Замена биполярного транзистора на полевой в блоке питания

Обновлено: 21.11.2024

Знакомство с MOSFET, наиболее часто используемым типом транзистора на сегодняшний день, и его сравнение с BJT. Демонстрация чрезвычайно высокого импеданса по постоянному току затвора MOSFET. Изучение линейных характеристик и переключения транзисторов. MOSFET в качестве устройства, управляемого напряжением, и BJT в качестве устройства, управляемого током. Аналоговый переключатель MOS.

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день существует два наиболее распространенных типа транзисторов: металлооксидно-полупроводниковые или МОП-транзисторы и транзисторы с биполярным переходом или BJT. МОП также обозначается как MOSFET, потому что это полевой транзистор (FET). Подавляющее большинство обоих типов изготовлено из кремния (Si) и небольшая часть (около 2%) из арсенида галлия (GaAs). Первоначально на рынке доминировали биполярные транзисторы, но теперь большинство транзисторов, особенно в интегральных схемах, относятся к типу МОП. BJT по-прежнему сохраняет свои позиции, особенно в некоторых аналоговых и мощных цепях. Хотя сегодня большинство транзисторов любого типа изготавливаются в виде элементов интегральных схем (ИС), которые могут содержать миллионы схемных элементов, одиночные или дискретные транзисторы по-прежнему используются во многих приложениях, таких как высокочастотные или силовые блоки.

В этой лаборатории мы сосредоточимся на МОП-транзисторе и сравним его с биполярным транзистором. Особое внимание уделяется важному различию между импедансом затвора МОП-транзистора и базовым импедансом биполярного транзистора. Вы будете экспериментировать с N-канальным силовым МОП-транзистором и биполярным транзистором npn-типа.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ

МОП-транзистор характеризуется очень высоким входным сопротивлением (затвором). Означает ли это, что на затвор никогда не протекает заметный ток? Объясните.

ЛАБОРАТОРИЯ

Необходимое оборудование со склада: макетная плата, аналоговый универсальный измерительный прибор, коробка для замены сопротивлений, провода, зонд для осциллографа.

1. ПОЛЯРНОСТЬ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Проверьте переходы база-коллектор и база-эмиттер с помощью омметра (используйте шкалу кОм). Вы на самом деле не измеряете сопротивление, но можете определить полярность транзисторных переходов. Убедитесь, что npn-транзистор имеет соответствующие переходы между эмиттером (n-типа) и базой (p-типа), а также между базой и коллектором (n-типа).

2. ТРАНЗИСТОР КАК ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

2.1 BJT

Соберите схему (показанную ниже), в которой npn BJT используется для включения и выключения небольшой лампы накаливания. Резистор R₁ должен быть от 220 до 390 Ом, чтобы защитить базу транзистора от чрезмерного тока. R_x может быть полем замены сопротивления.

В этом приложении малый ток в цепи базы управляет большим током в цепи коллектора (лампы). Таким образом, транзисторы большой мощности можно использовать для управления большими токовыми нагрузками.

Найти номинал базового резистора R_x, позволяющий включить лампу на полную яркость. Измерьте базовое напряжение V_b, когда лампа «включена», и рассчитайте базовый ток, который использовался для полного включения биполярного транзистора. Каково эквивалентное сопротивление между базой и эмиттером транзистора в этой конфигурации? Измерьте также ток лампы и напряжение коллектора. Рассчитайте также эквивалентное сопротивление между эмиттером и коллектором, когда транзистор «включен».

2.2 МОП-транзистор

ВНИМАНИЕ: Вы собираетесь работать с полевым МОП-транзистором, устройством, очень чувствительным к статическому электричеству. Не прикасайтесь рукой к выводу затвора, пока той же рукой не коснетесь первого из двух других выводов транзистора. Когда транзистор вставлен в макетную плату, сначала «заземлите» свое тело, прикоснувшись к печатной плате, а затем прикоснувшись к электроду затвора. Держите транзистор вставленным в черную проводящую пенопластовую прокладку, когда он не используется.

Замените биполярный транзистор на n-канальный полевой МОП-транзистор: клемма затвора заменяет базу, исток заменяет эмиттер, а сток - коллектор (см. рис. 9.1) Включите и выключите лампу, подключив резистор R_x либо к плюсовой клемме источника питания, либо к земле.

Теперь сюрприз: отключите резистор затвора от земли или источника питания. Коснитесь свободного конца резистора (или клеммы затвора транзистора) одной рукой, а другой рукой коснитесь земли или положительной клеммы. Когда лампа включится, уберите руки и подождите. Через некоторое время «заземлите» ворота пальцами. С этого момента вы должны помнить, что никогда не оставляйте затвор MOSFET неподключенным. Что можно сказать о входном сопротивлении этой схемы? Вам нужен большой ток, чтобы включить транзистор? Сравните с BJT!

Измерьте также ток лампы и напряжение стока. Каково выходное сопротивление (сопротивление между истоком и стоком) этой цепи?

ПРИМЕЧАНИЕ: Транзистор, используемый в этих экспериментах, представляет собой мощный полевой МОП-транзистор, способный проводить большой ток и имеющий относительно низкое сопротивление канала. МОП-транзистор, обычно используемый в цифровых схемах, не зажигал лампочку; его сопротивление канала слишком велико. Однако он может управлять светодиодом (светоизлучающим диодом), который потребляет гораздо меньше тока, чем лампочка.

2.3. ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ МОП-транзистора.

Замените лампочку в цепи МОП-транзистора двумя параллельными резисторами по 100 Ом. Подайте прямоугольную волну от генератора сигналов на вашем стенде к затвору через резистор 10 кОм. Амплитуда должна быть достаточно большой, чтобы включать и выключать транзистор, но также используйте регулировку смещения постоянного тока генератора, чтобы получить выходной сигнал с одной полярностью (проверьте осциллограф). Увеличьте частоту примерно с 1 кГц и наблюдайте за входным сигналом на затворе и выходным сигналом на стоке. Зачем вам действительно нужен щуп прицела здесь? Часть входного сигнала должна выглядеть как кривая RC. Попробуйте оценить емкость затвора.

ПРИМЕЧАНИЕ. Входная цепь, состоящая из резистора и затвора, сложнее, чем простая RC-цепочка, поскольку на нее влияет напряжение на стоке. Колебания напряжения стока влияют на напряжение затвора (обратная связь), и эффект выглядит как изменение емкости затвора. Это объясняет несколько странную форму наблюдаемых сигналов.

Чтобы определить, насколько быстро транзистор может переключаться, устраните сопротивление затвора и подключите затвор напрямую к генератору сигналов. Остерегайтесь статического электричества!
Увеличьте частоту и наблюдайте за осциллограммами. Измерьте время «включения» и «выключения» как на входе, так и на выходе. Что ограничивает скорость переключения? Есть ли сопротивление во входной цепи?

3. ТРАНЗИСТОР КАК УСИЛИТЕЛЬ

3.1 МОП-транзистор

Поскольку затвор MOSFET практически не потребляет ток, выходной ток этого устройства регулируется напряжением затвора. Чтобы изучить этот эффект, измерьте ток стока как функцию напряжения затвора с заземленным истоком. Используйте схему на рис. 9.3, где резистор стока R_d может быть 1 кОм. Увеличьте напряжение затвора V_g от нуля, контролируя напряжение стока. V_д. Рассчитайте ток стока и постройте его зависимость от V_g. Определите пороговое напряжение транзистора.

3.2 БДТ

BJT может управляться током базы, и целью этого измерения является демонстрация так называемого «усиления тока» транзистора или отношения тока коллектора к току базы. Коэффициент усиления по току (β или h_FE) не является хорошим параметром транзистора, так как зависит от условий эксплуатации и сильно различается для разных образцов одного типа, но демонстрирует важную функцию транзистора: усиление.

Измерьте усиление тока транзистора для нескольких значений I_B, используя схему, показанную на рис. 9.4 ниже.
< /цитата>
У вас есть несколько вариантов выполнения этих измерений. Измеряя V_b и V_bb цифровым вольтметром, можно определить ток базы, если известен номинал базового резистора (4,7к на рис. 9.4). Кроме того, вы можете измерить базовый ток напрямую с помощью цифрового амперметра. Ток коллектора можно определить, измерив напряжение коллектора V_c, или его можно измерить напрямую, включив аналоговый амперметр последовательно с резистором 1 кОм. Цифровой измеритель понадобится для измерения V_b или тока в базе.

Проведите измерения для нескольких значений тока базы I_B, изменяя В_bb. Занесите в таблицу результаты, включая напряжение база-эмиттер V_BE и напряжение коллектор-эмиттер V_CE, а также расчетные значения коэффициента усиления по току (h_FE или бета). .

4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРА

Используя трассировщик характеристик, протестируйте МОП-транзисторы и биполярные транзисторы в режиме общего истока или эмиттера соответственно. Характеристические кривые включают ток стока (коллектора) в зависимости от напряжения стока (коллектора) для различных значений напряжения затвора (тока базы). Выберите диапазоны напряжения и тока, которые включают значения, измеренные вами в части 3. Нарисуйте наблюдаемые кривые, обозначающие оси, и укажите приблизительные масштабы осей. Свяжите кривые со значениями, измеренными в части 3.

5. MOSFET КАК АНАЛОГОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

Очень полезная схема, невозможная с BJT, может быть построена с MOSFET, используемыми в качестве переключателей аналоговых сигналов. Они действуют как твердотельные реле, управляемые напряжением затвора, в то время как стандартные реле управляются током в их катушках. Такие схемы, используемые в системах сбора данных, служат аналоговыми мультиплексорами, которые позволяют выбирать один из нескольких входов данных.В других приложениях они могут изменять усиление операционного усилителя или коэффициент затухания, переключая различные резисторы, используя уровни управляющего напряжения, обычно устанавливаемые цифровыми схемами. Существуют специальные аналоговые КМОП-переключатели, выполненные в виде интегральных схем в нескольких блоках, называемые также передающими вентилями. Здесь мы начинаем экспериментировать с аналоговыми переключателями, используя наш мощный MOSFET.

Создаем аналоговый переключатель, используя MOSFET. Подайте сигнал на источник и получите выходной сигнал от резистора (от 10 кОм до 100 кОм), подключенного между стоком и землей. Управляющее напряжение должно подаваться на затвор через обычный переключатель SPDT. Подайте на вход сигнал, управляемый некоторым смещением постоянного тока от генератора, и наблюдайте за выходом на осциллографе, изменяя положение переключателя. Отрегулируйте регулятор смещения постоянного тока на генераторе и наблюдайте за его эффектом. Каким должно быть соотношение между уровнем управляющего напряжения, подаваемого на затвор, и уровнем входного напряжения, чтобы это устройство работало?

Я построил два источника питания на основе этого проекта. Они прекрасно работают, но эти 2N3055 просто огромны и требуют большого радиатора. Я думал заменить их на какие-нибудь МОП-транзисторы, но я не уверен, что именно нужно изменить в схеме. Кто-нибудь может подсказать?

Если возможно, было бы неплохо использовать некоторые VNP10N, которые у меня есть (их сотни). Это омнифеты, которые (если я правильно понял) представляют собой полевые МОП-транзисторы с дополнительной схемой защиты на том же кристалле. Вот их техническое описание: **ссылка удалена неработающая**.

dick_freebird

Продвинутый уровень участника 5

Присоединился 4 марта 2008 г. Сообщений 7 644 Помогли 2 201 Репутация 4 408 Очки реакции 2 110 Трофейные очки 1 393 Местоположение США Очки активности 61 077

МОП-транзисторы в линейном источнике питания, где на них падает все
напряжение, будут рассеивать примерно одинаковое количество тепла. Только
им это может не понравиться, так как многие оптимизированы под
сопротивление и блокировку по напряжению, но не имеют квадратного
СОА. Сводится к плотности мощности и тепловому
пути.

Они также могут иметь более высокую входную емкость,
которая может потребовать некоторой настройки компенсации, но
имеет меньшую токовую нагрузку / более высокий импеданс по постоянному току
усилителя контура. А пороговое напряжение 5–10 В для хорошего управления
может занять больше запаса, чем вам хотелось бы, между
предварительным драйвером и нагрузкой.

бкдонадио

ювелир

Продвинутый уровень участника 5

Присоединился 14 декабря 2010 г. Сообщений 3 986 Помогли 739 Репутация 1 482 Очки реакции 725 Трофейные очки 1 413 Местоположение Тегеран - ИРАН Очки активности 24 536

Я построил два источника питания на основе этого проекта. Они прекрасно работают, но эти 2N3055 просто огромны и требуют большого рассеивателя тепла. Я думаю заменить их на какие-нибудь полевые МОП-транзисторы, но я не уверен, что именно мне следует изменить в схеме. Кто-нибудь может подсказать?

Если возможно, я бы хотел использовать некоторые VNP10N, которые у меня есть (у меня их сотни). Это омнифеты, которые (если все правильно поняли) представляют собой полевые МОП-транзисторы с дополнительной схемой защиты на том же кристалле. Вот их спецификация: VNP10N06.pdf.

Привет, bcdonadio
Прежде всего позвольте мне признаться, что схема, которую вы прикрепили выше, является одним из моих первых блоков питания, который я успешно построил в первые дни работы с электроникой, и приятно видеть его снова .:wink :

В любом случае
Если ваша проблема в 2n3055 и это легендарное лицо, :wink: и много рассеивания через него, я боюсь, что это линейный блок питания, и у вас нет другого выбора. вы не можете работать от диссипации в линейном регуляторе. Вы можете заменить транзисторы вместе, но это ничего не изменит в рассеивании. кроме того, мосфеты не подходят для этого случая, почему? потому что BJT будет срабатывать при 0,65 вольт, но пороговое напряжение MOSFET больше, чем это, и это означает большее рассеивание, чем BJT в линейной области, когда мы пытаемся сделать переменный блок питания. так какое решение? просто вы можете использовать SMPS вместо линейного PUS.
С наилучшими пожеланиями
Ювелир

В этой статье мы сравниваем биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET).

Хотя оба являются транзисторами, имеют 3 вывода и выполняют схожие функции, они принципиально различаются по составу. Таким образом, между двумя транзисторами есть несколько ключевых различий.

В приведенной ниже таблице указаны многие различия между BJT и FET.

BJT vs FET
Принцип работы	BJT	FET
Принцип работы	BJT контролируются текущим состоянием. Для работы им требуется ток смещения на клемму базы.	Полевые транзисторы управляются напряжением. Им требуется только напряжение, подаваемое на затвор, чтобы включить или выключить полевой транзистор. Для их работы не требуется ток смещения.
Входное сопротивление	BJT имеют меньший входной импеданс, а это означает, что они потребляют больше тока от питающей их цепи питания, что может вызвать нагрузку на цепь.	Полевые транзисторы предлагают больший входной импеданс, чем биполярные транзисторы. Это означает, что они практически не потребляют ток и, следовательно, не нагружают питающую его цепь питания.
Усиление (Transconductance)	BJT обеспечивают большее усиление на выходе, чем FET.	Усиление (или крутизна) полевых транзисторов меньше, чем у биполярных транзисторов.
Размер	BJT больше по размеру и, следовательно, занимают больше физического места, чем обычно полевые транзисторы.	FET могут быть изготовлены намного меньше, чем BJT. Это особенно важно для интегральных схем, состоящих из множества транзисторов.
Популярность	BJT менее популярны и менее широко используются	FETS сегодня определенно более популярны и широко используются в коммерческих схемах, чем BJT
Стоимость	BJT дешевле в производстве	FET, особенно MOSFET, дороже в производстве

Таким образом, приведенная выше таблица является хорошим кратким объяснением некоторых различий между биполярными транзисторами (BJT) и полевыми транзисторами (FET). Ниже мы рассмотрим таблицу более подробно, чтобы вы могли получить более подробное объяснение, если вы чувствуете, что вышеизложенного не хватает. Мы пойдем по порядку.

Во-первых, как работают оба транзистора. BJT — это устройства, управляемые током. Это означает, что биполярные транзисторы включаются током, проходящим через базу транзистора. Затем этот базовый ток включает биполярный транзистор, что обеспечивает гораздо больший поток тока от коллектора к эмиттеру транзистора. Полевые транзисторы, с другой стороны, управляются напряжением. Напряжение, а не ток, включает или выключает полевой транзистор. Полевые транзисторы имеют такой высокий входной импеданс, что практически не пропускают ток через клемму затвора. Вместо этого они полностью контролируются напряжением.

Второе отличие — входное сопротивление. Входное сопротивление — это величина сопротивления, которое транзистор оказывает на входной клемме. Для BJT это будет базовый терминал; для полевых транзисторов это будет терминал затвора. BJT обеспечивают гораздо меньшее сопротивление входной клемме, чем FET. Из-за этого гораздо более низкого сопротивления он потребляет ток от источника питания, питающего базу. Это эффект, называемый загрузкой. Нагрузка — это когда на цепь источника питания влияет вторая цепь, в данном случае транзисторная цепь, которая потребляет от нее ток. Это небольшое количество потребляемого тока, которое затем объединяется с гораздо большим током, протекающим от двух других проводов, может изменить динамику схемы источника питания. Таким образом, биполярные транзисторы обеспечивают меньшую защиту от этого эффекта нагрузки, чем полевые транзисторы. Полевые транзисторы имеют очень большое входное сопротивление, например, порядка 10 14 Ом, что составляет несколько тераом (о чем вы почти никогда не слышали). При таком высоком входном импедансе полевой транзистор практически не потребляет ток на своем входном выводе затвора. Следовательно, поскольку ток из цепи питания практически не потребляется, цепь питания не нагружается. Как будто цепь питания и цепь транзистора хорошо изолированы и не мешают друг другу.Следовательно, лучший контроль мощности достигается с помощью полевых транзисторов с меньшими помехами одной цепи на другую.

Третье различие между биполярными транзисторами и полевыми транзисторами заключается в коэффициенте усиления (или крутизне). Крутая проводимость определяется как отношение небольшого изменения выходного тока электронного устройства к небольшому изменению входного напряжения в миллиамперах на вольт. Другими словами, это коэффициент усиления транзисторной схемы. Здесь у BJT есть преимущество. BJT имеют большую крутизну, что означает, что вы можете получить больший выходной ток на единицу подаваемой мощности. Крутизна полевых транзисторов намного ниже. Таким образом, если вы используете одинаковую мощность на входе как для BJT, так и для FET-транзистора, BJT-транзистор будет давать большее усиление. Вот почему биполярные транзисторы более популярны в схемах усилителей. Они производят усиление, чем полевой транзистор. Вот почему в случае простых схем усилителя предпочтительнее использовать биполярные транзисторы, а полевые транзисторы используются редко. Для простых усилителей полевые транзисторы действительно используются только тогда, когда требуется чрезвычайно высокое входное сопротивление.

Что касается производственных размеров, полевые транзисторы могут быть намного меньше, чем биполярные транзисторы. Это делает их более эффективными при проектировании коммерческих схем. Поскольку полевые транзисторы меньше, они занимают меньше места на кристалле. Таким образом, размер электронного продукта может быть намного меньше, что часто требуется компаниям, занимающимся электронным дизайном. Устройства меньшего размера во много раз могут быть более удобными и дружественными к потребителю, и полевые транзисторы позволяют это сделать. BJT, с другой стороны, обычно требуют больших размеров, чем FET.

С точки зрения затрат производство полевых транзисторов, особенно МОП-транзисторов, обходится дороже, чем биполярных транзисторов. Полевые транзисторы обычно имеют более высокую цену, но не настолько значительную, чтобы отталкиваться от них. Это всего лишь небольшой недостаток.

По ряду причин, таких как перечисленные выше, полевые транзисторы более широко используются и более популярны, чем биполярные транзисторы. Полевые транзисторы можно изготавливать меньшего размера и меньше нагружать источник питания.

Поэтому, несмотря на то, что биполярные транзисторы широко используются в электронике для хобби, а также во многих случаях в бытовой электронике и имеют преимущество в том, что могут давать более высокий коэффициент усиления, чем полевые транзисторы, полевые транзисторы по-прежнему предлагают множество преимуществ для крупномасштабных коммерческих устройств. Когда дело доходит до потребительских товаров, полевые транзисторы в подавляющем большинстве предпочтительнее из-за размера, высокого входного импеданса, а также других факторов. Intel, один из крупнейших производителей микросхем в мире, использует практически только полевые транзисторы для создания своих микросхем, которые питают миллиарды устройств по всему миру.

У моего бедного маленького мозга есть некоторые проблемы с пониманием полевых МОП-транзисторов и того, как их можно использовать в качестве замены транзисторов.

У меня есть схема, в которой в качестве переключающего транзистора используется NPN-транзистор. Могу ли я заменить его N-канальным МОП-транзистором? Причина, по которой я спрашиваю, в основном в том, что у меня есть несколько N-Mosfets, а изящному NPN не нравится текущая нагрузка. (Проклятый волшебный дым продолжает выходить. )

Можно ли выполнить прямую замену, когда исток, сток и затвор MOSFET подключаются к коллектору, эмиттеру и базе NPN? Или мне нужно будет сделать что-то вроде добавления резистора для «заземления» этой хорошо изолированной ножки затвора?

Фанатик-энтузиаст

Чтобы использовать N-Mosfet для замены NPN-транзистора,
исток должен быть эмиттером, а сток — коллектором.
Гейт, конечно, грубо говоря базовый.

Основные отличия:

<р>1. Затвор имеет очень высокое сопротивление, около 10 МОм для постоянного тока.
Для переменного тока импеданс затвора зависит от того, как быстро вы хотите включать и выключать.
Для медленного включения и выключения переменного тока гейт выглядит как высокоимпедансный, но
для очень быстрого включения и выключения гейт выглядит как низкоимпедансный.
Это делает затвор MOSFET наиболее неправильно понятой частью MOSFET.
Основная причина в том, что затвор MOSFET больше похож на емкость,
в то время как базовый эмиттер NPN больше похож на диод с прямым смещением.

<р>2. Требования к напряжению затвора при полном включении обычно также намного выше,
например, от 5 до 10 В вместо 0,7 В, хотя некоторые производители
изготавливают устройства с напряжением затвора 2,5 В.

<р>3. Скорость переключения также намного выше, что может вызвать проблемы,
если выход индуктивный.

Короче говоря, если у вас нет требований к напряжению затвора, вы
не сможете полностью открыть полевой МОП-транзистор. Если у вас также
недостаточно низкий импеданс привода затвора, вы не сможете
включаться и выключаться достаточно быстро. Эти два факта являются наиболее важной частью MOSFET.
Полевой МОП-транзистор, таким образом, очень зависит от привода, поскольку привод
определяет большинство других характеристик внутри схемы.

Удачи со светодиодными схемами,
Ал

php_44

Просветленный

Аль опубликовал отличное резюме. Чтобы выделить пару моментов — при условии, что вы используете транзистор или полевой МОП-транзистор в качестве простого выключателя:

Транзистор включается и выключается небольшим током, протекающим через (NPN) или из (PNP) вывод базы. Базовый вывод ведет себя как диод, пока протекает этот ток, и напряжение никогда не превысит 0,7 вольта разницы от эмиттера. Этот ток должен быть достаточным для «насыщения» транзистора. Это означает, что ток базы, умноженный на Hfe (усиление) транзистора, должен быть больше, чем ток коллектора. Таким образом, транзистор может быть включен низким напряжением по отношению к эмиттеру, но ненулевым током.

МОП-транзистор переключается напряжением на выводе затвора. Напряжение должно быть значительно выше порогового напряжения затвора. Это напряжение затвора создает электрическое поле в устройстве, которое увеличивает токопроводящую способность полупроводникового материала между выводами истока и стока. Чем выше напряжение, тем меньше сопротивление между истоком и стоком. Затвор не потребляет постоянный ток, однако он ведет себя как небольшой конденсатор, поэтому при подаче напряжения включения или снятии напряжения включения необходимо быстро заряжать и разряжать эту маленькую емкость затвора. Некоторые МОП-транзисторы имеют очень высокие пороги затвора, а некоторые сделаны с особенно низкими порогами — проверьте характеристики. Таким образом, полевой МОП-транзистор может быть включен при достаточно большом напряжении выше порогового уровня затвора, но после зарядки затвор не будет потреблять ток.

Даг С

Фанатик-энтузиаст

Оба предыдущих сообщения являются отличными учебными пособиями. Все, что я предлагаю, — это одно дополнительное практическое соображение. С приближением зимы в более сухих условиях в помещении помните, что ворота Mosfets подвержены повреждению от электростатического разряда. Соблюдайте разумную гигиену ESD при обращении. BJT почти пуленепробиваемы по сравнению с Mosfet. Кстати, почти для всех схем управления питанием я предпочитаю разработку с Mosfets, а не с BJT. Мне просто с ними легче работать.

Олбани Том

Просветленный

Включается ли напряжение затвор-сток? Можете ли вы управлять одним транзистором с NPN, действующим как подтягивающий к затвору, который в противном случае удерживался бы на VCC резистором? (Цель состоит в том, чтобы напряжение включения было меньше, чем VCC, как если бы оно управлялось логикой TTL или чем-то подобным.)

Тогда работает ли N-канал как PNP? Значит, его можно использовать для управления нагрузками от линии питания VCC, заземлив ворота?

Извините за глупые вопросы, я ничего не делал с мосфетами.

ИНРЕТЕК

Фанатик-энтузиаст

В транзисторе ток эмиттер-база включает устройство

Бета транзистора – это отношение тока эмиттер-база к току эмиттер-коллектор, то есть транзистор с бета-версией 100 сможет принимать ток эмиттер-база 1 мА и коммутировать 100 мА на выходе. Ток эмиттер-коллектор

Транзисторы с малым сигналом имеют более высокую бета-версию, поскольку размер перехода меньше, а более крупные транзисторы, которым требуется более крупный переход, имеют меньшую бета-версию

МОП-транзисторы (полевые транзисторы) представляют собой устройство, работающее от напряжения, и его напряжение ИСТОЧНИК->БАЗОВОЕ определяет СОПРОТИВЛЕНИЕ потока ИСТОЧНИК->СТОК

Когда напряжение SOURCE->BASE ниже порогового напряжения, сопротивление устройства практически бесконечно; когда напряжение ИСТОЧНИК->БАЗА достигает порогового значения, сопротивление ИСТОЧНИК-СТОК начинает уменьшаться

Когда напряжение ИСТОЧНИК->БАЗА находится на уровне напряжения насыщения (зависит от типа), сопротивление ИСТОЧНИК->СТОК очень низкое, на некоторых устройствах оно составляет 4/1000 Ом

Устройство будет генерировать тепло только между этими двумя точками, то есть, если устройство будет полностью выключено, ИЛИ полностью включено, оно будет оставаться очень холодным (насыщение - класс C)

Но если вы позволите МОП-транзистору работать в линейном режиме (класс A или B); устройство будет генерировать МНОГО тепла, помните закон Ома W=I^2R

Чем больше мощность MOSFET, тем больше емкость. на ВОРОТ, что означает, что для включения и выключения требуется больше энергии.

Транзисторы имеют положительный коэфф. устройства, то есть по мере нагрева - они лучше проводят, и мы получаем тепловой "разгон"

Полевые МОП-транзисторы обычно имеют отрицательный коэффициент, так как они нагреваются и имеют тенденцию к меньшей проводимости

Можно сгруппировать МОП-транзисторы по номиналу, один над другим, но вы должны изолировать затворы с помощью очень маленьких резисторов, чтобы предотвратить "пинг-понг"

На самом деле полевые транзисторы были изобретены ДО биполярных транзисторов, но, поскольку они не могли выдерживать большую мощность, от них отказались, и был изобретен биполярный транзистор.

Лампы также являются устройствами, работающими под напряжением, поэтому, когда промышленность перешла от ламп к транзисторам, всем пришлось думать о режиме напряжения и режиме тока, а теперь, когда практически везде используются полевые транзисторы, отрасли пришлось вернуться к режиму напряжения.

Фанатик-энтузиаст

Очень хорошие и информативные ответы!

Я рад, что Даг С. поднял тему электростатического разряда, которую я не упомянул.
Если вы взорвете полевой МОП-транзистор, подняв его один раз, вы, конечно,
не сможете использовать его после этого для каких-либо практических целей

Теперь, чтобы перейти непосредственно к вопросу Олбани:
Канал N больше похож на биполярное устройство NPN,
в то время как канал P больше похож на биполярное устройство PNP.
Вы должны включить каждое устройство аналогично биполярному эквиваленту,
за исключением уровней тока и напряжения.

Чтобы понять всю разницу, вы можете выделить четыре
различных состояния переключающего полевого МОП-транзистора:
1. Включение
2. Полностью включен
3. Выключение
4. Полностью отключен

Что подводит нас к моей следующей теме

С более продвинутой стороны:
Mosfet также содержит значительную емкость сток-затвор,
которая играет большую роль в переключении устройства. Эта емкость
воздействует на управляющее напряжение и ток, которые фактически попадают на затвор.
Поскольку напряжение стока обычно выше, чем пиковое напряжение возбуждения,
эта емкость действует как отрицательная обратная связь и переводит полевой МОП-транзистор в
линейный режим в течение короткого периода времени, даже несмотря на то, что он управляется круто.
Восходящие волновые фронты. Это имеет как положительные, так и отрицательные последствия,
в зависимости от приложения. Если ваше приложение должно переключаться с максимальной скоростью, необходимо
использовать минимально возможное сопротивление привода затвора. С другой
стороны, если ваше приложение переключает индуктивную нагрузку (такую как трансформатор),
которой в противном случае потребовались бы снабжающие сети для поглощения высокой
отдачи энергии при выключении транзистора, Вы можете преуспеть,
попытавшись в какой-то степени контролировать линейный эффект, пока транзистор
выключается. Регулируя импеданс входного сигнала до заданного
уровня (вместо его минимизации), вы получаете некоторый контроль над волновым фронтом выключения, который заставляет его нарастать с заданной скоростью. Эффект
плавного выключения вместо того, чтобы позволить ему переключаться очень быстро,
имеет эффект минимизации перерегулирования выключения, и поэтому вы
можете вообще не использовать демпфер (уменьшая количество деталей ) или менее энергоемкие
демпфирующие компоненты, что приводит к снижению стоимости конечного продукта. Используя асимметричный импеданс привода затвора
(возможно, один диод и два резистора), можно добиться максимального времени включения
с контролируемым изменением скорости выключения. При этом в полной мере используются
уникальные характеристики полевых МОП-транзисторов, которых гораздо труднее достичь с помощью биполярного устройства.

Возможно, на сайте IRF есть гораздо больше информации об этих и других
темах, связанных с MOSFET. В прошлом я обнаружил, что у IRF есть лучшая информация о
MOSFETS и их приложениях.

Конечно, не мешало бы скачать бесплатную версию какой-нибудь программы
моделирования цепей и поэкспериментировать в среде spice.
Большинство эффектов можно увидеть, изменив входной привод, выходные нагрузки
и т. д., и получить представление о том, как все это работает.

Удачи со светодиодными схемами,
Ал

ИНРЕТЕК

Фанатик-энтузиаст

Я разработал сильноточные блоки питания для материнских плат, и было очень важно очень сильно управлять затворами MOSFET, чтобы (иногда до 1 А) обеспечить полное насыщение и не допустить выхода MOSFET из линейного режима

Это похоже на вашу автоматическую коробку передач: чем дольше ваша коробка передач переключается с передачи на передачу, тем больше повреждений вы, вероятно, нанесете своему сцеплению.

МОП-транзисторы — замечательные устройства, просто думайте о них как о потенциометре, управляемом напряжением

Фанатик-энтузиаст

Это оказалось довольно интересной темой

Я разработал блоки питания переменного тока мощностью 500 Вт (и выше) (т. е. вход постоянного тока, выход переменного тока или
вход переменного тока, выход переменного тока), используя форму сигнала с цифровым синтезом как для стандартных
приложений переменного тока, так и для контроллеры приводов двигателей. Преобразователи этого типа
должны были обеспечивать синусоидальный сигнал с низким уровнем искажений, который
запитывал бы другие дорогостоящие продукты, такие как мейнфреймы, в случае
отключения сетевого питания. Транзисторы будут
включаться и выключаться с широтно-импульсной модуляцией, которая после легкой фильтрации
будет создавать синусоидальную волну с довольно низкими искажениями, способную
запитывать устройства мощностью от 500 Вт. примерно до 20000 Вт.
С точки зрения количества LS: продукт с наименьшим номиналом будет питать
500 одноваттных LS или 100 новых пятиваттных LS. Продукт с наивысшим
номиналом будет питать 20 000 одноваттных LS или 4 000 новых
5 ваттных LS (конечно, вам понадобится мостовой выпрямитель для
каждого
диапазона выходной частоты была от 50 Гц до 400 Гц.
Кроме того, преобразователи постоянного тока в постоянный с выходной мощностью около 2 000 Вт.

В этих приложениях с довольно высоким напряжением полный контроль над приводом
MOSFET был обязательным.Включение и выключение полевого МОП-транзистора с максимально возможной
скоростью вызовет выбросы на выходе неисчислимой высокой амплитуды,
которые будут регулярно выводить из строя 400-вольтовые транзисторы.
Используя стандартные биполярные устройства, пришлось
использовать довольно дорогие демпфирующие сети для поглощения дополнительной энергии этих всплесков. После того, как
MOSFET начал использоваться в некоторых продуктах, демпфирующий элемент можно было
полностью исключить. Вместо этого МОП-транзистор был включен с использованием
асимметричного привода, который позволял МОП-транзистору оставаться в линейной области
в течение короткого периода времени, достаточного для ограничения dv/dt,
чтобы выходная индуктивность не зашкаливала. Компромисс
заключается в том, что MOSFET нагревается сильнее, но все это является частью конструктивной схемы
(помните, что средняя мощность, рассеиваемая в MOSFET, зависит от
формы тока и напряжения, а не просто на том факте, что МОП-транзистор
отключается медленнее, чем так быстро, как это возможно).
Энергия по-прежнему поглощается и теряется, но продукт стоит меньше на ватт.

В устройствах с более низким напряжением проблема не такая головная боль.
Если выходное напряжение превышает напряжение питания в четыре раза,
оно по-прежнему составляет всего 20 В или около того. в конечном итоге с 1000v через
mosfet. Если вы используете полевые транзисторы на 400 В, это нехорошо.
Если вам нужно купить полевые транзисторы на 1 200 В, это тоже нехорошо

Для более полного обсуждения включения и выключения управляемых MOSFET
пожалуйста, посетите сайт IRF. Это не то, что появилось
вчера, а началось еще в 80-х.

Как я уже сказал, затвор — это самая непонятная часть MOSFET.
Понимание всего аспекта привода затвора является ключом к использованию MOSFET
в любом приложении под солнцем

Я предполагаю, что речь идет о более продвинутой области использования MOSFET
устройства, так что я надеюсь, что это не слишком далеко от основной темы.

С более общей стороны, интересно взглянуть на основные
характеристики биполярных и полевых устройств:

Если вы понимаете эти семь характеристик
двух устройств, вы сможете использовать
любое из них во многих приложениях.

Читайте также: