MOSFET

MOSFET – это сокращение от двух английских словосочетаний: Metal-Oxide-Semiconductor (металл – окисел – полупроводник) и Field-Effect-Transistors (транзистор, управляемый электрическим полем).

Или по русски, MOSFET – это полевой транзистор с изолированным затвором. MOSFET имеет 3 вывода (ножки): сток (Drain), исток (Source), затвор (Gate). Между истоком и стоком в полевом транзисторе сформирован полупроводниковый канал. Канал может быть с n или p проводимостью. Снаружи канал покрыт изолятором. На изолятор нанесён металлический затвор. Затвор управляет проводимостью канала, при этом управляющий ток через изолятор под затвором протекать не может. Электрическое поле (напряжение) поданное на затвор управляет проводимостью канала. У MOSFET с n-каналом исток подключают к минусу источника питания, а у MOSFET с p-каналом исток подключают к плюсу источника питания.

Сравним MOSFET и биполярный транзистор. Важнейшей характеристикой биполярного транзистора является коэффициент усиления по току и напряжению, а из произведения этих величин получаем коэффициент усиления по мощности. У MOSFETкоэффициент усиления по напряжению может быть меньше 1 или больше 1 в зависимости от напряжения питания схемы, но вот коэффициент усиления по току может приближаться к бесконечности так как у MOSFET нет входного тока (ток затвора), ток сток-исток у некоторых моделей может достигать сотен ампер. 100/0 = ∞. Соответственно и коэффициент усиления по мощности приближается к бесконечности.

У MOSFET огромное входное сопротивление постоянному току, но между затвором и каналом (стоком и истоком) имеется электрическая ёмкость (конденсатор), поэтому с ростом частоты управляющего сигнала входное сопротивление MOSFET быстро падает. У MOSFET очень большое сопротивление канала в закрытом состоянии и оно же составляет сотые доли Ома в открытом состоянии канала. Эти свойства MOSFET делают его идеальным ключевым элементом в электронных схемах. Но у MOSFET очень тонкий изолятор под затвором, поэтому пробой изолятора может наступить при напряжениях на затворе всего в 2 раза выше рабочего напряжения (смотрите datasheet). Если MOSFET выполняет роль ключевого элемента в электронной схеме, очень важно открывать канал оптимальным напряжением на затворе для полного отпирания канала. Достаточное для полного отпирания канала напряжение на затворе, обычно составляет несколько вольт и отлично согласуется с TTL (5 Вольт) логикой.

Так как у MOSFET затвор изолирован, у него практически нет управляющего (входного тока). Это свойство MOSFET делает его особенно привлекательным в некоторых схемах.

Например, возьмём транзистор SI2302. Имея размер менее спичечной головки, этот транзистор может пропускать ток до 3,6 Ампер, при этом не греется и не потребляет управляющий ток, он управляется напряжением. А тут есть некоторое ограничение, для полного открытия канала сток — исток на затвор необходимо подать напряжение 4,5 Вольт. Но можно работать с открывающим напряжением на затворе 2,5 Вольт, при этом ток в нагрузке может достигать 3,1 Ампера.

Что это даёт в схемах робототехники и автоматики? MOSFET SI2302 можно подключать к выходам Arduino (м-к AVR) и управлять мощной нагрузкой, при этом совершенно не нагружая микроконтроллер. А вот подключить MOSFET к выходам м-к с 3,3 Вольт питанием напрямую не удастся.

Рис. 1. Схема включения полевого транзистора с n-каналом.

На рис. 1 через резистор R1 на затвор транзистора Q1 (SI2302) подаётся закрывающее канал сток-исток напряжение низкого уровня. R1 — входное сопротивление этой схемы. R2 — ограничивает входной ток на высоких частотах переключения и, к сожалению, ограничивает быстродействие транзистора.

Благодаря высокому входному сопротивлению полевых транзисторов с изолированным затвором, на основе схемы рис. 1 легко собрать прибор для проверки работоспособности конденсаторов см. рис. 2.

Рис. 2. Схема пробника для конденсаторов.

Пробником, собранным по схеме на рис. 2 можно проверять конденсаторы ёмкостью от 1 нФ до 1 мкФ. Если заменить резистор R1 на резистор с сопротивлением 5 кОм, можно будет проверять электролитические конденсаторы от 1 мкФ до 100мкФ. Для проверки конденсаторов большей ёмкости необходимо ещё уменьшить сопротивление резистора R1.

Рис. 3. Пробник для проверки конденсаторов собранный на макетной плате.

Работает пробник следующим образом: когда Вы подключаете исправный конденсатор в схему, светодиод вспыхивает на короткое время. Если электролитический конденсатор высох или в нём обрыв, светодиод не горит. Если в конденсаторе короткое замыкание или большой ток утечки, светодиод горит постоянно.

В следующей схеме рис. 4, благодаря высокому входному сопротивлению MOSFET, заряд конденсатора, подключённого к затвору транзистора не меняется длительное время. Мы можем коротким импульсом зарядить конденсатор, канал транзистора откроется и светодиод будет гореть. Если разрядить конденсатор, канал транзистора закроется и светодиод погаснет. Схема работает как ячейка памяти на 1 бит, запоминает состояния 1 (включено), 2 (выключено).

Рис. 4. Переключатель с памятью.

В схеме переключателя рис. 4 мы использовали конденсатор C1 ёмкостью 2,2 мкФ.

Рис. 5. Макет переключателя с памятью.

Рис. 6. Схема с кнопками Пуск/Стоп.

Рис. 7. Макет схемы с кнопками Пуск/Стоп.

Руководство по применению

MOSFET и GaN FET

Руководство по применению MOSFET и GaN FET | Эффективность побеждает

МОП-транзисторов ГАН

19 ноября 2020 г. Автор: TeamNexperia

Загрузите или закажите печатную копию Справочника по применению MOSFET и GaN FET: Руководство для инженера-проектировщика. Обновленная версия, второе издание чрезвычайно популярного руководства по применению МОП-транзисторов, представляет собой уникальный сборник технических материалов и указаний по применению, содержащих важную и актуальную информацию для всех, кто занимается интеграцией МОП-транзисторов и полевых транзисторов GaN в реальные системы.

Написано инженерами — для инженеров — мы делимся опытом и знаниями, накопленными нашими инженерными командами за многие годы, помогая клиентам в различных секторах переходить от первоначальной концепции, создания прототипа к окончательному производству

 

Эффективное и действенное управление питанием

Знания, содержащиеся в этом руководстве, очень актуальны и своевременны. Никогда прежде инженеры не испытывали такого давления, чтобы они создавали продукты и системы, которые не только обеспечивают высокий уровень производительности и функциональности, но и делают это в условиях все более жестких ограничений по размеру и мощности. Более того, потребность в рентабельном и эффективном преобразовании энергии и электрификации будет только усиливаться, поскольку общество стремится снизить затраты на энергию, сократить выбросы парниковых газов и максимально использовать возобновляемые ресурсы, удовлетворяя растущие потребности растущего населения и взрыв в количестве приложений, зависящих от электричества.

Ясно одно: питание больше нельзя рассматривать как нечто второстепенное, что-то, к чему нужно обращаться только после проектирования и создания прототипа продукта или основной функциональности системы. Более того, с учетом того, что эффективное и действенное управление питанием находится на самом верху повестки дня проектирования или находится рядом с ним, не только роль инженера-энергетика становится более актуальной, чем когда-либо прежде, но и другим инженерам приходится расширять свой набор навыков для решения задач, связанных с питанием и эффективностью. Это означает понимание дискретных полупроводниковых технологий, таких как силовые полевые МОП-транзисторы, полевые МОП-транзисторы с малым сигналом и полевые транзисторы на основе GaN, а также знание того, как лучше всего использовать эти устройства, чтобы соответствовать строгим требованиям к характеристикам продукта и производительности, а также обеспечить эффективность, ожидаемую клиентами и законодателями.

Руководство для инженера-проектировщика

Справочник содержит более 600 страниц полезных руководств по общим темам и проблемам, с которыми может столкнуться инженер-проектировщик, и дает представление о иногда запутанном и сложном поведении MOSFET и Power GaN FET, включая информацию. необходимо для решения распространенных проблем и избежания потенциальных ловушек — мы уверены, что руководство станет справочным пособием для всех, кто занимается оптимизацией питания и коммутацией слабого сигнала, преобразованием мощности и управлением питанием.

 

 

Получите бесплатную цифровую или бумажную копию этого Руководства инженера-конструктора

Если вы хотите получить цифровую или бумажную копию Руководства инженера-конструктора MOSFET, просто заполните эту форму.

Если форма не отображается, нажмите здесь

Об авторе

TeamNexperia

Похожие материалы

04 января 2023 г.

Зачем использовать биполярный транзистор для управления мощными светодиодами?

Биполярные транзисторы

04 января 2023 г.

Понимание характеристик переключения RET

Биполярные транзисторы Автомобильный Промышленный

16 декабря 2022 г.

Как компания Copper Clip создает идеальные корпуса для будущего энергетики

МОП-транзисторы Мощность

15 декабря 2022 г.

Максимальная эффективность SMPS с помощью сверхбыстрых выпрямителей на 200 В

Диоды Власть Индустриальный

Полупроводниковые и системные решения — Infineon Technologies

2023 финансовый год за первый квартал
Результаты квартала

2 февраля 2023 года

Больше информации

Полупроводники – ключевой фактор декарбонизации

Докладчик DLD23 Андреас Уршиц, директор по маркетингу, о решающей роли полупроводников в зеленой энергетике и повышении устойчивости Европы

Прочитай сейчас

Энергоэффективное отопление расширяет ассортимент

Используйте полупроводниковые продукты Infineon для высоковольтных нагревателей PTC в электромобиле. Экономьте электроэнергию и обеспечьте комфорт пассажиров

Узнать больше

Поддержание здоровья с помощью умных устройств

Хорошее здоровье все чаще означает принятие на себя ответственности за свое здоровье путем улучшения самочувствия для предотвращения болезней. Откройте для себя потенциал Интернета вещей для улучшения здоровья.

Умные медицинские приборы

Обязательные учебные пособия: простой способ перехода на USB-C

Планируете питать электронные устройства через USB-C? Используйте наш высокоинтегрированный контроллер порта USB Type-C, чтобы легко заменить устаревшие цилиндрические разъемы

Смотри

Цифровая трансформация разработки продуктов

Узнайте, как инновации продуктов, основанные на данных, повышают рентабельность продуктов IoT, из нового отчета Aberdeen Strategy & Research

Узнать больше

Новости

7 февраля 2023 г.