MOSFET | Det är en elektronisk komponent som fungerar som en elektriskt styrd omkopplare

Operation

Det finns fyra vanliga typer av MOSFET:

N-kanalig MOSFET med förstärkningsläge

Växeln mellan "source" och "drain" är vanligtvis avstängd. Du kan slå på strömbrytaren genom att lägga en positiv spänning på "grinden", så att den får en högre spänning än "källan".

P-kanalig MOSFET med förstärkningsläge

Växeln mellan "source" och "drain" är vanligtvis avstängd. Du kan slå på omkopplaren genom att lägga en negativ spänning på "grinden", så att den har lägre spänning än "källan".

N-kanalig MOSFET i uttömningsläge

Växeln mellan "source" och "drain" är vanligtvis på. Du kan stänga av omkopplaren genom att lägga en negativ spänning på "gate", så att den har lägre spänning än "source".

P-kanalig MOSFET i uttömningsläge

Växeln mellan "source" och "drain" är vanligtvis på. Du kan stänga av omkopplaren genom att lägga en positiv spänning på "gate", så att den har högre spänning än "source".

P-kanaliga MOSFETs med uttömningsläge är vanligtvis inte tillgängliga.

Sammanfattning

MOSFET-typ	Normalt	För att ändra, applicera ____ spänning på "grinden".
Förbättringsläge N-kanal	Av	Positivt
Förbättringsläge P-kanal	Av	Negativ
N-kanal i uttömningsläge N-kanal	På	Negativ
Förbrukningsläge P-kanal	På	Positivt

 

Skillnader mellan MOSFETs

Integrerade kretsar

På en liten bit kisel kan miljontals MOSFETs skapas. På så sätt skapas en integrerad krets. Se artikeln om integrerade kretsar för mer information.

Resten av det här avsnittet handlar om enkla MOSFETs med tre anslutningar.

Värme

Om MOSFET:n är delvis påslagen minskar den effekten som går genom den. Det gör den genom att omvandla en del av energin till värme. Även om den är påslagen omvandlar den fortfarande en del effekt till värme.

MOSFET har ett motstånd. När strömmen flyter från MOSFET:s dränering till dess källa uppstår ett spänningsfall. Multiplicera strömmen och spänningen för att få effektförlusten. Den förlorade effekten blir värme.

MOSFET:n måste göra sig av med värmen, vanligtvis genom att släppa ut den i luften.

Mindre MOSFETs värms upp och värmer upp luften i närheten. Vissa MOSFET:er måste sitta på ett kretskort, som har en större yta för att värma upp mer luft. De mest kraftfulla MOSFET:erna måste sitta på en kylfläns. Kylflänsen är en stor metallbit med lameller som överför värmen till luften över ett stort område. De kan också behöva en fläkt för att trycka mycket luft över kylflänsen.

Andra skillnader mellan MOSFETs

Det finns många olika MOSFETs tillgängliga. När du väljer en MOSFET, när du väl har bestämt dig för de fyra huvudtyperna, finns det många andra saker att tänka på. Skillnaderna mellan MOSFETs är bland annat följande:

• V_GSS - Den tillåtna spänningen mellan grinden och källan. Om du lägger på en för stor spänning kommer MOSFET:n att gå sönder.
• V_DSS - Den tillåtna spänningen mellan drain och source. Om du lägger på en för stor spänning kommer MOSFET:n att gå sönder.
• I_D - Den tillåtna strömmen mellan drain och source. Om du försöker driva en stor belastning, t.ex. en motor, behöver du en MOSFET som är konstruerad för höga strömmar.
• VGS_(TH) ("Tröskelspänning") - Ungefär hur stor spänning du måste lägga på "grinden" för att den ska slå om. Hur mycket MOSFET:n är "på" beror på den exakta spänningen vid "grinden", temperaturen och spänningen vid "dräneringen". MOSFET:ns datablad innehåller mer information.
• RDS_{(ON) -} När MOSFET:n är helt påslagen fungerar den som ett motstånd med detta värde. Ett högre värde innebär att när MOSFET:n är helt "på", så går mer energi förlorad och det blir mer värme. Mindre är bättre.
• P_D - Den största mängd värme som MOSFET:n kan avge varje sekund utan att gå sönder. (Den så kallade effektförlusten). Om du får MOSFET:n att avge värme snabbare än så kommer MOSFET:n att överhettas och gå sönder.
• R_θJA - Hur dålig MOSFET är på att överföra värmen till luften. Lägre siffror är bättre. För MOSFET:er som använder en kylfläns anges hur dåliga de är på att överföra värme till kylflänsen.
• T_J - Arbetstemperaturen för den del av MOSFET:n som alstrar värme. Om du får den att överskrida gränsen kommer MOSFET:n att gå sönder.
• t_D(ON) och tD_{(OFF) - Den} tid det tar att slå på och stänga av MOSFET:n. Mindre MOSFETs med låg spänning och låg strömstyrka kan vara tillräckligt snabba för att användas i de snabbaste datorerna. Större MOSFETs med högre effekt tenderar att vara långsammare.
• Statisk elektricitet kan förstöra en MOSFET. Vissa MOSFETs har ett skydd mot statisk elektricitet.
• Vissa delar innehåller flera MOSFETs på en enda enhet. Detta kan vara mindre än att ha separata MOSFETs. Det kan också vara billigare att tillverka ett elektroniskt kretskort med färre delar.

 

Teori

Det finns många olika sätt att tillverka MOSFETs på halvledaren. Den enklaste metoden visas i diagrammet till höger i denna text. Den blå delen representerar kisel av P-typ, medan den röda delen representerar kisel av N-typ. Korsningen av de två typerna utgör en diod. I kiselhalvledare finns det en egenhet som kallas "uttömmande region". I dopat kisel, där en del är dopad N-typ och en del är dopad P-typ, kommer det naturligt att bildas ett utarmningsområde i skärningspunkten mellan de två. Detta beror på deras acceptorer och donatorer. Kisel av P-typ har acceptorer, även kallade hål, som drar till sig elektroner. Kisel av N-typ har donatorer, eller elektroner, som dras till hål. I gränsen mellan de två fyller elektronerna från N-typen hålen i P-typen. Detta resulterar i att mottagaratomerna, eller atomerna av P-typ, blir negativt laddade, och eftersom negativa laddningar drar till sig positiva laddningar kommer mottagare, eller hål, att strömma mot "korsningen". På N-typens sida finns det en positiv laddning, vilket leder till att donatorerna, eller elektronerna, strömmar mot "korsningen". När de kommer dit kommer de att stötas bort av den negativa laddningen på andra sidan av korsningen, eftersom likadana laddningar stöter bort varandra. Samma sak kommer att hända på P-typ sidan, donatorerna, eller hålen, kommer att stötas bort av det positiva området på N-typ sidan. Ingen elektricitet kan flöda mellan de två, eftersom inga elektroner kan flytta sig till den andra sidan.

MOSFETs utnyttjar detta till sin fördel. MOSFET:s "kropp" drivs negativt, vilket breddar utarmningsområdet, eftersom hålen fylls med de nya elektronerna, så att den motsatta kraften till elektronerna på N-sidan blir mycket större. MOSFET:s "källa" är försedd med negativ ström, vilket krymper utarmningszonen på N-sidan helt och hållet, eftersom det finns tillräckligt många elektroner för att fylla den positiva utarmningszonen. "Drain" har en positiv strömförsörjning. När "Gate" förses med positiv ström kommer den att skapa ett litet elektromagnetiskt fält, vilket kommer att avlägsna utarmningszonen direkt under grinden, eftersom det kommer att finnas en "spray" av hål, vilket kommer att skapa något som kallas en "N-kanal". N-kanalen är en tillfällig region i P-typens kiselområde där det inte finns någon utarmningszon. Det positiva elektriska fältet kommer att neutralisera alla överblivna elektroner som utgör utarmningszonen. Elektronerna i källområdet kommer då att ha en fri väg att flytta sig till "drain", vilket skulle göra att elektricitet flödar från källa till drain.

 
Diagram över en enkel MOSFET