Veldeffecttransistor irf 10 ampère. Krachtige geïmporteerde veldeffecttransistoren

In de technologie- en amateurradiopraktijk worden vaak veldeffecttransistoren gebruikt. Dergelijke inrichtingen verschillen van conventionele, bipolaire transistoren doordat ze het uitgangssignaal regelen door een elektrisch stuurveld. Vooral veldeffecttransistoren met geïsoleerde poort worden veel gebruikt.

De Engelse benaming voor dergelijke transistors is MOSFET, wat 'veldgestuurde metaaloxide-halfgeleidertransistor' betekent. In de binnenlandse literatuur worden deze apparaten vaak MOS- of MOS-transistors genoemd. Afhankelijk van de fabricagetechnologie kunnen dergelijke transistors n- of p-kanaal zijn.

Een n-kanaaltransistor bestaat uit een siliciumsubstraat met p-geleiding, n-gebieden verkregen door onzuiverheden aan het substraat toe te voegen, een diëlektricum dat de poort isoleert van het kanaal dat zich tussen de n-gebieden bevindt. De pinnen (source en drain) zijn verbonden met de n-regio's. Onder invloed van de voeding kan stroom door de transistor van de bron naar de afvoer vloeien. De grootte van deze stroom wordt geregeld door de geïsoleerde poort van het apparaat.

Bij het werken met veldeffecttransistoren moet rekening worden gehouden met hun gevoeligheid voor de effecten van een elektrisch veld. Daarom moeten ze worden bewaard met de kabels kortgesloten met folie en vóór het solderen moeten de kabels worden kortgesloten met een draad. Het is noodzakelijk om de veldeffecttransistors te solderen met behulp van een soldeerstation, dat bescherming biedt tegen statische elektriciteit.

Voordat u begint met het controleren van de gezondheid van de veldeffecttransistor, moet u de pin-out bepalen. Vaak worden op een geïmporteerd apparaat labels aangebracht die de corresponderende klemmen van de transistor bepalen. De letter G geeft de sluiter van het apparaat aan, de letter S geeft de bron aan en de letter D geeft de afvoer aan.
Als er geen pinout op het apparaat staat, moet u deze in de documentatie voor dit apparaat zien.

Schema voor het controleren van een n-kanaals veldeffecttransistor met een multimeter

Alvorens de bruikbaarheid van de veldeffecttransistor te controleren, moet er rekening mee worden gehouden dat er in moderne radiocomponenten van het MOSFET-type een extra diode is tussen de afvoer en de bron. Dit element is meestal aanwezig op het apparaatdiagram. De polariteit is afhankelijk van het type transistor.

De algemene regels zijn om de procedure te beginnen met het bepalen van de bruikbaarheid van het meetapparaat zelf. Nadat u ervoor heeft gezorgd dat het foutloos werkt, gaat u verder met verdere metingen.

conclusies:

1. Veldeffecttransistoren van het MOSFET-type worden veel gebruikt in de technologie en in de praktijk van amateurradio.
2. Het controleren van de prestaties van dergelijke transistors kan worden uitgevoerd met behulp van een multimeter, volgens een specifieke techniek.
3. Het controleren van een p-kanaals veldeffecttransistor met een multimeter gaat op dezelfde manier als een n-kanaaltransistor, behalve dat de polariteit van de multimeterdraden moet worden omgekeerd.

Video over het controleren van een veldeffecttransistor

Een transistor is een elektronische halfgeleidercomponent. We verwijzen naar de actieve elementen van het circuit, omdat het elektrische signalen (niet-lineair) kan omzetten.

Veld of MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) - een veldeffecttransistor met een metaaloxide-halfgeleiderstructuur. Daarom wordt het vaak eenvoudigweg een MOSFET genoemd.

Transistoren die met deze technologie worden geproduceerd, bestaan ​​uit drie lagen:

• De eerste laag is een wafel gesneden uit een homogeen siliciumkristal of uit met germanium gedoteerd silicium.
• De tweede laag in volgorde is de afzetting van een zeer dunne diëlektrische (isolator) laag van siliciumdioxide of metaaloxide (aluminium- of zirkoniumoxiden). De dikte van deze laag is, afhankelijk van de uitvoeringstechniek, ongeveer 10 nm en in het beste geval kan de dikte van deze laag ongeveer 1,2 nm zijn. Ter vergelijking: 5 siliciumatomen die dicht bij elkaar liggen, vormen slechts een dikte van bijna 1,2 nm.
• De derde laag is een sterk geleidend metaal. Meestal wordt hiervoor goud gebruikt.

Het ontwerp van zo'n transistor is hieronder schematisch weergegeven:

Opgemerkt moet worden dat veldeffecttransistoren van twee typen zijn: N-type en P-type, ongeveer hetzelfde als in het geval van bipolaire transistors, die worden geproduceerd in PNP- en NPN-versies.

Onder de veldeffecttransistoren komt het N-type veel vaker voor. Daarnaast zijn er veldeffecttransistoren:

• met een uitgeput kanaal, dat wil zeggen degenen die een zwakke stroom door zichzelf laten lopen bij afwezigheid van een spanning aan de poort, en om deze volledig te blokkeren, is het noodzakelijk om een ​​omgekeerde voorspanning van een paar volt op de poort aan te brengen ;
• met een verrijkt kanaal - dit is een type veldeffecttransistors dat, bij afwezigheid van spanning aan de poort, geen stroom geleidt, maar deze alleen geleidt wanneer de spanning die op de poort wordt toegepast, de bronspanning overschrijdt.

Het grote voordeel van veldeffecttransistoren is dat ze spanningsgestuurd zijn, in tegenstelling tot bipolaire transistoren, die stroomgestuurd zijn.

Het is gemakkelijker om het principe van hun werking van een veldeffecttransistor te begrijpen met behulp van het voorbeeld van een hydraulische kraan.

Om de vloeistofstroom onder hoge druk in een grote leiding te regelen, is weinig inspanning nodig om de klep te openen of te sluiten. Met andere woorden, met een kleine hoeveelheid werk krijgen we een groot effect. De kleine kracht die we op het handvat van de kraan uitoefenen, regelt de veel meer kracht van het water, dat op de klep drukt.

Dankzij deze eigenschap van veldeffecttransistoren kunnen we stromen en spanningen regelen die veel hoger zijn dan die ons worden gegeven, bijvoorbeeld door een microcontroller.

Zoals eerder opgemerkt, geleidt een conventionele MOSFET in het algemeen geen stroom van source naar drain. Om zo'n transistor om te zetten in een geleidingstoestand, is het noodzakelijk om een ​​spanning aan te leggen tussen de source en de gate zoals weergegeven in onderstaande figuur.

De volgende afbeelding toont de stroom-spanningskarakteristiek van de IRF540-transistor.

De grafiek laat zien dat de transistor begint te geleiden wanneer de spanning tussen de gate en de source 4V nadert. Het duurt echter bijna 7 volt om volledig te openen. Dit is veel meer dan de output van de microcontroller.

In sommige gevallen kan een stroomsterkte van 15 mA en een spanning van 5V voldoende zijn. Maar wat als het te weinig is? Er zijn twee uitwegen.

1. U kunt speciale MOS-transistoren met verlaagde gate-sourcespanning gebruiken, bijvoorbeeld BUZ10L.
2. Als alternatief kunt u een extra versterker gebruiken om de stuurspanning te verhogen.

Ongeacht de toepassing heeft elke veldeffecttransistor verschillende belangrijke parameters, namelijk:

• Toegestane afvoer-bronspanning: UDSmax
• Maximale afvoerstroom: IDmax
• Openingsdrempelspanning: UGSth
• Kanaal aan-weerstand: RDson

In veel gevallen is RDson de belangrijkste parameter, omdat het ons indirect het vermogensverlies aangeeft, wat zeer ongewenst is.

Laten we bijvoorbeeld een transistor nemen in een TO-220-pakket met een weerstand RDson = 0,05 Ohm en een stroom van 4A die door deze transistor vloeit.

Laten we het vermogensverlies berekenen:

• UDS = 0,05Ω x 4A = 0,2V
• P = 0.2V x 4A = 0.8W

Het vermogensverlies dat de transistor in de TO-220-behuizing kan afvoeren, is iets meer dan 1 W, dus in dit geval kun je zonder radiator. Maar zelfs bij een stroomsterkte van 10A zullen de verliezen 5W bedragen, dus je kunt niet zonder radiator.

Daarom, hoe kleiner de RDson, hoe beter. Daarom moet bij het kiezen van een MOSFET voor een bepaalde toepassing altijd rekening worden gehouden met deze parameter.

In de praktijk neemt bij een toename van de toegestane spanning UDSmax de source-drain-weerstand toe. Kies daarom geen transistoren met een grotere UDSmax dan vereist.

MOP (burgerlijk) MOSFET) staat voor Metal-Oxide-Semiconductor van deze afkorting wordt de opbouw van deze transistor duidelijk.

Als het op de vingers zit, zit er een halfgeleiderkanaal in, dat dient als een soort van een plaat van een condensator en de tweede plaat is een metalen elektrode die zich door een dunne laag siliciumoxide bevindt, wat een diëlektricum is. Wanneer er een spanning op de poort wordt gezet, wordt deze condensator opgeladen, en trekt het elektrische veld van de poort ladingen naar het kanaal, waardoor er mobiele ladingen in het kanaal verschijnen die een elektrische stroom kunnen vormen en de drain-to- bronweerstand daalt sterk. Hoe hoger de spanning, hoe meer ladingen en hoe lager de weerstand, met als resultaat dat de weerstand kan dalen tot karige waarden - honderdsten van een ohm, en als je de spanning verder verhoogt, zal de oxidelaag afbreken en de khan transistor.

Het voordeel van een dergelijke transistor, in vergelijking met een bipolaire, ligt voor de hand: er moet spanning op de poort worden aangelegd, maar aangezien er een diëlektricum is, zal de stroom nul zijn, wat betekent dat de vereiste het vermogen om deze transistor te besturen zal schaars zijn, in feite verbruikt het alleen op het moment van schakelen, wanneer de condensator wordt opgeladen en ontladen.

Het nadeel komt voort uit zijn capacitieve eigenschap - de aanwezigheid van een capaciteit aan de poort vereist een grote laadstroom bij het openen. In theorie gelijk aan oneindig met oneindig kleine tijdsintervallen. En als de stroom wordt beperkt door een weerstand, laadt de condensator langzaam op - je kunt niet ontsnappen aan de tijdconstante van het RC-circuit.

MOS-transistoren zijn: P en N kanaal. Hun principe is hetzelfde, het enige verschil zit in de polariteit van de stroomdragers in het kanaal. Dienovereenkomstig, in een andere richting van de stuurspanning en opname in het circuit. Heel vaak worden transistors gemaakt in de vorm van complementaire paren. Dat wil zeggen, er zijn twee modellen met volledig identieke kenmerken, maar een daarvan is N en de andere is P-kanaal. Hun markering verschilt in de regel met één cijfer.

Ik heb de meest populaire MNP transistors zijn IRF630(n kanaal) en IRF9630(p-kanaal) in één keer heb ik ze gemengd met een dozijn en een half van elk type. Een niet erg groot lichaam hebben TO-92 deze transistor kan op beroemde wijze tot 9A door zichzelf trekken. De open weerstand is slechts 0,35 Ohm.
Dit is echter een vrij oude transistor, nu zijn er bijvoorbeeld dingen abrupter IRF7314, die dezelfde 9A kan trekken, maar tegelijkertijd in de SO8-behuizing past - zo groot als een notebookcel.

Een van de problemen bij het aanmeren MOSFET transistor en microcontroller (of digitale schakeling) is dat om volledig te openen tot volledige verzadiging, deze transistor eerder in de poort moet worden gerold dan meer spanning. Meestal is dit ongeveer 10 volt, en de MK kan er maximaal 5 geven.
Er zijn drie opties:

De keuze van een transistor is ook niet heel moeilijk, zeker als je je niet druk maakt over limiterende modes. Allereerst moet u zich zorgen maken over de waarde van de afvoerstroom - I Afvoer of ID KAART kies een transistor voor de maximale stroom voor uw belasting, beter met een marge van 10 procent. De volgende belangrijke parameter voor u is V GS- de verzadigingsspanning van de Source-Gate, of, eenvoudiger, de stuurspanning. Soms schrijven ze het, maar vaker moeten ze uit de hitlijsten kijken. Op zoek naar een grafiek van de outputkarakteristiek Afhankelijkheid ID KAART van V DS bij verschillende waarden V GS... En je bedenkt wat voor soort regime je zult hebben.

Zo moet je de motor van stroom voorzien op 12 volt, met een stroomsterkte van 8A. De bestuurder kwam vast te zitten en je hebt alleen een 5 volt stuursignaal. Het eerste dat in me opkwam na dit artikel is de IRF630. Geschikt voor stroom met een marge van 9A tegen de vereiste 8. Maar laten we eens kijken naar de uitgangskarakteristiek:

Als je een PWM naar deze sleutel gaat sturen, dan moet je informeren naar de openings- en sluitingstijden van de transistor, de hoogste kiezen en, ten opzichte van de tijd, de maximale frequentie berekenen waarop deze in staat is. Deze waarde heet Schakelvertraging of niet aan,t uit, in het algemeen, zoiets als dit. Welnu, de frequentie is 1 / t. Ook zal het niet overbodig zijn om naar de sluitercapaciteit te kijken. C iss op basis hiervan, evenals de beperkende weerstand in het poortcircuit, kunt u de laadtijdconstante van het poort RC-circuit berekenen en de snelheid schatten. Als de tijdconstante groter is dan de PWM-periode, zal de transistor niet openen / sluiten, maar in een tussentoestand blijven hangen, omdat de spanning aan de poort door deze RC-schakeling zal worden geïntegreerd in een constante spanning.

Houd bij het hanteren van deze transistoren rekening met het feit dat: ze zijn bang voor statische elektriciteit, niet alleen sterk, maar ZEER STERK... Het is meer dan realistisch om de sluiter met een statische lading te doorboren. Dus hoe ik het kocht, meteen in folie en haal het er pas uit als je het soldeert. We aardden ons achter de batterij en zetten een foliehoed op :).

Technologische mogelijkheden en vooruitgang in de ontwikkeling van krachtige veldeffecttransistoren hebben ertoe geleid dat het momenteel niet moeilijk is om ze tegen een betaalbare prijs te verwerven.

In dit opzicht is de interesse van radioamateurs voor het gebruik van dergelijke MOSFET-transistors in hun elektronische zelfgemaakte producten en projecten toegenomen.

Het is vermeldenswaard dat MOSFET's aanzienlijk verschillen van hun bipolaire tegenhangers, zowel wat betreft parameters als hun apparaat.

Het is tijd om kennis te maken met het apparaat en de parameters van krachtige MOSFET-transistors, zodat u, indien nodig, bewuster een analoog kiest voor een bepaalde instantie, en ook de essentie van bepaalde waarden die in de datasheet worden vermeld, kunt begrijpen.

Wat is een HEXFET-transistor?

Binnen de FET-familie is er een aparte groep van krachtige halfgeleiderapparaten die HEXFET's worden genoemd. Hun werkingsprincipe is gebaseerd op een zeer originele technische oplossing. Hun structuur is enkele duizenden MOS-cellen die parallel zijn geschakeld.

Cellulaire structuren vormen een zeshoek. Vanwege de hexagonale of anderszins hexagonale structuur wordt dit type power MOS-transistor HEXFET genoemd. De eerste drie letters van deze afkorting zijn ontleend aan het Engelse woord hex agonaal- "zeshoekig".

Onder de meervoudige vergroting ziet het kristal van een krachtige HEXFET-transistor er zo uit.

Zoals je kunt zien, heeft het een zeshoekige structuur.

Het blijkt dat een krachtige MOSFET in feite een soort supermicroschakeling is, waarin duizenden individuele eenvoudige veldeffecttransistoren zijn gecombineerd. Samen vormen ze één krachtige transistor die een grote stroom door zichzelf kan laten gaan en tegelijkertijd praktisch geen significante weerstand biedt.

Vanwege de speciale structuur en fabricagetechnologie van de HEXFET, is de weerstand van hun kanaal RDS (aan) aanzienlijk weten te verminderen. Dit maakte het mogelijk om het probleem van het schakelen van stromen van enkele tientallen ampères bij spanningen tot 1000 volt op te lossen.

Hier is slechts een klein toepassingsgebied voor krachtige HEXFET-transistors:

Schakelschema's voor voeding.

Oplaadapparaat.

Besturingssystemen voor elektrische motoren.

Laagfrequente versterkers.

Ondanks het feit dat mosfets gemaakt met behulp van de HEXFET-technologie (parallelle kanalen) een relatief lage open kanaalweerstand hebben, is hun toepassingsgebied beperkt en worden ze voornamelijk gebruikt in hoogfrequente hoogstroomcircuits. In hoogspannings-vermogenselektronica wordt soms de voorkeur gegeven aan op IGBT gebaseerde circuits.

Een schematisch diagram van een MOSFET-transistor (N-kanaal MOSFET).

Net als bipolaire transistors kunnen veldeffectstructuren voorwaartse of omgekeerde geleiding zijn. Dat wil zeggen, met een P-kanaal of N-kanaal. De conclusies zijn als volgt aangegeven:

D-afvoer (afvoer);

S-bron

G-poort (luik).

Hoe de veldeffecttransistoren van verschillende typen worden aangegeven, kunt u vinden in de schakelschema's op deze pagina.

De belangrijkste parameters van veldeffecttransistoren.

De volledige set MOSFET-parameters is mogelijk alleen vereist door ontwikkelaars van complexe elektronische apparatuur en wordt in de regel niet aangegeven in de datasheet (referentieblad). Het is voldoende om de basisparameters te kennen:

V DSS(Drain-to-Source Voltage) - spanning tussen drain en source. Dit is meestal de voedingsspanning van uw circuit. Houd bij het kiezen van een transistor altijd rekening met een marge van 20%.

ID KAART(Continue afvoerstroom) - afvoerstroom of continue afvoerstroom. Wordt altijd aangegeven wanneer de gate-source spanning constant is (bijv. V GS = 10V). Het gegevensblad geeft in de regel de maximaal mogelijke stroom aan.

RDS (aan)(Statische afvoer-naar-bron aan-weerstand) - afvoer-naar-bron weerstand van een open kanaal. Met een toename van de kristaltemperatuur neemt de weerstand van het open kanaal toe. Dit is gemakkelijk te zien op de grafiek uit de datasheet van een van de krachtige HEXFET-transistors. Hoe lager de weerstand van het open kanaal (R DS (aan)), hoe beter de mosfet. Het warmt minder op.

P D(Power Dissipation) - Het vermogen van de transistor in watt. Op een andere manier wordt deze parameter ook wel het dissipatievermogen genoemd. In de datasheet van een specifiek product wordt de waarde van deze parameter aangegeven voor een specifieke temperatuur van het kristal.

V GS(Gate-to-Source Voltage) - gate-source verzadigingsspanning. Deze spanning verhoogt bij overschrijding de stroom door het kanaal niet. Kortom, dit is de maximale spanning tussen gate en source.

VGS (de)(Gate Threshold Voltage) - de drempelspanning voor het inschakelen van de transistor. Dit is de spanning waarbij de opening van het geleidende kanaal plaatsvindt en het begint stroom door te laten tussen de klemmen van de source en drain. Als een spanning lager dan V GS (th) wordt aangelegd tussen de klemmen van de poort en de bron, wordt de transistor uitgeschakeld.

De grafiek laat zien hoe de drempelspanning V GS (th) afneemt met toenemende kristaltemperatuur van de transistor. Bij 175 ° C is het ongeveer 1 volt, en bij 0 0 C is het ongeveer 2,4 volt. Daarom geeft het gegevensblad in de regel het minimum aan ( min.) en maximaal ( maximaal) drempelspanning.

Laten we eens kijken naar de belangrijkste parameters van een krachtige HEXFET-transistor met veldeffect aan de hand van een voorbeeld: IRLZ44ZS door internationale gelijkrichter. Ondanks zijn indrukwekkende specificaties, heeft hij een kleine footprint D 2 PAK voor opbouwmontage. Laten we de datasheet eens bekijken en de parameters van dit product evalueren.

Spanningslimiet afvoerbron (V DSS): 55 volt.

Maximale afvoerstroom (I D): 51 Ampère.

Grenspoort-bronspanning (V GS): 16 Volt.

Open kanaal afvoer-bron weerstand (R DS (aan)): 13,5 mΩ.

Maximaal vermogen (PD): 80 watt.

De open kanaalweerstand van de IRLZ44ZS is slechts 13,5 milliohm (0,0135 ohm)!

Laten we eens kijken naar het "stuk" uit de tabel, waar de maximale parameters worden aangegeven.

Duidelijk is te zien hoe bij een constante poortspanning, maar bij temperatuurstijging, de stroom afneemt (van 51A (op t = 25 0 C) naar 36A (op t = 100 0 C)). Vermogen bij een behuizingstemperatuur van 25 0 is gelijk aan 80 watt. Sommige parameters in de pulsmodus worden ook aangegeven.

MOSFET's zijn snel, maar ze hebben één groot nadeel: een grote poortcapaciteit. In de documenten wordt de invoercapaciteit van het rolluik aangegeven als: C iss (Ingangscapaciteit:).

Wat is van invloed op de rolluikcapaciteit? Het beïnvloedt grotendeels bepaalde eigenschappen van veldeffecttransistoren. Omdat de ingangscapaciteit groot genoeg is en tientallen picofarads kan bereiken, is het gebruik van veldeffecttransistoren in hoogfrequente circuits beperkt.

Belangrijke kenmerken van MOSFET-transistoren.

Het is erg belangrijk bij het werken met veldeffecttransistors, vooral met een geïsoleerde poort, om te onthouden dat ze "dodelijk" zijn bang voor statische elektriciteit... Het is alleen mogelijk om ze in het circuit te solderen door de draden kort te sluiten met een dunne draad.

Tijdens opslag kunnen alle klemmen van de MOSFET het beste worden kortgesloten met gewone aluminiumfolie. Dit vermindert het risico op doorslag van statische elektriciteit van de poort. Bij montage op een PCB is het beter om een ​​soldeerstation te gebruiken in plaats van een gewone elektrische soldeerbout.

Een gewone elektrische soldeerbout heeft namelijk geen bescherming tegen statische elektriciteit en is niet via een transformator "ontkoppeld" van het lichtnet. Op zijn koperen steek zijn er altijd elektromagnetische "pickups" van het lichtnet.

Elke piek in de netspanning kan het item dat wordt gesoldeerd beschadigen. Daarom, door de veldeffecttransistor in het circuit te solderen met een elektrische soldeerbout, lopen we het risico de MOSFET te beschadigen.

KRACHTIGE GEMPORTEERDE VELDTRANSISTORS

Het controleren van de bruikbaarheid van de veldeffecttransistor kan worden uitgevoerd met een multimeter in de testmodus voor P-N-overgangen van diodes. De weerstandswaarde die door de multimeter bij deze limiet wordt weergegeven, is numeriek gelijk aan de voorwaartse spanning op de P-N-overgang in millivolt. Een werkende transistor moet een oneindige weerstand hebben tussen al zijn terminals. Maar in sommige moderne veldeffecttransistors met hoog vermogen is er een ingebouwde diode tussen de afvoer en de bron, dus het gebeurt dat het afvoer-bronkanaal zich tijdens het testen als een gewone diode gedraagt. Raak met de zwarte (negatieve) sonde de afvoer (D), de rode (positieve) - de bron (S) aan. De multimeter toont de voorwaartse spanningsval over de interne diode (500 - 800 mV). In omgekeerde voorspanning moet de multimeter een oneindig hoge weerstand vertonen, de transistor is uitgeschakeld. Verder, zonder de zwarte sonde te verwijderen, raakt u de sluiter (G) aan met de rode sonde en brengt u deze opnieuw terug naar de bron (S). De multimeter geeft 0 mV aan en voor elke polariteit van de aangelegde spanning werd de veldeffecttransistor geopend door hem aan te raken. Als je nu de sluiter (G) aanraakt met een zwarte sonde, zonder de rode sonde los te laten, en terugbrengt naar de afvoer (D), zal de veldeffecttransistor sluiten en zal de multimeter opnieuw de spanningsval over de diode weergeven. Dit geldt voor de meeste N-kanaal FET's.