MOSFET | este o componentă electronică ce acționează ca un comutator controlat electric

Operațiunea

Există patru tipuri comune de MOSFET:

Modul de îmbunătățire a modului N-Channel MOSFET

Comutatorul dintre "sursă" și "drenaj" este de obicei oprit. Puteți activa comutatorul prin aplicarea unei tensiuni pozitive la "poartă", astfel încât aceasta să aibă o tensiune mai mare decât "sursa".

Modul de îmbunătățire a modului P-Channel MOSFET

Comutatorul dintre "sursă" și "drenaj" este de obicei oprit. Puteți activa comutatorul aplicând o tensiune negativă la "poartă", astfel încât aceasta să aibă o tensiune mai mică decât "sursa".

Modul de epuizare N-Channel MOSFET cu canal de epuizare

Comutatorul dintre "sursă" și "drenaj" este de obicei pornit. Puteți opri comutatorul aplicând o tensiune negativă la "poartă", astfel încât aceasta să aibă o tensiune mai mică decât "sursa".

Modul de epuizare P-Channel MOSFET cu canal P

Comutatorul dintre "sursă" și "drenaj" este de obicei pornit. Puteți opri comutatorul aplicând o tensiune pozitivă la "poartă", astfel încât aceasta să aibă o tensiune mai mare decât "sursa".

MOSFET-urile cu canal P în mod de epuizare nu sunt de obicei disponibile.

Rezumat

Tip MOSFET	În mod normal	Pentru a schimba, aplicați ____ tensiune la "poartă".
Modul de îmbunătățire a modului N-Channel	Off	Pozitiv
Modul de îmbunătățire a modului P-Channel	Off	Negativ
Modul de epuizare N-Channel	Pe	Negativ
Modul de epuizare P-Channel	Pe	Pozitiv

 

Diferențe între MOSFET-uri

Circuite integrate

Pe o bucată mică de siliciu pot fi create milioane de MOSFET-uri. Astfel se obține un circuit integrat. Pentru detalii, consultați articolul despre circuitul integrat.

Restul acestei secțiuni se referă la MOSFET-urile simple cu trei conexiuni.

Căldură

Dacă MOSFET-ul este parțial pornit, acesta va reduce puterea care trece prin el. Acest lucru se realizează prin transformarea unei părți din energie în căldură. Chiar dacă este pornit, acesta va converti o parte din energie în căldură.

MOSFET-ul are o rezistență. Atunci când curentul trece de la drena MOSFET-ului la sursa sa, va exista o cădere de tensiune. Înmulțiți acest curent și tensiunea pentru a obține pierderea de putere. Această putere pierdută devine căldură.

MOSFET-ul trebuie să scape de această căldură, de obicei prin trecerea ei în aer.

MOSFET-urile mai mici se încălzesc și încălzesc aerul din apropiere. Unele MOSFET-uri trebuie să se afle pe o placă de circuit, care are o suprafață mai mare pentru a încălzi mai mult aer. MOSFET-urile de cea mai mare putere trebuie să se afle pe un radiator. Radiatorul este o bucată mare de metal cu aripioare pentru a transfera căldura în aer pe o suprafață mare. De asemenea, este posibil să aibă nevoie de un ventilator pentru a împinge mult aer peste radiator.

Alte diferențe între MOSFET-uri

Există o mulțime de MOSFET-uri diferite disponibile. Atunci când alegeți un MOSFET, odată ce ați decis între cele 4 tipuri principale, există o mulțime de alte lucruri la care trebuie să vă gândiți. Diferențele dintre MOSFET-uri includ:

• V_GSS - Tensiunea permisă între poartă și sursă. Dacă aplicați o tensiune prea mare, MOSFET-ul se va întrerupe.
• V_DSS - Tensiunea permisă între drenă și sursă. Dacă aplicați o tensiune prea mare, MOSFET-ul se va întrerupe.
• I_D - Curentul permis între drenă și sursă. Dacă încercați să alimentați o sarcină mare, cum ar fi un motor, atunci aveți nevoie de un MOSFET proiectat pentru curenți mari.
• VGS_(TH) ("Tensiune de prag") - Aproximativ cât de mare trebuie să fie tensiunea pe care trebuie să o aplicați "porții" pentru ca aceasta să comute. Cât de mult este "pornit" MOSFET-ul depinde de tensiunea exactă de la "poartă", de temperatură și de tensiunea de la "drenă". Fișa tehnică a MOSFET-ului va conține detalii.
• RDS_{(ON) -} Când MOSFET-ul este complet "pornit", se va comporta ca o rezistență cu această valoare. O valoare mai mare înseamnă că, atunci când MOSFET-ul este complet "pornit", există mai multă energie irosită și mai multă căldură. O valoare mai mică este mai bună.
• P_D - Cea mai mare cantitate de căldură pe care MOSFET-ul o poate degaja în fiecare secundă fără să se rupă. (Puterea disipată). Dacă faceți ca MOSFET-ul să degajeze căldură mai repede decât această valoare, atunci MOSFET-ul se va supraîncălzi și se va rupe.
• R_θJA - Cât de rău este MOSFET-ul în transferul de căldură către aer. Cifrele mai mici sunt mai bune. În cazul MOSFET-urilor care folosesc un radiator, se va spune cât de rău sunt la transferul de căldură către radiator.
• T_J - Temperatura de lucru a părții din MOSFET care generează căldură. Dacă o faceți să depășească această limită, MOSFET-ul se va rupe.
• t_D(ON) și tD_(OFF) - Timpul necesar pentru pornirea și oprirea MOSFET-ului. MOSFET-urile mai mici, cu tensiune și curent redus, pot fi suficient de rapide pentru a fi utilizate în cele mai rapide calculatoare. MOSFET-urile mai mari, de putere mai mare, tind să fie mai lente.
• Electricitatea statică poate întrerupe un MOSFET. Unele MOSFET-uri includ protecție împotriva electricității statice.
• Unele piese includ mai multe MOSFET-uri pe un singur dispozitiv. Acest lucru poate fi mai mic decât dacă ar fi vorba de MOSFET-uri separate. De asemenea, poate fi mai ieftin să se realizeze o placă de circuite electronice cu mai puține piese.

 

Teorie

Există mai multe moduri diferite de a face MOSFET-uri pe semiconductor. Cea mai simplă metodă este prezentată în diagrama din dreapta acestui text. Partea albastră reprezintă siliciu de tip P, în timp ce partea roșie reprezintă siliciu de tip N. Intersecția dintre cele două tipuri face o diodă. În semiconductorul de siliciu, există o ciudățenie numită "Regiunea de epuizare". În cazul siliciului dopat, în care o parte este de tip N dopat și o parte este de tip P dopat, la intersecția dintre cele două se va forma în mod natural o regiune de epuizare. Acest lucru se datorează acceptorilor și donatorilor lor. Siliciul de tip P are acceptori, cunoscuți și sub numele de găuri, care atrag electronii spre ei. Siliciul de tip N are donatori, sau electroni, care sunt atrași de găuri. La granița dintre cele două, electronii din tipul N umplu găurile din tipul P. Acest lucru are ca rezultat faptul că atomii acceptori, sau de tip P, devin încărcați negativ și, deoarece sarcinile negative atrag sarcinile pozitive, acceptorii, sau găurile, vor curge spre "joncțiune". Pe partea de tip N, există o sarcină pozitivă, ceea ce face ca donatorii, sau electronii, să curgă spre "joncțiune". Când ajung acolo, vor fi respinși de sarcina negativă de pe cealaltă parte a joncțiunii, deoarece sarcinile similare se resping. Același lucru se va întâmpla și pe partea de tip P, donatorii, sau găurile, vor fi respinși de zona pozitivă din partea de tip N. Nu poate circula electricitate între cele două, deoarece nici un electron nu se poate deplasa spre cealaltă parte.

MOSFET-urile folosesc acest lucru în avantajul lor. "Corpul" MOSFET-ului este alimentat negativ, ceea ce lărgește regiunea de epuizare, deoarece găurile sunt umplute cu noii electroni, astfel încât forța opusă electronilor de pe partea N devine mult mai mare. "Sursa" MOSFET-ului este alimentată negativ, ceea ce micșorează complet zona de epuizare în tipul N, deoarece există suficienți electroni pentru a umple zona de epuizare pozitivă. "Drenajul" are o alimentare pozitivă. Atunci când "Poarta" este alimentată cu putere pozitivă, aceasta va crea un mic câmp electromagnetic, care va elimina zona de epuizare direct sub poartă, deoarece va exista un "spray" de găuri, ceea ce va crea ceva numit "canal N". Canalul N este o regiune temporară a zonei de siliciu de tip P, în care nu există o zonă de epuizare. Câmpul electric pozitiv va neutraliza toți electronii de rezervă care alcătuiesc zona de epuizare. Electronii din zona de sursă vor avea astfel o cale liberă pentru a se deplasa către "drenaj", ceea ce va face ca electricitatea să circule de la sursă la drenaj.

 
Diagrama unui MOSFET simplu