Start Artykuły Elektronika Tranzystory polowe MOSFET

Partnerzy

 

www.prototypy.com

helion

www.elektroda.pl

www.zestawyuruchomieniowe.pl

Kredyty Gdynia

Translate this



Tranzystory polowe MOSFET PDF Drukuj
Ocena użytkowników: / 27
SłabyŚwietny 
niedziela, 15 maja 2011 00:00

logo

Tranzystor to półprzewodnikowy element elektroniczny. Zaliczamy go elementów aktywnych gdyż umożliwia przekształcanie energii elektrycznej. Rozwinięcie skrótu MOSFET to Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor i oznacza tranzystor  polowy o strukturze metal-tlenek-półprzewodnik.

Produkowane w tej technoligii tranzystory składają się z trzech warstw. Najniższa z nich to płytka wycięta z jednorodnego kryształu krzemu, ewentualnie z krzemu z domieszką germanu. Druga w kolejności warstwa to napylona bardzo cieniutka warstwa dielektryka czyli izolatora w postaci krzemionki lub tlenku metalu (tlenki glinu lub cyrkonu). Grubość tej warstwy wynosi w zależności od wykonania około 10 nm (0,000 000 01 metra), a w najlepszych wykonaniach dochodzi obecnie do 1,2 nm. Dla porównania: 5 atomów krzemu ułożonych jeden na drugim ma właśnie grubość zbliżoną do 1,2 nm. Ostatnia warstwa to dobrze przewodzący metal. Najczęściej wykorzystuje się do tego celu złoto. Budowa takiego tranzystora schematycznie przedstawiona jest rysunku 1.


Tranzystory_polowe_MOSFET (1)

Rys. 1. Uproszczony schemat budowy tranzystora MOSFET typu N.


Należy zaznaczyć, że MOSFETy występują w dwóch odmianach: typu N orazy typu P, prawie analogicznie jak w przypadku tranzystorów bipolarnych, które produkowane są w odmianach PNP i NPN. Jednak zdecydowanie częściej spotyka się odmianę N. Dodatkowo rozróżniamy MOSFETy z kanałem zubożonym czyli takie które normalnie są włączone (przy zerowym napięciu bramka-źródło przewodzą na drodze źródło-dren, w praktyce nie spotykane), oraz z kanałem wzbogaconym, czyli takie, które w normalnym stanie są wyłączone i nie przewodzą na drodze źródło-dren. Przewodzą dopiero gdy napięcie między bramką a źródłem przekroczy wartość UGSth (zwane napięciem progowym otwierania, różnym dla różnych MOSFETów, wynoszącym kilka woltów, ale zazwyczaj nie wolno przekroczyć wartości około ±15...±20V bo skończy się to uszkodzeniem tranzystora).

 

Tranzystory_polowe_MOSFET (2)

Rys. 2. Symbole MOSFETów z kanałem wzbogaconym.

 

Dużą zaletą tranzystorów unipolarnych, a więc MOSFETów jest to, że są one sterowane napięciowo, w przeciwieństwie do tranzystorów bipolarnych, które sterowane są prądowo. Dzięki temu łatwiej zrozumieć zasadę ich działania. A działają prawie jak zawory hydrauliczne.

 

Tranzystory_polowe_MOSFET (3)

Rys. 3. Tranzystor MOSFET jako zawór hydrauliczny.

 

Taki zawór można bardzo łatwo zamykać i otwierać, używając do tego niewielkiej siły aby sterować przepływem cieczy pod wysokim ciśnieniem w grubej rurze. Innymi słowy niewielkim nakładem pracy uzyskujemy duży efekt. Można powiedzieć, że zawór jest w tym przypadku wzmacniaczem.
Niewielka siła jaką wkładamy w przekręcenie kurka steruje o wiele większą siłą wody, która napiera na zawór. Dzięki tej ich właściwości możemy sterować prądami i napięciami, które są dużo wyższe niż te, które oferuje nam mikroprocesor bezpośrednio na swoich wyjściach.

 

Tranzystory_polowe_MOSFET (4)Rys. 4 Zasada działania MOSFETa z kanałem N

 

Jak już zostało wcześniej wspomniane, typowy MOSFET normalnie nie przewodzi prądu na drodze źródło-dren. Aby przełączyć taki tranzystor stan przewodzenia należy podać napięcie między źródło a bramkę jak na powyższej ilustracji.

 

Tranzystory_polowe_MOSFET (5)Rys. 5 Prąd źródło-dren w funkcji napięcia źródło-bramka przykładowego MOSFETa

 

Na rysunku powyżej znajduje się charakterystyka prądowo-napięciowa tranzystora IRF540. Widać na niej iż zaczyna on przewodzić gdy napięcie bramka-źródło zbliży się do 4 woltów. Jednak do pełnego otwarcia potrzebuje nawet 7 woltów. To znacznie więcej niż oferuje nam typowy mikroprocesor.
W niektórych zastosowaniach może wystarczyć prąd przewodzenia na poziomie 15 amperów, dostępny przy napięciu bramka-źródło 5V. Ale co zrobić, gdy jest to zdecydowanie za mało? Są dwa wyjścia. Można zastosować specjalne MOSFETy z obniżonym napięciem UGSth np. BUZ10L. Można też zastosować układ podwyższający napięcie. Jednak bez względu na zastosowane rozwiązania czy tranzystory, każdy MOSFET posiada kilka kluczowych parametrów. Są to:

  • Dopuszczalne napięcie źródło-dren, w literaturze oznaczane jako UDSmax
  • Maksymalny prąd drenu IDmax
  • Progowe napięcie otwierania UGSth
  • Rezystancja źródło-dren w stanie całkowitego otwarcia RDSon

W wielu zastosowaniach kluczowy jest parametr RDSon gdyż pośrednio określa nam straty mocy, których oczywiście nie chcemy. Dla przykładu weźmy tranzystor w obudowie TO-220 o rezystancji RDSon = 0,05Ω i układ w którym płynie prąd o natężeniu 4A.

 

Tranzystory_polowe_MOSFET (6)Rys. 6 Element półprzewodnikowy w obudowie TO-220

 

Policzmy straty mocy:

UDS=0,05Ω*4A=0,2V

P=0,2V*4A=0,8W


Moc strat, jaką jest w stanie rozproszyć tranzystor w obudowie TO-220 wynosi niewiele ponad 1W, więc w tym przypadku obeszłoby się bez radiatora. Jednak dla prądu 10A straty wyniosą już 5W, a więc bez radiatora się nie obejdzie. Uogólniając: im mniejsze RDSon tym lepiej. Dlatego przy doborze MOSFETów do konkretnego zastosowania należy zawsze brać pod uwagę ten parametr. W praktyce wraz ze wzrostem dopuszczalnego napięcia UDSmax rośnie rezystancja źródło-dren. Z tego to powodu nie należy dobierać tranzystorów z większym, niż jest to wymagane, UDSmax.

DataOdwiedzinKomentarze
Suma273195
So. 2130
Pt. 20130
Cz. 19120
Śr. 18170
 

Komentarze  

 
+9 #1 marek 2011-05-19 18:06
swietny artykul...duzo informacji...gratulacje dla autora...
Cytować
 
 
+7 #2 Pawel 2011-08-22 19:14
konkret, duzo sie mozna dowiedziec jak ktos nie do konca wie jak to dziala i co jest wazne.
Cytować
 
 
+5 #3 Mark II 2011-08-31 13:47
Wypadałoby wspomnieć jeszcze o pojemności bramki. To też jeden z istotnych parametrów, wpływa między innymi na czas trwania stanów przejściowych przy kluczowaniu tranzystora, przyczyniając się do powstania dodatkowych strat mocy.
Konsekwencją jest konieczność stosowania odpowiednio wydajnych prądowo stopni sterujących.
Cytować
 
 
+2 #4 Magic 2015-12-05 11:46
Fajny artykuł. Ważna jest też wspólna masa.. czego nauczenie się zajęło mi 10 godzin.
Cytować
 
 
0 #5 Keisha 2017-04-15 19:18
Hi there outstanding website! Does running a blog like this require a large amount of work?
I've virtually no knowledge of coding however I was hoping to start
my own blog in the near future. Anyways, if you have any suggestions or
tips for new blog owners please share. I know this is off subject but I simply needed to ask.
Many thanks!

My blog post; BHW: http://karakter.mihanblog.com/post/20
Cytować
 

Dodaj komentarz


Kod antysapmowy
Odśwież

Licznik

Artykuł przeczytano: 27339

Sonda

Skąd wiesz o www.mikrokontrolery.org
 

Statystyka

Użytkowników : 1
Artykułów : 28
Zakładki : 1
Odsłon : 388776

Facebook

Logowanie



www.mikrokontrolery.org, Powered by Joomla! Designed by SiteGround web hosting