Apa fungsi MOSFET?

Ada dua tipe utama MOSFET: tipe persimpangan terpisah dan tipe gerbang terisolasi. Junction MOSFET (JFET) dinamakan demikian karena memiliki dua sambungan PN, dan gerbang berinsulasiMOSFET(JGFET) dinamakan demikian karena gerbangnya sepenuhnya terisolasi dari elektroda lain. Saat ini, di antara MOSFET gerbang terisolasi, yang paling umum digunakan adalah MOSFET, disebut sebagai MOSFET (MOSFET semikonduktor oksida logam); selain itu, ada MOSFET daya PMOS, NMOS dan VMOS, serta modul daya πMOS dan VMOS yang baru diluncurkan, dll.

 

Menurut bahan semikonduktor saluran yang berbeda, tipe persimpangan dan tipe gerbang isolasi dibagi menjadi saluran dan saluran P. Jika dibagi menurut mode konduktivitas, MOSFET dapat dibagi menjadi tipe deplesi dan tipe peningkatan. MOSFET persimpangan semuanya merupakan tipe deplesi, dan MOSFET gerbang terisolasi merupakan tipe deplesi dan tipe peningkatan.

Transistor efek medan dapat dibagi menjadi transistor efek medan persimpangan dan MOSFET. MOSFET dibagi menjadi empat kategori: tipe penipisan saluran-N dan tipe peningkatan; Tipe penipisan saluran-P dan tipe peningkatan.

 

Karakteristik MOSFET

Ciri-ciri MOSFET adalah tegangan gerbang selatan UG; yang mengontrol ID arus pembuangannya. Dibandingkan dengan transistor bipolar biasa, MOSFET memiliki karakteristik impedansi masukan yang tinggi, noise rendah, rentang dinamis yang besar, konsumsi daya yang rendah, dan integrasi yang mudah.

 

Ketika nilai absolut tegangan bias negatif (-UG) meningkat, lapisan penipisan meningkat, saluran berkurang, dan arus pengurasan ID berkurang. Ketika nilai absolut dari tegangan bias negatif (-UG) menurun, lapisan penipisan berkurang, saluran meningkat, dan arus pengurasan ID meningkat. Terlihat bahwa arus drain ID dikendalikan oleh tegangan gerbang, sehingga MOSFET merupakan alat pengatur tegangan, yaitu perubahan arus keluaran dikendalikan oleh perubahan tegangan masukan, sehingga tercapai amplifikasi dan tujuan lain.

 

Seperti transistor bipolar, ketika MOSFET digunakan dalam rangkaian seperti amplifikasi, tegangan bias juga harus ditambahkan ke gerbangnya.

Gerbang tabung efek medan persimpangan harus diterapkan dengan tegangan bias terbalik, yaitu tegangan gerbang negatif harus diterapkan pada tabung saluran-N dan cakar gerbang positif harus diterapkan pada tabung saluran-P. MOSFET gerbang berinsulasi yang diperkuat harus menerapkan tegangan gerbang maju. Tegangan gerbang MOSFET isolasi mode deplesi bisa positif, negatif, atau "0". Metode penambahan bias antara lain metode bias tetap, metode bias yang disuplai sendiri, metode kopling langsung, dan lain-lain.

MOSFETmemiliki banyak parameter, antara lain parameter DC, parameter AC, dan parameter batas, namun dalam penggunaan normal, Anda hanya perlu memperhatikan parameter utama berikut: arus sumber saluran jenuh tegangan pinch-off IDSS Naik, (tabung sambungan dan mode penipisan terisolasi tabung gerbang, atau Tegangan nyala UT (tabung gerbang berinsulasi bertulang), transkonduktansi gm, tegangan tembus sumber saluran BUDS, PDSM disipasi daya maksimum dan IDSM arus sumber saluran maksimum.

(1) Arus sumber pembuangan jenuh

IDSS arus sumber saluran jenuh mengacu pada arus sumber saluran ketika tegangan gerbang UGS=0 di persimpangan atau gerbang terisolasi penipisan MOSFET.

(2) Tegangan jepit

Tegangan pinch-off UP mengacu pada tegangan gerbang ketika sambungan sumber pembuangan terputus di persimpangan atau gerbang berinsulasi tipe deplesi MOSFET. Seperti yang ditunjukkan pada 4-25 untuk kurva UGS-ID tabung saluran N, arti IDSS dan UP dapat terlihat dengan jelas.

(3) Tegangan hidup

Tegangan nyala UT mengacu pada tegangan gerbang ketika sambungan sumber pembuangan baru saja dibuat di MOSFET gerbang berinsulasi bertulang. Gambar 4-27 menunjukkan kurva UGS-ID dari tabung saluran N, dan arti dari UT dapat dilihat dengan jelas.

(4) Transkonduktansi

Transkonduktansi gm mewakili kemampuan UGS tegangan sumber gerbang untuk mengontrol ID arus pembuangan, yaitu rasio perubahan ID arus pembuangan terhadap perubahan tegangan sumber gerbang UGS. 9m merupakan parameter penting untuk mengukur kemampuan amplifikasiMOSFET.

(5) Tegangan rusaknya sumber pembuangan

BUDS tegangan tembus sumber saluran mengacu pada tegangan sumber saluran maksimum yang dapat diterima MOSFET ketika tegangan sumber gerbang UGS konstan. Ini adalah parameter pembatas, dan tegangan operasi yang diterapkan ke MOSFET harus lebih kecil dari BUDS.

(6) Disipasi daya maksimum

PDSM disipasi daya maksimum juga merupakan parameter batas, yang mengacu pada disipasi daya sumber pembuangan maksimum yang diperbolehkan tanpa penurunan kinerja MOSFET. Saat digunakan, konsumsi daya aktual MOSFET harus lebih kecil dari PDSM dan menyisakan margin tertentu.

(7) Arus sumber pembuangan maksimum

IDSM arus sumber saluran maksimum adalah parameter batas lainnya, yang mengacu pada arus maksimum yang diperbolehkan untuk lewat antara saluran dan sumber ketika MOSFET beroperasi secara normal. Arus operasi MOSFET tidak boleh melebihi IDSM.

1. MOSFET dapat digunakan untuk amplifikasi. Karena impedansi masukan penguat MOSFET sangat tinggi, kapasitor kopling bisa berukuran kecil dan kapasitor elektrolitik tidak harus digunakan.

2. Impedansi masukan MOSFET yang tinggi sangat cocok untuk transformasi impedansi. Ini sering digunakan untuk transformasi impedansi pada tahap masukan penguat multi-tahap.

3. MOSFET dapat digunakan sebagai resistor variabel.

4. MOSFET dapat dengan mudah digunakan sebagai sumber arus konstan.

5. MOSFET dapat digunakan sebagai saklar elektronik.

 

MOSFET memiliki karakteristik resistansi internal yang rendah, tegangan tahan yang tinggi, peralihan yang cepat, dan energi longsoran yang tinggi. Rentang arus yang dirancang adalah 1A-200A dan rentang tegangan 30V-1200V. Kami dapat menyesuaikan parameter kelistrikan sesuai dengan bidang aplikasi pelanggan dan rencana aplikasi untuk meningkatkan keandalan Produk pelanggan, efisiensi konversi secara keseluruhan, dan daya saing harga produk.

 

Perbandingan MOSFET vs Transistor

(1) MOSFET adalah elemen pengatur tegangan, sedangkan transistor adalah elemen pengatur arus. Ketika hanya sejumlah kecil arus yang boleh diambil dari sumber sinyal, MOSFET harus digunakan; ketika tegangan sinyal rendah dan sejumlah besar arus diperbolehkan diambil dari sumber sinyal, transistor harus digunakan.

(2) MOSFET menggunakan pembawa mayoritas untuk menghantarkan listrik, sehingga disebut perangkat unipolar, sedangkan transistor memiliki pembawa mayoritas dan pembawa minoritas untuk menghantarkan listrik. Ini disebut perangkat bipolar.

(3) Sumber dan saluran pembuangan beberapa MOSFET dapat digunakan secara bergantian, dan tegangan gerbang bisa positif atau negatif, yang lebih fleksibel dibandingkan transistor.

(4) MOSFET dapat bekerja dalam kondisi arus yang sangat kecil dan tegangan yang sangat rendah, dan proses pembuatannya dapat dengan mudah mengintegrasikan banyak MOSFET pada wafer silikon. Oleh karena itu, MOSFET telah banyak digunakan dalam sirkuit terpadu skala besar.

 

Bagaimana menilai kualitas dan polaritas MOSFET

Pilih rentang multimeter ke RX1K, sambungkan kabel tes hitam ke kutub D, dan kabel tes merah ke kutub S. Sentuh kutub G dan D secara bersamaan dengan tangan Anda. MOSFET harus berada dalam kondisi konduksi sesaat, yaitu jarum meter berayun ke posisi dengan resistansi lebih kecil. , lalu sentuh kutub G dan S dengan tangan, MOSFET seharusnya tidak bereaksi, artinya jarum meter tidak akan bergerak kembali ke posisi nol. Pada saat ini, harus dinilai bahwa MOSFET adalah tabung yang bagus.

Pilih rentang multimeter ke RX1K, dan ukur resistansi antara tiga pin MOSFET. Jika resistansi antara satu pin dengan dua pin lainnya tidak terhingga, dan tetap tidak terhingga setelah dilakukan pertukaran kabel uji, maka pin tersebut adalah kutub G, dan dua pin lainnya adalah kutub S dan kutub D. Kemudian gunakan multimeter untuk mengukur nilai hambatan antara kutub S dan kutub D sebanyak satu kali, tukar kabel uji dan ukur kembali. Yang nilai resistansinya lebih kecil berwarna hitam. Kabel uji dihubungkan ke kutub S, dan kabel uji merah dihubungkan ke kutub D.

 

Deteksi MOSFET dan tindakan pencegahan penggunaan

1. Gunakan multimeter penunjuk untuk mengidentifikasi MOSFET

1) Gunakan metode pengukuran resistansi untuk mengidentifikasi elektroda persimpangan MOSFET

Berdasarkan fenomena perbedaan nilai resistansi maju dan mundur sambungan PN MOSFET, ketiga elektroda sambungan MOSFET dapat diidentifikasi. Metode khusus: Atur multimeter ke kisaran R×1k, pilih dua elektroda mana saja, dan ukur nilai resistansi maju dan mundurnya masing-masing. Jika nilai resistansi maju dan mundur dari dua elektroda sama dan beberapa ribu ohm, maka kedua elektroda tersebut berturut-turut adalah saluran D dan sumber S. Karena untuk MOSFET sambungan, saluran dan sumber dapat dipertukarkan, elektroda yang tersisa harus menjadi gerbang G. Anda juga dapat menyentuhkan kabel uji hitam (kabel uji merah juga dapat diterima) multimeter ke elektroda mana pun, dan kabel uji lainnya ke sentuh dua elektroda yang tersisa secara berurutan untuk mengukur nilai resistansi. Ketika nilai resistansi yang diukur dua kali kira-kira sama, elektroda yang bersentuhan dengan kabel uji hitam adalah gerbang, dan dua elektroda lainnya masing-masing adalah saluran pembuangan dan sumber. Jika nilai resistansi yang diukur dua kali sama-sama sangat besar, berarti arah sambungan PN berlawanan, yaitu keduanya merupakan resistansi terbalik. Dapat ditentukan bahwa itu adalah MOSFET saluran-N, dan kabel uji hitam terhubung ke gerbang; jika nilai resistansi yang diukur dua kali adalah Nilai resistansinya sangat kecil, menunjukkan bahwa ini adalah sambungan PN maju, yaitu resistansi maju, dan ditentukan sebagai MOSFET saluran-P. Kabel tes hitam juga terhubung ke gerbang. Jika situasi di atas tidak terjadi, Anda dapat mengganti kabel uji hitam dan merah dan melakukan pengujian sesuai dengan metode di atas hingga jaringan teridentifikasi.

 

2) Gunakan metode pengukuran resistansi untuk menentukan kualitas MOSFET

Cara pengukuran hambatannya adalah dengan menggunakan multimeter untuk mengukur hambatan antara sumber dan saluran MOSFET, gerbang dan sumber, gerbang dan saluran, gerbang G1 dan gerbang G2 untuk menentukan apakah sesuai dengan nilai hambatan yang tertera pada manual MOSFET. Manajemennya baik atau buruk. Cara khusus: Pertama, atur multimeter ke kisaran R×10 atau R×100, dan ukur hambatan antara sumber S dan saluran D, biasanya dalam kisaran puluhan ohm hingga beberapa ribu ohm (dapat dilihat pada manual bahwa berbagai model tabung, nilai resistansinya berbeda), jika nilai resistansi yang diukur lebih besar dari nilai normal, hal ini mungkin disebabkan oleh kontak internal yang buruk; jika nilai resistansi yang diukur tidak terbatas, itu mungkin merupakan kutub internal yang rusak. Kemudian atur multimeter ke kisaran R×10k, lalu ukur nilai resistansi antara gerbang G1 dan G2, antara gerbang dan sumber, dan antara gerbang dan saluran pembuangan. Bila nilai resistansi yang diukur semuanya tak terhingga, berarti tabungnya normal; jika nilai resistansi di atas terlalu kecil atau ada jalurnya berarti tabungnya rusak. Perlu dicatat bahwa jika dua gerbang rusak di dalam tabung, metode substitusi komponen dapat digunakan untuk mendeteksinya.

 

3) Gunakan metode input sinyal induksi untuk memperkirakan kemampuan amplifikasi MOSFET

Metode khusus: Gunakan resistansi multimeter tingkat R×100, sambungkan kabel uji merah ke sumber S, dan kabel uji hitam ke saluran pembuangan D. Tambahkan tegangan catu daya 1,5V ke MOSFET. Pada saat ini, nilai resistansi antara saluran pembuangan dan sumber ditunjukkan oleh jarum meteran. Kemudian cubit gerbang G persimpangan MOSFET dengan tangan Anda, dan tambahkan sinyal tegangan induksi tubuh manusia ke gerbang. Dengan cara ini, karena efek amplifikasi tabung, tegangan sumber saluran VDS dan arus saluran Ib akan berubah, yaitu resistansi antara saluran dan sumber akan berubah. Dari sini dapat diamati bahwa jarum meteran berayun secara besar-besaran. Jika jarum jarum kotak genggam sedikit berayun, itu berarti kemampuan amplifikasi tabung buruk; jika jarum berayun kuat, maka kemampuan amplifikasi tabung tinggi; jika jarum tidak bergerak berarti tabungnya rusak.

 

Menurut metode di atas, kami menggunakan skala multimeter R×100 untuk mengukur sambungan MOSFET 3DJ2F. Pertama buka elektroda G pada tabung dan ukur resistansi sumber saluran RDS menjadi 600Ω. Setelah memegang elektroda G dengan tangan, jarum meteran berayun ke kiri. RDS resistansi yang ditunjukkan adalah 12kΩ. Jika jarum meter berayun lebih besar berarti tabungnya bagus. , dan memiliki kemampuan amplifikasi yang lebih besar.

 

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam menggunakan cara ini: Pertama, saat menguji MOSFET dan memegang gerbang dengan tangan, jarum multimeter bisa berayun ke kanan (nilai resistansinya berkurang) atau ke kiri (nilai resistansinya bertambah). . Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa tegangan AC yang diinduksi oleh tubuh manusia relatif tinggi, dan MOSFET yang berbeda mungkin memiliki titik kerja yang berbeda bila diukur dengan rentang resistansi (baik beroperasi di zona jenuh atau zona tak jenuh). Pengujian menunjukkan bahwa RDS sebagian besar tabung meningkat. Artinya, jarum jam berayun ke kiri; RDS beberapa tabung berkurang, menyebabkan jarum jam berayun ke kanan.

Namun terlepas dari arah ayunan jarum jam, selama jarum jam berayun lebih besar, berarti tabung tersebut memiliki kemampuan amplifikasi yang lebih besar. Kedua, metode ini juga berfungsi untuk MOSFET. Namun perlu dicatat bahwa resistansi masukan MOSFET tinggi, dan tegangan induksi yang diizinkan dari gerbang G tidak boleh terlalu tinggi, jadi jangan langsung mencubit gerbang dengan tangan Anda. Anda harus menggunakan gagang obeng berinsulasi untuk menyentuh gerbang dengan batang logam. , untuk mencegah muatan yang diinduksi oleh tubuh manusia ditambahkan langsung ke gerbang, menyebabkan kerusakan gerbang. Ketiga, setelah setiap pengukuran, kutub GS harus dihubung pendek. Hal ini karena akan ada sejumlah kecil muatan pada kapasitor sambungan GS, yang menghasilkan tegangan VGS. Akibatnya jarum meteran tidak bisa bergerak saat melakukan pengukuran kembali. Satu-satunya cara untuk melepaskan muatan adalah dengan melakukan hubungan arus pendek antara elektroda GS.

4) Gunakan metode pengukuran resistansi untuk mengidentifikasi MOSFET yang tidak bertanda

Pertama, gunakan metode pengukuran hambatan dengan mencari dua pin yang memiliki nilai resistansi yaitu sumber S dan saluran D. Dua pin sisanya adalah gerbang pertama G1 dan gerbang kedua G2. Tuliskan nilai resistansi antara sumber S dan saluran D yang diukur dengan dua kabel uji terlebih dahulu. Ganti kabel tes dan ukur lagi. Tuliskan nilai resistansi yang diukur. Yang memiliki nilai resistansi lebih besar yang diukur dua kali adalah kabel uji berwarna hitam. Elektroda yang terhubung adalah saluran D; kabel uji berwarna merah dihubungkan ke sumber S. Kutub S dan D yang diidentifikasi dengan metode ini juga dapat diverifikasi dengan memperkirakan kemampuan amplifikasi tabung. Artinya, kabel uji hitam dengan kemampuan amplifikasi besar dihubungkan ke kutub D; kabel uji merah dihubungkan ke ground ke 8 kutub. Hasil pengujian kedua metode harus sama. Setelah menentukan posisi saluran D dan sumber S, pasang rangkaian sesuai dengan posisi D dan S yang bersesuaian. Umumnya G1 dan G2 juga akan disejajarkan secara berurutan. Hal ini menentukan posisi dua gerbang G1 dan G2. Ini menentukan urutan pin D, S, G1, dan G2.

5) Gunakan perubahan nilai resistansi terbalik untuk menentukan ukuran transkonduktansi

Saat mengukur kinerja transkonduktansi MOSFET peningkatan saluran VMOSN, Anda dapat menggunakan kabel uji merah untuk menghubungkan sumber S dan kabel uji hitam ke saluran D. Ini setara dengan menambahkan tegangan balik antara sumber dan saluran pembuangan. Pada saat ini, gerbangnya terbuka, dan nilai resistansi balik tabung sangat tidak stabil. Pilih rentang ohm multimeter ke rentang resistansi tinggi R×10kΩ. Pada saat ini, tegangan pada meteran lebih tinggi. Saat Anda menyentuh kisi G dengan tangan Anda, Anda akan menemukan bahwa nilai resistansi balik tabung berubah secara signifikan. Semakin besar perubahannya, semakin tinggi nilai transkonduktansi tabung; jika transkonduktansi tabung yang diuji sangat kecil, gunakan metode ini untuk mengukur Ketika, resistansi baliknya sedikit berubah.

 

Tindakan pencegahan untuk menggunakan MOSFET

1) Untuk menggunakan MOSFET dengan aman, nilai batas parameter seperti daya yang hilang dari tabung, tegangan sumber saluran maksimum, tegangan sumber gerbang maksimum, dan arus maksimum tidak boleh dilampaui dalam desain rangkaian.

2) Saat menggunakan berbagai jenis MOSFET, mereka harus dihubungkan ke sirkuit sesuai dengan bias yang diperlukan, dan polaritas bias MOSFET harus diperhatikan. Misalnya, terdapat sambungan PN antara sumber gerbang dan saluran pembuangan MOSFET sambungan, dan gerbang tabung saluran-N tidak dapat dibias positif; gerbang tabung saluran P tidak boleh bias negatif, dll.

3) Karena impedansi masukan MOSFET sangat tinggi, pin harus dihubung pendek selama pengangkutan dan penyimpanan, dan harus dikemas dengan pelindung logam untuk mencegah potensi induksi eksternal dari kerusakan gerbang. Secara khusus, harap dicatat bahwa MOSFET tidak dapat ditempatkan di dalam kotak plastik. Yang terbaik adalah menyimpannya di kotak logam. Pada saat yang sama, perhatikan untuk menjaga tabung tetap tahan lembab.

4) Untuk mencegah kerusakan induktif gerbang MOSFET, semua instrumen pengujian, meja kerja, besi solder, dan sirkuit itu sendiri harus diarde dengan baik; saat menyolder pin, solder sumbernya terlebih dahulu; sebelum menghubungkan ke sirkuit, tabung Semua ujung timah harus dihubung pendek satu sama lain, dan bahan hubungan arus pendek harus dilepas setelah pengelasan selesai; saat melepas tabung dari rak komponen, metode yang tepat harus digunakan untuk memastikan tubuh manusia terhubung ke ground, seperti menggunakan cincin ground; tentu saja, jika besi solder berpemanas gas canggih lebih nyaman untuk mengelas MOSFET dan menjamin keamanan; tabung tidak boleh dimasukkan atau ditarik keluar dari sirkuit sebelum listrik dimatikan. Langkah-langkah keamanan di atas harus diperhatikan saat menggunakan MOSFET.

5) Saat memasang MOSFET, perhatikan posisi pemasangan dan usahakan jangan dekat dengan elemen pemanas; untuk mencegah getaran pada alat kelengkapan pipa, perlu mengencangkan selubung tabung; ketika ujung pin ditekuk, ukurannya harus 5 mm lebih besar dari ukuran akar untuk memastikan bahwa menghindari menekuk pin dan menyebabkan kebocoran udara.

Untuk MOSFET daya, diperlukan kondisi pembuangan panas yang baik. Karena MOSFET daya digunakan dalam kondisi beban tinggi, heat sink yang memadai harus dirancang untuk memastikan bahwa suhu casing tidak melebihi nilai pengenal sehingga perangkat dapat bekerja dengan stabil dan andal untuk waktu yang lama.

Singkatnya, untuk memastikan penggunaan MOSFET yang aman, ada banyak hal yang harus diperhatikan, dan juga berbagai tindakan keselamatan yang harus diambil. Mayoritas tenaga profesional dan teknis, terutama mayoritas penggemar elektronik, harus melanjutkan berdasarkan situasi aktual mereka dan mengambil cara praktis untuk menggunakan MOSFET dengan aman dan efektif.