Мосфет транзистор гигантского размера своими руками
Мосфет транзистор — это полупроводниковый полевой прибора (MOSFET) металл-оксидного типа, который применяется для переключения больших величин тока. В силовых мосфет транзисторах используется вертикальная структура с выводами истока и стока на противоположных сторонах кристалла.
В нашей статье речь пойдет о том, как в домашних условиях изготовить mosfet транзистор высокой мощности своими руками. В какое то время у меня появилась потребность собрать некую схему мощного устройства, рассчитанного на импульсный пусковой ток в пределах 500А или более. Наилучшим вариантом построения такой схемы я решил применить отдельный модуль, набранный из нескольких мосфет транзисторов.
Метод изготовления мощного составного транзистора
Принцип самостоятельного создания такого мощного составного транзистора, был позаимствован на сайте «Сделай сам». Порядок его изготовления заключался в создании супер-мощного модуля состоящего из нескольких мосфетов (относительно небольшой мощности) в одном корпусе, собранных по схеме параллельного соединения.
К тому же, полевики такого типа отлично поддаются компоновке при установки их на подложку вплотную друг с другом, а также не имеют нареканий в работе при таком соединении.
Для сборки прибора потребуются следующие компоненты:
- MOSFET транзисторы N-канального типа — 50N06 — 12 шт
- Холодная сварка либо другой клеевой состав по металлу
- Эпоксидная смола для заливки корпуса
- Отрезок текстолита для печатной платы
- Мощный паяльник, припой и флюс
Процесс создания мосфет транзистора в домашних условиях
Делаем печатную плату способом, который вам больше доступен.
В моем случае травление выполнялось с помощью хлорного железа.
Устанавливаем все необходимые перемычки из медного провода, а для усиления дорожек на плате — лудим их.
Монтируем на плату подготовленные МОП-транзисторы. В моем варианте составного прибора были применены двенадцать штук 50N06 MOSFET с параметрами — 60v; 50А в корпусе TO-252.
Все компоненты были включены по схеме параллельного соединения.
Контактные выводы модульной сборки мосфет транзистора выполнены из медного провода подходящего сечения.
Перед тем как как запаивать выводы на плату, для удобства их можно зафиксировать между собой тонким проводом, который впоследствии нужно убрать.
После пайки печатную плату следует тщательно очистить от флюса и промыть спиртом.
Наносим слой эпоксидной смолы на места пайки контактных выводов.
Вырезаем из листового алюминия теплопроводящее основание (подложку) под печатку.
Делаем отверстие в алюминии под винт для крепления на теплоотвод.
Плату с установленными транзисторами крепим к подложке с помощью холодной сварки.
Для придания эстетичного и профессионального вида транзисторной сборке, делаем форму из оргстекла для заливки эпоксидной смолой.
Согласно инструкции готовим состав из эпоксидной смолы и отвердителя для заливки формы для корпуса модуля.
Наполняем компонентом форму и даем время составу затвердеть.
Снимаем прозрачный корпус, теперь он не нужен.
Прибор почти готов.
На заключительном этапе изготовления мощного мосфет транзистора наносится маркировка на лицевую часть корпуса сборки. Нанести такую маркировку можно лазером.
Черной или синей краской заполняем углубления.
На этом изготовление прибора считается закончено, сверх-мощный полевой транзистор готов к испытанию.
Как сделать мосфет гигантского размера
MOSFET транзистор. Полевой транзистор с изолированным затвором.
Пока свежи вспоминания о предыдущей статье, которая была посвящена полевым транзисторам, я решил опубликовать и еще один материал по этой теме. Разберем следующий из упомянутых типов полупроводниковых устройств, а именно полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET транзистор).
И снова основной упор я сделаю на сути физических явлений, которые обеспечивают работу описываемого устройства. Не затягиваю с вводным текстом, приступаем к основной деятельности.
Транзисторы с изолированным затвором также именуются МОП-транзисторами (Металл-Оксид-Полупроводник), либо МДП-транзисторами (Металл-Диэлектрик-Полупроводник). Собственно, это напрямую зависит от его физического устройства. Кроме того, прочно вошло в обиход и название MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor), оно также относится к рассматриваемым нами сегодня устройствам. Изолированность затвора от канала диэлектриком позволяет данным компонентам иметь очень высокое входное сопротивление.
Итак, разветвим сразу статью на две части, в соответствии с двумя подклассами полевых транзисторов с изолированным затвором:
- с встроенным каналом
- с индуцированным каналом
При этом, по-прежнему, каждый из этих подклассов делится еще на два в зависимости от типа проводимости канала — N-канал/P-канал:
Начинаем по традиции с подробного обзора того, как именно работает рассматриваемое устройство/компонент.
И для этого погрузимся в его внутренне устройство. Снова сосредоточим внимание на MOSFET транзисторах с N-каналом, для P-канала суть и принципы те же, только полярность подключаемых напряжений противоположная.
Устройство и принцип работы MOSFET транзистора с встроенным каналом.
Устройство, в целом, схоже с JFET-транзисторами, вспомним основных действующих лиц:
- Область P-типа, в которой основными носителями заряда являются дырки.
- Область N+, в которой, напротив, основные носители – электроны. Пометка «+» символизирует повышенное легирование области, что означает повышенную же концентрацию электронов в ней.
- Электроды полевого транзистора – сток, исток и затвор. Вывод подложки может как присутствовать, так и отсутствовать (в таком случае он соединен с истоком внутри транзистора).
- И ко всему прочему, зоны типа N+ соединены между собой – эта область и образует встроенный канал, присутствующий в названии компонента.
Как адепт максимально четкой структуры, я пойду по такому же плану, как в статье про JFET.
Стартовая точка такова:
Начнем с подключения следующим образом:
Канал (то есть область N-типа, соединяющая сток и исток) у нас присутствует конструктивно изначально, поэтому ничто и никто не препятствует движению электронов по этому самому каналу.
Движение электронов – это, в свою очередь, есть протекание тока. То есть при U_{ЗИ} = 0 в наличии имеется протекающий от стока к истоку ток. Фиксируем данный факт, и подаем положительное напряжение между затвором и истоком:
Возникающее электрическое поле будет притягивать дополнительные электроны как из областей стока и истока, так и из подложки, где концентрация электронов пусть и невелика, но они там есть.
И что получаем в итоге? Фактически увеличение, оно же расширение, канала, из которого логичным образом вытекает и увеличение тока, поскольку физически по нему сможет перемещаться большее количество электронов. Расширение канала ⇒ уменьшение его сопротивления ⇒ увеличение его проводимости ⇒ увеличение потока электронов ⇒ увеличение тока 👍
При таком включении MOSFET транзистор работает в режиме обогащения.
Проведем сравнительный анализ со случаем, когда U_{ЗИ} = 0:
Все соответствует произведенным нами выводам. Но на этом не завершаем, второй случай: U_{ЗИ} < 0. Механизм тот же, эффект противоположный:
Теперь возникающее поперечное электрическое поле приводит, наоборот, к выталкиванию электронов из области канала, что ведет к диаметрально отличающимся последствиям. Сужение канала ⇒ увеличение его сопротивления ⇒ уменьшение его проводимости ⇒ уменьшение потока электронов ⇒ уменьшение тока. И по итогу имеем:
В данном случае транзистор с встроенным каналом пребывает в режиме обеднения. И для всех трех рассмотренных случаев:
Также рассмотрим зависимость тока сток-исток от напряжения между затвором и истоком. Очевидно, что увидим тут полное соответствие тому, что разобрали:
При U_{ЗИ} = 0 через транзистор (по пути сток-исток) течет некий ток. Увеличение U_{ЗИ} – увеличение тока, то же самое и при уменьшении, то есть отрицательном смещении затвора относительно истока.
При определенном пороговом значении канал сужается настолько, что протекание тока прекращается полностью.
Разобрали суть протекающих процессов и явлений, переходим ко второму типу – MOSFET с индуцированным каналом.
Устройство и принцип работы MOSFET транзистора с индуцированным каналом.
Действуем по уже четко отработанному плану, начинаем с устройства и структуры:
Сразу же ключевое отличие – область N-типа, соединяющая зоны стока и истока (канал) отсутствует. Из чего вытекает тот факт, что при U_{ЗИ} равном 0, ток не течет, в отличие от рассмотренного выше случая.
Начинаем повышать напряжение между затвором и истоком. Для N-канального транзистора, который мы рассматриваем, ситуация такова:
Для P-канального все описанное остается в силе, просто полярность противоположная.
Продолжаем с N-каналом. Возникающее электрическое поле вполне естественно начинает притягивать электроны к области затвора. При определенном значении U_{ЗИ} концентрация электронов станет достаточной для образования тонкой области N-типа, через которую начнет протекать ток:
Эта область и является индуцированным каналом, которого конструктивно изначально нет, но в связи с воздействием электрического поля он материализуется ) Соответственно, увеличиваем дальше U_{ЗИ} – получаем расширение этого канала, которое приводит к увеличению тока сток-исток:
Транзистор с индуцированным каналом в данном случае работает в режиме обогащения:
А зависимость тока I_{СИ} от напряжения U_{ЗИ} теперь имеет следующий вид:
И опять же все логично, при U_{ЗИ} < U_{ЗИ \medspace порог} ток не течет, при U_{ЗИ} > U_{ЗИ \medspace порог} ток увеличивается с увеличением напряжения.
В целом, на этом можно считать, что с механизмами, обеспечивающими функционирование полевых транзисторов с изолированным затвором, мы разобрались, закрепим на примере.
Полевой транзистор с изолированным затвором. Практический пример.
Начинаем, конечно, с обозначения MOSFET транзисторов на принципиальных схемах. Наличие разных типов диктует, в свою очередь, необходимость в их отличающихся вариантах обозначения:
Что тут можно отметить отдельно, во-первых, само собой полевые транзисторы с индуцированным и встроенным каналом выглядят на схемах по-разному. Кроме того, вывод подложки может быть как замкнут внутри транзистора с истоком, так и выходить в мир в виде отдельного вывода. В результате этого внутреннего соединения между стоком и истоком образуется паразитный диод, который может и не обозначаться на схемах, но его присутствие всегда надо учитывать.
Не исключено, что этому я посвящу отдельный пост, а пока возвращаемся к базовому примеру, который призван подтвердить теоретические аспекты, рассмотренные нами ранее.
В качестве экспериментального образца возьмем 2N7002. Такой выбор связан с тем, что 2N7002 — это бесспорный топ, если говорить о популярности и распространенности.
Из документации можно почерпнуть все необходимые данные — предельные значения напряжений и токов, характеристики и т. д., дублировать не буду. Эта статья именно про физические процессы внутри транзистора с изолированным затвором, в ближайшее время разберем пример, где подробнее углубимся в характеристики, расчеты, сопротивления, паразитные диоды и далее по списку.
В контексте данной статьи сразу отметим, что он относится к типу MOSFET с индуцированным каналом. Собираем схему из статьи, без изменений, для случая, когда U_{ЗИ} = 0, U_{СИ} поставим равным 3 В:
Какой ток мы ожидали увидеть? Именно такой, какой и увидели — нулевой, в точности так, как и должно было быть для полевого транзистора с изолированным затвором и индуцированным каналом.
Добавим источник напряжения между затвором и истоком и будем задавать разные значения.
Что планируем получить? Четко по графику:
Начиная с некоторого значения U_{ЗИ} (из даташита — в районе 2 В) ток начнет увеличиваться. Проверяем:
Четко, надежно, стабильно ✅ Оставим U_{ЗИ} равным 2.1 В и увеличим U_{СИ}:
Очевидно, что транзистор находится в режиме насыщения, что также соответствует принципу его работы:
На этом на сегодня остановимся. Данный простенький пример подтвердил теорию, что и неудивительно. В следующей части уже рассмотрим расчеты для реальных задач и случаев, не пропустите 🤝
Что такое МОП-транзистор? (с изображением)
`;
Металлооксид-полупроводниковый (МОП) транзистор является строительным блоком большинства современных цифровых запоминающих устройств, процессоров и логических микросхем. Это также общий элемент во многих аналоговых и смешанных интегральных схемах. Эти транзисторы можно найти в любом количестве электронных устройств, от сотовых телефонов и компьютеров до холодильников с цифровым управлением и электронного медицинского оборудования. МОП-транзистор довольно универсален и может работать как переключатель, усилитель или резистор. Он также известен как особый тип полевого транзистора (FET), который называется изолированным затвором (IGFET) или МОП-транзистором (MOSFET).
МОП-транзистор изготавливается на полупроводниковой кристаллической подложке, обычно из кремния. Подложка покрыта тонким изолирующим слоем, часто из диоксида кремния. Над этим слоем находится затвор, обычно изготовленный из металла или поликристаллического кремния. Область кристалла с одной стороны затвора называется истоком, а с другой — стоком. Исток и сток обычно «легированы» одним и тем же типом кремния; канал под воротами «легирован» противоположным типом. Это образует структуру, аналогичную стандартному транзистору NPN или PNP.
МОП-транзистор обычно изготавливается как PMOS- или NMOS-транзистор. Транзистор PMOS имеет исток и сток из кремния p-типа; канал под воротами n-типа. Когда на затвор подается отрицательное напряжение, транзистор открывается.
Это позволяет току течь между истоком и стоком. Когда на затвор подается положительное напряжение, он закрывается.
Транзистор NMOS противоположен: канал p-типа с истоком и стоком n-типа. Когда на затвор NMOS-транзистора подается отрицательное напряжение, он отключается; положительное напряжение включает его. Одним из преимуществ NMOS по сравнению с PMOS является скорость переключения — обычно NMOS быстрее.
Эти ворота часто используются там, где критично энергопотребление. Обычно они не потребляют энергию до тех пор, пока транзисторы не перейдут из одного состояния в другое. Как и большинство других транзисторов, МОП-транзистор может усиливать сигнал.
Вам также может понравиться
Рекомендуется
Mosfet
Что такое транзистор Mosfet?
д. О ксиде S полупроводник F или E эффект T Ранзистор Полевой МОП-транзистор представляет собой транзистор FET (полевой транзистор) с изолированным затвором.
Это означает, что у него есть клеммы истока, затвора и стока, как у полевого транзистора, но затвор MOSFET-транзистора изолирован от канала тонким слоем 
МОП-транзистор может работать двумя из следующих способов:
Режим истощения — Если на вентиль не подается напряжение, то канал имеет максимальную проводимость. Если вы приложите напряжение к затвору, то проводимость канала будет уменьшаться с величиной приложенного напряжения. Режим истощения в MOSFET-транзисторе эквивалентен «нормально закрытому» переключателю.
Режим улучшения в MOSFET-транзисторе эквивалентен «нормально разомкнутому» переключателю.
N-канал против P-канала
У N-канального МОП-транзистора исток подключен к земле, а сток — к нагрузке. Когда вы подаете положительное напряжение на затвор, полевой транзистор включится. В целом N-канальные МОП-транзисторы дешевле по сравнению с P-канальными эквивалентами, потому что их проще производить. P-Channel MOSFET имеет положительное напряжение, подключенное к источнику, и FET включается только тогда, когда напряжение падает на желаемую величину.
Примечание: Чтобы использовать полевой МОП-транзистор с каналом P для коммутации напряжений выше 5 вольт,
вам нужно будет добавить транзистор в схему, чтобы включать и выключать MOSFET.
Технические характеристики
| Номер детали | Напряжение сток-исток (Вдсс) | Непрерывный ток стока (Id) | Тип кузова | Соответствие RoHS | Канал |
|---|---|---|---|---|---|
| IRF1010ES | 60В | 84А | Д2ПАК(ТО-220) | № | N-канал |
| ИРФ1010ЭЛ | 60В | 84А | И2ПАК(ТО-262) | № | N-канал |
| ИРФ610С | 200В | 3,3 А | Д2ПАК(ТО-263) | № | N-канал |
| ИРФ610СПбФ | 200В | 3,3 А | Д2ПАК(ТО-263) | Да | N-канал |
| ИРФ610Л | 200В | 3. 3А | И2ПАК(ТО-262) | № | N-канал |
| ИРФ610ЛПбФ | 200В | 3,3 А | И2ПАК(ТО-262) | Да | N-канал |
| IRFI510G | 100 В | 4,5 А | ФУЛЛПАК(ТО-220) | № | N-канал |
Типы корпусов Mosfet
Д2ПАК(ТО-263)
Тип корпуса ТО-263 был разработан для поверхностного монтажа на печатных платах.
