מהן הפונקציות של MOSFET?

ישנם שני סוגים עיקריים של MOSFET: סוג צומת מפוצל וסוג שער מבודד. צומת MOSFET (JFET) נקרא בגלל שיש לו שני צמתים PN ושער מבודדMOSFET(JGFET) נקרא בגלל שהשער מבודד לחלוטין מאלקטרודות אחרות. נכון לעכשיו, מבין השערים המבודדים, ה-MOSFET הנפוץ ביותר הוא MOSFET, המכונה MOSFET (MOSFET של מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה); בנוסף, ישנם MOSFETs כוח PMOS, NMOS ו-VMOS, כמו גם מודולי כוח πMOS ו-VMOS שהושקו לאחרונה וכו'.

 

על פי חומרי מוליכים למחצה השונים של הערוץ, סוג הצומת וסוג השער המבודד מחולקים לערוץ וערוץ P. אם מחלקים לפי מצב מוליכות, ניתן לחלק את MOSFET לסוג דלדול וסוג שיפור. צומת MOSFETs הם כולם מסוג דלדול, ו-MOSFET שערים מבודדים הם גם סוג דלדול וגם סוג שיפור.

ניתן לחלק טרנזיסטורי אפקט שדה לטרנזיסטורי אפקט שדה צומת ו-MOSFET. MOSFETs מחולקים לארבע קטגוריות: סוג דלדול N-channel וסוג שיפור; סוג דלדול ערוץ P וסוג שיפור.

 

מאפיינים של MOSFET

המאפיין של MOSFET הוא מתח השער הדרומי UG; השולט על מזהה זרם הניקוז שלו. בהשוואה לטרנזיסטורים דו-קוטביים רגילים, ל-MOSFET יש מאפיינים של עכבת כניסה גבוהה, רעש נמוך, טווח דינמי גדול, צריכת חשמל נמוכה ושילוב קל.

 

כאשר הערך המוחלט של מתח ההטיה השלילי (-UG) עולה, שכבת הדלדול גדלה, הערוץ פוחת ומזהה זרם הניקוז פוחת. כאשר הערך המוחלט של מתח ההטיה השלילי (-UG) יורד, שכבת הדלדול יורדת, הערוץ גדל ומזהה זרם הניקוז עולה. ניתן לראות שמזהה זרם הניקוז נשלט על ידי מתח השער, כך שה-MOSFET הוא מכשיר מבוקר מתח, כלומר, השינויים בזרם המוצא נשלטים על ידי שינויים במתח הכניסה, כדי להשיג הגברה ו מטרות אחרות.

 

כמו טרנזיסטורים דו-קוטביים, כאשר משתמשים ב-MOSFET במעגלים כגון הגברה, יש להוסיף לשער שלו גם מתח הטיה.

יש להחיל את השער של צינור אפקט שדה הצומת עם מתח הטיה הפוכה, כלומר, יש להפעיל מתח שער שלילי על צינור N-ערוץ ויש להחיל טופר שער חיובי על צינור P-channel. MOSFET שער מבודד מחוזק צריך להפעיל מתח שער קדימה. מתח השער של MOSFET מבודד במצב דלדול יכול להיות חיובי, שלילי או "0". שיטות הוספת ההטיה כוללות את שיטת ההטיה הקבועה, שיטת ההטיה העצמית, שיטת הצימוד הישיר וכו'.

MOSFETבעל פרמטרים רבים, כולל פרמטרי DC, פרמטרי AC ופרמטרים מגבילים, אך בשימוש רגיל, אתה רק צריך לשים לב לפרמטרים העיקריים הבאים: זרם מקור ניקוז רווי IDSS צביטה מתח למעלה, (צינור צומת ומצב דלדול מבודד צינור שער, או מתח פתח UT (צינור שער מבודד מחוזק), טרנסמוליכות gm, מתח פריצת מקור ניקוז BUDS, הספק מקסימלי פיזור PDSM וזרם מקור ניקוז מרבי IDSM.

(1) זרם מקור ניקוז רווי

זרם מקור הניקוז הרווי IDSS מתייחס לזרם מקור הניקוז כאשר מתח השער UGS=0 בשער מבודד צומת או דלדול MOSFET.

(2) מתח כיבוי

מתח ה-pinch-off UP מתייחס למתח השער כאשר חיבור הניקוז-מקור מנותק זה עתה בצומת או בשער מבודד מסוג MOSFET. כפי שמוצג ב-4-25 עבור עקומת UGS-ID של צינור N-channel, ניתן לראות בבירור את המשמעות של IDSS ו-UP.

(3) מתח הפעלה

מתח ההדלקה UT מתייחס למתח השער כאשר החיבור למקור הניקוז נעשה רק בשער המבודד המחזק MOSFET. איור 4-27 מציג את עקומת UGS-ID של צינור N-channel, וניתן לראות בבירור את המשמעות של UT.

(4) טרנסמוליכות

Transconductance gm מייצגת את היכולת של מתח מקור השער UGS לשלוט במזהה זרם הניקוז, כלומר, היחס בין השינוי במזהה זרם הניקוז לשינוי במתח מקור השער UGS. 9m הוא פרמטר חשוב למדידת יכולת ההגברה שלוMOSFET.

(5) מתח פירוק מקור ניקוז

מתח התמוטטות מקור הניקוז BUDS מתייחס למתח מקור הניקוז המקסימלי שה-MOSFET יכול לקבל כאשר מתח מקור השער UGS קבוע. זהו פרמטר מגביל, ומתח ההפעלה המופעל על ה-MOSFET חייב להיות נמוך מ-BUDS.

(6) פיזור כוח מרבי

פיזור ההספק המקסימלי PDSM הוא גם פרמטר מגבלה, המתייחס לפיזור הספק המקסימלי של מקור הניקוז המותר ללא הרעה בביצועי MOSFET. בשימוש, צריכת החשמל בפועל של MOSFET צריכה להיות פחותה מ-PDSM ולהשאיר מרווח מסוים.

(7) זרם מקור ניקוז מקסימלי

זרם מקור הניקוז המקסימלי IDSM הוא פרמטר מגבלה נוסף, המתייחס לזרם המרבי המותר לעבור בין הניקוז למקור כאשר ה-MOSFET פועל כרגיל. זרם ההפעלה של ה-MOSFET לא יעלה על ה-IDSM.

1. MOSFET יכול לשמש להגברה. מכיוון שעכבת הכניסה של מגבר MOSFET גבוהה מאוד, קבל הצימוד יכול להיות קטן ואין צורך להשתמש בקבלים אלקטרוליטיים.

2. עכבת הכניסה הגבוהה של MOSFET מתאימה מאוד לשינוי עכבה. הוא משמש לעתים קרובות עבור טרנספורמציה של עכבה בשלב הקלט של מגברים רב שלבים.

3. MOSFET יכול לשמש כנגד משתנה.

4. MOSFET יכול לשמש בנוחות כמקור זרם קבוע.

5. MOSFET יכול לשמש כמתג אלקטרוני.

 

ל-MOSFET יש מאפיינים של התנגדות פנימית נמוכה, מתח עמידה גבוה, מיתוג מהיר ואנרגיית מפולת גבוהה. טווח הזרם המתוכנן הוא 1A-200A וטווח המתח הוא 30V-1200V. אנו יכולים להתאים את הפרמטרים החשמליים על פי תחומי היישום ותוכניות היישום של הלקוח כדי לשפר את אמינות המוצר, יעילות ההמרה הכוללת ותחרותיות מחיר המוצר.

 

השוואת MOSFET לעומת טרנזיסטור

(1) MOSFET הוא אלמנט בקרת מתח, בעוד טרנזיסטור הוא אלמנט בקרת זרם. כאשר מותר לקחת רק כמות קטנה של זרם ממקור האות, יש להשתמש ב-MOSFET; כאשר מתח האות נמוך ומותר לקחת כמות גדולה של זרם ממקור האות, יש להשתמש בטרנזיסטור.

(2) MOSFET משתמש בספקי רוב כדי להוליך חשמל, אז זה נקרא התקן חד קוטבי, בעוד שלטרנזיסטורים יש גם נושאי רוב וגם נושאי מיעוט כדי להוליך חשמל. זה נקרא מכשיר דו קוטבי.

(3) ניתן להשתמש במקור ובניקוז של חלק מה-MOSFETs לסירוגין, ומתח השער יכול להיות חיובי או שלילי, שהוא גמיש יותר מטרנזיסטורים.

(4) MOSFET יכול לעבוד תחת זרם קטן מאוד ותנאי מתח נמוך מאוד, ותהליך הייצור שלו יכול בקלות לשלב MOSFETs רבים על פרוסות סיליקון. לכן, נעשה שימוש נרחב ב-MOSFET במעגלים משולבים בקנה מידה גדול.

 

כיצד לשפוט את האיכות והקוטביות של MOSFET

בחר את טווח המולטימטר ל-RX1K, חבר את כבל הבדיקה השחור לקוטב D ואת כבל הבדיקה האדום לקוטב S. גע בעמודי G ו-D בו-זמנית עם היד שלך. ה-MOSFET צריך להיות במצב הולכה מיידי, כלומר, מחט המטר מתנדנדת למצב עם התנגדות קטנה יותר. , ולאחר מכן גע בעמודי ה-G וה-S עם הידיים, ל-MOSFET לא אמורה להיות תגובה, כלומר, מחט המונה לא תנוע בחזרה למצב האפס. בשלב זה, יש לשפוט שה-MOSFET הוא צינור טוב.

בחר את הטווח של המולטימטר ל-RX1K, ומדוד את ההתנגדות בין שלושת הפינים של ה-MOSFET. אם ההתנגדות בין פין אחד לשני הפינים האחרים היא אינסופית, והיא עדיין אינסופית לאחר החלפת מובילי הבדיקה, אז הפין הזה הוא קוטב G, ושני הפינים האחרים הם קוטב S וקוטב D. לאחר מכן השתמש במולטימטר כדי למדוד את ערך ההתנגדות בין קוטב S לקוטב D פעם אחת, החלף את מובילי הבדיקה ומדוד שוב. זה עם ערך ההתנגדות הקטן יותר הוא שחור. כבל הבדיקה מחובר לקוטב S, וכבל הבדיקה האדום מחובר לקוטב D.

 

אמצעי זהירות לזיהוי ושימוש של MOSFET

1. השתמש במולטימטר מצביע כדי לזהות את ה-MOSFET

1) השתמש בשיטת מדידת התנגדות כדי לזהות את האלקטרודות של צומת MOSFET

על פי התופעה שערכי ההתנגדות קדימה ואחורה של צומת PN של ה-MOSFET שונים, ניתן לזהות את שלוש האלקטרודות של הצומת MOSFET. שיטה ספציפית: הגדר את המולטימטר לטווח R×1k, בחר שתי אלקטרודות כלשהן, ומדוד את ערכי ההתנגדות קדימה ואחורה שלהן בהתאמה. כאשר ערכי ההתנגדות קדימה ואחורה של שתי אלקטרודות שווים והם כמה אלפי אוהם, אז שתי האלקטרודות הן הניקוז D והמקור S בהתאמה. מכיוון שעבור MOSFETs של צומת, הניקוז והמקור ניתנים להחלפה, האלקטרודה הנותרת חייבת להיות השער G. אתה יכול גם לגעת בכבל הבדיקה השחור (גם מוביל הבדיקה האדום מקובל) של המולטימטר לכל אלקטרודה, ובמוביל הבדיקה השני כדי גע בשתי האלקטרודות הנותרות ברצף כדי למדוד את ערך ההתנגדות. כאשר ערכי ההתנגדות שנמדדו פעמיים שווים בערך, האלקטרודה במגע עם מוביל הבדיקה השחור היא השער, ושתי האלקטרודות האחרות הן הניקוז והמקור בהתאמה. אם ערכי ההתנגדות שנמדדו פעמיים שניהם גדולים מאוד, זה אומר שזה הכיוון ההפוך של צומת ה-PN, כלומר שניהם התנגדות הפוכה. ניתן לקבוע שזהו MOSFET N-channel, וכבל הבדיקה השחור מחובר לשער; אם ערכי ההתנגדות שנמדדו פעמיים הם ערכי ההתנגדות קטנים מאוד, מה שמצביע על כך שזהו צומת PN קדימה, כלומר התנגדות קדימה, ונקבע שהוא MOSFET ערוץ P. כבל הבדיקה השחור מחובר גם לשער. אם המצב הנ"ל לא מתרחש, ניתן להחליף את מובילי הבדיקה השחורים והאדומים ולערוך את הבדיקה לפי השיטה הנ"ל עד לזיהוי הרשת.

 

2) השתמש בשיטת מדידת התנגדות כדי לקבוע את האיכות של MOSFET

שיטת מדידת ההתנגדות היא להשתמש במולטימטר כדי למדוד את ההתנגדות בין המקור והניקוז של ה-MOSFET, השער והמקור, השער והניקוז, השער G1 והשער G2 כדי לקבוע אם הוא תואם את ערך ההתנגדות המצוין במדריך ה-MOSFET. הניהול טוב או רע. שיטה ספציפית: ראשית, הגדר את המולטימטר לתחום R×10 או R×100, ומדוד את ההתנגדות בין המקור S לניקוז D, בדרך כלל בטווח של עשרות אוהם עד כמה אלפי אוהם (ניתן לראות זאת ב המדריך כי צינורות דגמים שונים, ערכי ההתנגדות שלהם שונים), אם ערך ההתנגדות הנמדד גדול מהערך הרגיל, ייתכן שזה נובע ממגע פנימי לקוי; אם ערך ההתנגדות הנמדד הוא אינסופי, ייתכן שזהו מוט שבור פנימי. לאחר מכן הגדר את המולטימטר לטווח R×10k, ולאחר מכן מדוד את ערכי ההתנגדות בין שערים G1 ו-G2, בין השער למקור, ובין השער לניקוז. כאשר ערכי ההתנגדות הנמדדים כולם אינסופיים, אז זה אומר שהצינור תקין; אם ערכי ההתנגדות הנ"ל קטנים מדי או שיש נתיב, זה אומר שהצינור גרוע. יש לציין שאם שני השערים נשברו בצינור, ניתן להשתמש בשיטת החלפת הרכיבים לזיהוי.

 

3) השתמש בשיטת קלט אות אינדוקציה כדי להעריך את יכולת ההגברה של MOSFET

שיטה ספציפית: השתמש ברמת R×100 של התנגדות המולטימטר, חבר את כבל הבדיקה האדום למקור S, ואת כבל הבדיקה השחור לניקוז D. הוסף מתח אספקת חשמל של 1.5V ל-MOSFET. בשלב זה, ערך ההתנגדות בין הניקוז למקור מצוין על ידי מחט המונה. לאחר מכן צבט את השער G של הצומת MOSFET עם היד שלך, והוסף את אות המתח המושרה של גוף האדם לשער. באופן זה, עקב השפעת ההגברה של הצינור, ישתנה מתח הניקוז-מקור VDS וזרם הניקוז Ib, כלומר ההתנגדות בין הניקוז למקור תשתנה. מכאן ניתן להבחין כי מחט המטר מתנדנדת במידה רבה. אם המחט של מחט הרשת הידנית מתנדנדת מעט, זה אומר שיכולת ההגברה של הצינור ירודה; אם המחט מתנדנדת מאוד, זה אומר שיכולת ההגברה של הצינור היא גדולה; אם המחט לא זזה, זה אומר שהצינור גרוע.

 

לפי השיטה לעיל, אנו משתמשים בסולם R×100 של המולטימטר כדי למדוד את הצומת MOSFET 3DJ2F. ראשית פתח את אלקטרודת G של הצינור ומדוד את התנגדות מקור הניקוז RDS להיות 600Ω. לאחר החזקת האלקטרודה G ביד, מחט המד מתנדנדת שמאלה. ההתנגדות המצוינת RDS היא 12kΩ. אם מחט המטר מתנדנדת יותר, זה אומר שהצינור טוב. , ובעל יכולת הגברה גדולה יותר.

 

יש לשים לב לכמה נקודות בעת שימוש בשיטה זו: ראשית, בעת בדיקת ה-MOSFET ואחיזת השער בידך, מחט המולטימטר עשויה להסתובב ימינה (ערך ההתנגדות יורד) או שמאלה (ערך ההתנגדות עולה) . זה נובע מהעובדה שמתח ה-AC המושרה על ידי גוף האדם הוא גבוה יחסית, ולמכשירי MOSFET שונים עשויים להיות נקודות עבודה שונות כאשר הם נמדדים עם טווח התנגדות (או הפועלים באזור הרווי או באזור הבלתי רווי). בדיקות הראו שה-RDS של רוב הצינורות עולה. כלומר, מחוג השעון מתנדנד שמאלה; ה-RDS של כמה צינורות יורד, מה שגורם לחוג השעון להסתובב ימינה.

אבל בלי קשר לכיוון שבו מחוג השעון מתנדנד, כל עוד מחוג השעון מתנדנד גדול יותר, זה אומר שלצינור יש יכולת הגברה גדולה יותר. שנית, שיטה זו עובדת גם עבור MOSFETs. אבל יש לציין שהתנגדות הכניסה של MOSFET גבוהה, והמתח המושרה המותר של השער G לא צריך להיות גבוה מדי, אז אל תצבוט את השער ישירות עם הידיים. עליך להשתמש בידית המבודדת של המברג כדי לגעת בשער עם מוט מתכת. , כדי למנוע מהמטען המושרה על ידי גוף האדם להתווסף ישירות לשער, ולגרום להתמוטטות השער. שלישית, לאחר כל מדידה, יש לקצר את עמודי ה-GS. הסיבה לכך היא שתהיה כמות קטנה של מטען על קבל צומת GS, אשר בונה את מתח ה-VGS. כתוצאה מכך, מחוגי המד עלולים שלא לזוז בעת מדידה נוספת. הדרך היחידה לפרוק את המטען היא לקצר את המטען בין אלקטרודות ה-GS.

4) השתמש בשיטת מדידת התנגדות כדי לזהות MOSFETs לא מסומנים

ראשית, השתמש בשיטה של ​​מדידת התנגדות כדי למצוא שני פינים בעלי ערכי התנגדות, כלומר המקור S והניקוז D. שני הפינים הנותרים הם השער הראשון G1 והשער השני G2. רשום את ערך ההתנגדות בין המקור S לניקוז D שנמדד עם שני מובילי בדיקה תחילה. החלף את מובילי הבדיקה ומדוד שוב. רשום את ערך ההתנגדות הנמדד. זה עם ערך ההתנגדות הגדול יותר שנמדד פעמיים הוא מוביל הבדיקה השחור. האלקטרודה המחוברת היא הניקוז D; כבל הבדיקה האדום מחובר למקור S. ניתן לאמת את הקטבים S ו-D המזוהים בשיטה זו על ידי הערכת יכולת ההגברה של הצינור. כלומר, כבל הבדיקה השחור בעל יכולת הגברה גדולה מחובר לקוטב D; כבל הבדיקה האדום מחובר לאדמה ל-8 קוטב. תוצאות הבדיקה של שתי השיטות צריכות להיות זהות. לאחר קביעת המיקומים של ניקוז D ומקור S, התקן את המעגל בהתאם למיקומים המתאימים של D ו-S. בדרך כלל, G1 ו- G2 יהיו מיושרים ברצף. זה קובע את המיקומים של שני השערים G1 ו-G2. זה קובע את הסדר של הפינים D, S, G1 ו-G2.

5) השתמש בשינוי בערך ההתנגדות ההפוכה כדי לקבוע את גודל ההולכה

בעת מדידת ביצועי הטרנסמוליכות של MOSFET לשיפור ערוץ VMOSN, ניתן להשתמש בכבל הבדיקה האדום כדי לחבר את המקור S ואת כבל הבדיקה השחור לניקוז D. זה שווה ערך להוספת מתח הפוך בין המקור לניקוז. בשלב זה, השער פתוח במעגל, וערך ההתנגדות ההפוכה של הצינור אינו יציב מאוד. בחר את טווח האוהם של המולטימטר לטווח ההתנגדות הגבוה של R×10kΩ. בשלב זה, המתח במד גבוה יותר. כאשר אתה נוגע ברשת G עם היד, תגלה שערך ההתנגדות ההפוכה של הצינור משתנה באופן משמעותי. ככל שהשינוי גדול יותר, כך ערך ההולכה של הצינור גבוה יותר; אם ההולכה של הצינור הנבדק קטן מאוד, השתמש בשיטה זו כדי למדוד כאשר, ההתנגדות ההפוכה משתנה מעט.

 

אמצעי זהירות לשימוש ב-MOSFET

1) על מנת להשתמש ב-MOSFET בצורה בטוחה, לא ניתן לחרוג מערכי הגבול של פרמטרים כגון הספק המופץ של הצינור, מתח הניקוז המרבי, מתח המקור המרבי והזרם המרבי בתכנון המעגל.

2) בעת שימוש בסוגים שונים של MOSFET, יש לחבר אותם למעגל בהתאם להטיה הנדרשת, ויש להקפיד על הקוטביות של הטיית MOSFET. לדוגמה, קיים צומת PN בין מקור השער לניקוז של צומת MOSFET, והשער של צינור N-channel לא יכול להיות מוטה חיובית; השער של צינור P-channel לא יכול להיות מוטה לרעה וכו'.

3) מכיוון שעכבת הכניסה של MOSFET גבוהה במיוחד, הפינים חייבים להיות קצרים במהלך ההובלה והאחסון, וחייבים להיות ארוזים עם מיגון מתכת כדי למנוע פוטנציאל חיצוני המושרה מהתמוטטות של השער. בפרט, שימו לב שלא ניתן להניח את MOSFET בקופסת פלסטיק. עדיף לאחסן אותו בקופסת מתכת. יחד עם זאת, שימו לב לשמור על הצינור חסין רטיבות.

4) על מנת למנוע התמוטטות אינדוקטיבית של שער MOSFET, כל מכשירי הבדיקה, ספסלי העבודה, המלחמים והמעגלים עצמם חייבים להיות מוארקים היטב; בעת הלחמת הפינים, הלחמו תחילה את המקור; לפני החיבור למעגל, הצינור יש לקצר את כל קצוות העופרת זה לזה, ויש להסיר את החומר המקצר לאחר השלמת הריתוך; בעת הוצאת הצינור מתלה הרכיבים, יש להשתמש בשיטות מתאימות כדי להבטיח שגוף האדם מקורקע, כגון שימוש בטבעת הארקה; כמובן, אם מתקדם A מלחם מחומם גז נוח יותר לריתוך MOSFETs ומבטיח בטיחות; אסור להכניס את הצינור למעגל או לשלוף אותו לפני כיבוי החשמל. יש לשים לב לאמצעי הבטיחות שלעיל בעת השימוש ב-MOSFET.

5) בעת התקנת MOSFET, שימו לב למיקום ההתקנה ונסו להימנע מלהיות קרוב לגוף החימום; על מנת למנוע את הרטט של אביזרי הצינור, יש צורך להדק את מעטפת הצינור; כאשר מובילי הפינים מכופפים, הם צריכים להיות גדולים ב-5 מ"מ מגודל השורש כדי להבטיח שהימנע מכיפוף הפינים וגרימת דליפת אוויר.

עבור MOSFETs כוח, נדרשים תנאי פיזור חום טובים. מכיוון שמשתמשים ב-MOSFET הספק בתנאי עומס גבוה, יש לתכנן מספיק גופי קירור כדי להבטיח שטמפרטורת המארז לא תעלה על הערך המדורג כך שהמכשיר יוכל לעבוד ביציבות ובאמינות לאורך זמן.

בקיצור, כדי להבטיח שימוש בטוח ב-MOSFET, יש הרבה דברים שצריך לשים לב אליהם, ויש גם אמצעי בטיחות שונים שצריך לנקוט. רוב הצוות המקצועי והטכני, במיוחד רוב חובבי האלקטרוניקה, חייבים להמשיך בהתבסס על מצבם בפועל ולנקוט בדרכים מעשיות כדי להשתמש ב-MOSFET בצורה בטוחה ויעילה.