Zaloguj się
Wszystkie
26 października 2023
790
Trochę historii
Tranzystor MOSFET rozpoczął swoje istnienie jako IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor), co oznacza tranzystor polowy z izolowana bramką. Jak sama nazwa wskazuje, najważniejszą właściwością tego elementu jest to, że bramka jest całkowicie odizolowana elektrycznie od reszty półprzewodnika. Dlatego też napięcie na bramce wpływa jedynie pojemnościowo na stopień przewodzenia tranzystora MOSFET! Zasadę tę jako pierwszy zaproponował ukraiński naukowiec J. Lilienfeld, który wyemigrował do Ameryki i złożył na nią wniosek patentowy w 1925 roku. Dopiero w latach 70. XX wieku udało się przekształcić tę zasadę w działający półprzewodnik. Ze względu na zastosowaną technologię nazwę IGFET zmieniono na MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), co oznacza tranzystor polowy na bazie metalu, tlenku i półprzewodnika.
Cztery różne typy
Na przestrzeni lat różni producenci półprzewodników opracowali wiele różnych technologicznie tranzystorów MOSFET, z których każdy był sprzedawany pod nieco inną nazwą. Jednak istnieje zasadniczy podział dotyczący polaryzacji napięć, które należy podłączyć, aby MOSFET przechodził do stanu przewodzenia lub stanu blokowania.
Na rysunku 1 zostały zaprezentowane cztery różne typy technologii przełączania.
- Tranzystory enhancement mode MOSFET. Te tranzystory MOSFET określane są jako „wzbogacane”. Są przełącznikami otwartymi, gdy nie ma sterowania bramki -nie przewodzą prądu, gdy na bramce nie ma napięcia. Można porównać te części z przełącznikiem NO (normalnie otwarty).
- Tranzystory depletion mode MOSFET. Elementy te określane są jako „zubożone”. W przeciwieństwie do poprzednich przewodzą, gdy na bramce nie ma napięcia. Można zatem porównać je do przełącznika NC (normalnie zamknięty).
- Tranzystory MOSFET z kanałem N. W przypadku tych komponentów dren (górny zacisk) musi być dodatni w stosunku do źródła (dolny zacisk).
- Tranzystory MOSFET z kanałem P. W przypadku tych elementów dren musi być ujemny w stosunku do źródła.
Na rysunku 1 zaznaczono, jaką polaryzację należy zastosować do bramki podczas normalnego użytkowania każdego z 4 typów tranzystorów MOSFET.
W praktyce
We współczesnej praktyce elektronicznej masz do czynienia głównie z tranzystorami MOSFET wzbogacanymi z kanałem typu N. Są one najtańsze w produkcji i mają doskonałe właściwości. Standardowy obwód z takim MOSFET-em prezentuje rysunek 2 i gdzie:
- źródło (S) tranzystora jest połączone z masą (GND),
- obciążenie jest dołączone pomiędzy dodatnim biegunem źródła zasilania, a drenem (D),
- bramka (G) jest dołączana do masy (GND) dla blokowania tranzystora,
- bramka (G) jest dołączana do dodatniego potencjału zasilania, aby MOSFET przewodził.
Zastosowanie tranzystorów MOSFET
Tranzystory MOSFET są stosowane głównie w energoelektronice. Ma to związek z faktem, że mogą bardzo szybko przejść od przewodzenia do blokowania. Ponadto mają bardzo wysoką impedancję wejściową i bardzo niską rezystancję wewnętrzną RDS(ON) przy pełnym przewodzeniu. Nie ulegają wpływom „lawiny termicznej”, dzięki czemu działają bardzo stabilnie nawet w najcięższych warunkach zewnętrznych.
Tranzystory MOSFET kontra BJT do dużych obciążeń
Jeśli musisz przełączyć duże obciążenie DC o natężeniu 50 A, używałeś BJT (tranzystor bipolarny) takie jak BUT30V, to nawet przy maksymalnym nasyceniu takiego półprzewodnika pomiędzy kolektorem, a emiterem pozostaje napięcie ok. 0,5 V.
Moc cieplna jest wtedy nie mniejsza, niż P=U×l=0,5×50=25 W. Ta energia jest następnie rozpraszana w półprzewodniku, co musi być wyprowadzone za pomocą ogromnego radiatora. Co więcej, taki tranzystor kosztuje ok. 25,00 €.
Ten sam prąd można przełączać za pomocą tranzystora MOSFET, np. typu IRLB3034, który kosztuje ok. 3,80 €. Rezystancja w stanie otwarcia RDS(ON) tego tranzystora MOSFET wynosi tylko 0,0017 Ω. Moc cieplna wydzielana w tym półprzewodniku jest równa:
P=I2×R=50×50×0,0017=4,25 W!
Budowa tranzystora MOSFET
Tranzystor MOSFET składa się z warstw uporządkowanych w kolejności MOS – Metal – Oxide – Semiconductor. Warstwa metalu tworzy połączenie bramki, które jest całkowicie oddzielone elektrycznie od reszty półprzewodnika poprzez warstwę tlenku, np. zwykle tlenku krzemu. Zaciski źródła i drenu są połączone z bardzo silnie domieszkowanymi obszarami podłoża półprzewodnikowego. Zwykle istnieje również styk podłączony do podłoża (elektroda podłoża – bulk (B)), ale często jest on podłączony wewnętrznie do źródła. Po przyłożeniu napięcia do bramki zmienia się stężenie nośników ładunku w półprzewodniku, powodując zmianę rezystancji pomiędzy źródłem a drenem. Ze względu na obecność izolującej warstwy tlenku pomiędzy bramką, a półprzewodnikiem, przez bramkę nie przepływa żaden prąd stały.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
