Nagy terheléseket vezérelhet Arduino és MOSFET tranzisztorral
Mérnöki munka, számítástechnika és tervezés
Egy korábbi bejegyzésünkben láthattuk, hogyan lehet egy BJT tranzisztort elektromosan vezérelt kapcsolóként használni, hogy sokkal nagyobb feszültségű és intenzitású terheléseket tápláljunk, mint amilyeneket az Arduino digitális kimeneteivel vagy PWM kimeneteivel ellátni tudnánk.
Ebben a bejegyzésben megtudhatja, hogyan érhető el ugyanaz a viselkedés MOSFET tranzisztor segítségével. A MOSFET-ek bizonyos szempontból előnyökkel járnak a BJT-khez képest, de ami ebben a bejegyzésben foglalkoztat minket, a legnagyobb előny az, hogy lehetővé teszi számunkra a nagy terhelések kezelését.
Mindazonáltal A MOSFET tranzisztoroknak is vannak hátrányai és sajátosságai, amelyeket később látni fogunk. Ily módon megtudhatjuk, mikor kényelmes BJT vagy MOSFET tranzisztort, vagy akár mindkettő kombinációját használni.
A bejegyzés alatt folyamatosan hivatkozunk a BJT tranzisztorokra és azok működésére, amelyeket a MOSFET tranzisztorok magyarázatának alapjául veszünk. Tehát, ha még nem ismeri a működését, akkor jó alkalom a BJT tranzisztorok bemenetének áttekintésére.
A MOSFET tranzisztor a modern elektronikában széles körben használt elektronikus eszköz. Például ez a legtöbb processzor fő eleme, ahol mindegyikbe integráltan több millió tranzisztor található.
A MOSFET-ek a FET tranzisztorcsalád alcsaládjai (terepi tranzisztor). A FET-eknek számos más alcsaládja van, például JFET-ek (join field effect transistor), CMOS és TFT-k.
A BJT tranzisztorokhoz hasonlóan a FET tranzisztorok is több alkalmazásban hasznosak. A főbbek közül néhány erősítőként és elektromosan vezérelt kapcsolóként működnek. Ebben a bejegyzésben a tranzisztor utolsó funkciója érdekel.
A BJT tranzisztorok másik hasonlósága, hogy sok FET tranzisztor modell létezik, mindegyiknek megvan a maga jellemzője. Nagyon sokféle integrált formában vannak bemutatva, így nem lehet egy pillantással megkülönböztetni a tranzisztor jellemzőit, a jellemzőinek megismeréséhez az adatlapján kell tanulmányoznunk.
Mint a BJT tranzisztorok egy FET tranzisztornak három terminálja van, bár nevük eltér a BJT tranzisztoroknál tapasztaltaktól.
- Kapu, hasonlóan a BJT bázishoz
- Forrás, hasonlóan a BJT kibocsátóhoz
- Csatorna, hasonló a BJT elosztóhoz
Hasonló a BJT tranzisztorokhoz is A FET tranzisztoroknak 3 működési módjuk van, bár a BJT aktív zónáját lineáris vagy ohmos zóna váltja fel. (És nemcsak egyszerű névváltoztatásról van szó, valójában mindkét zónának nagyon különböző műveletei vannak)
- bíróság, a tranzisztor nyitott áramkörként viselkedik a Forrás és a Drain között
- Telítettség, rövidként viselkedik a Forrás és a Drain között
- Lineáris zóna, változó értékű ellenállásként viselkedik
És hasonlóan a BJT tranzisztorokhoz, a terhelés bekapcsolása érdekében érdekeltek vagyunk abban, hogy a FET-et elektromosan vezérelt kapcsolóként működtessük. a módokat a vágás és a telítettség módban fogjuk használni, kerülve a lineáris zónát.
A FET tranzisztorok azonban fontos különbségeket mutatnak a BJT tranzisztoroktól. Először is, működése nem a félvezető anyagok egyesülésén alapul, hanem a csatorna létrehozásában a Forrás és a Drain között egyetlen félvezető anyagon belül. Ennek a csatornának a szélességét a Gate terminál vezérli.
Egy másik fontos különbség az, hogy egy FET tranzisztor állapotát a kapura alkalmazott feszültség szabályozza, ellentétben a BJT-kkel, amelyek állapota az alapon átfolyó áramtól függ. Ezért, A FET feszültségvezérelt eszközök, míg a BJT-k áramvezérelt eszközök.
A másik nagy előny az telítettség módban a MOSFET tranzisztorok nagyon kicsi értékű ellenállásként viselkednek, míg a BJT tranzisztorok mindig feszültségesést okoztak. Ez lehetővé teszi a MOSFET tranzisztorok számára, hogy hatalmas terheléseket kezeljenek, kis energiaeloszlás nélkül.
Több különbség van mindkét eszköz között, amelyek bár nem befolyásolják közvetlenül ezt a bejegyzést, mégis kényelmes áttekinteni.
A MOSFET-ek sokkal szimmetrikusabb eszközök, mint a BJT-k (a viselkedés a lefolyástól a forrásig és fordítva hasonló). Ezenkívül nagy az impedanciájuk a kaputól (100MΩ nagyságrendű), ami nagy előny, ha digitális áramkörökké alakítják őket.
Általában a kapcsolási idők gyorsabbak, mint a BJT-k. Ezenkívül kevesebb zajt generálnak és kevésbé érzékenyek a hőmérsékletre.
Végül a MOSFET tranzisztorok gyártása egyszerűbb, amellett, hogy szimulálni tudják velük az ellenállás viselkedését. Ez nagyszerű jelöltté teszi őket chipek és processzorok képzésére.
Ha emlékezünk a BJT tranzisztorok bemenetére, akkor a BJT tranzisztor az alapban lévő áram (Ib) és a kollektor intenzitásának (Ic) lineáris erősítőjeként viselkedik, bizonyos hFE tényező mellett, ami modellek és számítások sorozatát eredményezi.
A MOSFET-ek esetében a lefolyón (Id) átmenő áram másodfokú kapcsolatban van a kapu és a forrás (Vgs) közötti feszültséggel. Tekintettel erre a másodfokú összefüggésre, matematikai modell felállítása helyett javasoljuk olvassa el az Adatlap grafikonjait a tranzisztor működési pontjának meghatározásához.
Ahhoz azonban, hogy használhassuk és mindenekelőtt helyesen választhassunk ki tranzisztoros modellt szerelésünkhöz, meg kell értenünk a FET-ek működésének két aspektusát.
Egyrészt, a MOSFET tranzisztor változó ellenállásként viselkedik a Drain és a Source között. A lineáris zónában az ellenállás értéke a Vgs feszültségtől függ. A telítési ponton túl az Rds ellenállás drasztikusan csökken (az Rds ezen értékénél a telítettségnél gyakran Rdsonnak hívják)
Másrészről, a tranzisztor kapuja kondenzátorként viselkedik. Vagyis a tranzisztornak bizonyos mennyiségű elektromos töltést kell elnyelnie (egyenértékű, egy ideig tartó intenzitás), hogy megváltoztassa a működési módját.