Quali sono le funzioni del MOSFET?

Esistono due tipi principali di MOSFET: tipo a giunzione divisa e tipo a gate isolato. Il MOSFET di giunzione (JFET) è chiamato così perché ha due giunzioni PN e gate isolatoMOSFET(JGFET) è così chiamato perché il gate è completamente isolato dagli altri elettrodi. Attualmente, tra i MOSFET a gate isolato, quello più comunemente utilizzato è il MOSFET, denominato MOSFET (MOSFET a semiconduttore a ossido di metallo); inoltre, ci sono MOSFET di potenza PMOS, NMOS e VMOS, nonché i moduli di potenza πMOS e VMOS lanciati di recente, ecc.

 

A seconda dei diversi materiali semiconduttori del canale, il tipo di giunzione e il tipo di porta isolante sono suddivisi in canale e canale P. Se suddiviso in base alla modalità di conduttività, il MOSFET può essere suddiviso in tipo a svuotamento e tipo a potenziamento. I MOSFET a giunzione sono tutti del tipo a svuotamento, mentre i MOSFET a gate isolato sono sia del tipo a svuotamento che del tipo a potenziamento.

I transistor ad effetto di campo possono essere suddivisi in transistor ad effetto di campo a giunzione e MOSFET. I MOSFET sono divisi in quattro categorie: tipo di esaurimento del canale N e tipo di miglioramento; Tipo di deplezione e tipo di potenziamento del canale P.

 

Caratteristiche del MOSFET

La caratteristica di un MOSFET è la tensione di gate sud UG; che controlla il suo ID corrente di drenaggio. Rispetto ai normali transistor bipolari, i MOSFET hanno le caratteristiche di elevata impedenza di ingresso, basso rumore, ampio intervallo dinamico, basso consumo energetico e facile integrazione.

 

Quando il valore assoluto della tensione di polarizzazione negativa (-UG) aumenta, lo strato di svuotamento aumenta, il canale diminuisce e l'ID della corrente di drain diminuisce. Quando il valore assoluto della tensione di polarizzazione negativa (-UG) diminuisce, lo strato di svuotamento diminuisce, il canale aumenta e l'ID della corrente di drain aumenta. Si può vedere che la corrente di drain ID è controllata dalla tensione di gate, quindi il MOSFET è un dispositivo controllato in tensione, ovvero i cambiamenti nella corrente di uscita sono controllati dai cambiamenti nella tensione di ingresso, in modo da ottenere amplificazione e altri scopi.

 

Come i transistor bipolari, quando il MOSFET viene utilizzato in circuiti come l'amplificazione, è necessario aggiungere anche una tensione di polarizzazione al suo gate.

Il gate del tubo a effetto di campo di giunzione deve essere applicato con una tensione di polarizzazione inversa, ovvero una tensione di gate negativa deve essere applicata al tubo a canale N e una griffa di gate positiva deve essere applicata al tubo a canale P. Il MOSFET con gate isolato rinforzato dovrebbe applicare la tensione di gate diretta. La tensione di gate di un MOSFET isolante in modalità di esaurimento può essere positiva, negativa o "0". I metodi per aggiungere la polarizzazione includono il metodo della polarizzazione fissa, il metodo della polarizzazione autoalimentata, il metodo dell'accoppiamento diretto, ecc.

MOSFETha molti parametri, inclusi parametri DC, parametri AC e parametri limite, ma nell'uso normale, è necessario prestare attenzione solo ai seguenti parametri principali: corrente drain-source satura tensione di pinch-off IDSS Up, (tubo di giunzione e modalità di svuotamento isolati tubo di gate o tensione di accensione UT (tubo di gate isolato rinforzato), transconduttanza gm, tensione di rottura drain-source BUDS, massima dissipazione di potenza PDSM e massima corrente drain-source IDSM.

(1) Corrente drain-source saturata

La corrente drain-source satura IDSS si riferisce alla corrente drain-source quando la tensione di gate UGS = 0 in un MOSFET di gate isolato a giunzione o ad esaurimento.

(2)Tensione di riduzione

La tensione di pinch-off UP si riferisce alla tensione di gate quando la connessione drain-source è appena interrotta in un MOSFET a gate isolato di tipo a giunzione o a svuotamento. Come mostrato in 4-25 per la curva UGS-ID del tubo a canale N, il significato di IDSS e UP può essere visto chiaramente.

(3) Tensione di accensione

La tensione di accensione UT si riferisce alla tensione di gate quando la connessione drain-source viene appena effettuata nel MOSFET con gate isolato rinforzato. La Figura 4-27 mostra la curva UGS-ID del tubo a canale N e il significato di UT può essere visto chiaramente.

(4) Transconduttanza

La transconduttanza gm rappresenta la capacità della tensione gate-source UGS di controllare la corrente di drain ID, ovvero il rapporto tra la variazione della corrente di drain ID e la variazione della tensione gate-source UGS. 9m è un parametro importante per misurare la capacità di amplificazione diMOSFET.

(5)Tensione di rottura drain-source

La tensione di rottura drain-source BUDS si riferisce alla massima tensione drain-source che il MOSFET può accettare quando la tensione gate-source UGS è costante. Questo è un parametro limitante e la tensione operativa applicata al MOSFET deve essere inferiore a BUDS.

(6) Massima dissipazione di potenza

Anche la massima dissipazione di potenza PDSM è un parametro limite, che si riferisce alla massima dissipazione di potenza drain-source consentita senza deterioramento delle prestazioni del MOSFET. Se utilizzato, il consumo energetico effettivo del MOSFET dovrebbe essere inferiore a quello del PDSM e lasciare un certo margine.

(7)Corrente massima drain-source

La corrente massima drain-source IDSM è un altro parametro limite, che si riferisce alla corrente massima consentita che passa tra drain e source quando il MOSFET funziona normalmente. La corrente operativa del MOSFET non deve superare l'IDSM.

1. MOSFET può essere utilizzato per l'amplificazione. Poiché l'impedenza di ingresso dell'amplificatore MOSFET è molto elevata, il condensatore di accoppiamento può essere piccolo e non è necessario utilizzare condensatori elettrolitici.

2. L'elevata impedenza di ingresso del MOSFET è molto adatta per la trasformazione dell'impedenza. Viene spesso utilizzato per la trasformazione dell'impedenza nello stadio di ingresso degli amplificatori multistadio.

3. MOSFET può essere utilizzato come resistore variabile.

4. MOSFET può essere convenientemente utilizzato come sorgente di corrente costante.

5. MOSFET può essere utilizzato come interruttore elettronico.

 

Il MOSFET ha le caratteristiche di bassa resistenza interna, elevata tensione di tenuta, commutazione rapida ed elevata energia a valanga. L'intervallo di corrente progettato è 1 A-200 A e l'intervallo di tensione è 30 V-1200 V. Possiamo regolare i parametri elettrici in base ai campi di applicazione e ai piani di applicazione del cliente per migliorare l'affidabilità del prodotto del cliente, l'efficienza complessiva di conversione e la competitività del prezzo del prodotto.

 

Confronto tra MOSFET e transistor

(1) MOSFET è un elemento di controllo della tensione, mentre un transistor è un elemento di controllo della corrente. Quando è possibile prelevare solo una piccola quantità di corrente dalla sorgente del segnale, è necessario utilizzare un MOSFET; quando la tensione del segnale è bassa ed è possibile prelevare una grande quantità di corrente dalla sorgente del segnale, è necessario utilizzare un transistor.

(2) Il MOSFET utilizza portanti maggioritari per condurre l'elettricità, quindi è chiamato dispositivo unipolare, mentre i transistor hanno sia portanti maggioritari che portanti minoritari per condurre l'elettricità. Si chiama dispositivo bipolare.

(3) Il source e il drain di alcuni MOSFET possono essere utilizzati in modo intercambiabile e la tensione di gate può essere positiva o negativa, il che è più flessibile dei transistor.

(4) Il MOSFET può funzionare in condizioni di corrente molto ridotta e tensione molto bassa e il suo processo di produzione può facilmente integrare molti MOSFET su un wafer di silicio. Pertanto, i MOSFET sono stati ampiamente utilizzati nei circuiti integrati su larga scala.

 

Come giudicare la qualità e la polarità del MOSFET

Selezionare la portata del multimetro su RX1K, collegare il puntale nero al polo D e il puntale rosso al polo S. Tocca contemporaneamente i poli G e D con la mano. Il MOSFET dovrebbe essere in uno stato di conduzione istantaneo, ovvero l'ago del misuratore oscilla in una posizione con una resistenza minore. , e quindi toccare i poli G e S con le mani, il MOSFET non dovrebbe rispondere, ovvero l'ago del misuratore non tornerà alla posizione zero. A questo punto, si dovrebbe giudicare che il MOSFET sia un buon tubo.

Selezionare l'intervallo del multimetro su RX1K e misurare la resistenza tra i tre pin del MOSFET. Se la resistenza tra un pin e gli altri due pin è infinita, ed è ancora infinita dopo lo scambio dei puntali, allora questo pin è il polo G e gli altri due pin sono il polo S e il polo D. Quindi utilizzare un multimetro per misurare una volta il valore della resistenza tra il polo S e il polo D, scambiare i puntali e misurare nuovamente. Quello con il valore di resistenza più piccolo è nero. Il puntale è collegato al polo S e il puntale rosso è collegato al polo D.

 

Precauzioni per il rilevamento e l'utilizzo del MOSFET

1. Utilizzare un multimetro a puntatore per identificare il MOSFET

1) Utilizzare il metodo di misurazione della resistenza per identificare gli elettrodi del MOSFET di giunzione

In base al fenomeno secondo cui i valori di resistenza diretta e inversa della giunzione PN del MOSFET sono diversi, è possibile identificare i tre elettrodi della giunzione MOSFET. Metodo specifico: impostare il multimetro sull'intervallo R×1k, selezionare due elettrodi qualsiasi e misurare rispettivamente i valori di resistenza diretta e inversa. Quando i valori di resistenza diretta e inversa di due elettrodi sono uguali e ammontano a diverse migliaia di ohm, i due elettrodi sono rispettivamente il drain D e la source S. Poiché per i MOSFET a giunzione, il drain e la source sono intercambiabili, l'elettrodo rimanente deve essere il gate G. È anche possibile toccare il puntale nero (è accettabile anche il puntale rosso) del multimetro con qualsiasi elettrodo e l'altro puntale con toccare in sequenza i restanti due elettrodi per misurare il valore di resistenza. Quando i valori di resistenza misurati due volte sono approssimativamente uguali, l'elettrodo in contatto con il puntale nero è il gate e gli altri due elettrodi sono rispettivamente il drain e il source. Se i valori di resistenza misurati due volte sono entrambi molto grandi, significa che la direzione è inversa alla giunzione PN, cioè sono entrambe resistenze inverse. Si può determinare che si tratta di un MOSFET a canale N e che il puntale nero è collegato al gate; se i valori di resistenza misurati due volte sono I valori di resistenza sono molto piccoli, indicando che si tratta di una giunzione PN diretta, ovvero una resistenza diretta, ed è determinato che è un MOSFET a canale P. Anche il puntale nero è collegato al gate. Se la situazione di cui sopra non si verifica, è possibile sostituire i puntali nero e rosso ed eseguire il test secondo il metodo sopra descritto finché non viene identificata la griglia.

 

2) Utilizzare il metodo di misurazione della resistenza per determinare la qualità del MOSFET

Il metodo di misurazione della resistenza consiste nell'utilizzare un multimetro per misurare la resistenza tra source e drain del MOSFET, gate e source, gate e drain, gate G1 e gate G2 per determinare se corrisponde al valore di resistenza indicato nel manuale del MOSFET. La gestione è buona o cattiva. Metodo specifico: innanzitutto, impostare il multimetro sull'intervallo R×10 o R×100 e misurare la resistenza tra la sorgente S e lo scarico D, solitamente nell'intervallo da decine di ohm a diverse migliaia di ohm (può essere visto in il manuale indica che vari modelli di tubi, i loro valori di resistenza sono diversi), se il valore di resistenza misurato è maggiore del valore normale, potrebbe essere dovuto a uno scarso contatto interno; se il valore di resistenza misurato è infinito, potrebbe trattarsi di un polo interno rotto. Quindi impostare il multimetro sulla gamma R×10k, quindi misurare i valori di resistenza tra i gate G1 e G2, tra il gate e la source e tra il gate e lo drain. Quando i valori di resistenza misurati sono tutti infiniti, allora significa che il tubo è normale; se i valori di resistenza sopra indicati sono troppo piccoli o c'è un percorso, significa che il tubo è difettoso. Va notato che se i due punti di accesso sono rotti nel tubo, per il rilevamento è possibile utilizzare il metodo di sostituzione dei componenti.

 

3) Utilizzare il metodo di ingresso del segnale di induzione per stimare la capacità di amplificazione del MOSFET

Metodo specifico: utilizzare il livello R×100 della resistenza del multimetro, collegare il puntale rosso alla sorgente S e il puntale nero allo scarico D. Aggiungere una tensione di alimentazione di 1,5 V al MOSFET. In questo momento, il valore di resistenza tra lo scarico e la sorgente è indicato dall'ago del misuratore. Quindi pizzicare con la mano il gate G del MOSFET a giunzione e aggiungere al gate il segnale di tensione indotta dal corpo umano. In questo modo, a causa dell'effetto di amplificazione del tubo, cambierà la tensione drain-source VDS e la corrente drain Ib, cioè cambierà la resistenza tra drain e source. Da ciò si può osservare che l'ago del misuratore oscilla notevolmente. Se l'ago della griglia portatile oscilla poco, significa che la capacità di amplificazione del tubo è scarsa; se l'ago oscilla molto, significa che la capacità di amplificazione del tubo è elevata; se l'ago non si muove significa che il tubo è difettoso.

 

Secondo il metodo sopra descritto, utilizziamo la scala R×100 del multimetro per misurare la giunzione MOSFET 3DJ2F. Per prima cosa aprire l'elettrodo G del tubo e misurare la resistenza drain-source RDS affinché sia ​​600Ω. Dopo aver tenuto l'elettrodo G con la mano, l'ago del misuratore oscilla verso sinistra. La resistenza RDS indicata è 12kΩ. Se l'ago del misuratore oscilla di più, significa che il tubo è buono. e ha una maggiore capacità di amplificazione.

 

Ci sono alcuni punti da notare quando si utilizza questo metodo: in primo luogo, quando si testa il MOSFET e si tiene il gate con la mano, l'ago del multimetro potrebbe oscillare verso destra (il valore di resistenza diminuisce) o verso sinistra (il valore di resistenza aumenta) . Ciò è dovuto al fatto che la tensione CA indotta dal corpo umano è relativamente elevata e diversi MOSFET possono avere punti di lavoro diversi se misurati con un intervallo di resistenza (operando nella zona satura o in quella insatura). I test hanno dimostrato che l'RDS della maggior parte dei tubi aumenta. Cioè, la lancetta dell'orologio oscilla verso sinistra; l'RDS di alcuni tubi diminuisce, facendo oscillare la lancetta dell'orologio verso destra.

Ma indipendentemente dalla direzione in cui oscilla la lancetta dell'orologio, finché la lancetta dell'orologio oscilla maggiormente, significa che il tubo ha una maggiore capacità di amplificazione. In secondo luogo, questo metodo funziona anche per i MOSFET. Ma va notato che la resistenza di ingresso del MOSFET è elevata e la tensione indotta consentita dal gate G non dovrebbe essere troppo alta, quindi non pizzicare il gate direttamente con le mani. È necessario utilizzare l'impugnatura isolata del cacciavite per toccare il cancello con un'asta metallica. , per evitare che la carica indotta dal corpo umano venga aggiunta direttamente al cancello, provocandone la rottura. In terzo luogo, dopo ogni misurazione, i poli GS dovrebbero essere cortocircuitati. Questo perché sarà presente una piccola quantità di carica sul condensatore di giunzione GS, che aumenta la tensione VGS. Di conseguenza, le lancette del misuratore potrebbero non muoversi durante la nuova misurazione. L'unico modo per scaricare la carica è cortocircuitare la carica tra gli elettrodi GS.

4) Utilizzare il metodo di misurazione della resistenza per identificare MOSFET non contrassegnati

Innanzitutto, utilizza il metodo di misurazione della resistenza per trovare due pin con valori di resistenza, vale a dire la sorgente S e il drain D. I restanti due pin sono il primo gate G1 e il secondo gate G2. Annotare prima il valore di resistenza tra la sorgente S e lo scarico D misurato con due puntali. Cambiare i puntali e misurare nuovamente. Annotare il valore di resistenza misurato. Quello con il valore di resistenza maggiore misurato due volte è il puntale nero. L'elettrodo collegato è il drain D; il puntale rosso è collegato alla sorgente S. I poli S e D identificati con questo metodo possono anche essere verificati stimando la capacità di amplificazione del tubo. Cioè, il puntale nero con grande capacità di amplificazione è collegato al polo D; il puntale rosso è collegato a terra a 8 poli. I risultati dei test di entrambi i metodi dovrebbero essere gli stessi. Dopo aver determinato le posizioni del drain D e della source S, installare il circuito secondo le corrispondenti posizioni di D e S. Generalmente, anche G1 e G2 saranno allineati in sequenza. Questo determina le posizioni delle due porte G1 e G2. Ciò determina l'ordine dei pin D, S, G1 e G2.

5) Utilizzare la variazione del valore della resistenza inversa per determinare la dimensione della transconduttanza

Quando si misurano le prestazioni di transconduttanza del MOSFET di potenziamento del canale VMOSN, è possibile utilizzare il puntale rosso per collegare la sorgente S e il puntale nero al drain D. Ciò equivale ad aggiungere una tensione inversa tra la sorgente e il drain. In questo momento, il circuito è aperto e il valore della resistenza inversa del tubo è molto instabile. Selezionare la gamma ohm del multimetro sulla gamma ad alta resistenza di R×10kΩ. In questo momento, la tensione nel misuratore è più alta. Quando tocchi la griglia G con la mano, scoprirai che il valore di resistenza inversa del tubo cambia in modo significativo. Maggiore è la variazione, maggiore è il valore di transconduttanza del tubo; se la transconduttanza del tubo in prova è molto piccola, utilizzare questo metodo per misurare Quando , la resistenza inversa cambia poco.

 

Precauzioni per l'utilizzo del MOSFET

1) Per utilizzare il MOSFET in modo sicuro, i valori limite di parametri quali la potenza dissipata del tubo, la massima tensione drain-source, la massima tensione gate-source e la corrente massima non possono essere superati nella progettazione del circuito.

2) Quando si utilizzano vari tipi di MOSFET, è necessario collegarli al circuito rispettando rigorosamente la polarizzazione richiesta e rispettando la polarità della polarizzazione del MOSFET. Ad esempio, è presente una giunzione PN tra la sorgente di gate e il drain di un MOSFET a giunzione e il gate di un tubo a canale N non può essere polarizzato positivamente; il gate di un tubo a canale P non può essere polarizzato negativamente, ecc.

3) Poiché l'impedenza di ingresso del MOSFET è estremamente elevata, i pin devono essere cortocircuitati durante il trasporto e lo stoccaggio e devono essere imballati con schermatura metallica per impedire il potenziale indotto esterno dalla rottura del gate. In particolare si tenga presente che il MOSFET non può essere collocato in una scatola di plastica. È meglio conservarlo in una scatola di metallo. Allo stesso tempo, prestare attenzione a mantenere il tubo a prova di umidità.

4) Al fine di prevenire guasti induttivi del gate MOSFET, tutti gli strumenti di test, i banchi di lavoro, i saldatori e i circuiti stessi devono essere ben messi a terra; quando si saldano i pin, saldare prima la sorgente; prima del collegamento al circuito, tutte le estremità dei cavi devono essere cortocircuitate tra loro e il materiale di cortocircuito deve essere rimosso una volta completata la saldatura; quando si rimuove il tubo dal rack dei componenti, è necessario utilizzare metodi appropriati per garantire che il corpo umano sia messo a terra, ad esempio utilizzando un anello di messa a terra; ovviamente, se avanzato Un saldatore riscaldato a gas è più conveniente per saldare MOSFET e garantisce sicurezza; il tubo non deve essere inserito o estratto dal circuito prima di aver spento l'alimentazione. È necessario prestare attenzione alle misure di sicurezza di cui sopra quando si utilizza MOSFET.

5) Durante l'installazione del MOSFET, prestare attenzione alla posizione di installazione e cercare di evitare di avvicinarsi all'elemento riscaldante; per evitare vibrazioni dei raccordi è necessario serrare il mantello del tubo; quando i conduttori dei perni sono piegati, devono essere 5 mm più grandi della dimensione della radice per garantire che si eviti di piegare i perni e causare perdite d'aria.

Per i MOSFET di potenza sono richieste buone condizioni di dissipazione del calore. Poiché i MOSFET di potenza vengono utilizzati in condizioni di carico elevato, è necessario progettare dissipatori di calore sufficienti per garantire che la temperatura del case non superi il valore nominale in modo che il dispositivo possa funzionare in modo stabile e affidabile per lungo tempo.

Insomma, per garantire un utilizzo sicuro dei MOSFET, ci sono molte cose a cui prestare attenzione, e ci sono anche diverse misure di sicurezza da adottare. La maggior parte del personale professionale e tecnico, in particolare la maggior parte degli appassionati di elettronica, deve procedere in base alla propria situazione reale e adottare metodi pratici per utilizzare i MOSFET in modo sicuro ed efficace.