Zajímá vás pochopení funkčnosti a struktury elektronického zařízení? Proč nedekódovat symbol MOSFET a nezískat tak správné znalosti?
Ať už se jedná o mikročip nebo výkonové zařízení, MOSFETy jsou přítomny ve všech elektrických spotřebičích. V tomto blogu vysvětlíme vše, co potřebujete vědět o symbolu MOSFET, a to včetně diagramů.
Čtěte dál a dozvíte se více.
Co je to MOSFET?
MOSFET (polovodičový tranzistor typu kov-oxid-polovodič) přepíná nebo zesiluje elektronické signály. Je nezbytnou součástí moderní elektroniky, obvykle v napájecích zdrojích, měničích, střídačích, mikroprocesorech a mnoha dalších aplikacích.
MOSFETy jsou dvojího typu:
● P-kanálový MOSFET
● N-kanálový MOSFET
P-kanálový MOSFET vede proud, když je na bránu přivedeno záporné napětí, zatímco N-kanálový MOSFET vede proud, když je na bránu přivedeno kladné napětí.
O PCBasicu
Čas jsou ve vašich projektech peníze – a PCBasic chápe PCBasic je Firma pro montáž desek plošných spojů který pokaždé přináší rychlé a bezchybné výsledky. Náš komplexní Montážní služby PCB zahrnují odbornou technickou podporu v každém kroku, což zajišťuje špičkovou kvalitu každé desky. Jako přední Výrobce sestav plošných spojů, Nabízíme komplexní řešení, které zefektivní váš dodavatelský řetězec. Spolupracujte s naší pokročilou Továrna na prototypy plošných spojů pro rychlé vyřízení a vynikající výsledky, na které se můžete spolehnout.
Vysvětlení základních symbolů MOSFETu
Symbol N-kanálového MOSFETu
Šipka směřující ke kanálu značí, že nosiči náboje jsou elektrony. Zapne se, když je na bránu přivedeno kladné napětí (vyšší než prahové napětí). Pokud však na bráně není žádné napětí, zůstane vypnutá.
Zde je několik funkcí:
● Šipka ukazuje směr k kanálu.
● Elektrony jsou nositeli náboje.
● Zařízení se zapne, když brána udržuje vyšší úroveň napětí než zdroj.
● Zařízení funguje v režimu přepínání a zesilování.
Symbol P-kanálového MOSFETu
Symbol je šipka směřující od kanálu (díry jako nosiče náboje). Rozsvítí se, když je na bránu přivedeno záporné napětí. Jinak zůstane standardně vypnutý.
● Šipka se vydává opačným směrem než je směr kanálu.
● Díry jsou nosiči náboje.
● Když si brána udrží negativní potenciál ve srovnání se zdrojem, zařízení se aktivuje.
● MOSFETy s P-kanálem nacházejí uplatnění v určitých aplikacích, i když N-kanálové MOSFETy mají širší využití.
Tři MOSFET terminály jsou Gate (G), Drain (D) a Source (S).
Brána
Gate je jeden z pinů MOSFETu, který řídí tok proudu mezi Drain a Source. V podstatě funguje jako spínač, který povoluje nebo blokuje tok proudu na základě aplikovaného napětí mezi gate a source (V_GS).
Vysušit
Drain je výstupní svorka, ze které proud vystupuje. U N-kanálového MOSFETu teče konvenční proud z Drainu do Source, když je zapnutý. U P-kanálového MOSFETu teče ze Source do Drainu.
Zdroj
Zdroj je svorka, kudy vstupuje proud. Obvykle je připojen k zemi (N-kanál) nebo k kladnému napájecímu napětí (P-kanál).
Kromě toho má také substrátové těleso připojené ke zdroji.
Klasifikace MOSFETů
MOSFETy se klasifikují na základě dvou kritérií: typu kanálu (N-kanál nebo P-kanál) a provozního režimu (režim zesílení nebo vyčerpání). Typ kanálu může být N-kanál (záporné nosiče náboje) nebo P-kanál (kladné nosiče náboje); provozní režimy se však klasifikují na vyčerpání a zesílení.
Pojďme si udělat podrobný rozpis, aby pro vás byla klasifikace MOSFETů srozumitelná.
1. MOSFET s režimem vylepšení N-kanálového signálu
Tento kanál je založen na 2 silně dopovaných n-oblastech: i) Source a ii) Drain. Obě jsou vloženy do substrátu typu P. Gate je od substrátu izolován tenkou vrstvou oxidu křemičitého (SiO2). Pokud na Gate není přivedeno žádné napětí, neprotéká proud, protože neexistuje vodivý kanál.
Zesílení N-kanálu funguje, když je na hradlo přivedeno kladné napětí. Přitahuje elektrony blízko vrstvy oxidu křemičitého. Při určitém napětí (VTH nebo Threshold) se po nahromadění dostatečného množství elektronů mezi n-oblastmi vytvoří vodivý n-kanál, což vede k toku proudu.
Zvýšení napětí mezi hradlem a zdrojem (VGS) zlepšuje kvalitu kanálu a zvyšuje vodivost. MOSFET přechází do režimu saturace, když VDS ≥ VGS - VTH, a v této oblasti funguje efektivně jako zesilovač.
2. MOSFET s režimem vylepšení P-kanálového signálu (PMOS)
Díry tvoří většinu nosičů náboje v PMOS MOSFETu. Na rozdíl od n-kanálu v tomto zařízení dominují elektrony. Na rozdíl od n-kanálu je postaven na substrátu typu n. Pro izolační účely se používá tenká vrstva oxidu křemičitého.
Při vylepšení P-kanálu aktivuje záporné napětí MOSFET na hradle (G), což umožňuje tok proudu ze zdroje (Source) do odtoku (Drain).
Se zvyšujícím se záporným napětím mezi hradlem a zdrojem (VGS) se vodivý kanál rozšiřuje, což má za následek zvýšení toku proudu.
MOSFET s P-kanálovým vylepšením funguje jako napěťově řízený spínač a je ideální pro aplikace se spínáním na vysoké straně. Zajišťuje plynulou regulaci proudu mezi zdrojem a odtokem.
3. MOSFET s režimem vyčerpání N-kanálů
V tomto typu kanálu jsou v substrátu typu p zabudovány 2 N-oblasti (zdroj a odtok). Oblast kanálu se nachází mezi těmito dvěma n-oblastmi. Kanál je navíc předem definován během výrobního procesu. Pro izolaci se používá vrstva oxidu křemičitého.
Ve výchozím nastavení proud protéká v režimu ochuzování n-kanálu, i když je VGS=0V. V režimu ochuzování se proud snižuje, když je aplikováno záporné VGS, čímž se odpuzují elektrony. V mnoha elektronických aplikacích funguje jako napěťově řízený spínač.
4. MOSFET s režimem vyčerpání P-kanálu
Režim vyčerpání P-kanálu je opačný k režimu vyčerpání N-kanálu. Je předem vytvořen s použitím kanálu typu p. Když je aplikováno záporné napětí, přitahuje elektrony a ovlivňuje vodivost. Drain je při vyčerpání p-kanálu obráceně polaritní, což umožňuje průtok proudu.
Zvýšení záporného napětí na odtoku vytváří oblast vyčerpání a snižuje tok proudu.
Nastavení napětí řídí vodivost při vyčerpání P-kanálu. Gate a Drain zůstávají na záporné polaritě, zatímco Source zůstává na nulovém napětí.
Čtení symbolů MOSFETů ve schématech
Spínače a zesilovače patří mezi nejpoužívanější obvody napájené MOSFETy.
MOSFET jako přepínač
MOSFETy se používají v budičích motorů, digitálních obvodech a v řízení výkonu. Mají standardní vypínač založený na napětí na hradle. N-kanálový MOSFET se zapíná při kladném napětí na hradle, zatímco P-kanálový MOSFET se zapíná při záporném napětí na hradle.
MOSFET jako zesilovač
Používají se ve zpracování signálu, audio zesilovačích a RF obvodech. MOSFET zesilovače obvykle pracují v saturační (nebo aktivní) oblasti, kde malá změna napětí na hradle řídí větší odtokový proud.
Rychlé tipy pro rozpoznání N-kanálových a P-kanálových MOSFETů v obvodu
S jasnou znalostí typů MOSFETů je můžete lépe dekódovat. Nejběžnější rozdíl mezi N-kanálovými a P-kanálovými MOSFETy v obvodu je:
● N-kanálový MOSFET je obvykle připojen k dolní straně zátěže nebo k zemi, zatímco P-kanálový MOSFET je připojen k horní straně, tj. k napájení.
● Za druhé, N-kanálový MOSFET se zapne, jakmile napětí na hradle překročí napětí na zdroji. Naopak, P-kanálový MOSFET se zapne, když je napětí na hradle nižší než napětí na zdroji.
● V N-kanálovém MOSFETu proud teče z od odtoku ke zdroji, zatímco u MOSFETu s P-kanálovým kanálem teče od zdroje k odtoku.
● A konečně, tělesná dioda v N-kanálovém MOSFETu vede od zdroje k odtoku, zatímco v P-kanálovém MOSFETu vede od odtoku ke zdroji.
Časté chyby při interpretaci symbolů MOSFET
Při čtení symbolů MOSFETů je běžné dělat chyby.
1. Nejčastější chybou při interpretaci MOSFETu je záměna symbolů, což může vést k nesprávnému chování obvodu. V symbolu N-kanálového MOSFETu šipka ukazuje od zdroje ke kanálu. V symbolu P-kanálového MOSFETu šipka ukazuje od kanálu ke zdroji, což ukazuje směr konvenčního proudu (toku děr).
2. Druhou častou chybou je špatná interpretace požadavků na napětí na hradle, což může zabránit zapnutí MOSFETu.
3. Někdy mnoho amatérů, ale i profesionálů, nesprávně interpretuje terminály. Je to proto, že ignorují jejich označení. V důsledku toho považují všechny terminály za stejné. Proto je nezbytné zkontrolovat detaily symbolů.
4. Ignorování tělesného spojení může způsobit neočekávané reakce obvodu.
5. Při přepínání mezi symboly režimu vyčerpání a vylepšení můžete předpokládat, že MOSFETy jsou vypnuté. Nepřehlédněte proto pokyny uvedené u symbolů.
6. Mnoho lidí si během provozu nevšimne volitelného symbolu tělesa nebo substrátu. Pochopení funkce tohoto terminálu je zásadní, i když chybí na samostatném displeji. Terminál hraje roli v úpravě provozních charakteristik MOSFETu pro specifické aplikace v obvodech. Zanedbání tohoto terminálu by mohlo vést k nesprávné interpretaci v energetických aplikacích.
7. Schémata se mohou lišit. Různé zdroje mohou uvádět symboly, které se od sebe liší. Ověřte specifikace součástek pomocí oficiálního datového listu.
Závěr
Pochopení a správná interpretace symbolů MOSFETů je nezbytná pro vytvoření efektivního elektronického obvodu. Při výběru MOSFETů pro specifické aplikace, zejména u aplikací s vysokým výkonem, je třeba zvážit jejich jmenovitý výkon, jako je maximální ztrátový výkon ve wattech (W) nebo kilowattech (kW). To pomáhá zajistit, aby tranzistor zvládl požadovanou úroveň výkonu efektivně a bez selhání.
Tato příručka obsahuje všechny potřebné informace k pochopení fungování MOSFETů a rozpoznání symbolů PMOS a NMOS, aby inženýři mohli vytvářet efektivní návrhy elektronických obvodů.
Pokud se věnujete návrhu elektroniky jako koníčku, tato příručka vám pomůže pochopit základní mechanismus MOSFETů a jejich funkčnost.
