MOSFET je vrsta tranzistorja. Omogoča vam krmiljenje elektrike v vezju z uporabo napetosti. MOSFET-e lahko najdete v telefonih, prenosnikih, avtomobilih in velikih strojih. MOSFET je poseben, ker zelo dobro obvladuje tok. Pomaga narediti naprave manjše, hitrejše in močnejše.
MOSFET-i pomagajo varčevati z energijo v elektroniki.
Za stabilno delovanje v novih tehnologijah, kot sta 5G in IoT, potrebujete MOSFET-e.
MOSFET-i so glavni del večine novih naprav.
Vpliv sprejetja MOSFET-ov | Opis |
|---|---|
Povečana gostota tranzistorjev | MOSFET-i omogočajo namestitev več tranzistorjev na čip. Zaradi tega so naprave manjše in boljše. |
Zmanjšana poraba energije | Z MOSFET-i porabite manj energije kot s starimi tranzistorji. |
Izboljšana zmogljivost | MOSFET-i pomagajo vašim napravam delovati hitreje in se hitreje odzivati. |
Osnove MOSFET-a
Kaj je MOSFET
V elektroniki pogosto vidite besedo »mosfet«. Pomeni kovinsko-oksidno-polprevodniški poljski tranzistor. Ta naprava deluje kot posebno stikalo ali ojačevalnik v vezjih. V vašem telefonu, prenosniku ali televizorju je veliko mosfetov, ki delujejo skupaj.
MOSFET ima posebno zasnovo. Za krmiljenje elektrike uporablja tanko plast kovine in oksida. Za delovanje se ga ni treba dotikati. Na njegova vrata morate le dodati majhno napetost. Zaradi tega je MOSFET zelo uporaben v sodobni elektroniki.
Nasvet: Ne pozabite, da je MOSFET tranzistor, ki uporablja napetost za nadzor pretoka električne energije.
Obstajata dve glavni vrsti MOSFET-ov: ojačevalni in osiromašeni. Vsaka vrsta deluje drugače, vendar obe krmilita tok v vezju. MOSFET se imenuje tudi poljski tranzistor s kovinskim oksidom in polprevodnikom. Obe imeni pomenita isto.
Funkcija MOSFET-a
MOSFET opravlja veliko pomembnih nalog v vezjih. Z njim lahko vklopite ali izklopite stvari, na primer stikalo za luč. Z njim lahko tudi okrepite šibke signale. Zato so MOSFET-i ... uporablja se v ojačevalnikih in radijske sprejemnike.
Tukaj je nekaj glavnih nalog MOSFET-a v elektroniki:
Deluje kot stikalo, ki ga krmili napetost
Deluje kot ojačevalnik
Ima visoko vhodno impedanco
Na voljo je v dveh vrstah: izčrpavanje in izboljšanje
Uporablja se v stvareh, kot so mikroprocesorji in logična vrata
MOSFET vam zagotavlja visoko učinkovitost. Na vratih ne potrebuje veliko toka. To pomaga prihraniti energijo in ohranja naprave hladnejše. Prav tako dobite hitro preklapljanje, zato naprave delujejo hitro.
MOSFET-e lahko najdete v številnih napravah, ki jih uporabljate vsak dan:
MOSFET-i pomagajo pri upravljanju energije v mobilnih telefonih.
V prenosnikih so nameščeni za povečanje hitrosti in varčevanje z baterijo.
V televizorjih zagotavljajo stabilno in učinkovito napajanje.
Device | Kako pomaga MOSFET |
|---|---|
Mobilni telefon | Upravlja porabo baterije in energije |
Prenosnik | Poveča hitrost in prihrani energijo |
televizija | Ohranja stabilno napajanje |
MOSFET naredi elektroniko pametnejšo in zanesljivejšo. MOSFET-u lahko zaupate pri visoki hitrosti in majhni izgubi moči. Zato inženirji uporabljajo MOSFET-e v skoraj vsaki novi napravi.
Struktura MOSFET
Terminali: Vrata, Izvor, Odtok
Ko pogledate MOSFET, vidite tri glavne terminale. Vsak terminal ima posebno nalogo. Te terminale uporabljate za nadzor nad gibanjem elektrike prek naprave.
terminal | vloga |
|---|---|
Vrata | Nadzira pretok toka med odvodom in izvorom ter deluje kot stikalo na podlagi uporabljene napetosti med vrati in izvorom (VGS). |
Drain | Izhodni priključek, iz katerega izstopa tok; pri N-kanalu tok teče od odtoka do izvora, ko je vklopljen, pri P-kanalu pa od izvora do odtoka. |
LED vir svetlobe | Priključek, kjer vstopa tok, je običajno priključen na ozemljitev (N-kanal) ali pozitivno napajalno napetost (P-kanal). |
VrataZ vrati vklopite ali izklopite MOSFET. Ko na vrata priključite napetost, nadzorujete pretok toka.
LED vir svetlobe: Tukaj pride tok. Pri večini tokokrogov vir priključite na ozemljitev ali napajalnik.
Drain: Tukaj tok zapusti MOSFET. Odtok priključite na del vezja, ki potrebuje napajanje.
Nasvet: Predstavljajte si vrata kot stikalo za luč. Preklopiš stikalo (dodaš napetost) in elektrika teče od vira do odtoka.
Načelo izoliranih vrat
Vrata v MOSFET-u se ne dotikajo preostalega dela naprave. Namesto tega se nahajajo nad tanko plastjo izolacije. Ta izolacija je običajno izdelana iz silicijevega dioksida (SiO₂) ali posebnih materialov z visoko vrednostjo k. Izolacija ločuje vrata od kanala, po katerem teče tok.
Material | Dielektrična konstanta (k) | Dielektrična trdnost/debelina |
|---|---|---|
Dielektriki z visoko stopnjo k | 10 < k < 30 | N / A |
SiO₂ | N / A | Najmanjša debelina ~0.7 nm |
Ta izolirana vrata vam omogočajo krmiljenje MOSFET-a z zelo majhnim tokom. Na vrata morate le priključiti napetost. Izolacija preprečuje uhajanje elektrike, zato MOSFET porabi manj energije in ostane hladen. Zaradi te zasnove so MOSFET-i zelo učinkovit za preklapljanje in ojačanje signalov.
Odziv je hiter, ker vrata ne porabljajo veliko toka.
Naprave ostanejo varne, ker izolacija blokira neželen pretok toka.
S to strukturo lahko zgradite manjša in močnejša vezja.
Izolirana vrata so tisto, zaradi česar so MOSFET-i tako uporabni v sodobni elektroniki. Velike tokove lahko nadzorujete že z majhno napetostjo na vratih. Zato so MOSFET-i povsod, od telefona do avtomobila.
Delovanje MOSFET-a
Krmiljenje napetosti
MOSFET nadzorujete tako, da spreminjanje napetosti na njegovem vratnem priključku. To je srce njegovega načela delovanja. Ko na vrata priključite napetost, se odločite, ali bo MOSFET spustil tok ali ne. Vrata so nameščena nad tanko plastjo izolacije, zato se ne dotikajo neposredno kanala. Ta zasnova vam daje veliko prednost: za krmiljenje naprave morate uporabiti le napetost, ne toka.
Takole napetost na vratih vpliva na MOSFET:
Ko je napetost na vratih manjša od nič, MOSFET ostane izklopljen. Med izvorom in odtokom ne teče tok.
Če je napetost na vratih nad ničlo, vendar še vedno manjša od določene vrednosti (imenovane pragovna napetost), MOSFET ostane izklopljen. Še vedno ni poti za tok.
Ko napetost na vratih doseže ali preseže prag napetosti, se MOSFET vklopi. Oblikuje se kanal in tok lahko teče od vira do odtoka.
Opomba: Prag napetosti je minimalna napetost, ki jo potrebujete na vratih, da se MOSFET vklopi. Ta vrednost je zelo pomembna tako v digitalnih kot analognih vezjih. Če te napetosti ne dosežete, MOSFET ne bo prevajal.
Vidite lahko, kako napetost na vratih spremeni stanje MOSFET-a:
Napetost na vratih določa, ali je kanal odprt ali zaprt.
Na vrata ni treba dovajati toka, samo napetost.
MOSFET deluje kot stikalo, ki ga krmilite z napetostjo.
Zaradi tega nadzora napetosti je MOSFET zelo učinkovit. Hitro ga je mogoče vklopiti in izklopiti, kar je idealno za sodobno elektroniko.
Trenutni tok
Ko vklopite MOSFET z dovajanjem zadostne napetosti na vrata, lahko tok teče med izvorom in odtokom. Smer in vrsta toka sta odvisni od vrste MOSFET-a, ki ga uporabljate.
Vrsta MOSFET-a | Nosilec naboja | Trenutna smer toka |
|---|---|---|
NMOS | Elektroni | Od vira do odtoka |
PMOS | Luknje | Odtok do izvira |
V NMOS MOSFET-u se elektroni premikajo od vira (source) do odtoka (drain), ko je naprava vklopljena. V PMOS MOSFET-u se luknje premikajo od odtoka (drain) do vira (source). Tip izberete glede na potrebe vašega vezja.
Vrata MOSFET-a skoraj ne porabljajo toka. To se razlikuje od drugih tranzistorjev, kot so BJT-ji, ki potrebujejo stalen vhodni tok na bazi. MOSFET za delovanje potrebuje le napetost na vratih.
Ker vrata MOSFET praktično ne porabljajo toka, izhodni tok te naprave nadzira napetost vrat.
S to funkcijo dobite več prednosti:
MOSFET porabi zelo malo energije na vratih.
Visoka vhodna impedanca pomeni, da lahko MOSFET priključite na občutljiva vezja, ne da bi jih obremenili.
Naprave ostanejo hladnejše in trajajo dlje, ker se porabi manj energije.
Vrsta tranzistorja | Zahtevani vhodni tok |
|---|---|
MOSFET | Skoraj nič |
BJT | Zahteva majhen vhodni tok |
MOSFET omogoča hitro preklapljanje in visoko učinkovitost. Uporabite ga lahko v vezjih, kjer morate prihraniti energijo in ohraniti hlajenje. Načelo delovanja MOSFET-a omogoča nadzor velikih tokov z le majhno napetostjo na vratih. Zato najdete MOSFET-e v skoraj vsaki sodobni elektronski napravi.
Vrste MOSFET-ov
N-kanal in P-kanal
obstajajo dve glavni vrsti MOSFET-ovEden se imenuje n-kanal, drugi pa p-kanal. Vsaka vrsta omogoča tok na drugačen način. N-kanal za prenos toka uporablja elektrone. P-kanal namesto tega uporablja vrzeli. To spremeni delovanje vsakega od njih v vezju.
Značilen | P-kanalni MOSFET | N-kanalni MOSFET |
|---|---|---|
Pogonska napetost vrat | Negativni Vg (preprosti) | Pozitivni Vgs (zahteva gonilnik vrat) |
Upornost pri vklopu (Rds(vklop)) | Višje | Spodnja |
Učinkovitost | Nižje zaradi višjega Rds(on) | Višje zaradi nižjega Rds(on) |
Preklopna hitrost | Počasnejši (višja vhodna kapacitivnost) | Hitrejši (nižja vhodna kapacitivnost) |
kompleksnost | Enostavnejše vezje pogona vrat | Zahteva dodatno vezje gonilnika vrat |
Strošek | Na splošno cenejši | Na splošno dražje |
N-kanalni MOSFET-i so dobri za vezja z visokim tokom. Imajo manjšo upornost in hitreje preklapljajo. To pomaga vaši napravi porabiti manj energije in delovati bolje. P-kanalne MOSFET-e je lažje krmiliti. Vendar preklapljajo počasneje in imajo večjo upornost. P-kanalni lahko izberete, če želite preprosto ali poceni zasnovo.
N-kanalni MOSFET-i se uporabljajo v napajalnikih in krmilnikih motorjev. So učinkovitejši, ker se elektroni gibljejo hitreje kot vrzeli. Zaradi tega so n-kanalni pametna izbira, če želite prihraniti energijo in ohraniti hlajenje.
Nasvet: Za hitra in močna vezja izberite n-kanalne MOSFET-e. Za enostavne in cenovno ugodne zasnove uporabite p-kanalne MOSFET-e.
Načini izboljšanja in izčrpavanja
MOSFET-i lahko delujejo tudi v dveh načinih. Ta načina se imenujeta način izboljšanja in način izčrpavanja. Način vam pove, kako se MOSFET vklopi ali izklopi.
Feature | Način izboljšave MOSFET | MOSFET-ji v načinu izčrpavanja |
|---|---|---|
Stanje pri ničelni napetosti vrat | off | On |
Oblikovanje kanala | Za oblikovanje kanala je potrebna pozitivna napetost na vratih | Običajno ima prisoten kanal |
Odziv na napetost vrat | Vklopi se pri višji napetosti na vratih | Izklopi se pri negativni napetosti na vratih |
Mejna napetost | Pozitivna pragovna napetost | Negativna pragovna napetost |
Večina MOSFET-ov uporablja način izboljšanja. Ti ostanejo izklopljeni, dokler na vrata ne dodate dovolj napetosti. Najdete jih v pretvornikih moči, ojačevalnikih in digitalnih vezjih. MOSFET-i v načinu izčrpavanja delujejo obratno. Ostanejo vklopljeni, dokler na vrata ne dodate negativne napetosti. To so ... uporablja se za stalni tok ali zagon vezij.
Tukaj je nekaj načinov, kako ljudje uporabljajo vsak način: Pretvorniki moči in krmilniki motorjev uporabljajo n-kanalne MOSFET-e z izboljšanim načinom za hitro preklapljanje. Ojačevalniki uporabljajo MOSFET-e z izboljšanim načinom za okrepitev signalov. CMOS vezja uporabljajo tako n-kanalne kot p-kanalne MOSFET-e z izboljšanim načinom za varčevanje z energijo. MOSFET-i z izčrpanim načinom pomagajo pri zagonu in ohranjanju stabilnega toka.
Najboljši MOSFET lahko izberete tako, da upoštevate hitrost, moč in način upravljanja.
Uporaba MOSFET-ov
MOSFET kot stikalo
MOSFET v mnogih napravah deluje kot stikalo. Spremenite napetost na vratih, da ga vklopite ali izklopite. To vam omogoča hitro in natančno krmiljenje elektrike. Ko je MOSFET v območju odklopa, deluje kot odprto stikalo in ustavi tok. V območju nasičenosti deluje kot zaprto stikalo in omogoča pretok toka. Za preklop želite, da MOSFET preživi manj časa v območju nasičenosti. To pomaga zmanjšati izgubo moči in ohranja vašo napravo hladno.
MOSFET preklapljate med 'VKLOP' in 'IZKLOP' s spreminjanjem napetosti vrata-izvora.
V stanju 'VKLOP' MOSFET zagotavlja pot z nizkim uporom za tok.
Hitro preklapljanje naredi MOSFET odličen za krmiljenje motorjev in regulacijo napajanja.
MOSFET-i se hitro odzivajo na elektronske signale. Za krmiljenje velikih tokov potrebujete le majhno napetost na vratih. Zaradi tega je MOSFET kot stikalo boljši od mehanskih relejev ali bipolarnih tranzistorjev.
Tukaj je nekaj resničnih primerov uporabe MOSFET-a kot stikala:
Napajalniki v računalnikih in televizorji
Nadzor svetlosti v pametnih telefonih
Inverterji za sončne panele za domove
Sistemi za rekuperacijo energije v električnih avtomobilih
MOSFET kot stikalo pomaga prihraniti energijo in izboljša delovanje naprav. Mosfete najdete v sistemih obnovljivih virov energije, električnih avtomobilih in mikroprocesorjih. Svetovni trg mosfetov raste, ker si ljudje želijo boljših in zanesljivejših stikal.
Uporaba ojačanja
MOSFET okrepi tudi signale v avdio in radijskih vezjih. MOSFET ima visoko vhodno impedanco, zato je lažje nastavitev napetosti. Za dobro ojačanje morate MOSFET ohranjati v območju nasičenosti. Odvodni tok se spreminja z napetostjo med vrati in izvorom, ne z napetostjo med odtokom in izvorom.
Feature | Opis |
|---|---|
vhodna impedanca | Zelo visoko, zato je prilagajanje lažje |
Regija delovanja | Za dobro ojačanje mora ostati v območju nasičenosti |
Nepristranskost | Potrebuje pristranskost okoli fiksne Q-točke |
Sprememba odtočnega toka | Spremembe napetosti med vrati in virom (VGS) v nasičenosti |
MOSFET lahko doseže več kot 90-odstotno učinkovitost pri ojačanju moči.
Dobite boljšo toplotno stabilnost, ki preprečuje pregrevanje.
Hitro preklapljanje omogoča, da MOSFET deluje pri frekvencah nad 100 kHz.
MOSFET-e vidite v ojačevalnikih moči za avdio sisteme, sistemih za vžig avtomobilov in vezjih za regulacijo napetosti. MOSFET pomaga zagotavljati visokokakovosten zvok in stabilno moč. MOSFET-e najdete tudi v mikroprocesorjih in pomnilniških čipih, ki so možgani računalnikov in pametnih telefonov.
MOSFET omogoča hitro preklapljanje, nizko izgubo moči in visoko zmogljivost. Z njim lahko sestavite manjše, pametnejše in energetsko varčnejše naprave.
Feature | Prispevek k učinkovitosti |
|---|---|
Nizek vklopni upor | Zmanjša izgube moči med prevajanjem, zaradi česar so naprave učinkovitejše |
Visoka hitrost preklapljanja | Omogoča hitro preklapljanje, kar je pomembno za stvari, kot so DC-DC pretvorniki |
Nizek naboj vrat | Za krmiljenje naprave potrebuje manj energije, zato so izgube pri preklopu manjše |
Ljudje si želijo daljše življenjske dobe baterije in boljšo porabo energije, zato podjetja izdelujejo nove zasnove MOSFET-ov. MOSFET-e vidite v vsem, od pametnih telefonov do električnih avtomobilov. Podjetja vlagajo v nove MOSFET-e, da bi izpolnila energetske predpise in ostala v prednosti na trgu.
Zdaj veste, kako deluje MOSFET v elektroniki. Lahko deluje kot stikalo ali ojačevalnik. Vrata uporabljajo napetost za krmiljenje toka. Tok se giblje med izvorom in odtokom. MOSFET-e najdete v digitalnih vezjih in napajalnikih. Uporabljajo se tudi v avtomatskih lučeh.
MOSFET je zelo učinkovit in hitro preklopi. Ne porabi veliko energije.
MOSFET lahko uporabite v baterijskih napravah. Pomaga okrepiti signale. Uporablja se tudi v integriranih vezjih.
MOSFET ima višjo vhodno impedanco kot BJT-ji. Prav tako se preklopi hitreje kot BJT-ji.
Vir | Kaj se naučiš |
|---|---|
Mikroelektronska vezja | Spoznajte osnove in uporabo MOSFET-ov |
Znamka: Elektronika | Preizkusite praktične projekte z MOSFET-i |
Oglejte si projekte MOSFET na Instructables in Hackster.io. Z njimi lahko sestavite pametnejša vezja. Morda boste odkrili nove načine uporabe MOSFET-ov v prihodnji tehnologiji.
FAQ
Kaj pomeni kratica MOSFET?
MOSFET pomeni Tranzistor s polprevodniškim kovinskim oksidomUporabljate ga za nadzor električne energije v serijah vezij.
Kako vklopim ali izklopim MOSFET?
MOSFET vklopite tako, da na vrata dodate napetost. Če napetost odvzamete, se MOSFET izklopi. Toka na vrata ni treba dovajati.
Kje v resničnem življenju najdete MOSFET-e?
MOSFET-e vidite v mnogih stvareh, ki jih uporabljate vsak dan.
Pametni telefoni
Prenosni računalniki
televizorji
Avtomobili
napajalniki
Zakaj inženirji raje uporabljajo MOSFET-e kot BJT-je?
Inženirji izbirajo MOSFET-e, ker se hitreje preklapljajo in porabijo manj energije. MOSFET-i imajo tudi višjo vhodno impedanco kot bipolarni tranzistorji. Zaradi tega naprave delujejo bolje in traja dlje.
Ali lahko MOSFET uporabim kot ojačevalnik?
Da, MOSFET lahko uporabite kot ojačevalnik. Če ga vstavite v pravo vezje, bo šibke signale okrepil. To pomaga radijskim sprejemnikom, avdio sistemom in drugi elektroniki.
