Čo je to MOSFET a ako to funguje?
2025-05-08 34718

MOSFET sú malé časti používané v mnohých elektronických zariadeniach na riadenie toku elektriny.Pracujú rýchlo, využívajú malú energiu a sú skvelé na zapnutie alebo vypnutie vecí.V tomto článku sa dozviete, čo je MOSFET, ako to funguje, kde sa používa a ako ho používať v jednoduchých obvodoch.

Katalóg

Obrázok 1. Tranzistor MOSFET

Prehľad MOSFET

MOSFET je špeciálny druh tranzistora, ktorý sa používa na reguláciu toku elektriny v obvode.Má tri hlavné časti: zdroj, odtok a brána.Elektrina preteká zo zdroja do odtoku a brána sa správa ako prepínač na kontrolu, či je tento tok povolený alebo blokovaný.

Obrázok 2. Pohľad na prierez MOSFET

Vo vnútri MOSFET je malý kanál, kde sa tento tok stane, a brána riadi veľkosť tohto kanála pomocou napätia.Brána je od kanála oddelená veľmi tenkou izolačnou vrstvou, takže sa priamo nedotkne tečúcej elektriny.

Vnútorná štruktúra obsahuje základňu typu p s dvoma regiónmi typu N pre zdroj a odtok, zatiaľ čo brána sedí na vrchu oxidovej vrstvy.Ak sa napätie aplikuje na bránu, vytvorí cestu medzi zdrojom a odtokom, čo umožňuje prejsť prúdom.MOSFET sú populárne v elektronike, pretože sú rýchle, spoľahlivé a využívajú veľmi málo energie.

Typy MOSFET

Niektorí MOSFET zostávajú preč, až kým sa pridá napätie.Iné už sú zapnuté a na vypnutie potrebujú napätie.Pomáha ukazovať základné správanie MOSFET, ktorý používate.

Obrázok 3. Schéma vylepšenia režimu

MOSFETS vylepšenia - Normálne sú vypnuté, keď sa na bránu aplikuje žiadne napätie.Ak ich chcete zapnúť, musíte na bránu aplikovať napätie.Akonáhle brána dostane správne napätie, MOSFET umožňuje prúdenie prúdu z odtoku do zdroja.Tieto MOSFET sa správajú ako prepínače, ktoré zostanú mimo, kým im nedáte signál.Sú najbežnejším typom a často sa používajú v digitálnych obvodoch, prepínajúcich systémoch a logických bránach.Nájdete vylepšenia MOSFETS v type N-kanálových aj p-kanálových typov.

Režim vyčerpania MOSFETS - sú opak, normálne sú na tom, keď nie je napätie brány.Ak chcete zastaviť prúdový tok, musíte na bránu aplikovať napätie, aby ste ich vypli.Tieto MOSFET fungujú ako prepínače, ktoré sa začínajú predvolene a vypínajú sa iba po tom, čo to bolo povedané.Nie sú také bežné ako typy vylepšení, ale používajú sa v niektorých analógových obvodoch, špeciálnych kontrolných systémoch a signálnych cestách, ktoré si zvyčajne vyžadujú správanie.MOSFETS s vyčerpaním prichádzajú aj vo verziách N-kanálových aj p-kanálových verzií.

Aplikácie MOSFET

MOSFET sa používajú v mnohých elektronických zariadeniach, pretože dokážu rýchlo a s malým výkonom ovládať elektrinu.Pomáhajú rôznym častiam obvodu fungovať hladko, vďaka čomu sú užitočné pri každodenných pomôckach, vozidlách a energetických systémoch.Nižšie sú uvedené bežné aplikácie MOSFET:

• Používa sa ako spínače na zapnutie alebo vypínanie častí obvodu.

• Nachádza sa v napájacích zdrojoch a nabíjačkách na riadenie toku elektriny.

• Používa sa v počítačoch a telefónoch, vo vnútri čipov a procesorov.

• Pomáha zvukovým systémom zvuk hlasnejšie a jasnejšie.

• Používa sa v autách na ovládanie svetiel, motorov a nabíjania batérie.

• Nachádza sa v televízoroch, solárnych paneloch a inej domácej elektronike.

• Dobré pre malé aj veľké signály, takže pracujú v mnohých zariadeniach.

MOSFET prepínanie správania

MOSFET sa používa ako spínač v obvodoch s dvoma hlavnými stavmi: zapnutý a vypnutý.V ideálnom prípade, keď je MOSFET zapnutý, by mal umožniť, aby prúd prešiel bez poklesu napätia.Keď je vypnutá, mala by úplne zastaviť prúd prúdu, bez prúdu úniku a nekonečného odporu.Mal by sa tiež zmeniť medzi štátmi zapínanými a vypnutými štátmi bez oneskorenia.

Pri praktickom používaní sa MOSFET správa presne ako ideálny prípad.Po zapnutí má určitý odpor, ktorý spôsobuje malý pokles napätia.Po vypnutí je stále malé množstvo únikového prúdu, pretože odpor nie je nekonečný.Tiež sa nemôže okamžite zapnúť a vypnúť - existuje limit na to, ako rýchlo môže fungovať.Tieto praktické obmedzenia spôsobujú určitú stratu energie počas prevádzky, a to aj počas procesu prepínania.

Príklad praktického obvodu: MOSFET ako prepínač

Obrázok 4. MOSFET ako prepínač

Bežným spôsobom, ako používať MOSFET, je elektronický spínač na riadiace zariadenia, ako sú LED diódy, motory alebo žiarovky.Napríklad na zapnutie a vypnutie žiarovky sa môže použiť MOSFET N-kanálového vylepšenia.V tomto nastavení je odtok pripojený na jednu stranu žiarovky, zdroj ide do zeme a brána je pripojená k riadiacemu signálu prostredníctvom odporu.Ak sa na bránu nanáša žiadne napätie, MOSFET je vypnutý a lampa zostane vypnutá.Ak sa na bránu aplikuje pozitívne napätie (zvyčajne 5 V alebo viac, v závislosti od typu MOSFET), MOSFET sa zapne, čo umožňuje prúdu prúdiť z lampy cez MOSFET na zem - tak sa žiarovka rozsvieti.

Toto nastavenie sa nazýva prepínanie s nízkou stratou, pretože MOSFET je umiestnený medzi zaťaženie (lampa) a zem.Je to jednoduché, funguje dobre s n-kanálovými MOSFETS a bežne sa používa v základných prepínaní obvodov.

Konfigurácie prepínania na vysokej strane vs.

Obrázok 5. Prepínanie na vysokej strane a nízkej strane s BJTS a MOSFETS

Pri používaní MOSFET ako spínača záleží na polohe MOSFET v obvode.To nám poskytne dve bežné nastavenia: prepínanie s nízkou stratou a prepínanie na vysokej strane.Každý z nich má svoje vlastné použitie v závislosti od toho, ako chcete ovládať prúd.

Pri prepínaní s nízkou stratou je MOSFET umiestnený medzi zaťaženie a zem.Zdroj je pripojený k zemi a odtok je pripojený k zápornej strane záťaže.Keď na bránu aplikujete kladné napätie, MOSFET sa zapne a dokončí obvod na zem, čo umožňuje prúdenie prúdu cez zaťaženie.

Pri prepínaní na vysokej strane je MOSFET umiestnený medzi napájanie a zaťaženie.Odtok je pripojený k napájaniu a zdroj je pripojený k pozitívnej strane záťaže.Na zapnutie MOSFET musí byť brána na vyššom napätí ako zdroj, ktorý môže vyžadovať obvod vodiča brány, najmä s n-kanálovými MOSFETS.

Konfigurácia	Pozícia MOSFET	Najlepšie	Potrebné napätie brány	Výhody	Nevýhody
Nízky Prepínanie	Medzi zaťažiť	N-kanál Mosfet	Jednoduchý (Zvyčajne 5v - 10 V)	Ľahké Používajte, nie je potrebný žiadny vodič	Načítať Vždy spojené s napájaním
Vysoká strana Prepínanie	Medzi napájanie	P-kanál alebo n + ovládač	Vyšší ako napätie zaťaženia	Odpojiť úplne zaťažovať	Potreby Špeciálna brána vo väčšine prípadov

Prevádzkové režimy a regióny MOSFET

MOSFET funguje rôznymi spôsobmi v závislosti od napätia na svojich termináloch-najmä napätie brány-to-zdroj (VGS) a napätie na zdroj (VDS).Tieto správanie je zoskupené do troch hlavných režimov alebo regiónov.Každý z nich ukazuje, ako MOSFET riadi prúd v rôznych situáciách.

Hraničná oblasť (vypnutá) - V tejto oblasti je MOSFET vypnutý.Stane sa to, keď je napätie brány-zdroj (VG) nižšie ako prahové napätie (VTH).Vo vnútri MOSFET sa nevytvárajú žiadne kanály, takže prúd nemôže prúdiť z odtoku do zdroja.MOSFET pôsobí ako otvorený prepínač v tomto stave.Tento režim sa používa, keď chcete úplne blokovať prúd.

Triódová oblasť (lineárny režim) - V oblasti Triode je MOSFET zapnutý, ale správa sa ako premenlivý odpor.Prúdové toky z odtoku do zdroja a množstvo prúdu závisí od VGS aj VDS.Tento režim sa používa v analógových aplikáciách, kde je potrebné hladké riadenie prúdu, ako sú stmievače alebo ovládacie prvky objemu.Nazýva sa to „lineárny“ režim, pretože MOSFET dokáže ovládať, koľko prúdu prúdi.

Saturačná oblasť (aktívny režim) - V tejto oblasti je MOSFET úplne zapnutý.Napätie brány je dostatočne vysoké na to, aby sa vytvoril silný kanál a prúd neustále prúdi z odtoku k zdroju.V tomto režime súčasný prúd závisí hlavne od VGS a nie od VDS.MOSFET sa správa ako uzavretý spínač.Táto oblasť je užitočná pre zosilňovače a rýchle prepínanie obvodov, kde je potrebný stabilný prúd.

Záver

MOSFET sú jednoduché v štruktúre, ale sú silné funkcie.Hrajú veľkú úlohu pri prepínaní, zosilňovaní a riadení signálov vo všetkých druhoch obvodov.Od pochopenia ich typov a pracovných regiónov až po ich použitie v skutočných nastaveniach prepínania tento článok ukázal, aké všestranné a užitočné sú skutočne MOSFET.