MOSFET: n ymmärtäminen: tyypit, työperiaatteet ja sovellukset

MOSFETS on pieniä, mutta tehokkaita modernin elektroniikan komponentteja, mikä tekee kaikesta älypuhelimista virtalähteisiin tehokkaasti.Jos olet uusi elektroniikka tai haluat syventää ymmärrystäsi, tämä opas on täydellinen sinulle.Hajotamme MOSFETS: n perusteet, selittämällä niiden toiminnan, käytettävissä olevat eri tyypit ja kuinka valita oikea projekti.Tutkimme myös heidän monia sovelluksiaan ja keskustelemme niiden käytön eduista ja haitoista.Katsotaanpa kuinka MOSFETS voi muuttaa elektroniset luomuksesi!

Luettelo

Kuva 1: MOSFETS

Johdanto Mosfetsiin

MOSFET- tai metallioksidi -puolijohde -kenttätransistori on eräänlainen transistori, joka on suunniteltu poistamaan perinteisten kenttätransistorien (FET) rajoitukset.Nämä rajoitukset sisältävät korkean viemärienkestävyyden, kohtalaisen tuloimpedanssin ja hitaamman nopeuden.MOSFET: t tarjoavat edistyneen ja tehokkaamman FET -tekniikan muodon.Niitä tunnetaan myös eristettyinä portti -kenttätransistoreina (IGFET) johtuen niiden porttimerakenteen eristyksestä.MOSFETS ovat jännitekontrolloituja laitteita;Erityisen jännitteen levittäminen portin tappiin antaa niiden mahdollisuuden suorittaa sähkövirta tyhjennys- ja lähdetappien välillä.

Suurin ero FETS: n ja MOSFET: ien välillä on porttielektrodin rakenteessa.MOSFET: ssä porttielektrodi on valmistettu metallioksidista ja se on sähköisesti eristetty puolijohdekanavasta ohuella piidioksidikerroksella tai lasilla.Tämä eristys lisää MOSFET: n syöttöresistenssiä, saavuttaen usein mega-OHM: t (MΩ).Tämä korkea syöttövastus tekee MOSFET: istä tehokkaan monissa sovelluksissa.

Yleisiä MOSFET-paketteja ovat TO-220, joka tunnetaan voimakkaasta suorituskyvystään ja helppo käsittely.Suosittuja malleja, kuten IRFZ44N, BS170, IRF520 ja 2N7000

Kuinka MOSFET toimii?

MOSFET: n toimintaperiaatteena on toimia tehokkaana elektronisena kytkimenä, ohjaamalla jännitettä ja virran virtausta lähteen ja tyhjennysliittimien välillä.Tämän toiminnan keskeinen osa on MOS-kondensaattori, joka muuttuu P-tyypistä N-tyyppiin, kun käytät tiettyjä porttijännitteitä.Tämä muutos antaa MOSFET: lle hallita nykyistä virtausta tarkasti.

MOSFET: n käyttämiseksi käytät jännitteen viemäri- ja lähdeliittimien (VDS) välillä.Positiivinen jännite viemäriin ja negatiivinen jännite lähteellä estävät virran virtaavuudesta.Kun käytät positiivista jännitettä portin päätteeseen, se houkuttelee P-tyypin substraatin elektroneja portin alueelle.Tämä muodostaa johtavan kanavan N-tyyppisten alueiden välillä (viemäri ja lähde).Positiivisen portin jännitteen lisääminen houkuttelee enemmän elektroneja, laajentaa N-kanavaa ja antaa enemmän virtaa (ID) virtaamaan.MOSFET alkaa toimia tietyllä jännitteellä, jota kutsutaan kynnysjännitteeksi.

Kuva 2: ehtymistilan toiminta

Edellytysmoodissa MOSFETS-kanava on auki ilman porttia Jännite, joten virta virtaa vapaasti lähteen ja viemärin välillä.Nämä ovat usein kutsutaan "Kytke päälle" -laitteet.Kun käytät positiivista porttia Jännite, kanava laajenee ja enemmän virtaa (ID) virtaa.Jos käytät a Erittäin negatiivinen porttijännite, kanava kapenee, vähentäen virtaa Virtaa ja mahdollisesti pysäyttää sen kokonaan.Jännitevirta (V-I) Edellytysmoodin MOSFET: ien ominaisuudet osoittavat viemärilähteen jännitteen (VDS) vaaka -akselilla ja tyhjennysvirta (ID) pystysuorassa akseli.Ilman porttijännitettä MOSFET toimii erittäin hyvin.Positiivinen Porttijännite lisää kanavan leveyttä ja tyhjennysvirtaa, kun taas a Negatiivinen porttijännite vähentää kanavan leveyttä ja tyhjennysvirtaa.

Kuva 3: Parannustilan toiminta

Parannusmoodi MOSFETS toimii kuin avoin kytkin.Ne käyttäytyvät vain silloin, kun porttipäätteeseen levitetään positiivinen jännite (+VGS).Tätä positiivista jännitettä tarvitaan johtavan kanavan luomiseksi viemärin ja lähteen välillä.Kun portin jännite kasvaa, kanava laajenee ja enemmän virtaa (ID) virtaa.Ilman porttijännitettä MOSFET pysyy pois päältä, eikä lähteen ja tyhjennyksen välillä virtaa virtaa.

Parannusmoodin MOSFET: ien VI-ominaisuudet osoittavat tyhjennysvirran (ID) pystysuoralla akselilla ja viemärilähteen jännitteellä (VDS) vaaka-akselilla.Raja -alueella, jolla ei ole porttijännitettä, MOSFET on pois päältä eikä virran virtauksia.Ohmisella alueella, porttijänniteellä, MOSFET johtaa ja virta kasvaa lineaarisesti jännitteellä, joka toimii kuin muuttuva vastus.Kyllyysalueella VDS: n lisäys edelleen ei lisää ID: tä merkittävästi, ja MOSFET pysyy johtavassa tilassa vakiovirtavirtauksella, mikä on hyvä sovellusten vaihtamiseen.

Erityyppiset mosfetit

MOSFETS -tyypit toimintatapojen mukaan

Kuva 4: ehtymistila ja parannustila

Edellytystilan MOSFET (D-MOSFET)-Toisin kuin e-MOSFET: t, D-MOSFET: t ovat normaalisti päällä, kun portin lähteen jännite on nolla.Negatiivisen portin lähteen jännitteen käyttäminen N-kanavalle D-MOSFET: lle tai positiivisen portin lähteen jännite P-kanavalle D-MOSFET: lle sammuttaa laite.Näitä transistoreita käytetään usein analogisissa piireissä, joissa normaalisti on hyötyä.

Parannusmoodi MOSFET (E-MOSFETS)-Näissä MOSFET: issä transistori pysyy pois päältä, kun portin lähteen jännite (V_GS) on nolla.Laitteen kytkemiseksi päälle käytetään positiivista portti-lähdejännitettä N-kanavalle E-MOSFET: ille tai negatiiviselle portti-lähdejänniteelle P-kanavan e-MOSFET: ille.Tätä tyyppiä käytetään laajasti sen suuren syöttöimpedanssin ja pienen virrankulutuksen vuoksi, mikä tekee siitä ihanteellisen digitaalisiin piireihin.

MOSFET -tyypit kanavatyypin mukaan

Kuva 5: MOSFET -tyypit kanavatyypin mukaan

MOSFET: t luokitellaan edelleen käyttämään kanavatyyppiä, mikä johtaa neljään ensisijaiseen variaatioon:

N-kanavan parannustila MOSFET-Tämä tyyppi vaatii positiivisen portin lähteen jännitettä johtava kanavan indusoimiseksi lähteen ja viemärin välillä.Niitä käytetään laajasti niiden tehokkaiden kytkentäominaisuuksien takia ja ne ovat yleisiä virtalaivojen ja digitaalisten piireissä.

P-kanavan parannustila MOSFET-Tässä variaatiossa tarvitaan negatiivinen portti-lähdejännite johtavan kanavan luomiseksi.P-kanava-e-MOSFET-tiedostoja käytetään usein skenaarioissa, joissa on kytkettävä positiivinen syöttöjännite, ja ne yhdistetään usein N-kanavan MOSFET: iin push-pull-vahvistimen vaiheissa.

N -kanavan ehtymismoodi MOSFET - Tällaisella johtava kanava on läsnä, kun porttiin ei käytetä jännitettä.Se vaatii negatiivisen portin lähteen jännitteen kanavan tyhjentämiseksi ja laitteen sammuttamiseksi.N-kanavainen D-MOSFETS tunnetaan korkeammasta elektronien liikkuvuudestaan ​​P-kanavien vastineisiin verrattuna, mikä mahdollistaa paremman suorituskyvyn nopeassa sovelluksessa.

P -kanavan ehtymistila MOSFET - Tämän tyyppisessä muodossa on myös johtava kanava, kun porttiin ei käytetä jännitettä.Se vaatii kuitenkin positiivisen portin lähteen jännitteen sammuttamiseksi.P-kanava D-MOSFET: ää käytetään tyypillisesti täydentävissä kokoonpanoissa N-kanavalaitteiden kanssa CMOS (Complememtentary MOS) logiikkapiirien luomiseksi.

Mosfet asennustyypeillä

Paneelit - paneeliin asennettavat MOSFET: t ruuvataan metallilevyille tai jäähdytyselementeille.Se käsittelee korkean virran sovelluksia erinomaisella lämmönhallinnolla.Jotka varmistavat tehokkaan toiminnan raskaiden kuormien alla.

PCB -asennettu - PCB -asennetut MOSFET: t sopivat turvallisesti tulostettuihin piirilevyihin, usein välilehteillä virheellisen sovituksen estämiseksi ja suojaamiseksi ylivirta -olosuhteilta.Tämä asennus on yleistä kulutuselektroniikan ja teollisuussovelluksissa.

Pinta -asennettu - pintaan asennetut MOSFET: t tarjoavat nopean ja luotettavan kokoonpanon PCB: lle.Tämä MOSFETS on ihanteellinen kompakteille ja tiheälle sovelluksille.Käytetään laajasti modernissa elektroniikassa niiden helpon integroinnin ja luotettavan suorituskyvyn vuoksi.

Reiän asennettujen reiän asennettujen MOSFET: ien läpi tarjoaa vahvat mekaaniset sidokset asettamalla komponenttien johdot pcb -reikien läpi.Tämä menetelmä on edullinen suurille ja raskaille komponenteille.Tämä takaa kestävyys suuritehoisissa ja teollisissa sovelluksissa.

MOSFET: n avainkomponentit

Kuva 6: MOSFET: n rakenne

MOSFETS: n rakentaminen on suuri parannus vanhempaan FET -suunnitteluun nähden.Ymmärtääksesi, kuinka MOSFETS toimii ja miksi ne ovat tehokkaita nykypäivän elektroniikassa, on tärkeää tietää niiden sisäinen rakenne.

Tyypillisellä MOSFET: llä on useita tärkeitä osia:

Porttipääte - Kriittisin elementti, joka sijaitsee ohuella metallikerroksella.Se on eristetty pääpuolisopimemateriaalista piimidioksidikerroksella (SIO2), joka estää suoran sähköisen kosketuksen.

Lähde - Lähde on päätelaite, jossa kantajat (elektronit tai reiät) tulevat MOSFET: ään.Se toimii näille laitteen läpi virtaaville latauskuljettajille.

Valua - Viemäri on terminaali, jossa kantajat poistuvat mosfetistä.Se toimii maksun kantajien poistumiskohtana.Kantajien liikkuminen lähteestä viemäriin luo virran, joka virtaa MOSFET: n läpi.

Portti - Portti on pääte, joka hallitsee kantajien virtausta lähteen ja viemärin välillä.Se erotetaan kanavasta ohuella eristyskerroksella (yleensä piisidioksidi).Kun käytät jännitteen porttiin, se luo sähkökentän, joka hallitsee kuinka helposti virta voi virtaa kanavan läpi.Tällä tavoin portti säätelee virran virtausta.

Substraatti (runko) - Substraatti, jota kutsutaan myös runkoksi, on MOSFET: n pääosa.Se on yleensä valmistettu piista ja voi olla joko P-tyypin tai N-tyypin.Substraatti on kytketty lähdeliittimeen joko MOSFET: n sisällä tai ulkopuolelta.Se voi vaikuttaa MOSFET: n kytkemiseen tarvittavaan jännitteeseen.

Oksidikerros - Oksidikerros on ohut eristyskerros (yleensä piisidioksidi) portin ja kanavan välillä.Tämä kerros estää suoravirta virtaavan portin ja kanavan välillä.Sen sijaan se antaa portin ohjata kanavaa sähkökentän avulla.

Kanavaalue - Täällä johtavuus tapahtuu.Siinä on kaksi N-tyyppistä puolijohdealuetta tyhjennys- ja lähdeliittimissä, kanava on myös N-tyyppisestä materiaalista.Ympäröivä substraatti on valmistettu P-tyyppisestä materiaalista, joka luo oikeat olosuhteet, jotta MOSFET toimii tehokkaasti.

MOSFET -toiminta -alueet

• katkaisualue

Raja-alueella MOSFET toimii kuin avoin kytkin eikä suorita virtaa viemärin ja lähdeliittimien välillä.Tässä tilassa portin lähteen jännite (VGS) on kynnysjännitteen alapuolella, joten ei johtavia kanavamuotoja.Ilman tätä kanavaa MOSFET pysyy johtamattomana eikä virtaa sen läpi.Tämä alue on tärkeä digitaalisissa logiikkapiirissä ja muissa sovelluksissa, joissa MOSFET: n on toimittava on-off-kytkimenä, eristäen kuorman virtalähteestä, kun se on pois päältä.

• Ohminen alue

Ohminen alue, jota kutsutaan myös lineaariseksi alueeksi, on se, missä MOSFET toimii kuin muuttuva vastus.Tällä alueella MOSFET: n läpi virtaava virta (ID) kasvaa lineaarisesti tyhjennyslähteen jännitteen (VDS) kanssa.Portin lähteen jännite (VGS) on kynnysjännitteen yläpuolella, joten viemärin ja lähteen välillä muodostuu johtava kanava.Kun porttijännite kasvaa, kanavan vastus vähenee, mikä antaa enemmän virtaa virtaalle tietylle VDS: lle.Tämä tekee MOSFET: stä hyödyllisen analogisissa sovelluksissa, kuten vahvistimissa, joissa tarvitaan tarkkaa virran hallintaa.Näissä tapauksissa MOSFET voi vahvistaa pieniä tulosignaaleja muuttamalla lähtövirta suhteessa tulojännitteeseen.

• kyllästymisalue

Kyllyysalueella MOSFET toimii vakiovirtalähteenä.Tässä tyhjennysvirta (ID) pysyy pääosin samana, vaikka viemärilähteen jännite (VDS) kasvaa.Näin tapahtuu, koska viemärin ja lähteen välinen kanava on täysin auki, joten enemmän VDS ei muuta virtaa paljon.MOSFET toimii kuin suljettu kytkin tällä alueella, mikä antaa tasaisen virran virtauksen.Tämä sopii erinomaisesti toimintojen vaihtamiseen.Power Electronics, kuten virtalähteiden tai moottorin ohjaimien vaihtaminen, MOSFET toimii usein kylläisyysalueella tasaisen suorituskyvyn ja tehokkaan tehon toimittamisen varmistamiseksi.

MOSFET -pakkausvaihtoehdot

Kuva 7: MOSFET -pakkausvaihtoehdot

MOSFETS on eri paketeissa vastaamaan erilaisia ​​sovellustarpeita. Paketin valinta vaikuttaa suorituskykyyn, käsittelyyn ja soveltuvuuteen erityiset käytöt.Alla on erilaisia ​​pakkaustyyppejä ja niiden yleisiä Sovellukset:

Pinta -asennuspaketit

Pinta -asennuspaketit ovat kompakteja ja tarjoavat tehokkaan lämmön hajoamisen.Ne on asennettu suoraan tulostettujen piirilevyjen (PCB) pinnalle, mikä tekee niistä ihanteellisia tiheyteen ja automatisoituihin valmistusprosesseihin.Esimerkkejä ovat TO-263, joka on matala profiili erinomaisella lämmön hajoamisella ja jota käytetään yleisesti virtalähteissä.TO-252 (DPAK) on pienempi jalanjälki ja se on suosittu auto- ja teollisuussovelluksissa.MO-187 soveltuu virranhallinta- ja äänisovelluksiin.SO-8 on ihanteellinen akkukäyttöisille laitteille ja kannettavalle elektroniikalle.SOT-223 tarjoaa hyvän lämmön suorituskyvyn ja sitä käytetään usein jännitesäätelyssä.SOT-23 on yksi pienimmistä paketeista, joita käytetään, missä tilaa on rajoitettu.TSOP-6 on ohut pieni ääriviivapaketti, jota käytetään kompakti kulutuselektroniikassa.

Reikäpaketit

Reiän läpi käytetään, kun tarvitaan vahvoja mekaanisia sidoksia ja helppoa käden juottamista.Näissä paketeissa on johdot, jotka käyvät läpi piirilevyn reikiä, jotka tarjoavat kestävyyden ja luotettavuuden.Esimerkkejä ovat TO-262, jota käytetään voiman transistoreissa ja jännitesäätimissä.TO-251 on pienempi kuin 262 ja sitä käytetään keskisuurissa sovelluksissa.TO-274 tunnetaan suuren tehon käsittelykyvystä.TO-220 on suosittu paketti, jolla on erinomainen lämmön hajoaminen ja helppo asennus.Sitä käytetään monenlaisissa sovelluksissa virtalähteistä moottorin ohjaimiin.TO-247 on suurempi kuin 220, mikä tarjoaa parannettua virrankäsittelyä ja lämpöhallintaa suuritehoisille sovelluksille.

PQFN (Power Quad Flat no-Lead) -paketit

PQFN (Power Quad Flat NO-Lead) -paketit on suunniteltu tehokkaaseen tehonhallintaan, jolla on erinomainen lämpö suorituskyky.Ne sopivat pienikokoisiin, korkean suorituskyvyn sovelluksiin.Esimerkkejä ovat PQFN 2x2, ihanteellinen kannettaville laitteille, jotka vaativat minimaalista tilaa ja tehokasta virranhallintaa.PQFN 3X3 Tasapainotuskoko ja virrankäsittely ja sitä käytetään kuluttajaelektroniikassa.PQFN 3,3x3,3 on hiukan suurempi parannetun lämmön suorituskyvyn parantamiseksi keskisuurissa tehonsovelluksissa.PQFN 5X4 soveltuu korkeampiin tehonsovelluksiin, joissa on hyvä lämpöhäviö.PQFN 5X6 on yksi suurimmista PQFN-paketeista, joita käytetään suuritehoisissa ja tehokkaissa sovelluksissa, kuten laskenta- ja tietoliikennelaitteissa.

DirectFet -paketit

DirectFet -paketit on suunniteltu optimaaliseen lämpö- ja sähkösuorituskykyyn.Käytetään usein korkean suorituskyvyn laskenta- ja virranhallintasovelluksissa.Nämä paketit eliminoivat perinteiset lanka -sidokset, vähentäen vastustuskykyä ja parantavat tehokkuutta.Muunnelmat, kuten DirectFet M4, MA, MD, ME, S1 ja SH, tarjoavat erikokoisia ja virrankäsittelyominaisuuksia.Ne on räätälöity tiettyihin korkean suorituskyvyn sovelluksiin.DirectFet -suunnittelu mahdollistaa erinomaisen lämmön hajoamisen ja suuren virran käsittelyn.Soveltuu vaativiin sovelluksiin, kuten palvelimiin, kannettaviin tietokoneisiin ja korkean tehokkuuden virtalähteisiin.

Oikean MOSFET: n valitseminen projektillesi

Projektillesi sopivan MOSFET: n valitseminen sisältää huolellisen arvioinnin erityisvaatimuksistasi ja markkinoiden saatavilla olevien erilaisten MOSFET -ominaisuuksien ominaisuuksista.Vaikka tämä tehtävä voi näyttää monimutkaiselta, sen yksinkertaistaminen keskeisiin näkökohtiin tekee prosessista lähestyttävämpää.N-kanavan ja P-kanavan MOSFET: n, jännitteen ja virran luokituksen, porttiparametrien ja muiden ominaisuuksien ymmärtäminen opastavat sinua sovelluksesi parhaaseen valintaan.

N-kanava vs. P-kanava

Ensimmäinen vaihe MOSFET: n valinnassa on päättää, vastaako N-kanava tai P-kanava MOSFET tarpeitasi.N-kanavan MOSFET: t ovat tehokkaampia ja laajemmin käytettyjä, koska ne käyttäytyvät, kun portille levitetään positiivinen jännite lähteeseen verrattuna.Siten ne ovat ihanteellisia matalan sivun kytkemiseen.Toisaalta P-kanavan MOSFET: t käyttäytyvät, kun portille levitetään negatiivista jännitettä lähteeseen verrattuna.Siksi ne sopivat korkean sivusuuntaisten sovellusten suhteen.Tämä ero vaikuttaa piirisi yleiseen tehokkuuteen ja suorituskykyyn.

Jännite- ja virran luokitukset

Luotettavaa toimintaa varten sinun on varmistettava, että MOSFET: n jännitteet ja virranluokitukset ylittävät piirisi maksimiarvot.Viemärilähteen jännitteen (VDS) luokituksen tulisi olla korkeampi kuin piikkijännite piirisi estämiseksi, kun taas portin lähteen jännite (VGS) on oltava yhteensopiva ohjauspiirin käyttöjännitteen kanssa.Tämän lisäksi tyhjennysvirran (ID) luokituksen tulisi käsitellä mukavasti sovelluksen piirtämän maksimivirran lisätyn turvamarginaalin avulla mahdollisille nousuille.Tämä takuu, että MOSFET toimii turvallisissa rajoissa.Se estää ylikuumenemisen ja mahdollisen epäonnistumisen.

Porttiparametrit ja teknologian vaikutus

MOSFET: n porttiparametrit on harkittava varmistaakseen tehokkaan toiminnan kuljettajapiirisi kanssa.Portin kynnysjännite (VGS (TH)), joka on jännite, jota tarvitaan MOSFET: n käynnistämiseen, on oltava alueen sisällä, jonka kuljettajasi voi toimittaa.Lisäksi pienempi porttivaraus (QG) on toivottavaa nopeamman kytkentäen ja vähentyneen tehonkulutuksen kannalta, etenkin nopeassa sovelluksessa.

Harkitse myös MOSFET: n rakennustekniikkaa;Esimerkiksi trench-mosfetit tarjoavat alhaisemman vasteen ja suuremman virran käsittelyn tasomaisten MOSFET-arvoihin verrattuna, kun taas superliitoskenttä on parantuneen tehokkuuden korkeajännitteisiin sovelluksiin.

Lopuksi on otettava huomioon asianmukaiset lämmönhallinnan, kuten riittävät jäähdytyselementit tai jäähdytysratkaisut.Sitä vaaditaan turvallisten liitoksen lämpötilojen ylläpitämiseksi ja pitkäikäisyyden varmistamiseksi suuritehoisissa sovelluksissa.

MOSFETS: n yleinen käyttö

Kuva 8: MOSFET: n sovellukset

MOSFET: t ovat monipuolisia komponentteja, joita käytetään sähköisten signaalien kytkemiseen tai vahvistamiseen muuttamalla niiden johtavuutta vasteena sovellettuun jännitteeseen.Niitä löytyy miljoonista muistisiruissa, mikroprosessoreita, taskulaskimia, digitaalisia rannekelloja jne.

Mosfet kytkimenä

MOSFET: t hallitsevat tehokkaasti suuria virtauksia pienillä tulojännitteillä.Esimerkiksi ne voivat kytkeä lamput päälle ja pois päältä piireissä.Positiivinen porttijännite kääntää MOSFET: n päälle, jolloin virta valaisee lampun.Nolla tai negatiivinen porttijännite sammuttaa sen, pysäyttäen virran ja sammuttaa lampun.

Suorituskyvyn optimoimiseksi nopean kytkemisen aikana käytetään lisäkomponentteja, kuten vetoa alasvastuksia ja virran rajoittavia kondensaattoreita.Veto-alasvastukset pitävät portin jännitteen alhaisena, kun niitä ei ajeta korkealle, estäen tahattoman kytkentä.Nykyisen rajoittavien kondensaattorit hallitsevat portin kapasitanssia, vähentämällä loisten vaikutuksia ja parantavat kytkentänopeutta.Induktiivisten tai kapasitiivisten kuormitusten kannalta suojakomponentit, kuten snubber -piirit tai vapaasti pyörivät diodit, estävät korkeiden INRUSH -virtojen tai käänteisten jännitteiden vaurioita.

Kytkiminä ne käsittelevät vaihtelevia jännite- ja virtatasoja minimaalisella tehonhäviöllä ja lämmöntuotannolla.Tämä tekee niistä ihanteellisia äänilaitteisiin, signaalinkäsittelyyn ja muihin sovelluksiin.

Mos integroituja piirejä

MOSFET: ää käytetään integroitujen piirien (ICS) tuottamisessa.Toisin kuin bipolaariset transistorit, MOSFET: t eivät tarvitse P-N-liitoksen eristämistä.Se yksinkertaistaa valmistusta ja mahdollistaa korkean tiheyden ICS-tuotannon.Tämä on tärkeää mikroprosessorien, muistikirjojen ja muiden monimutkaisten digitaalisten piirien luomiseen.

CMOS -piirit

CMOS (komplementaarinen metallioksidi-puolijohde) -tekniikka käyttää sekä P-kanava- että N-kanava-mosfetejä erittäin tehokkaiden IC-sirujen luomiseen.CMOS -piirejä käytetään laajasti digitaalisissa logiikkapiirissä niiden korkean melun immuniteetin ja alhaisen staattisen tehonkulutuksen vuoksi.Nämä ominaisuudet mahdollistavat korkean tiheyden logiikkatoiminnot vähän lämmöntuotantoa.

Tehoelektroniikka

MOSFETS: llä on merkittävä rooli tehoelektroniikassa, hallitsemalla ja muuntamalla teho tehokkaasti.Niitä käytetään akun suojaamiseen, virtalähteiden vaihtamiseen ja kuormien hallintaan eri laitteissa.Niiden kompakti koko, korkea virran kapasiteetti ja sisäänrakennettu ESD-suojaus tekevät niistä erottuvat virtalähteistä, inverttereistä ja tietoliikenneverkoista.

MOS -muisti

MOSFET: t ovat avainasemassa dynaamisen satunnais-pääsyn muistin (DRAM) kehittämisessä.Ne tarjoavat korkean suorituskyvyn, pienen virrankulutuksen ja kustannustehokkuuden verrattuna perinteiseen magneettiseen ydinmuistiin.Siksi ne ovat täydellisiä erilaisille laskentasovelluksille henkilökohtaisista tietokoneista suuriin tietokeskuksiin.

MOSFET -anturit

MOSFET -anturit tai MOS -anturit mittaavat erilaisia ​​fysikaalisia, kemiallisia, biologisia ja ympäristöparametreja.Niitä käytetään mikroelektromekaanisissa järjestelmissä (MEM), vuorovaikutuksessa elementtien, kuten kemikaalien, valon ja liikkeen kanssa.MOSFET-tekniikkaa käytetään myös kuvan tunnistuksessa, joka muodostaa perustan latauslaitteille (CCD) ja aktiivis-pikselianturille kameroissa ja muissa kuvantamislaitteissa.

Kvanttifysiikka

Edistyneet MOSFET: t, kuten kvanttikenttävaikutustransistorit (QFET) ja kvantti-kaivojen kenttävaikutteiset transistorit (QWFET), hyödyntävät kvanttitunnelointia nopeuden ja suorituskyvyn parantamiseksi.Nämä laitteet luottavat nopeaan lämpökäsittelyyn tehokkaan toiminnan saavuttamiseksi.Siten ne ovat ihanteellisia kvanttilaskentaan ja muihin korkean suorituskyvyn sovelluksiin.

Mosfetin edut ja haitat

MOSFET: t ovat olennaisia ​​nykyaikaiseen elektroniikkaan niiden lukuisten etujen vuoksi.Heillä on kuitenkin myös haittoja.Näiden etujen ja haittojen ymmärtäminen voi auttaa piirien suunnittelussa ja komponenttien valitsemisessa tehokkaasti.

Mosfetin edut

Korkea kytkentänopeus - MOSFET: t voivat vaihtaa nopeasti ON- ja OFF -tilojen välillä.Tämän vuoksi ne ovat ihanteellisia sovelluksille, jotka vaativat nopeaa ja tehokasta vaihtoa, kuten digitaalisia logiikkapiirejä ja virtalähteitä.Niiden nopea kyky parantaa tehokkuutta korkeataajuisten signaalien käsittelyssä.

Pieni virrankulutus - MOSFET: t kuluttavat hyvin vähän voimaa, etenkin tyhjäkäynnillä.Tämä on erityisen hyödyllistä akkukäyttöisille laitteille, koska se pidentää akun käyttöikää ja vähentää energian kokonaiskulutusta.Heidän minimaalinen voimaveto pois päältä tekee niistä sopivia energiatehokkaisiin sovelluksiin.

Suuret syöttöimpedanssit - MOSFETS: llä on erittäin korkea tuloimpedanssi, joka vaatii minimaalisen tulovirran toimintaan.Tämä vähentää edellisten piirivaiheiden kuormaa, mikä parantaa järjestelmän kokonaistehokkuutta ja suorituskykyä.Korkea syöttöimpedanssi parantaa myös signaalin eheyttä ja vähentää vääristymiä analogisissa sovelluksissa.

Matala melutasot - MOSFET: t tuottavat alhaisen sähkömelun.Siten ne ovat ihanteellisia herkille analogisille piireille, joissa tarvitaan signaalin puhtautta.Niiden alhaiset melun ominaisuudet varmistavat selkeämmät ja tarkemmat signaalin monistumisen ja käsittelyn.Tämä ominaisuus vaaditaan ääni- ja RF -sovelluksissa.

Kustannustehokas valmistus-Puolijohteiden valmistuksen edistys on tehnyt MOSFET: istä kustannustehokasta.Vaikka niiden alkuperäinen valmistusprosessi on monimutkainen, kyky tuottaa niitä suurina määrinä käyttämällä tavanomaisia ​​piin kiekkojen käsittelytekniikoita on vähentänyt kustannuksia.Heidän laajalle levinnyt saatavuus edistää myös kohtuuhintaisuutta.Ne ovat budjettiystävällinen vaihtoehto suunnittelijoille ja valmistajille.

Korkean lämpötilan suorituskyky-MOSFET: t toimivat hyvin korkean lämpötilan ympäristöissä.Siksi ne ovat ihanteellisia teollisuus- ja autosovelluksiin.Toisin kuin BJT: t, jotka voivat kärsiä lämpökatkoista korkean lämpötilan lisääntyneiden vuotovirtojen vuoksi, MOSFET: t ylläpitävät vakautta ja suorituskykyä.Tämä lämpöstabiilisuus on tärkeä laitteille, jotka altistetaan ankarille olosuhteille tai vaativat luotettavaa käyttöä kohonneissa lämpötiloissa.

Tehokas jännitevahvistus - MOSFETS excel jännitteen monistussovelluksissa.Heillä on korkea syöttöimpedanssi ja alhainen lähtöimpedanssi.Tämä tekee niistä tehokkaita heikosti signaalien vahvistamisessa lataamatta edellistä vaihetta.Kahdella johtamisliittimellä (viemäri ja lähde) MOSFET: t tarjoavat suoraviivaisen ja tehokkaan jännitteen monistumisen keinot verrattuna BJT: hen, jotka vaativat pohja emitterin liitosta virran virtauksen ohjaamiseksi.

Mosfet -haitat

Alttius hajoamiseen - MOSFETS: llä on erittäin ohuet portin oksidikerrokset.Tämän vuoksi ne ovat alttiita hajoamiselle suurissa jännitteet -olosuhteissa.Tämä ohut kerros parantaa suorituskykyä, mutta tekee niistä alttiita sähköstaattiselle purkaukselle (ESD) tai liialliselle jännitteelle.Huolellisia käsittely- ja suunnittelun näkökohtia on otettava huomioon vaurioiden ehkäisemiseksi.

Lämpötilan herkkyys - Lämpötilan muutokset voivat vaikuttaa MOSFET -suorituskykyyn.Korkeat lämpötilat voivat muuttaa niiden toimintaominaisuuksiaan.Se voi johtaa vähentyneeseen tehokkuuteen tai epäonnistumiseen.Tehokkaat lämmönhallintastrategiat, kuten jäähdytyselementit tai aktiivinen jäähdytys, ovat välttämättömiä, etenkin suuritehoisissa sovelluksissa.

Rajoitetun jännitekapasiteetin - MOSFET: ien jännitekapasiteetti on rajoitettu verrattuna muihin transistoreihin, kuten eristettyihin porttien bipolaarisiin transistoreihin (IGBT).Tämä rajoitus tekee niistä vähemmän ihanteellisia erittäin korkeajännitesovelluksiin riskistämättä rikkoutumista.Suunnittelijoiden on valittava MOSFETS, jolla on asianmukaiset jännitteen luokitukset luotettavan toiminnan takaamiseksi.

Korkeat valmistuskustannukset - MOSFET: ien valmistusprosessit ovat monimutkaisia ​​ja edistävät niiden korkeammat kustannukset verrattuna muihin transistoreihin.Tähän sisältyy tarkkuus, joka tarvitaan ohuiden portin oksidikerrosten ja puolijohteiden valmistusprosessin kokonaisluomiseen.Vaikka kustannukset ovat vähentyneet teknologisen kehityksen kanssa, MOSFET: t voivat silti olla kalliimpia kuin yksinkertaisemmat transistorityypit, jotka vaikuttavat lopputuotteen kustannuksiin.

Johtopäätös

MOSFET: t ovat avainosia, jotka tekevät monista nykyaikaisesta elektronisesta laitteestamme.Ne ovat uskomattoman hyödyllisiä, koska ne voivat kytkeä päälle ja pois nopeasti ja käyttää hyvin vähän voimaa.Oppimalla erityyppisiä MOSFET -tyyppejä, miten ne toimivat ja kuinka valita oikea, voit parantaa sähköisiä projekteja.Työskenteletkö yksinkertaisen laite- tai valmistuskompleksin järjestelmän parissa, MOSFET: ien ymmärtäminen auttaa sinua luomaan tehokkaampia ja luotettavampia laitteita.Tämän tiedon avulla voit tehdä sähköisistä projekteistasi parempia ja tehokkaampia.

Usein kysyttyjä kysymyksiä [UKK]

1. Kuinka voin testata MOSFET: n?

MOSFET: n testaamiseksi käytä monimittaria dioditilassa.Tarkista portti-lähde-risteys asettamalla positiivinen anturi portille ja negatiivinen lähteelle;lukemista ei pitäisi olla.Varaa portti asettamalla positiivinen koetin viemäriin ja lähteen negatiivinen;Sinun pitäisi nähdä pieni vastus, jos MOSFET on N-kanava (P-kanavan korkea vastus).Kosketa hetkeksi positiivista koetinta portille pitäen samalla negatiivisen koettimen lähteenä.Siirrä positiivinen anturi takaisin viemäriin;Kestävyyden tulisi pysyä alhaisena (tai P-kanavan korkealla).Poista portti koskettamalla sitä negatiivisella koettimella ja tarkista vastus uudelleen;Sen pitäisi osoittaa korkea vastus (tai matala P-kanava).

2. Kuinka tulkitsen MOSFET: n numeroita?

MOSFET: n numerot sisältävät osanumeron, jännitteen luokituksen (VDS), nykyisen luokituksen (ID), portin kynnysjännite (VGS (TH)) ja pakkaustyyppi.

3. Käytetäänkö MOSFET: ää AC- tai DC -tehon kanssa?

MOSFET: itä käytetään tyypillisesti tasavirtavirran kanssa, mutta niitä voidaan käyttää piireissä, jotka käsittelevät vaihtovirtasignaaleja, etenkin sovelluksissa, kuten AC: n DC -muuntimissa.

4. Mitkä ovat MOSFET -vajaatoiminnan yleiset syyt?

MOSFET -vikaantumisen yleisiä syitä ovat ylikuumeneminen, ylijännite, ylivirta, sähköstaattinen vuoto (ESD) ja virheellinen porttiveto.

5. Ovatko MOSFET: t kustannustehokkaita?

Kyllä, MOSFET: t ovat kustannustehokkaita niiden korkean hyötysuhteen, nopean kytkentänopeuden ja alhaisen virrankulutuksen vuoksi.Ne ovat taloudellinen valinta monille sovelluksille.Myös valmistuksen edistyminen on vähentänyt kustannuksia.