Un MOSFET és un tipus de transistor. Permet controlar l'electricitat en un circuit mitjançant el voltatge. Podeu trobar MOSFET en telèfons, ordinadors portàtils, cotxes i màquines grans. El MOSFET és especial perquè gestiona molt bé el corrent. Ajuda a fer que els dispositius siguin més petits, més ràpids i més resistents.
Els MOSFET ajuden a estalviar energia en electrònica.
Necessiteu MOSFETs per a un rendiment estable en noves tecnologies com el 5G i l'IoT.
Els MOSFET són la part principal de la majoria de dispositius nous.
Impacte de l'adopció de MOSFET | Descripció |
|---|---|
Augment de la densitat de transistors | Els MOSFET permeten posar més transistors en un xip. Això fa que els dispositius siguin més petits i millors. |
Consum reduït d’energia | Els MOSFET gasten menys energia que els transistors antics. |
Rendiment millorat | Els MOSFET ajuden els dispositius a funcionar i respondre més ràpidament. |
Fonaments bàsics de MOSFET
Què és un MOSFET?
Sovint veieu la paraula "MOSFET" en electrònica. Significa transistor d'efecte de camp de metall-òxid-semiconductor. Aquest dispositiu funciona com un interruptor o amplificador especial en circuits. Dins del vostre telèfon, portàtil o televisor, hi ha molts MOSFET que treballen junts.
Un MOSFET té un disseny especial. Utilitza una fina capa de metall i òxid per controlar l'electricitat. No cal tocar-lo perquè funcioni. Només cal afegir un petit voltatge a la seva porta. Això fa que el MOSFET sigui molt útil en l'electrònica moderna.
Consell: Recordeu que un MOSFET és un transistor que utilitza voltatge per controlar el flux d'electricitat.
Hi ha dos tipus principals de MOSFET: d'augment i d'esgotament. Cada tipus funciona de manera diferent, però tots dos controlen el corrent en un circuit. El MOSFET també s'anomena transistor d'efecte de camp de semiconductor d'òxid metàl·lic. Tots dos noms signifiquen el mateix.
Funció MOSFET
Un MOSFET fa moltes tasques importants en els circuits. Podeu utilitzar un MOSFET per encendre o apagar coses, com ara un interruptor de llum. També podeu utilitzar un MOSFET per fer que els senyals febles siguin més forts. És per això que els MOSFET són... utilitzat en amplificadors i ràdios.
Aquí teniu algunes de les funcions principals d'un MOSFET en electrònica:
Funciona com un interruptor controlat per voltatge
Actua com a amplificador
Té una alta impedància d'entrada
Es presenta en dos tipus: esgotament i augment
S'utilitza en coses com microprocessadors i portes lògiques
Un MOSFET proporciona una alta eficiència. No necessita gaire corrent a la porta. Això ajuda a estalviar energia i manté els dispositius més frescos. També s'obté una commutació ràpida, de manera que els dispositius funcionen ràpidament.
Podeu trobar MOSFETs en molts dispositius que feu servir cada dia:
Els MOSFET ajuden a gestionar l'energia als telèfons mòbils.
Estan en ordinadors portàtils per augmentar la velocitat i estalviar bateria.
En els televisors, mantenen el subministrament d'energia estable i eficient.
Aparell | Com ajuda el MOSFET |
|---|---|
Telèfon Mòbil | Gestiona la bateria i l'ús d'energia |
Laptop | Augmenta la velocitat i estalvia energia |
televisió | Manté el subministrament d'energia estable |
Un MOSFET fa que l'electrònica sigui més intel·ligent i fiable. Podeu confiar en un MOSFET per a una alta velocitat i una baixa pèrdua de potència. És per això que els enginyers utilitzen MOSFET en gairebé tots els dispositius nous.
Estructura MOSFET
Terminals: Porta, Font, Drenatge
Quan mireu un MOSFET, veieu tres terminals principals. Cada terminal té una funció especial. Feu servir aquests terminals per a controlar com es mou l'electricitat a través del dispositiu.
Terminal | Paper |
|---|---|
porta | Controla el flux de corrent entre el dren i la font, funcionant com un interruptor basat en el voltatge de porta a font (VGS) aplicat. |
Drenar | El terminal de sortida des d'on surt el corrent; per al canal N, el corrent flueix del dren a la font quan està activat, i per al canal P, flueix de la font al dren. |
font | El terminal on entra el corrent, normalment connectat a terra (canal N) o a una font d'alimentació de tensió positiva (canal P). |
portaUtilitzeu la porta per activar o desactivar el MOSFET. Quan apliqueu voltatge a la porta, controleu el flux de corrent.
fontAquí és on entra el corrent. Per a la majoria de circuits, connecteu la font a terra o a una font d'alimentació de tensió.
DrenarAquí és on el corrent surt del MOSFET. Connecteu el dren a la part del circuit que necessita alimentació.
Consell: Pensa en la porta com un interruptor de llum. Acciones l'interruptor (afegeixes voltatge) i l'electricitat flueix de la font al desguàs.
Principi de porta aïllada
La porta d'un MOSFET no toca la resta del dispositiu. En canvi, es troba sobre una fina capa d'aïllament. Aquest aïllament sol estar fet de diòxid de silici (SiO₂) o materials especials d'alta k. L'aïllament manté la porta separada del canal per on flueix el corrent.
material | Constant dielèctrica (k) | Resistència/gruix dielèctric |
|---|---|---|
Dielèctrics d'alta k | 10 < k < 30 | N / A |
SiO₂ | N / A | Gruix mínim ~0.7 nm |
Aquesta porta aïllada permet controlar el MOSFET amb molt poc corrent. Només cal aplicar un voltatge a la porta. L'aïllament impedeix que s'escapi electricitat, de manera que el MOSFET consumeix menys energia i es manté fred. Aquest disseny fa que els MOSFET molt eficient per commutar i amplificar senyals.
Obteniu una resposta ràpida perquè la porta no consumeix gaire corrent.
Els dispositius es mantenen segurs perquè l'aïllament bloqueja el flux de corrent no desitjat.
Amb aquesta estructura podeu construir circuits més petits i potents.
La porta aïllada és el que fa que el MOSFET sigui tan útil en l'electrònica moderna. Podeu controlar grans corrents amb només una petita tensió a la porta. És per això que els MOSFET són a tot arreu, des del telèfon fins al cotxe.
Funcionament del MOSFET
Control de voltatge
Controles un MOSFET mitjançant canviant el voltatge al seu terminal de porta. Aquest és el cor del seu principi de funcionament. Quan apliqueu un voltatge a la porta, decidiu si el MOSFET deixarà passar el corrent o no. La porta es troba sobre una fina capa d'aïllament, de manera que no toca directament el canal. Aquest disseny us dóna un gran avantatge: només cal utilitzar voltatge, no corrent, per controlar el dispositiu.
Així és com afecta el voltatge a la porta al MOSFET:
Quan la tensió de porta és inferior a zero, el MOSFET roman apagat. No hi ha flux de corrent entre la font i el dren.
Si la tensió de porta és superior a zero però encara inferior a un cert valor (anomenat tensió llindar), el MOSFET roman apagat. Encara no hi ha cap camí per al corrent.
Quan la tensió de porta arriba o supera la tensió llindar, el MOSFET s'activa. Es forma un canal i el corrent pot fluir de la font al drenador.
Nota: El voltatge llindar és el voltatge mínim que necessiteu a la porta per activar el MOSFET. Aquest valor és molt important tant en circuits digitals com analògics. Si no s'arriba a aquest voltatge, el MOSFET no conduirà.
Podeu veure com el voltatge de porta canvia l'estat del MOSFET:
El voltatge de porta decideix si el canal està obert o tancat.
No cal subministrar corrent a la porta, només voltatge.
El MOSFET actua com un interruptor que controles amb voltatge.
Aquest control de voltatge fa que el MOSFET sigui molt eficient. El podeu encendre i apagar ràpidament, cosa que és perfecta per a l'electrònica moderna.
Flux actual
Un cop activeu el MOSFET aplicant prou voltatge a la porta, el corrent pot fluir entre la font i el dren. La direcció i el tipus de corrent depenen del tipus de MOSFET que utilitzeu.
Tipus de MOSFET | Portador de càrrega | Direcció del flux actual |
|---|---|---|
NMOS | Electrons | Font per drenar |
PMOS | Forats | Escorre a la font |
En un MOSFET NMOS, els electrons es mouen de la font al dren quan el dispositiu està encès. En un MOSFET PMOS, els forats es mouen del dren a la font. Trieu el tipus en funció de les necessitats del vostre circuit.
La porta d'un MOSFET gairebé no consumeix corrent. Això és diferent d'altres transistors, com els BJT, que necessiten un corrent d'entrada constant a la base. El MOSFET només necessita un voltatge a la porta per funcionar.
Com que una porta MOSFET pràcticament no consumeix corrent, el corrent de sortida d'aquest dispositiu està controlat per la tensió de porta.
Obteniu diversos avantatges d'aquesta funció:
El MOSFET consumeix molt poca energia a la porta.
Una alta impedància d'entrada significa que podeu connectar el MOSFET a circuits sensibles sense carregar-los.
Els dispositius es mantenen més frescos i duren més perquè es malgasta menys energia.
Tipus de transistor | Requisit de corrent d'entrada |
|---|---|
MOSFET | Pràcticament cap |
BJT | Requereix un petit corrent d'entrada |
Un MOSFET proporciona una commutació ràpida i una alta eficiència. El podeu utilitzar en circuits on necessiteu estalviar energia i mantenir les coses fresques. El principi de funcionament del MOSFET us permet controlar corrents elevats amb només un petit voltatge a la porta. És per això que trobeu MOSFETs a gairebé tots els dispositius electrònics moderns.
Tipus de MOSFET
Canal N i Canal P
hi ha dos tipus principals de MOSFETsUn s'anomena canal N i l'altre és canal P. Cada tipus permet que el corrent es mogui d'una manera diferent. El canal N utilitza electrons per transportar el corrent. El canal P utilitza forats en comptes d'això. Això canvia com funciona cadascun en un circuit.
Característica | MOSFET de canal P | MOSFET de canal N |
|---|---|---|
Tensió de l'accionament de la porta | Vgs negatius (simples) | Vgs positiu (requereix controlador de porta) |
Resistència d'activació (Rds(activat)) | Superior | Baixeu |
Eficiència | Més baix a causa de Rds (activat) més alts | Més alt a causa de Rds(on) més baixos |
Velocitat de commutació | Més lent (capacitat d'entrada més alta) | Més ràpid (capacitat d'entrada més baixa) |
Complexitat | Circuit d'accionament de porta més simple | Requereix circuits de controlador de porta addicionals |
Cost | Generalment més barat | En general més car |
Els MOSFET de canal N són bons per a circuits d'alt corrent. Tenen menys resistència i commuten més ràpidament. Això ajuda al dispositiu a utilitzar menys energia i a funcionar millor. Els MOSFET de canal P són més fàcils de controlar. Però commuten més lentament i tenen més resistència. Podeu triar un canal P si voleu un disseny senzill o barat.
Els MOSFET de canal N s'utilitzen en fonts d'alimentació i controladors de motor. Són més eficients perquè els electrons es mouen més ràpid que els forats. Això fa que el canal N sigui una opció intel·ligent quan es vol estalviar energia i mantenir les coses fresques.
Consell: Trieu MOSFET de canal n per a circuits ràpids i potents. Utilitzeu MOSFET de canal p per a dissenys fàcils i de baix cost.
Modes de millora i esgotament
Els MOSFET també poden funcionar en dos modes. Aquests s'anomenen mode d'augment i mode d'esgotament. El mode indica com s'activa o desactiva el MOSFET.
característica | MOSFET de mode de millora | MOSFET en mode d'esgotament |
|---|---|---|
Estat a voltatge de porta zero | apagat | On |
Formació de canals | Requereix un voltatge de porta positiu per formar el canal | Normalment té un canal present |
Resposta a la tensió de porta | S'activa amb una tensió de porta més alta | S'apaga amb voltatge de porta negatiu |
Tensió llindar | Tensió de llindar positiva | Tensió de llindar negativa |
La majoria de MOSFET utilitzen el mode d'augment. Aquests romanen apagats fins que s'afegeix prou voltatge a la porta. Els trobareu en convertidors de potència, amplificadors i circuits digitals. Els MOSFET de mode d'esgotament funcionen a l'inrevés. Romanen activats fins que s'afegeix un voltatge negatiu a la porta. Aquests són utilitzat per a corrent constant o posant en marxa circuits.
Aquí teniu algunes maneres en què la gent utilitza cada mode: els convertidors de potència i els controladors de motor utilitzen MOSFET de canal n de mode d'augment per a una commutació ràpida. Els amplificadors utilitzen MOSFET de mode d'augment per fer que els senyals siguin més forts. Els circuits CMOS utilitzen MOSFET de mode d'augment tant de canal n com de canal p per estalviar energia. Els MOSFET de mode d'esgotament ajuden a arrencar i a mantenir el corrent estable.
Podeu triar el millor MOSFET pensant en la velocitat, la potència i com voleu controlar-lo.
Aplicacions MOSFET
MOSFET com a commutador
Un MOSFET funciona com un interruptor en molts dispositius. Canvieu el voltatge a la porta per activar-lo o desactivar-lo. Això us permet controlar l'electricitat de manera ràpida i precisa. Quan el MOSFET es troba a la regió de tall, actua com un interruptor obert i atura el corrent. A la regió de saturació, actua com un interruptor tancat i deixa que el corrent flueixi. Per a la commutació, voleu que el MOSFET passi menys temps a la regió de saturació. Això ajuda a reduir la pèrdua de potència i manté el dispositiu fred.
Canvieu el MOSFET entre 'ON' i 'OFF' canviant el voltatge de la porta-font.
En l'estat 'ON', el MOSFET proporciona un camí de baixa resistència per al corrent.
La commutació ràpida fa que el MOSFET sigui ideal per al control de motors i la regulació de la font d'alimentació.
Els MOSFET reaccionen ràpidament als senyals electrònics. Només cal una petita tensió a la porta per controlar corrents elevats. Això fa que el MOSFET com a interruptor sigui millor que els relés mecànics o els transistors bipolars.
Aquí teniu alguns exemples reals de l'ús d'un MOSFET com a interruptor:
Fonts d'alimentació en ordinadors i televisors
Control de brillantor en telèfons intel·ligents
Inversors de panells solars per a llars
Sistemes de recuperació d'energia en cotxes elèctrics
El MOSFET com a interruptor ajuda a estalviar energia i fa que els dispositius funcionin millor. Trobeu MOSFETs en sistemes d'energia renovable, cotxes elèctrics i microprocessadors. El mercat global de MOSFETs creix perquè la gent vol interruptors millors i més fiables.
Usos de l'amplificació
Un MOSFET també fa que els senyals siguin més forts en circuits d'àudio i ràdio. El MOSFET té una alta impedància d'entrada, de manera que la polarització és més fàcil. Cal mantenir el MOSFET a la regió de saturació per a una bona amplificació. El corrent de dren canvia amb el voltatge de porta a font, no amb el voltatge de dren a font.
característica | Descripció |
|---|---|
Impedància d'entrada | Molt alt, de manera que la polarització és més fàcil |
Regió Operativa | Ha de romandre a la regió de saturació per a una bona amplificació |
Esbiaixament | Necessita biaix al voltant d'un punt Q fix |
Variació del corrent de drenatge | Canvis amb la tensió de porta a font (VGS) en saturació |
El MOSFET pot assolir una eficiència de més del 90% en l'amplificació de potència.
Obtens una millor estabilitat tèrmica, que evita el sobreescalfament.
La commutació ràpida permet que el MOSFET funcioni a freqüències superiors a 100 kHz.
Els MOSFET es troben en amplificadors de potència per a sistemes d'àudio, sistemes d'encesa de cotxes i circuits de regulació de voltatge. El MOSFET ajuda a proporcionar un so d'alta qualitat i una potència constant. També es troben en microprocessadors i xips de memòria, que són el cervell dels ordinadors i els telèfons intel·ligents.
El MOSFET ofereix una commutació ràpida, baixa pèrdua de potència i un rendiment elevat. Podeu construir dispositius més petits, més intel·ligents i que estalvien més energia.
característica | Contribució a l'eficiència |
|---|---|
Baixa resistència a l'encesa | Redueix les pèrdues de potència durant la conducció, fent que els dispositius siguin més eficients |
Alta velocitat de commutació | Permet una commutació ràpida, cosa important per a coses com els convertidors CC-CC |
Baixa càrrega de la porta | Necessita menys energia per controlar el dispositiu, de manera que les pèrdues de commutació són menors |
La gent vol una bateria que duri més i un millor ús de l'energia, per això les empreses creen nous dissenys de MOSFET. Veus MOSFET en tot, des de telèfons intel·ligents fins a cotxes elèctrics. Les empreses inverteixen en nous MOSFET per complir les normes energètiques i mantenir-se al capdavant del mercat.
Ara ja saps com funciona un MOSFET en electrònica. Pot actuar com a interruptor o amplificador. La porta utilitza voltatge per controlar el corrent. El corrent es mou entre la font i el dren. Trobes MOSFET en circuits digitals i fonts d'alimentació. També es troben en llums automàtiques.
Un MOSFET és molt eficient i commuta ràpidament. No consumeix molta energia.
Pots utilitzar un MOSFET en dispositius amb bateria. Ajuda a fer que els senyals siguin més forts. També s'utilitza en circuits integrats.
Un MOSFET té una impedància d'entrada més alta que els BJT. També commuta més ràpid que els BJT.
Recurs | El que aprens |
|---|---|
Circuits microelectrònics | Aprèn sobre els conceptes bàsics i els usos dels MOSFET |
Marca: Electrònica | Prova projectes MOSFET pràctics |
Consulta projectes de MOSFET a Instructables i Hackster.io. Pots construir circuits més intel·ligents. Potser trobaràs noves maneres d'utilitzar MOSFET en la tecnologia del futur.
FAQ
Què significa MOSFET?
MOSFET significa Transistor d'efecte de camp d'òxid metàl·lic-semiconductorHo fas servir per controlar l'electricitat en parcel·les de circuits.
Com s'activa o desactiva un MOSFET?
Un MOSFET s'activa afegint voltatge a la porta. Si es treu el voltatge, el MOSFET s'apaga. No cal subministrar corrent a la porta.
On trobes MOSFETs a la vida real?
Veus MOSFET en moltes coses que fas servir cada dia.
Smartphones
Els ordinadors portàtils
televisors
cotxes
Fonts d'alimentació
Per què els enginyers prefereixen els MOSFET als BJT?
Els enginyers trien els MOSFET perquè commuten més ràpidament i utilitzen menys energia. Els MOSFET també tenen una impedància d'entrada més alta que els BJT. Això fa que els dispositius funcionen millor i duren més.
Pots utilitzar un MOSFET com a amplificador?
Sí, pots utilitzar un MOSFET com a amplificador. El poses al circuit correcte i fa que els senyals febles siguin més forts. Això ajuda a les ràdios, els sistemes d'àudio i altres dispositius electrònics.
