Управлявайте големи товари с Arduino и MOSFET транзистор
Инженеринг, изчислителна техника и дизайн
В предишен пост видяхме как да използваме транзистор BJT като електрически управляван превключвател, за да натоварваме мощности при нива на напрежение и интензивност, много по-високи от тези, които бихме могли да доставим с цифровите изходи или PWM изходите на Arduino.
В тази публикация вижте как да постигнете същото поведение с помощта на MOSFET транзистор. MOSFET-ите имат предимства в някои аспекти в сравнение с BJT, но най-голямото предимство на това, което ни тревожи в този пост, е, че ни позволяват да се справяме с големи товари.
въпреки това MOSFET транзисторите също имат своите недостатъци и особености, които ще видим по-късно. По този начин ще научим кога е удобно да се използва BJT транзистор или MOSFET транзистор, или дори комбинация от двете.
По време на този пост ще правим постоянна препратка към транзисторите BJT и тяхната работа, което ще вземем като основа за обяснение на MOSFET транзисторите. Така че, ако все още не сте запознати с работата му, е време да прегледате входа на транзисторите BJT.
MOSFET транзисторът е електронно устройство, широко използвано в съвременната електроника. Например, това е основният компонент на повечето процесори, където има интегрирани милиони транзистори.
MOSFET транзисторите са подсемейство от семейството FET транзистори (полеви транзистор). Има много други подсемейства на FET, като JFET (транзистор с полеви ефект), CMOS и TFT.
Подобно на транзисторите BJT, транзисторите FET са полезни в множество приложения. Някои от основните са действат като усилвател и действат като електрически управляван превключвател. В този пост се интересуваме от тази последна функция на транзистора.
Друга прилика с транзисторите BJT е, че има много модели транзистори с БНТ, всеки със свои собствени характеристики. Те също са представени в голямо разнообразие от интегрирани, така че не е възможно да се разграничат с един поглед характеристиките на транзистора, като се налага да се консултирате с неговия лист с данни, за да знаете характеристиките.
Като BJT транзистори FET транзисторът има три терминала, въпреки че имената им са различни от това, което откриваме в транзисторите BJT.
- Порта, подобно на базата BJT
- Източник, подобно на издателя BJT
- Изцедете, подобно на BJT колектора
Също подобен на транзисторите BJT FET транзисторите имат 3 режима на работа, въпреки че активната зона на BJT се заменя с линейна или омична зона. (И не само това е проста промяна на името, всъщност и двете зони имат много различни операции)
- съдебна зала, транзисторът се държи като отворена верига между източника и канализацията
- Наситеност, се държи като късо между Source и Drain
- Линейна зона, се държи като резистор с променлива стойност
И подобно на случая с транзистори BJT, за да включим товар, ние се интересуваме да управляваме FET като електрически управляван превключвател, за който ние ще използваме режимите в режимите на изрязване и насищане, избягване на линейната зона.
FET транзисторите обаче имат важни разлики от BJT транзисторите. На първо място, работата му не се основава на обединението на полупроводникови материали, а при създаването на канал за канал между източника и канализацията в рамките на един полупроводников материал. Ширината на този канал се контролира от терминала Gate.
Друга важна разлика е, че състоянието на FET транзистор се контролира от напрежението, приложено към портата, за разлика от BJT, чието състояние зависи от тока, протичащ през основата. Следователно, FET са устройства, контролирани по напрежение, докато BJT са текущо контролирани устройства.
Друго голямо предимство е това в режим на насищане транзисторите MOSFET се държат като съпротивление с много малка стойност, като има предвид, че транзисторите BJT винаги налагат спад на напрежението. Това позволява на MOSFET транзисторите да се справят с огромни товари с малко разсейване на мощността.
Има повече разлики между двете устройства, които, въпреки че не влияят пряко на този запис, е удобно да се преглеждат.
MOSFET са много по-симетрични устройства от BJT (поведението от Drain към Source и обратно е подобно). Освен това те имат висок импеданс от портата (от порядъка на 100MΩ), което е голямо предимство при комбинирането им за оформяне на цифрови схеми.
Като цяло времената за превключване са по-бързи от BJT. Те също така генерират по-малко шум и са по-малко чувствителни към температура.
И накрая, транзисторите MOSFET са по-лесни за производство, освен че могат да симулират поведението на съпротивление с тях. Това ги прави чудесни кандидати за обучение на чипове и процесори.
Ако си спомним входа на BJT транзистори, BJT транзисторът се държи като линеен усилвател на тока в основата (Ib) и интензитета на колектора (Ic), с определен коефициент hFE, което поражда поредица от модели и изчисления.
В случай на MOSFET, токът през дренажа (Id) има квадратична връзка с напрежението между порта и източника (Vgs). Предвид тази квадратична връзка, вместо да представяме математически модел, препоръчваме вижте графиките на листа с данни за определяне на работната точка на транзистора.
За да можем обаче да използваме и преди всичко да можем правилно да изберем транзисторен модел за нашето сглобяване, трябва да разберем два аспекта от работата на полевите транзистори.
От една страна, транзисторът MOSFET се държи като променлив резистор между източване и източник. В линейната зона стойността на съпротивлението зависи от напрежението Vgs. След точката на насищане съпротивлението Rds намалява драстично (тази стойност на Rds в насищане често се нарича Rdson)
От друга страна, портата на транзистора се държи като кондензатор. Тоест, транзисторът трябва да поеме определено количество електрически заряд (еквивалентно на интензитет за определено време), за да промени режима си на работа.