Quais são as funções do MOSFET?

Existem dois tipos principais de MOSFET: tipo de junção dividida e tipo de porta isolada. A junção MOSFET (JFET) tem esse nome porque possui duas junções PN e uma porta isoladaMOSFET(JGFET) tem esse nome porque a porta está completamente isolada de outros eletrodos. Atualmente, entre os MOSFETs de porta isolada, o mais comumente usado é o MOSFET, conhecido como MOSFET (MOSFET semicondutor de óxido metálico); além disso, existem MOSFETs de potência PMOS, NMOS e VMOS, bem como os módulos de potência πMOS e VMOS lançados recentemente, etc.

 

De acordo com os diferentes materiais semicondutores de canal, o tipo de junção e o tipo de porta isolante são divididos em canal e canal P. Se dividido de acordo com o modo de condutividade, o MOSFET pode ser dividido em tipo de esgotamento e tipo de aprimoramento. Os MOSFETs de junção são todos do tipo de esgotamento, e os MOSFETs de porta isolada são do tipo de esgotamento e do tipo de aprimoramento.

Os transistores de efeito de campo podem ser divididos em transistores de efeito de campo de junção e MOSFETs. Os MOSFETs são divididos em quatro categorias: tipo de esgotamento de canal N e tipo de aprimoramento; Tipo de esgotamento do canal P e tipo de aprimoramento.

 

Características do MOSFET

A característica de um MOSFET é a tensão da porta sul UG; que controla seu ID de corrente de drenagem. Comparados com os transistores bipolares comuns, os MOSFETs têm características de alta impedância de entrada, baixo ruído, grande faixa dinâmica, baixo consumo de energia e fácil integração.

 

Quando o valor absoluto da tensão de polarização negativa (-UG) aumenta, a camada de depleção aumenta, o canal diminui e a corrente de dreno ID diminui. Quando o valor absoluto da tensão de polarização negativa (-UG) diminui, a camada de depleção diminui, o canal aumenta e a corrente de dreno ID aumenta. Pode-se observar que a corrente de dreno ID é controlada pela tensão da porta, portanto o MOSFET é um dispositivo controlado por tensão, ou seja, as alterações na corrente de saída são controladas pelas alterações na tensão de entrada, de modo a obter amplificação e outros fins.

 

Assim como os transistores bipolares, quando o MOSFET é usado em circuitos como amplificação, uma tensão de polarização também deve ser adicionada à sua porta.

A porta do tubo de efeito de campo de junção deve ser aplicada com uma tensão de polarização reversa, ou seja, uma tensão de porta negativa deve ser aplicada ao tubo do canal N e uma garra de porta positiva deve ser aplicada ao tubo do canal P. O MOSFET de porta isolada reforçada deve aplicar tensão de porta direta. A tensão de porta de um MOSFET isolante em modo de depleção pode ser positiva, negativa ou "0". Os métodos de adição de polarização incluem o método de polarização fixa, o método de polarização autoalimentado, o método de acoplamento direto, etc.

MOSFETtem muitos parâmetros, incluindo parâmetros DC, parâmetros AC e parâmetros limite, mas em uso normal, você só precisa prestar atenção aos seguintes parâmetros principais: corrente saturada da fonte de drenagem IDSS tensão de pinçamento Up, (tubo de junção e modo de esgotamento isolado tubo de porta ou tensão de ativação UT (tubo de porta isolado reforçado), transcondutância gm, tensão de ruptura da fonte de dreno BUDS, dissipação de potência máxima PDSM e corrente de fonte de dreno máxima IDSM.

(1) Corrente de fonte de drenagem saturada

A corrente de fonte de dreno saturada IDSS refere-se à corrente de fonte de dreno quando a tensão de porta UGS = 0 em um MOSFET de porta isolada de junção ou depleção.

(2)Tensão de pinçamento

A tensão de pinçamento UP refere-se à tensão da porta quando a conexão dreno-fonte é cortada em uma junção ou MOSFET de porta isolada do tipo de esgotamento. Conforme mostrado na Figura 4-25 para a curva UGS-ID do tubo do canal N, o significado de IDSS e UP pode ser visto claramente.

(3) Tensão de ativação

A tensão de ativação UT refere-se à tensão da porta quando a conexão dreno-fonte é feita apenas no MOSFET da porta isolada reforçada. A Figura 4-27 mostra a curva UGS-ID do tubo do canal N, e o significado de UT pode ser visto claramente.

(4) Transcondutância

A transcondutância gm representa a capacidade da tensão porta-fonte UGS de controlar a corrente de dreno ID, ou seja, a razão entre a mudança na corrente de dreno ID e a mudança na tensão porta-fonte UGS. 9m é um parâmetro importante para medir a capacidade de amplificação deMOSFET.

(5) Tensão de ruptura da fonte de drenagem

A tensão de ruptura da fonte de drenagem BUDS refere-se à tensão máxima da fonte de drenagem que o MOSFET pode aceitar quando a tensão da fonte de porta UGS é constante. Este é um parâmetro limitante e a tensão operacional aplicada ao MOSFET deve ser menor que a do BUDS.

(6)Dissipação máxima de energia

A dissipação máxima de potência PDSM também é um parâmetro limite, que se refere à dissipação máxima de potência da fonte de drenagem permitida sem deterioração do desempenho do MOSFET. Quando usado, o consumo real de energia do MOSFET deve ser menor que o PDSM e deixar uma certa margem.

(7) Corrente máxima da fonte de drenagem

A corrente máxima de drenagem-fonte IDSM é outro parâmetro de limite, que se refere à corrente máxima permitida para passar entre o dreno e a fonte quando o MOSFET está operando normalmente. A corrente operacional do MOSFET não deve exceder o IDSM.

1. MOSFET pode ser usado para amplificação. Como a impedância de entrada do amplificador MOSFET é muito alta, o capacitor de acoplamento pode ser pequeno e não é necessário usar capacitores eletrolíticos.

2. A alta impedância de entrada do MOSFET é muito adequada para transformação de impedância. É frequentemente usado para transformação de impedância no estágio de entrada de amplificadores de vários estágios.

3. O MOSFET pode ser usado como um resistor variável.

4. O MOSFET pode ser convenientemente usado como uma fonte de corrente constante.

5. O MOSFET pode ser usado como uma chave eletrônica.

 

O MOSFET possui características de baixa resistência interna, alta tensão suportável, comutação rápida e alta energia de avalanche. A amplitude de corrente projetada é 1A-200A e a amplitude de tensão é 30V-1200V. Podemos ajustar os parâmetros elétricos de acordo com os campos de aplicação e planos de aplicação do cliente para melhorar a confiabilidade do produto do cliente, a eficiência geral de conversão e a competitividade dos preços do produto.

 

Comparação de MOSFET vs Transistor

(1) MOSFET é um elemento de controle de tensão, enquanto um transistor é um elemento de controle de corrente. Quando apenas uma pequena quantidade de corrente pode ser retirada da fonte do sinal, um MOSFET deve ser usado; quando a tensão do sinal é baixa e uma grande quantidade de corrente pode ser retirada da fonte do sinal, um transistor deve ser usado.

(2) O MOSFET usa portadoras majoritárias para conduzir eletricidade, por isso é chamado de dispositivo unipolar, enquanto os transistores têm portadoras majoritárias e portadoras minoritárias para conduzir eletricidade. É chamado de dispositivo bipolar.

(3) A fonte e o dreno de alguns MOSFETs podem ser usados ​​de forma intercambiável, e a tensão da porta pode ser positiva ou negativa, o que é mais flexível que os transistores.

(4) O MOSFET pode funcionar sob condições de corrente muito pequena e tensão muito baixa, e seu processo de fabricação pode integrar facilmente muitos MOSFETs em um wafer de silício. Portanto, os MOSFETs têm sido amplamente utilizados em circuitos integrados de grande escala.

 

Como julgar a qualidade e polaridade do MOSFET

Selecione a faixa do multímetro para RX1K, conecte a ponta de teste preta ao pólo D e a ponta de teste vermelha ao pólo S. Toque nos pólos G e D ao mesmo tempo com a mão. O MOSFET deve estar em estado de condução instantânea, ou seja, a agulha do medidor oscila para uma posição com menor resistência. , e depois tocar os pólos G e S com as mãos, o MOSFET não deverá responder, ou seja, a agulha do medidor não retornará à posição zero. Neste momento, deve-se julgar que o MOSFET é um bom tubo.

Selecione a faixa do multímetro para RX1K e meça a resistência entre os três pinos do MOSFET. Se a resistência entre um pino e os outros dois pinos for infinita, e ainda for infinita após a troca dos cabos de teste, então este pino é o pólo G e os outros dois pinos são o pólo S e o pólo D. Em seguida, use um multímetro para medir o valor da resistência entre o pólo S e o pólo D uma vez, troque os cabos de teste e meça novamente. Aquele com o menor valor de resistência é preto. A ponta de teste está conectada ao pólo S e a ponta de teste vermelha está conectada ao pólo D.

 

Detecção de MOSFET e precauções de uso

1. Use um multímetro de ponteiro para identificar o MOSFET

1) Use o método de medição de resistência para identificar os eletrodos da junção MOSFET

De acordo com o fenômeno de que os valores de resistência direta e reversa da junção PN do MOSFET são diferentes, os três eletrodos da junção MOSFET podem ser identificados. Método específico: Defina o multímetro para a faixa R×1k, selecione quaisquer dois eletrodos e meça seus valores de resistência direta e reversa, respectivamente. Quando os valores de resistência direta e reversa de dois eletrodos são iguais e são de vários milhares de ohms, então os dois eletrodos são o dreno D e a fonte S, respectivamente. Como para MOSFETs de junção, o dreno e a fonte são intercambiáveis, o eletrodo restante deve ser a porta G. Você também pode tocar a ponta de teste preta (a ponta de teste vermelha também é aceitável) do multímetro em qualquer eletrodo e a outra ponta de teste em toque nos dois eletrodos restantes em sequência para medir o valor da resistência. Quando os valores de resistência medidos duas vezes são aproximadamente iguais, o eletrodo em contato com a ponta de prova preta é a porta e os outros dois eletrodos são o dreno e a fonte, respectivamente. Se os valores de resistência medidos duas vezes forem ambos muito grandes, significa que é o sentido inverso da junção PN, ou seja, ambas são resistências reversas. Pode-se determinar que é um MOSFET de canal N e a ponta de teste preta está conectada ao portão; se os valores de resistência medidos duas vezes forem Os valores de resistência são muito pequenos, indicando que é uma junção PN direta, ou seja, uma resistência direta, e é determinado como um MOSFET de canal P. A ponta de prova preta também está conectada ao portão. Se a situação acima não ocorrer, você pode substituir as pontas de prova preta e vermelha e realizar o teste de acordo com o método acima até que a grade seja identificada.

 

2) Use o método de medição de resistência para determinar a qualidade do MOSFET

O método de medição de resistência consiste em usar um multímetro para medir a resistência entre a fonte e dreno do MOSFET, porta e fonte, porta e dreno, porta G1 e porta G2 para determinar se corresponde ao valor de resistência indicado no manual do MOSFET. A gestão é boa ou ruim. Método específico: primeiro, ajuste o multímetro para a faixa R×10 ou R×100 e meça a resistência entre a fonte S e o dreno D, geralmente na faixa de dezenas de ohms a vários milhares de ohms (pode ser visto em o manual que vários modelos de tubos, seus valores de resistência são diferentes), se o valor da resistência medida for maior que o valor normal, pode ser devido a mau contato interno; se o valor da resistência medida for infinito, pode ser um pólo interno quebrado. Em seguida, ajuste o multímetro para a faixa R×10k e meça os valores de resistência entre as portas G1 e G2, entre a porta e a fonte e entre a porta e o dreno. Quando os valores de resistência medidos são todos infinitos, significa que o tubo está normal; se os valores de resistência acima forem muito pequenos ou houver um caminho, significa que o tubo está ruim. Deve-se notar que se as duas portas estiverem quebradas no tubo, o método de substituição de componentes pode ser usado para detecção.

 

3) Use o método de entrada de sinal de indução para estimar a capacidade de amplificação do MOSFET

Método específico: Use o nível R×100 da resistência do multímetro, conecte a ponta de teste vermelha à fonte S e a ponta de teste preta ao dreno D. Adicione uma tensão de alimentação de 1,5 V ao MOSFET. Neste momento, o valor da resistência entre o dreno e a fonte é indicado pela agulha do medidor. Em seguida, aperte a porta G da junção MOSFET com a mão e adicione o sinal de tensão induzido do corpo humano à porta. Desta forma, devido ao efeito de amplificação do tubo, a tensão dreno-fonte VDS e a corrente de dreno Ib mudarão, ou seja, a resistência entre o dreno e a fonte mudará. A partir disso, pode-se observar que a agulha do medidor oscila bastante. Se a agulha da grade portátil balançar pouco, significa que a capacidade de amplificação do tubo é baixa; se a agulha balançar muito, significa que a capacidade de amplificação do tubo é grande; se a agulha não se mover, significa que o tubo está ruim.

 

De acordo com o método acima, usamos a escala R×100 do multímetro para medir a junção MOSFET 3DJ2F. Primeiro abra o eletrodo G do tubo e meça a resistência da fonte de drenagem RDS em 600Ω. Depois de segurar o eletrodo G com a mão, a agulha do medidor oscila para a esquerda. A resistência indicada RDS é 12kΩ. Se a agulha do medidor oscilar mais, significa que o tubo está bom. , e tem maior capacidade de amplificação.

 

Há alguns pontos a serem observados ao usar este método: Primeiro, ao testar o MOSFET e segurar a porta com a mão, a agulha do multímetro pode oscilar para a direita (o valor da resistência diminui) ou para a esquerda (o valor da resistência aumenta) . Isto se deve ao fato de que a tensão CA induzida pelo corpo humano é relativamente alta, e diferentes MOSFETs podem ter diferentes pontos de trabalho quando medidos com uma faixa de resistência (seja operando na zona saturada ou na zona insaturada). Os testes mostraram que o RDS da maioria dos tubos aumenta. Ou seja, o ponteiro do relógio gira para a esquerda; o RDS de alguns tubos diminui, fazendo com que o ponteiro do relógio balance para a direita.

Mas independentemente da direção em que o ponteiro do relógio oscila, desde que o ponteiro do relógio oscile mais, significa que o tubo tem maior capacidade de amplificação. Segundo, este método também funciona para MOSFETs. Mas deve-se notar que a resistência de entrada do MOSFET é alta, e a tensão induzida permitida da porta G não deve ser muito alta, portanto, não aperte a porta diretamente com as mãos. Você deve usar o cabo isolado da chave de fenda para tocar o portão com uma haste de metal. , para evitar que a carga induzida pelo corpo humano seja adicionada diretamente ao portão, causando a quebra do portão. Terceiro, após cada medição, os pólos GS devem ser curto-circuitados. Isso ocorre porque haverá uma pequena quantidade de carga no capacitor de junção GS, que aumenta a tensão VGS. Como resultado, os ponteiros do medidor podem não se mover ao medir novamente. A única maneira de descarregar a carga é curto-circuitar a carga entre os eletrodos GS.

4) Use o método de medição de resistência para identificar MOSFETs não marcados

Primeiro, use o método de medição de resistência para encontrar dois pinos com valores de resistência, ou seja, a fonte S e o dreno D. Os dois pinos restantes são a primeira porta G1 e a segunda porta G2. Anote o valor da resistência entre a fonte S e o dreno D medido primeiro com duas pontas de teste. Troque os cabos de teste e meça novamente. Anote o valor da resistência medida. Aquele com o maior valor de resistência medido duas vezes é a ponta de prova preta. O eletrodo conectado é o dreno D; a ponta de teste vermelha é conectada à fonte S. Os pólos S e D identificados por este método também podem ser verificados estimando a capacidade de amplificação do tubo. Ou seja, a ponta de teste preta com grande capacidade de amplificação é conectada ao pólo D; a ponta de teste vermelha está conectada ao terra aos 8 pólos. Os resultados dos testes de ambos os métodos devem ser os mesmos. Após determinar as posições do dreno D e da fonte S, instale o circuito de acordo com as posições correspondentes de D e S. Geralmente, G1 e G2 também serão alinhados em sequência. Isto determina as posições das duas portas G1 e G2. Isso determina a ordem dos pinos D, S, G1 e G2.

5) Use a mudança no valor da resistência reversa para determinar o tamanho da transcondutância

Ao medir o desempenho de transcondutância do MOSFET de aprimoramento de canal VMOSN, você pode usar a ponta de teste vermelha para conectar a fonte S e a ponta de teste preta ao dreno D. Isso equivale a adicionar uma tensão reversa entre a fonte e o dreno. Neste momento, a porta está em circuito aberto e o valor da resistência reversa do tubo é muito instável. Selecione a faixa de ohms do multímetro para a faixa de alta resistência de R×10kΩ. Neste momento, a tensão no medidor é mais alta. Ao tocar a grade G com a mão, você descobrirá que o valor da resistência reversa do tubo muda significativamente. Quanto maior for a alteração, maior será o valor de transcondutância do tubo; se a transcondutância do tubo em teste for muito pequena, use este método para medir. Quando, a resistência reversa muda pouco.

 

Precauções ao usar MOSFET

1) Para usar o MOSFET com segurança, os valores limites de parâmetros como a potência dissipada do tubo, a tensão máxima da fonte de drenagem, a tensão máxima da fonte da porta e a corrente máxima não podem ser excedidos no projeto do circuito.

2) Ao usar vários tipos de MOSFETs, eles devem ser conectados ao circuito estritamente de acordo com a polarização exigida, e a polaridade da polarização do MOSFET deve ser observada. Por exemplo, há uma junção PN entre a fonte da porta e o dreno de um MOSFET de junção, e a porta de um tubo de canal N não pode ser polarizada positivamente; a porta de um tubo de canal P não pode ser polarizada negativamente, etc.

3) Como a impedância de entrada do MOSFET é extremamente alta, os pinos devem ser curto-circuitados durante o transporte e armazenamento e devem ser embalados com blindagem metálica para evitar que o potencial induzido externo quebre o portão. Em particular, observe que o MOSFET não pode ser colocado em uma caixa plástica. O melhor é guardá-lo em uma caixa de metal. Ao mesmo tempo, preste atenção para manter o tubo à prova de umidade.

4) Para evitar a quebra indutiva da porta MOSFET, todos os instrumentos de teste, bancadas, ferros de solda e os próprios circuitos devem estar bem aterrados; ao soldar os pinos, solde primeiro a fonte; antes de conectar ao circuito, o tubo Todas as extremidades dos cabos devem estar em curto-circuito entre si e o material em curto-circuito deve ser removido após a conclusão da soldagem; ao remover o tubo do rack de componentes, métodos apropriados devem ser usados ​​para garantir que o corpo humano esteja aterrado, como usar um anel de aterramento; claro, se for avançado, um ferro de solda aquecido a gás é mais conveniente para soldar MOSFETs e garante segurança; o tubo não deve ser inserido ou retirado do circuito antes que a energia seja desligada. As medidas de segurança acima devem ser observadas ao usar o MOSFET.

5) Ao instalar o MOSFET preste atenção à posição de instalação e evite ficar próximo à resistência; para evitar a vibração das conexões do tubo, é necessário apertar o invólucro do tubo; quando os cabos dos pinos estão dobrados, eles devem ser 5 mm maiores que o tamanho da raiz para evitar dobrar os pinos e causar vazamento de ar.

Para MOSFETs de potência, são necessárias boas condições de dissipação de calor. Como os MOSFETs de potência são usados ​​sob condições de alta carga, dissipadores de calor suficientes devem ser projetados para garantir que a temperatura do gabinete não exceda o valor nominal, para que o dispositivo possa funcionar de forma estável e confiável por um longo período.

Em suma, para garantir a utilização segura dos MOSFETs, há muitas coisas a que prestar atenção e também várias medidas de segurança a tomar. A maioria do pessoal profissional e técnico, especialmente a maioria dos entusiastas da eletrônica, deve proceder com base em sua situação real e adotar formas práticas de usar os MOSFETs com segurança e eficácia.