Понимание MOSFET: принцип работы, типы и ключевые применения

MOSFET расшифровывается как металл-оксид-полупроводник полевой транзистор. Как и любой обычный транзистор, это тип транзистора с множеством применений в современной силовой электронике. Более того, его работа основана на том, как электричество проходит через него. Важно отметить, что существует много вариаций использования MOSFET в разных схемах. Эта статья рассказывает о том, как работает MOSFET, основных типах MOSFET, преимуществах над биполярными транзисторами (BJT) и их применениях. Вы также узнаете, как использовать MOSFET в своих схемах.

Приступим!

Что такое MOSFET?

MOSFET — это компактный транзистор. Транзисторы — это полупроводниковые приборы, используемые для управления током путем регулирования проходящего через них напряжения.

Отличие от биполярного транзистора (BJT) заключается в том, как он пропускает ток. В MOSFET напряжение, приложенное к затвору (gate), определяет, какой ток будет течь от стока (drain) к истоку (source). Именно это свойство дало MOSFET имя — Металл-Оксид-Полупроводник Полевой Транзистор. Интересно, что эти транзисторы могут усиливать сигнал или пропускать только один определенный вид заряженных носителей.

(СТРУКТУРА MOSFET)

ИСТОЧНИК: Wiki Commons

Кратко: это трехвыводное устройство, определяющее электрический ток в замкнутой цепи. Основные выводы: Исток (S), Затвор (G) и Сток (D). Его работа зависит от приложенного напряжения на затворе. Однако, если считать его подложку (body), то MOSFET — это четырехвыводное устройство.

(MOSFET на фоне электронного компьютерного оборудования)

Основные типы MOSFET

Существует четыре основных типа MOSFET (по режиму управления и типу канала).

Первый тип — «N-канальный MOSFET в режиме усиления» или обычно открытый (n-channel enhancement mode). Он позволяет току течь через канал между стоком и истоком даже при нулевом входном напряжении на выводах. Это означает, что ему не нужен сигнал на затворе для работы, поэтому он полезен в простых цифровых схемах. Выводы физически разделены.

(N-канальный MOSFET в режиме усиления)

Второй тип — «N-канальный MOSFET в режиме обеднения» или обычно закрытый (n-channel depletion mode). Этот тип требует отрицательного напряжения для открытия и пропуска тока. Преимущество: в закрытом состоянии он работает как резистор, что полезно в приложениях, требующих управления входным напряжением. Выводы физически соединены.

(N-канальный MOSFET в режиме обеднения)

Третий — «P-канальный MOSFET в режиме обеднения» обычно закрыт (p-channel depletion mode). Этот тип блокирует ток, если только положительный заряд не проходит через выводы. Он действует как изолятор, поэтому не подходит для приложений, где нужно постоянно пропускать ток.

(P-канальный MOSFET в режиме обеднения)

Четвертый — «P-канальный MOSFET в режиме усиления» или обычно открытый (p-channel enhancement mode). Этот тип требует нулевого напряжения затвор-исток для проведения тока. Преимущество над n-канальным аналогом: он не рассеивает энергию в закрытом состоянии, что позволяет использовать его в ключевых приложениях.

(P-канальный MOSFET в режиме усиления)

Как работает MOSFET?

Первое, о чем нужно сказать — как работает MOSFET? Ответ может удивить вас!

(СХЕМА MOSFET)

ИСТОЧНИК: Wiki Commons

MOSFET работает, либо пропуская ток через свои выводы, либо нет, в зависимости от приложенного напряжения. Он работает на основе полевого эффекта, создаваемого напряжением, приложенным к поверхности полупроводника, смежной со слоем металл-оксид. В результате MOSFET может работать как p-тип или n-тип.

Затворный электрод управляет проводимостью канала между областью истока и областью стока внутри устройства. Этот принцип работы делает транзистор идеальным ключом, позволяя контролировать, как электричество течет через нашу схему.

Так вы можете использовать MOSFET. Контролируя, сколько напряжения проходит через область затвора, вы определяете ток стока в канале сток-исток.

(Графический символ MOSFET в линейном дизайне)

Примечание: Важно отметить, что MOSFET и биполярные транзисторы (BJT) немного отличаются. В BJT ток течет от коллектора к эмиттеру, а в MOSFET — между истоком и стоком. Что происходит: когда напряжение на затворе превышает определенный пороговое напряжение, ток начинает течь через него.

Преимущества MOSFET над BJT

Преимущества MOSFET над BJT следующие:

• Во-первых, MOSFET позволяет создавать более компактные схемы.
• Во-вторых, MOSFET требуют меньше мощности и энергии, чем биполярные транзисторы, что делает их более эффективными. Поскольку нет базового тока, прибор рассеивает очень мало энергии в закрытом состоянии.
• В-третьих, MOSFET дешевле в производстве, чем биполярные транзисторы. Поэтому они предпочтительны при проектировании схем дома или для хобби.
• Далее, MOSFET могут работать в высокотемпературных средах, так как их затвор не нуждается в изоляции, как PNP-транзистор. Это полезно в приложениях, где температура становится очень высокой.
• Наконец, MOSFET полезны для усиления напряжения, так как у них два проводящих вывода. Это позволяет большему току течь через схему в открытом состоянии. В отличие от этого, BJT требуют только одного вывода для прохождения тока от стока к истоку или наоборот.

(Инженер-электронщик с пинцетом)

Применения MOSFET

• MOSFET как ключ

MOSFET очень полезен в приложениях силовой электроники для управления напряжениями. Он может легко делать это, контролируя ток через затвор. Следовательно, он либо открывается, либо закрывается (как обычный ключ). Более того, это делает MOSFET идеальными устройствами для интерфейса между источниками питания и устройствами, которые нужно питать.

(MOSFET как ключ)

Пример применения n-канального MOSFET. Когда нажимается кнопка, LED загорается.

ИСТОЧНИК: Wiki Commons

• Применения для усиления

MOSFET также могут усиливать проходящий через них ток, позволяя большим токам течь через сток в открытом состоянии. Это делает MOSFET подходящими для приложений, требующих усиления напряжения (например, усиления звуковых волн).

• Динамические приложения

MOSFET полезны в приложениях, где нужно быстро менять состояние, что делает их ценными в схемах, требующих частого переключения.

• Как управляемые напряжением резисторы или переменные резисторы

Когда MOSFET работает как выключатель в приложениях, они подходят для создания переменных или управляемых напряжением резисторов.

(Транзисторы)

Заключение

Подводя итог, MOSFET — подходящие транзисторные устройства, полезные в широком спектре приложений. Они просты в использовании и понимании.

Надеемся, вы узнали, как работает MOSFET, и его применения в повседневной жизни! Если у вас есть дополнительные вопросы, дайте нам знать. Мы с удовольствием поможем.