MOSFET: vše, co potřebujete vědět o tomto typu tranzistoru

Existuje několik typů tranzistorů. Tato elektronická zařízení jsou v moderní elektronice velmi důležitá a představovala zásadní krok vpřed v přechodu od elektroniky založené na vakuových trubicích k elektronice v pevné fázi, která je mnohem spolehlivější a spotřebovává méně energie. MOSFETy se ve skutečnosti používají ve většině čipů nebo integrovaných obvodů, i když je můžete najít i na deskách plošných spojů pro mnoho dalších aplikací.

Protože se jedná o tak důležitou polovodičovou součástku , řeknu vám vše, co potřebujete vědět o tomto vědeckém a technickém díle, které nám umožňuje vyrábět tolik obvodů a v mnoha ohledech zlepšilo naše životy.

Co je to tranzistor?

Slovo tranzistor pochází z převodového rezistoru (transfer-resistor) a byl vynalezen v roce 1951, ačkoli v Evropě existovaly patenty a vývojové projekty již předtím, než Američané představili první návrh, ale to je jiný příběh... V té době hledali polovodičové zařízení v pevné fázi, které by mohlo nahradit primitivní a nespolehlivé elektronky, z nichž se tehdy vyráběly počítače a další elektronická zařízení.

Vakuové trubice neboli elektronky mají podobnou architekturu jako běžné žárovky, a proto se také spálily. Aby stroje mohly nadále fungovat, musely být často vyměňovány. Navíc generovaly teplo, což znamenalo, že kvůli své neúčinnosti plýtvaly velkým množstvím energie ve formě tepla. Proto byly nepraktické a naléhavě potřebovaly náhradu.

V laboratořích Bell Labs společnosti AT&T se William Shockley, John Bardeen a Walter Brattain pustili do práce na vývoji polovodičového zařízení. Pravdou je, že měli problém najít klíč. Projekt byl držen v tajnosti, protože se vědělo, že se něco podobného vyvíjí i v Evropě. Zasáhla však druhá světová válka a protagonisté museli jít do boje. Po návratu záhadně našli řešení.

První prototyp, který vytvořili, byl velmi primitivní a měl vážné konstrukční problémy. Mezi nimi byla jeho složitost a obtížná hromadná výroba. Navíc používal zlaté součástky, což ho prodražovalo, a hrot někdy ztrácel kontakt s polovodičovým krystalem, což způsobovalo, že krystal přestal fungovat a pro obnovení kontaktu bylo nutné ruční zatlačení. Popravdě řečeno, tímto vynálezem toho moc nevyřešili, ale krůček po krůčku se prováděla vylepšení a objevovaly se nové typy.

Už měli menší polovodičové elektronické součástky , které zmenšovaly velikost rádií, alarmů, aut, počítačů, televizorů atd.

Díly a provoz

Tranzistor se skládá ze tří pinů nebo kontaktů, které se dále dotýkají tří odlišných polovodičových oblastí. U bipolárních tranzistorů se tyto oblasti nazývají emitor, báze a kolektor. U unipolárních tranzistorů, jako jsou MOSFETy, se obvykle nazývají zdroj, hradlo a odtok. Měli byste si pečlivě přečíst datové listy nebo katalogy, abyste správně identifikovali piny a vyhnuli se jejich záměně, protože to určí funkci tranzistoru.

Související článek:

Tranzistor 2N2222: vše, co potřebujete vědět

Dvířka neboli základna fungují jako spínač, který otevírá nebo zavírá tok proudu mezi zbývajícími dvěma konci. Takto to funguje. A na základě toho je lze použít ke dvěma základním funkcím:

Funkce 1: Může působit na přenos nebo řezání elektrických signálů, tj. Jako přepínač pro digitální elektroniku. To je důležité pro binární nebo digitální systém, protože ovládáním brány (pomocí 0 nebo 1) můžete na jejím výstupu (0/1) získat jednu nebo druhou hodnotu. Tímto způsobem lze vytvořit logické brány.
Funkce 2: lze také použít pro analogovou elektroniku jako zesilovače signálu. Pokud malá intenzita dosáhne základny, lze ji převést na větší mezi kolektorem a emitorem, který lze použít jako výstup.

Druhy tranzistorů

Symboly MOSFET N a P

Po zvážení základních funkcí a trochy historie tranzistorů byly v průběhu času vylepšovány a optimalizovány pro specifický typ aplikace, což vedlo ke vzniku těchto dvou rodin, které mají několik typů :

Nezapomeňte, že zóna N je druh polovodiče dopovaný donorovými nečistotami, tj. Pentavalentními sloučeninami (fosfor, arsen, ...). To jim umožní vzdát se elektronů (-), protože většinovými nosiči jsou elektrony, zatímco menšinovými jsou díry (+). V případě P zóny je to naopak, většina budou díry (+), proto se tomu říká. To znamená, že přitahují elektrony. K dosažení tohoto cíle je dopován dalšími akceptorovými nečistotami, tj. Trivalenty (hliník, indium, galium, ...). Normálně je základním polovodičem obvykle křemík nebo germanium, i když existují i jiné typy. Dopantové látky jsou obvykle ve velmi nízkých dávkách, v řádu jednoho atomu nečistot na každých 100.000.000 1 10.000 atomů polovodiče. V některých případech se mohou vytvořit těžké nebo vysoce dotované oblasti, jako je P + nebo N +, které mají XNUMX atom nečistot na XNUMX XNUMX.

BJT (bipolární tranzistor): je to bipolární tranzistor, nejkonvenčnější. V tomto případě musíte vstřikovat základní proud, abyste regulovali kolektorový proud. Uvnitř jsou dva typy:
- NPN: Jak jeho název napovídá, má polovodičovou zónu dopovanou na typ N, která působí jako emitor, další centrální P jako základnu a další pro kolektor také typu N.
- PNP: v tomto případě je to naopak, základna bude typu N a zbývající dvě typu P. To zcela změní jeho elektrické chování a způsob, jakým se používá.
FET (tranzistor s efektem pole): tranzistor s efektem pole a jeho nejvýznamnějším rozdílem od BJT je způsob, jakým je provozován s jeho ovládacím terminálem. V tomto případě se řízení provádí aplikací napětí mezi hradlem a zdrojem. V rámci tohoto typu existuje několik podtypů:
- JFET: ty na spoji FET jsou vyčerpané a mají kanálovou nebo polovodičovou zónu, která může být jednoho nebo druhého typu. Podle toho mohou být zase:
  - Kanál N.
  - Z kanálu P.
- MOSFET: jeho zkratka pochází z Metal Oxide Semiconductor FET, tak pojmenovaného proto, že pod kontaktem dveří se používá tenká vrstva oxidu křemičitého pro generování potřebného pole, kterým lze řídit průchod proudu jeho kanálem, aby mezi nimi mohl proudit zdroj a vydavatel. Kanál může být typu P, takže tam budou dvě studny N pro odtok a zdroj; nebo typu N se dvěma jamkami typu P pro zdroj a odtok. Liší se od výše uvedeného, v tomto případě můžete mít:
  - Odklonění nebo vyčerpání:
    - Kanál N.
    - Z kanálu P.
  - Vylepšené nebo vylepšené:
    - Kanál N.
    - Z kanálu P.
  - Ostatní: TFT, CMOS, ...
Další.

Rozdíly spočívají ve vnitřní architektuře polovodičových zón každého z nich…

MOSFET

MOSFET umožňuje zvládat velké zátěže, což může být užitečné pro určité obvody s vaším Arduinem, jak uvidíte později. Jeho výhody ho ve skutečnosti činí tak užitečným v moderní elektronice. Může fungovat jako zesilovač nebo jako elektronicky řízený spínač. U každého typu MOSFETu, který si koupíte, byste si měli vždy přečíst datový list a ověřit jeho vlastnosti, protože ne všechny MOSFETy jsou stejné.

Rozdíl mezi N-kanálem a P-kanálem je:

Kanál P: K aktivaci kanálu P pro průchod proudu je na bránu přivedeno záporné napětí. Zdroj musí být připojen na kladné napětí. Pamatujte, že kanál, na kterém je brána, je kladný, zatímco jamky pro odtok a zdroj jsou záporné. Tímto způsobem je proud „tlačen“ kanálem.
Kanál N: V tomto případě je na bránu přivedeno kladné napětí.

Tyto položky jsou velmi levné , takže si jich můžete koupit velké množství, aniž byste museli utratit majlant. Zde je například několik komerčních položek, které si můžete koupit ve specializovaných obchodech:

Nebyly nalezeny žádné produkty..
Nebyly nalezeny žádné produkty..
Nebyly nalezeny žádné produkty..
Nebyly nalezeny žádné produkty..

Pokud ho budete používat pro vyšší výkony, bude se zahřívat, takže by bylo dobré použít chladič, který ho trochu ochladí …

Integrace s Arduino

MOSFET může být velmi užitečný pro řízení signálů pomocí desky Arduino , takže pokud si vzpomínáte, může sloužit podobnému účelu jako reléový modul . Ve skutečnosti se MOSFET moduly prodávají také speciálně pro Arduino, jako například ten uvedený zde ( Nenalezeny žádné produkty.) , který je jeden z nejoblíbenějších. U těchto modulů je tranzistor již namontován na malé desce plošných spojů, což jeho použití výrazně usnadňuje.

Ale není to jediný, který můžete použít s Arduinem; existují i další docela běžné, jako například IRF520 a IRF540 , které umožňují jmenovité proudy 9.2 a 28 A, ve srovnání se 14 A u IRF530.

Existuje mnoho modelů MOSFETů, ale ne všechny se doporučují pro přímé použití s procesorem, jako je Arduino, kvůli omezením napětí a proudu na jejich výstupech.

Pokud používáte modul IRF530N, dát Příklad, můžete spojit konektor označený SIG na desce s jedním z kolíků na desce Arduino UNO, jako je D9. Poté připojte GND a Vcc k odpovídajícím na desce Arduino, jako je GND a 5v, v tomto případě k napájení.

Pokud jde o jednoduchý kód , který by toto jednoduché schéma reguloval, vypadal by následujícím způsobem, který povoluje nebo zabrání průchodu zátěže na výstup každých 5 sekund (v případě našeho schématu by to byl motor, ale může to být cokoli chcete…):

onst int pin = 9;    //Pin donde está conectado el MOSFET
 
void setup() {
  pinMode(pin, OUTPUT);  //Definir como salida para controlar el MOSFET
}
 
void loop(){
  digitalWrite(pin, HIGH);   // Lo pone en HIGH
  delay(5000);               // Espera 5 segundos o 5000ms
  digitalWrite(pin, LOW);    // Lo pone en LOW
  delay(5000);               // Espera otros 5s antes de repetir el bucle
}