkon
Maximálny stratový výkon PDSM je tiež limitným parametrom, ktorý sa vzťahuje na maximálny povolený stratový výkon zdroja energie bez zhoršenia výkonu MOSFET. Pri použití by skutočná spotreba MOSFET mala byť nižšia ako PDSM a mala by ponechať určitú rezervu.
(7) Maximálny odberový prúd
Maximálny prúd kolektora-zdroj IDSM je ďalší limitný parameter, ktorý sa týka maximálneho prúdu, ktorý môže prechádzať medzi kolektorom a zdrojom, keď MOSFET normálne funguje. Prevádzkový prúd MOSFET by nemal prekročiť hodnotu IDSM.
1. MOSFET možno použiť na zosilnenie. Keďže vstupná impedancia zosilňovača MOSFET je veľmi vysoká, väzobný kondenzátor môže byť malý a nemusia sa používať elektrolytické kondenzátory.
2. Vysoká vstupná impedancia MOSFETu je veľmi vhodná na transformáciu impedancie. Často sa používa na transformáciu impedancie vo vstupnom stupni viacstupňových zosilňovačov.
3. MOSFET možno použiť ako premenlivý odpor.
4. MOSFET možno pohodlne použiť ako zdroj konštantného prúdu.
5. MOSFET možno použiť ako elektronický spínač.
MOSFET má charakteristiky nízkeho vnútorného odporu, vysokého výdržného napätia, rýchleho spínania a vysokej lavínovej energie. Navrhované prúdové rozpätie je 1A-200A a napäťové rozpätie je 30V-1200V. Môžeme upraviť elektrické parametre podľa aplikačných oblastí zákazníka a aplikačných plánov, aby sme zlepšili spoľahlivosť produktu zákazníka, celkovú účinnosť konverzie a konkurencieschopnosť cien produktov.
Porovnanie MOSFET vs tranzistor
(1) MOSFET je prvok na reguláciu napätia, zatiaľ čo tranzistor je prvok na reguláciu prúdu. Ak je dovolené odoberať zo zdroja signálu len malé množstvo prúdu, mal by sa použiť MOSFET; keď je napätie signálu nízke a je dovolené odoberať veľké množstvo prúdu zo zdroja signálu, mal by sa použiť tranzistor.
(2) MOSFET používa väčšinové nosiče na vedenie elektriny, preto sa nazýva unipolárne zariadenie, zatiaľ čo tranzistory majú na vedenie elektriny väčšinové aj menšinové nosiče. Nazýva sa to bipolárne zariadenie.
(3) Zdroj a odtok niektorých MOSFET sa môžu používať zameniteľne a hradlové napätie môže byť kladné alebo záporné, čo je flexibilnejšie ako tranzistory.
(4) MOSFET môže pracovať pri veľmi malom prúde a veľmi nízkom napätí a jeho výrobný proces môže ľahko integrovať mnoho MOSFETov na kremíkovú dosku. Preto boli MOSFETy široko používané vo veľkých integrovaných obvodoch.
Ako posúdiť kvalitu a polaritu MOSFET
Zvoľte rozsah multimetra na RX1K, pripojte čierny testovací kábel k pólu D a červený testovací kábel k pólu S. Rukou sa súčasne dotknite pólov G a D. MOSFET by mal byť v stave okamžitej vodivosti, to znamená, že ručička merača sa vychýli do polohy s menším odporom. a potom sa rukami dotknite pólov G a S, MOSFET by nemal mať žiadnu odozvu, to znamená, že ručička merača sa neposunie späť do nulovej polohy. V tejto chvíli treba posúdiť, že MOSFET je dobrá elektrónka.
Vyberte rozsah multimetra až RX1K a zmerajte odpor medzi tromi kolíkmi MOSFET. Ak je odpor medzi jedným kolíkom a ďalšími dvoma kolíkmi nekonečný a po výmene testovacích káblov je stále nekonečný, potom je tento kolík pól G a ďalšie dva kolíky sú pól S a pól D. Potom pomocou multimetra raz zmerajte hodnotu odporu medzi pólom S a pólom D, vymeňte testovacie káble a zmerajte znova. Ten s menšou hodnotou odporu je čierny. Testovací kábel je pripojený k pólu S a červený testovací kábel je pripojený k pólu D.
Opatrenia na detekciu a používanie MOSFET
1. Na identifikáciu MOSFET použite ukazovací multimeter
1) Použite metódu merania odporu na identifikáciu elektród prechodu MOSFET
Podľa javu, že hodnoty odporu vpred a vzad PN prechodu MOSFET sú rôzne, možno identifikovať tri elektródy prechodu MOSFET. Špecifická metóda: Nastavte multimeter na rozsah R×1k, vyberte ľubovoľné dve elektródy a zmerajte ich hodnoty odporu vpred a vzad. Keď sú hodnoty odporu dvoch elektród vpred a vzad rovnaké a sú niekoľko tisíc ohmov, potom tieto dve elektródy sú zvod D a zdroj S. Pretože pre prechodové MOSFETy sú zberač a zdroj zameniteľné, zostávajúca elektróda musí byť hradlo G. Môžete sa tiež dotknúť čierneho testovacieho vodiča (prípustný je aj červený testovací vodič) multimetra akejkoľvek elektródy a druhého testovacieho vodiča dotknite sa zvyšných dvoch elektród v poradí a zmerajte hodnotu odporu. Keď sú dvakrát namerané hodnoty odporu približne rovnaké, elektróda v kontakte s čiernym testovacím káblom je hradlo a ďalšie dve elektródy sú odtok a zdroj. Ak sú dvakrát namerané hodnoty odporu obe veľmi veľké, znamená to, že ide o opačný smer PN prechodu, to znamená, že obe sú opačné odpory. Dá sa určiť, že ide o N-kanálový MOSFET a čierny testovací kábel je pripojený k bráne; ak sú dvakrát namerané hodnoty odporu Hodnoty odporu sú veľmi malé, čo naznačuje, že ide o dopredný PN prechod, teda dopredný odpor, a je určený ako MOSFET P-kanál. Čierny testovací kábel je tiež pripojený k bráne. Ak nenastane vyššie uvedená situácia, môžete vymeniť čierny a červený testovací kábel a vykonať test podľa vyššie uvedenej metódy, kým nebude mriežka identifikovaná.
2) Na určenie kvality MOSFET použite metódu merania odporu
Metóda merania odporu spočíva v použití multimetra na meranie odporu medzi zdrojom a kolektorom MOSFET, hradlom a zdrojom, hradlom a kolektorom, hradlom G1 a hradlom G2, aby sa zistilo, či sa zhoduje s hodnotou odporu uvedenou v príručke MOSFET. Manažment je dobrý alebo zlý. Špecifický spôsob: Najprv nastavte multimeter na rozsah R×10 alebo R×100 a zmerajte odpor medzi zdrojom S a odtokom D, zvyčajne v rozsahu desiatok ohmov až niekoľko tisíc ohmov (môžete ho vidieť na návod, že rôzne modely trubíc, ich hodnoty odporu sú odlišné), ak je nameraná hodnota odporu väčšia ako normálna hodnota, môže to byť spôsobené zlým vnútorným kontaktom; ak je nameraná hodnota odporu nekonečná, môže ísť o vnútorný zlomený pól. Potom nastavte multimeter na rozsah R×10k a potom zmerajte hodnoty odporu medzi hradlami G1 a G2, medzi bránou a zdrojom a medzi bránou a odtokom. Keď sú namerané hodnoty odporu všetky nekonečné, znamená to, že trubica je normálna; ak sú vyššie uvedené hodnoty odporu príliš malé alebo existuje cesta, znamená to, že trubica je zlá. Treba poznamenať, že ak sú dve brány v skúmavke porušené, na detekciu možno použiť metódu náhrady komponentov.
3) Použite metódu vstupu indukčného signálu na odhad zosilňovacej schopnosti MOSFET
Špecifická metóda: Použite úroveň odporu multimetra R×100, pripojte červený testovací kábel k zdroju S a čierny testovací kábel k zvodu D. Pridajte napájacie napätie 1,5 V na MOSFET. V tomto čase je hodnota odporu medzi odtokom a zdrojom indikovaná ručičkou merača. Potom rukou pritlačte hradlo G na križovatke MOSFET a pridajte indukovaný napäťový signál ľudského tela do hradla. Týmto spôsobom sa v dôsledku zosilňovacieho efektu elektrónky zmení napätie kolektor-zdroj VDS a prúd kolektora Ib, to znamená, že sa zmení odpor medzi kolektorom a zdrojom. Z toho možno pozorovať, že ručička merača sa vo veľkej miere kýva. Ak sa ihla ručnej mriežkovej ihly málo kýva, znamená to, že schopnosť amplifikácie trubice je slabá; ak sa ihla veľmi kýva, znamená to, že schopnosť zosilnenia trubice je veľká; ak sa ihla nehýbe, znamená to, že hadička je zlá.
Podľa vyššie uvedenej metódy používame na meranie prechodu MOSFET 3DJ2F stupnicu multimetra R×100. Najprv otvorte G elektródu trubice a zmerajte odpor RDS zdroja odtoku na 600 Ω. Po pridržaní G elektródy rukou sa ručička glukomera vychýli doľava. Udávaný odpor RDS je 12kΩ. Ak sa ručička glukomera vychýli viac, znamená to, že trubica je v poriadku. a má väčšiu schopnosť zosilnenia.
Pri používaní tejto metódy je potrebné vziať do úvahy niekoľko bodov: Po prvé, pri testovaní MOSFET a držaní brány rukou sa ručička multimetra môže vychýliť doprava (hodnota odporu klesá) alebo doľava (hodnota odporu sa zvyšuje). . Je to spôsobené tým, že striedavé napätie indukované ľudským telom je relatívne vysoké a rôzne MOSFETy môžu mať rôzne pracovné body pri meraní s rozsahom odporu (buď pracujúce v nasýtenej zóne alebo v nenasýtenej zóne). Testy ukázali, že RDS väčšiny trubíc sa zvyšuje. To znamená, že ručička hodiniek sa kýva doľava; RDS niekoľkých trubíc sa zníži, čo spôsobí, že sa ručička hodiniek vychýli doprava.
Ale bez ohľadu na smer, ktorým sa ručička hodiniek kýva, pokiaľ sa ručička hodiniek kýva viac, znamená to, že trubica má väčšiu zosilňovaciu schopnosť. Po druhé, táto metóda funguje aj pre MOSFETy. Treba však poznamenať, že vstupný odpor MOSFET je vysoký a povolené indukované napätie brány G by nemalo byť príliš vysoké, takže bránu nestláčajte priamo rukami. Na dotyk brány s kovovou tyčou musíte použiť izolovanú rukoväť skrutkovača. , aby sa zabránilo tomu, aby sa náboj vyvolaný ľudským telom pridal priamo do brány, čo by spôsobilo poruchu brány. Po tretie, po každom meraní by mali byť póly GS skratované. Je to preto, že na prechodovom kondenzátore GS bude malé množstvo náboja, ktoré vytvára napätie VGS. V dôsledku toho sa ručičky glukomera pri opätovnom meraní nemusia pohnúť. Jediný spôsob, ako vybiť náboj, je skratovať náboj medzi elektródami GS.
4) Použite metódu merania odporu na identifikáciu neoznačených MOSFETov
Najprv pomocou metódy merania odporu nájdite dva kolíky s hodnotami odporu, a to zdroj S a odtok D. Zvyšné dva kolíky sú prvé hradlo G1 a druhé hradlo G2. Najprv si zapíšte hodnotu odporu medzi zdrojom S a odtokom D nameranú pomocou dvoch testovacích káblov. Vymeňte meracie káble a zmerajte znova. Zapíšte si nameranú hodnotu odporu. Ten s vyššou hodnotou odporu nameranou dvakrát je čierny testovací kábel. Pripojená elektróda je odtok D; červený testovací kábel je pripojený k zdroju S. Póly S a D identifikované touto metódou možno overiť aj odhadom zosilňovacej schopnosti elektrónky. Čierny testovací kábel s veľkou schopnosťou zosilnenia je pripojený k pólu D; červený testovací kábel je pripojený k zemi na 8-pól. Výsledky testov oboch metód by mali byť rovnaké. Po určení polôh odtoku D a zdroja S nainštalujte okruh podľa zodpovedajúcich pozícií D a S. Vo všeobecnosti budú G1 a G2 tiež zarovnané v poradí. Toto určuje polohu dvoch brán G1 a G2. Toto určuje poradie kolíkov D, S, G1 a G2.
5) Použite zmenu hodnoty spätného odporu na určenie veľkosti transkonduktancie
Pri meraní transkonduktančného výkonu MOSFET s vylepšeným kanálom VMOSN môžete použiť červený testovací kábel na pripojenie zdroja S a čierny testovací kábel k kolektoru D. Je to ekvivalentné pridania spätného napätia medzi zdroj a kolektor. V tomto čase je brána otvorený okruh a hodnota spätného odporu trubice je veľmi nestabilná. Vyberte rozsah ohmov multimetra na rozsah vysokého odporu R×10kΩ. V tomto čase je napätie v merači vyššie. Keď sa rukou dotknete mriežky G, zistíte, že hodnota spätného odporu trubice sa výrazne mení. Čím väčšia je zmena, tým vyššia je transkonduktančná hodnota elektrónky; ak je transkonduktancia testovanej trubice veľmi malá, použite túto metódu na meranie When , spätný odpor sa mení len málo.
Preventívne opatrenia pri používaní MOSFET
1) Aby bolo možné bezpečne používať MOSFET, pri návrhu obvodu nemôžu byť prekročené limitné hodnoty parametrov, ako je disipovaný výkon elektrónky, maximálne napätie kolektor-zdroj, maximálne napätie hradla-zdroj a maximálny prúd.
2) Pri použití rôznych typov MOSFETov musia byť zapojené do obvodu presne v súlade s požadovaným predpätím a musí byť dodržaná polarita predpätia MOSFET. Napríklad existuje PN prechod medzi hradlovým zdrojom a odtokom prechodového MOSFETu a hradlo N-kanálovej elektrónky nemôže byť pozitívne predpäté; brána P-kanálovej trubice nemôže byť negatívne ovplyvnená atď.
3) Pretože vstupná impedancia MOSFET je extrémne vysoká, kolíky musia byť počas prepravy a skladovania skratované a musia byť zabalené s kovovým tienením, aby sa zabránilo externému indukovanému potenciálu z poruchy brány. Predovšetkým upozorňujeme, že MOSFET nemožno umiestniť do plastovej škatule. Najlepšie je skladovať v kovovej krabici. Zároveň dbajte na to, aby bola trubica odolná voči vlhkosti.
4) Aby sa predišlo induktívnemu poškodeniu hradla MOSFET, všetky testovacie prístroje, pracovné stoly, spájkovačky a samotné obvody musia byť dobre uzemnené; pri spájkovaní kolíkov najskôr prispájkujte zdroj; pred pripojením k okruhu, trubica Všetky konce elektród by mali byť navzájom skratované a po dokončení zvárania by mal byť skratovaný materiál odstránený; pri vyberaní skúmavky zo stojana na komponenty by sa mali použiť vhodné metódy na zaistenie uzemnenia ľudského tela, napríklad pomocou uzemňovacieho krúžku; samozrejme, ak je pokročilá Spájkovačka vyhrievaná plynom je vhodnejšia na zváranie MOSFETov a zaisťuje bezpečnosť; elektrónka sa nesmie zasúvať ani vyťahovať z okruhu pred vypnutím napájania. Pri používaní MOSFET je potrebné venovať pozornosť vyššie uvedeným bezpečnostným opatreniam.
5) Pri inštalácii MOSFET dávajte pozor na polohu inštalácie a snažte sa vyhnúť tomu, aby ste boli blízko vykurovacieho telesa; aby sa zabránilo vibráciám potrubných tvaroviek, je potrebné utiahnuť plášť rúrky; keď sú vývody kolíkov ohnuté, mali by byť o 5 mm väčšie ako veľkosť koreňa, aby sa zabezpečilo, že sa kolíky neohnú a nespôsobí únik vzduchu.
Pre výkonové MOSFETy sú potrebné dobré podmienky pre odvod tepla. Pretože výkonové MOSFETy sa používajú pri vysokom zaťažení, musí byť navrhnutý dostatočný počet chladičov, aby sa zabezpečilo, že teplota puzdra nepresiahne menovitú hodnotu, aby zariadenie mohlo pracovať stabilne a spoľahlivo po dlhú dobu.
Stručne povedané, na zaistenie bezpečného používania tranzistorov MOSFET je potrebné venovať pozornosť mnohým veciam a tiež je potrebné prijať rôzne bezpečnostné opatrenia. Väčšina odborného a technického personálu, najmä väčšina elektronických nadšencov, musí postupovať podľa svojej aktuálnej situácie a prijať praktické spôsoby bezpečného a efektívneho používania MOSFETov.
Čas odoslania: 15. apríla 2024
