Hay dos tipos principales de MOSFET: tipo de unión dividida y tipo de puerta aislada. El MOSFET de unión (JFET) recibe su nombre porque tiene dos uniones PN y una puerta aislada.MOSFET(JGFET) recibe su nombre porque la puerta está completamente aislada de otros electrodos. En la actualidad, entre los MOSFET de puerta aislada, el más utilizado es el MOSFET, denominado MOSFET (MOSFET semiconductor de óxido metálico); Además, existen MOSFET de potencia PMOS, NMOS y VMOS, así como los módulos de potencia πMOS y VMOS lanzados recientemente, etc.
Según los diferentes materiales semiconductores de canal, el tipo de unión y el tipo de puerta aislante se dividen en canal y canal P. Si se divide según el modo de conductividad, el MOSFET se puede dividir en tipo de agotamiento y tipo de mejora. Los MOSFET de unión son todos del tipo de agotamiento, y los MOSFET de puerta aislada son tanto del tipo de agotamiento como del tipo de mejora.
Los transistores de efecto de campo se pueden dividir en transistores de efecto de campo de unión y MOSFET. Los MOSFET se dividen en cuatro categorías: tipo de agotamiento de canal N y tipo de mejora; Tipo de agotamiento del canal P y tipo de mejora.
Características del MOSFET
La característica de un MOSFET es el voltaje de la puerta sur UG; que controla su ID de corriente de drenaje. En comparación con los transistores bipolares ordinarios, los MOSFET tienen las características de alta impedancia de entrada, bajo ruido, amplio rango dinámico, bajo consumo de energía y fácil integración.
Cuando aumenta el valor absoluto del voltaje de polarización negativa (-UG), aumenta la capa de agotamiento, disminuye el canal y disminuye la ID de la corriente de drenaje. Cuando el valor absoluto del voltaje de polarización negativa (-UG) disminuye, la capa de agotamiento disminuye, el canal aumenta y la ID de la corriente de drenaje aumenta. Se puede ver que el ID de la corriente de drenaje está controlado por el voltaje de la puerta, por lo que el MOSFET es un dispositivo controlado por voltaje, es decir, los cambios en la corriente de salida están controlados por los cambios en el voltaje de entrada, para lograr amplificación y otros fines.
Al igual que los transistores bipolares, cuando se utiliza MOSFET en circuitos como los de amplificación, también se debe agregar un voltaje de polarización a su puerta.
La puerta del tubo de efecto de campo de unión debe aplicarse con un voltaje de polarización inversa, es decir, se debe aplicar un voltaje de puerta negativo al tubo de canal N y se debe aplicar una garra de puerta positiva al tubo de canal P. El MOSFET de puerta aislada reforzada debe aplicar voltaje de puerta directa. El voltaje de compuerta de un MOSFET aislante en modo de agotamiento puede ser positivo, negativo o "0". Los métodos para agregar sesgo incluyen el método de sesgo fijo, el método de sesgo autoconsumido, el método de acoplamiento directo, etc.
MOSFETtiene muchos parámetros, incluidos parámetros de CC, parámetros de CA y parámetros de límite, pero en uso normal, solo necesita prestar atención a los siguientes parámetros principales: corriente de fuente de drenaje saturada Tensión de pellizco IDSS Arriba, (tubo de unión y modo de agotamiento aislado tubo de compuerta, o voltaje de encendido UT (tubo de compuerta aislado reforzado), transconductancia gm, voltaje de ruptura de fuente de drenaje BUDS, disipación de potencia máxima PDSM y corriente de fuente de drenaje máxima IDSM.
(1) Corriente saturada de fuente de drenaje
La corriente saturada de fuente de drenaje IDSS se refiere a la corriente de fuente de drenaje cuando el voltaje de compuerta UGS = 0 en una unión o MOSFET de compuerta aislada por agotamiento.
(2) Tensión de pellizco
El voltaje de pellizco UP se refiere al voltaje de la compuerta cuando la conexión drenaje-fuente simplemente se corta en una unión o MOSFET de compuerta aislada de tipo agotamiento. Como se muestra en 4-25 para la curva UGS-ID del tubo de canal N, se puede ver claramente el significado de IDSS y UP.
(3) Voltaje de encendido
El voltaje de encendido UT se refiere al voltaje de la puerta cuando la conexión drenaje-fuente se acaba de realizar en el MOSFET de puerta aislada reforzada. La Figura 4-27 muestra la curva UGS-ID del tubo de canal N y se puede ver claramente el significado de UT.
(4) Transconductancia
La transconductancia gm representa la capacidad del voltaje puerta-fuente UGS para controlar la corriente de drenaje ID, es decir, la relación entre el cambio en la corriente de drenaje ID y el cambio en el voltaje puerta-fuente UGS. 9 m es un parámetro importante para medir la capacidad de amplificación deMOSFET.
(5) Tensión de ruptura de la fuente de drenaje
El voltaje de ruptura de la fuente de drenaje BUDS se refiere al voltaje máximo de la fuente de drenaje que el MOSFET puede aceptar cuando el voltaje de la fuente de puerta UGS es constante. Este es un parámetro limitante y el voltaje de funcionamiento aplicado al MOSFET debe ser menor que BUDS.
(6) Disipación de potencia máxima
La disipación de potencia máxima PDSM también es un parámetro límite, que se refiere a la disipación de potencia máxima de la fuente de drenaje permitida sin deterioro del rendimiento del MOSFET. Cuando se utiliza, el consumo de energía real del MOSFET debe ser menor que el PDSM y dejar un cierto margen.
(7) Corriente máxima de fuente de drenaje
La corriente máxima de drenaje-fuente IDSM es otro parámetro límite, que se refiere a la corriente máxima permitida para pasar entre el drenaje y la fuente cuando el MOSFET está funcionando normalmente. La corriente de funcionamiento del MOSFET no debe exceder el IDSM.
1. MOSFET se puede utilizar para amplificación. Dado que la impedancia de entrada del amplificador MOSFET es muy alta, el condensador de acoplamiento puede ser pequeño y no es necesario utilizar condensadores electrolíticos.
2. La alta impedancia de entrada del MOSFET es muy adecuada para la transformación de impedancia. A menudo se utiliza para la transformación de impedancia en la etapa de entrada de amplificadores de múltiples etapas.
3. MOSFET se puede utilizar como resistencia variable.
4. MOSFET se puede utilizar cómodamente como fuente de corriente constante.
5. MOSFET se puede utilizar como interruptor electrónico.
MOSFET tiene las características de baja resistencia interna, alto voltaje soportado, conmutación rápida y alta energía de avalancha. El rango de corriente diseñado es de 1A-200A y el rango de voltaje es de 30V-1200V. Podemos ajustar los parámetros eléctricos de acuerdo con los campos de aplicación y los planes de aplicación del cliente para mejorar la confiabilidad del producto del cliente, la eficiencia de conversión general y la competitividad del precio del producto.
Comparación de MOSFET y transistores
(1) MOSFET es un elemento de control de voltaje, mientras que un transistor es un elemento de control de corriente. Cuando sólo se permite tomar una pequeña cantidad de corriente de la fuente de señal, se debe utilizar un MOSFET; cuando el voltaje de la señal es bajo y se permite tomar una gran cantidad de corriente de la fuente de la señal, se debe usar un transistor.
(2) MOSFET utiliza portadores mayoritarios para conducir electricidad, por lo que se le llama dispositivo unipolar, mientras que los transistores tienen portadores mayoritarios y minoritarios para conducir electricidad. Se llama dispositivo bipolar.
(3) La fuente y el drenaje de algunos MOSFET se pueden usar indistintamente y el voltaje de la puerta puede ser positivo o negativo, lo cual es más flexible que los transistores.
(4) Los MOSFET pueden funcionar en condiciones de corriente muy pequeña y voltaje muy bajo, y su proceso de fabricación puede integrar fácilmente muchos MOSFET en una oblea de silicio. Por lo tanto, los MOSFET se han utilizado ampliamente en circuitos integrados a gran escala.
Cómo juzgar la calidad y polaridad de MOSFET
Seleccione el rango del multímetro a RX1K, conecte el cable de prueba negro al polo D y el cable de prueba rojo al polo S. Toca los polos G y D al mismo tiempo con la mano. El MOSFET debe estar en un estado de conducción instantánea, es decir, la aguja del medidor oscila a una posición con menor resistencia. y luego toca los polos G y S con las manos, el MOSFET no debería tener respuesta, es decir, la aguja del medidor no volverá a la posición cero. En este momento, se debe juzgar que el MOSFET es un buen tubo.
Seleccione el rango del multímetro a RX1K y mida la resistencia entre los tres pines del MOSFET. Si la resistencia entre un pin y los otros dos pins es infinita, y sigue siendo infinita después de intercambiar los cables de prueba, entonces este pin es el polo G y los otros dos pins son el polo S y el polo D. Luego use un multímetro para medir el valor de resistencia entre el polo S y el polo D una vez, intercambie los cables de prueba y mida nuevamente. El que tiene el valor de resistencia menor es el negro. El cable de prueba está conectado al polo S y el cable de prueba rojo está conectado al polo D.
Precauciones de uso y detección de MOSFET
1. Utilice un multímetro de puntero para identificar el MOSFET
1) Utilice el método de medición de resistencia para identificar los electrodos de la unión MOSFET
Según el fenómeno de que los valores de resistencia directa e inversa de la unión PN del MOSFET son diferentes, se pueden identificar los tres electrodos de la unión MOSFET. Método específico: configure el multímetro en el rango R×1k, seleccione dos electrodos cualesquiera y mida sus valores de resistencia directa e inversa respectivamente. Cuando los valores de resistencia directa e inversa de dos electrodos son iguales y son de varios miles de ohmios, entonces los dos electrodos son el drenaje D y la fuente S respectivamente. Debido a que para los MOSFET de unión, el drenaje y la fuente son intercambiables, el electrodo restante debe ser la puerta G. También puede tocar el cable de prueba negro (el cable de prueba rojo también es aceptable) del multímetro con cualquier electrodo, y el otro cable de prueba con Toque los dos electrodos restantes en secuencia para medir el valor de resistencia. Cuando los valores de resistencia medidos dos veces son aproximadamente iguales, el electrodo en contacto con el cable de prueba negro es la compuerta y los otros dos electrodos son el drenaje y la fuente, respectivamente. Si los valores de resistencia medidos dos veces son muy grandes, significa que es la dirección inversa de la unión PN, es decir, ambas son resistencias inversas. Se puede determinar que es un MOSFET de canal N y el cable de prueba negro está conectado a la puerta; si los valores de resistencia medidos dos veces son Los valores de resistencia son muy pequeños, lo que indica que es una unión PN directa, es decir, una resistencia directa, y se determina que es un MOSFET de canal P. El cable de prueba negro también está conectado a la puerta. Si la situación anterior no ocurre, puede reemplazar los cables de prueba negro y rojo y realizar la prueba de acuerdo con el método anterior hasta que se identifique la rejilla.
2) Utilice un método de medición de resistencia para determinar la calidad del MOSFET
El método de medición de resistencia consiste en utilizar un multímetro para medir la resistencia entre la fuente y el drenaje del MOSFET, la compuerta y la fuente, la compuerta y el drenaje, la puerta G1 y la puerta G2 para determinar si coincide con el valor de resistencia indicado en el manual del MOSFET. La gestión es buena o mala. Método específico: primero, configure el multímetro en el rango R×10 o R×100 y mida la resistencia entre la fuente S y el drenaje D, generalmente en el rango de decenas de ohmios a varios miles de ohmios (se puede ver en el manual que varios modelos de tubos, sus valores de resistencia son diferentes), si el valor de resistencia medido es mayor que el valor normal, puede deberse a un mal contacto interno; si el valor de resistencia medido es infinito, puede ser un polo interno roto. Luego configure el multímetro en el rango R×10k y luego mida los valores de resistencia entre las compuertas G1 y G2, entre la compuerta y la fuente, y entre la compuerta y el drenaje. Cuando todos los valores de resistencia medidos son infinitos, significa que el tubo es normal; Si los valores de resistencia anteriores son demasiado pequeños o hay un camino, significa que el tubo está defectuoso. Cabe señalar que si las dos compuertas del tubo están rotas, se puede utilizar el método de sustitución de componentes para la detección.
3) Utilice el método de entrada de señal de inducción para estimar la capacidad de amplificación del MOSFET
Método específico: utilice el nivel R×100 de la resistencia del multímetro, conecte el cable de prueba rojo a la fuente S y el cable de prueba negro al drenaje D. Agregue un voltaje de fuente de alimentación de 1,5 V al MOSFET. En este momento, el valor de resistencia entre el drenaje y la fuente lo indica la aguja del medidor. Luego pellizque la puerta G del MOSFET de unión con la mano y agregue la señal de voltaje inducida del cuerpo humano a la puerta. De esta forma, debido al efecto de amplificación del tubo, el voltaje drenaje-fuente VDS y la corriente de drenaje Ib cambiarán, es decir, la resistencia entre el drenaje y la fuente cambiará. De esto se puede observar que la aguja del medidor oscila considerablemente. Si la aguja de la rejilla manual oscila poco, significa que la capacidad de amplificación del tubo es deficiente; si la aguja oscila mucho, significa que la capacidad de amplificación del tubo es grande; Si la aguja no se mueve, significa que el tubo está defectuoso.
Según el método anterior, utilizamos la escala R×100 del multímetro para medir la unión MOSFET 3DJ2F. Primero abra el electrodo G del tubo y mida la resistencia de la fuente de drenaje RDS para que sea 600 Ω. Después de sostener el electrodo G con la mano, la aguja del medidor oscila hacia la izquierda. La resistencia RDS indicada es de 12kΩ. Si la aguja del medidor oscila más, significa que el tubo está en buen estado. , y tiene mayor capacidad de amplificación.
Hay algunos puntos a tener en cuenta al utilizar este método: Primero, al probar el MOSFET y sostener la puerta con la mano, la aguja del multímetro puede oscilar hacia la derecha (el valor de resistencia disminuye) o hacia la izquierda (el valor de resistencia aumenta). . Esto se debe al hecho de que el voltaje de CA inducido por el cuerpo humano es relativamente alto y diferentes MOSFET pueden tener diferentes puntos de trabajo cuando se miden con un rango de resistencia (ya sea operando en la zona saturada o en la zona no saturada). Las pruebas han demostrado que aumenta el RDS de la mayoría de los tubos. Es decir, la manecilla del reloj gira hacia la izquierda; El RDS de algunos tubos disminuye, lo que hace que la manecilla del reloj oscile hacia la derecha.
Pero independientemente de la dirección en la que gire la manecilla del reloj, mientras la manecilla del reloj gire más, significa que el tubo tiene una mayor capacidad de amplificación. En segundo lugar, este método también funciona para MOSFET. Pero cabe señalar que la resistencia de entrada del MOSFET es alta y el voltaje inducido permitido de la puerta G no debe ser demasiado alto, por lo que no pellizque la puerta directamente con las manos. Debes utilizar el mango aislado del destornillador para tocar la puerta con una varilla de metal. , para evitar que la carga inducida por el cuerpo humano se agregue directamente a la puerta, provocando su rotura. En tercer lugar, después de cada medición, se deben cortocircuitar los polos GS. Esto se debe a que habrá una pequeña cantidad de carga en el condensador de unión GS, lo que aumentará el voltaje VGS. Como resultado, es posible que las manecillas del medidor no se muevan al volver a medir. La única forma de descargar la carga es cortocircuitar la carga entre los electrodos GS.
4) Utilice un método de medición de resistencia para identificar MOSFET sin marcar
Primero, use el método de medición de resistencia para encontrar dos pines con valores de resistencia, a saber, la fuente S y el drenaje D. Los dos pines restantes son la primera puerta G1 y la segunda puerta G2. Anote el valor de resistencia entre la fuente S y el drenaje D medido primero con dos cables de prueba. Cambie los cables de prueba y mida nuevamente. Anote el valor de resistencia medido. El que tiene el valor de resistencia mayor medido dos veces es el cable de prueba negro. El electrodo conectado es el drenaje D; el cable de prueba rojo está conectado a la fuente S. Los polos S y D identificados por este método también se pueden verificar estimando la capacidad de amplificación del tubo. Es decir, el cable de prueba negro con gran capacidad de amplificación está conectado al polo D; El cable de prueba rojo está conectado a tierra en el conector de 8 polos. Los resultados de las pruebas de ambos métodos deben ser los mismos. Después de determinar las posiciones del drenaje D y la fuente S, instale el circuito de acuerdo con las posiciones correspondientes de D y S. Generalmente, G1 y G2 también se alinearán en secuencia. Esto determina las posiciones de las dos puertas G1 y G2. Esto determina el orden de los pines D, S, G1 y G2.
5) Utilice el cambio en el valor de resistencia inversa para determinar el tamaño de la transconductancia.
Al medir el rendimiento de transconductancia del MOSFET de mejora de canal VMOSN, puede utilizar el cable de prueba rojo para conectar la fuente S y el cable de prueba negro al drenaje D. Esto equivale a agregar un voltaje inverso entre la fuente y el drenaje. En este momento, la compuerta está en circuito abierto y el valor de resistencia inversa del tubo es muy inestable. Seleccione el rango de ohmios del multímetro al rango de alta resistencia de R×10kΩ. En este momento, el voltaje en el medidor es mayor. Cuando toca la rejilla G con la mano, encontrará que el valor de resistencia inversa del tubo cambia significativamente. Cuanto mayor sea el cambio, mayor será el valor de transconductancia del tubo; Si la transconductancia del tubo bajo prueba es muy pequeña, utilice este método para medir. Cuando, la resistencia inversa cambia poco.
Precauciones para el uso de MOSFET
1) Para utilizar MOSFET de forma segura, los valores límite de parámetros como la potencia disipada del tubo, el voltaje máximo de fuente de drenaje, el voltaje máximo de fuente de puerta y la corriente máxima no se pueden exceder en el diseño del circuito.
2) Cuando se utilizan varios tipos de MOSFET, deben conectarse al circuito estrictamente de acuerdo con la polarización requerida y se debe observar la polaridad de la polarización del MOSFET. Por ejemplo, hay una unión PN entre la fuente de compuerta y el drenaje de un MOSFET de unión, y la compuerta de un tubo de canal N no puede polarizarse positivamente; la puerta de un tubo de canal P no puede polarizarse negativamente, etc.
3) Debido a que la impedancia de entrada del MOSFET es extremadamente alta, los pines deben cortocircuitarse durante el transporte y almacenamiento, y deben empaquetarse con blindaje metálico para evitar que el potencial inducido externo rompa la puerta. En particular, tenga en cuenta que los MOSFET no se pueden colocar en una caja de plástico. Lo mejor es guardarlo en una caja de metal. Al mismo tiempo, preste atención a mantener el tubo a prueba de humedad.
4) Para evitar fallas inductivas de la puerta MOSFET, todos los instrumentos de prueba, bancos de trabajo, soldadores y los propios circuitos deben estar bien conectados a tierra; al soldar los pines, suelde primero la fuente; antes de conectar al circuito, el tubo. Todos los extremos de los cables deben cortocircuitarse entre sí y el material de cortocircuito debe retirarse después de completar la soldadura; al retirar el tubo del bastidor de componentes, se deben utilizar métodos adecuados para garantizar que el cuerpo humano esté conectado a tierra, como el uso de un anillo de conexión a tierra; por supuesto, si es avanzado, un soldador calentado por gas es más conveniente para soldar MOSFET y garantiza la seguridad; el tubo no debe insertarse ni extraerse del circuito antes de desconectar la alimentación. Se debe prestar atención a las medidas de seguridad anteriores cuando se utiliza MOSFET.
5) Al instalar MOSFET, preste atención a la posición de instalación y trate de evitar estar cerca del elemento calefactor; para evitar la vibración de los accesorios de tubería, es necesario apretar la carcasa del tubo; Cuando los cables de las clavijas están doblados, deben ser 5 mm más grandes que el tamaño de la raíz para garantizar que Evite doblar las clavijas y provocar fugas de aire.
Para los MOSFET de potencia, se requieren buenas condiciones de disipación de calor. Debido a que los MOSFET de potencia se utilizan en condiciones de carga alta, se deben diseñar suficientes disipadores de calor para garantizar que la temperatura de la carcasa no exceda el valor nominal para que el dispositivo pueda funcionar de manera estable y confiable durante mucho tiempo.
En resumen, para garantizar el uso seguro de los MOSFET, hay muchas cosas a las que prestar atención y también varias medidas de seguridad que deben tomarse. La mayoría del personal profesional y técnico, especialmente la mayoría de los entusiastas de la electrónica, deben proceder en función de su situación real y adoptar formas prácticas de utilizar los MOSFET de forma segura y eficaz.
Hora de publicación: 15 de abril de 2024
