En MOSFET, der bruges som kontakt, styrer strømstrømmen ved at ændre gate-spændingen. Den bruges, fordi den skifter hurtigt, kræver meget lidt indgangsstrøm og kan fungere effektivt i mange kredsløb.
Koblingsfunktion af en MOSFET
En MOSFET, der bruges som kontakt, er en halvlederenhed, der styrer strømmen mellem afløb og kilde ved at påføre en gate-spænding. Porten bestemmer, om vejen mellem afløbet og kilden forbliver slukket eller tænder. Fordi porten har en meget høj indgangsimpedans, kræver den meget lidt indgangsstrøm for at styre omskiftningen. Dette gør MOSFET'en nyttig i kredsløb, der kræver hurtig og effektiv omkobling.
MOSFET-omkoblingsproces
Skiftehandlingen af en MOSFET afhænger af gate-til-kilde-spændingen, eller VGS. Når gatespændingen forbliver under den tærskel, der er nødvendig for at danne en ledende kanal, forbliver MOSFET'en slukket, og strømmen løber ikke gennem drænkildevejen. Når gate-spændingen når det krævede niveau, dannes kanalen, og MOSFET'en tænder, hvilket tillader strøm at flyde.
MOSFET ON og OFF-tilstande
En MOSFET-switch har to hoveddriftstilstande: OFF og ON.
• I OFF-tilstanden er gate-til-kilde-spændingen for lav til at danne en kanal, så strømmen kan ikke flyde mellem afløbet og kilden. I denne tilstand blokerer MOSFET'en strømflowet.
• I ON-tilstanden er gate-til-kilde-spændingen høj nok til at danne en ledende kanal. Strømmen kan derefter flyde mellem afløbet og kilden, og MOSFET'en har lav modstand i påløbet.
MOSFET-switchtyper og konfigurationer
N-kanal MOSFET
En N-kanals MOSFET er almindelig i switching-kredsløb, fordi den har lavere on-resistance. Den tænder, når gatespændingen overstiger kildespændingen.
P-kanal MOSFET
En P-kanal MOSFET tændes, når gatespændingen er lavere end kildespændingen. Den bruges ofte, når kontakten placeres på forsyningssiden af kredsløbet.
Lavside-omkobling
Ved lavside-kobling placeres MOSFET'en mellem belastningen og jord. Denne opsætning bruges med N-kanal MOSFET'er.
Højside-omskiftning
Ved high-side switching placeres MOSFET'en mellem strømforsyningen og belastningen. Denne opsætning bruges, når belastningen forbliver forbundet til jord.
Hovedparametre for MOSFET-switchen
• Drænkildespændingsklassificeringen er den maksimale spænding, som MOSFET kan håndtere mellem afløb og kilde.
• Strømstyrken viser, hvor meget strøm MOSFET'en kan bære under de angivne betingelser.
• RDS(on) er drænkildemodstanden, når MOSFET'en er tændt. Det påvirker spændingsfald og ledningstab.
• Port-tærskelspændingen er den gate-til-kilde-spænding, hvor MOSFET'en begynder at lede. Den viser starten på kanaldannelsen, ikke fuld switching-ydelse.
• Gateladning er den mængde ladning, der kræves for at ændre gatespændingen under omskiftning. Det påvirker skifteadfærden.
MOSFET Strømtab og Beskyttelse
En MOSFET, der bruges som kontakt, medfører noget strømtab. Når den er tændt, sker ledningstab, fordi enheden stadig har en lille mængde tændingsmodstand. Under tænding og slukning opstår switch-tab også, fordi spænding og strøm kortvarigt overlapper, når MOSFET'en skifter tilstand.
I virkelige kredsløb kan omskiftning også udsætte MOSFET'en for elektrisk belastning. Induktive belastninger kan skabe spændingsspidser, når strømmen pludselig afbrydes. Disse effekter kan påvirke enhedens funktion og beskyttelsesbehov.
Anvendelser af MOSFET som switch
• Bruges i strømforsyningskredsløb til omkobling under spændingsomdannelse
• Anvendt i motorstyringskredsløb til at skifte strøm til hastigheds- og retningskontrol
• Bruges i LED-kredsløb til at skifte belysningsbelastninger
• Almindeligt i batteridrevne enheder for effektiv strømstyring
• Anvendt i digitale og styrekredsløb som elektroniske kontakter
Sammenligning: MOSFET som switch vs BJT som switch
| Aspekt | MOSFET som en Switch | BJT som en kontakt |
|---|---|---|
| Kontrolmetode | Styret af gate-spænding | Styret af basisstrøm |
| Inputkrav | Kræver meget lidt inputstrøm | Kræver en kontinuerlig basestrøm |
| Indgangsimpedans | Meget højt | Lavere end MOSFET |
| Omskiftningshastighed | Hurtigere omstilling | Langsommere omskiftning |
| Strømtab | Lavere ON-tilstand tab i mange tilfælde | Højere tab på grund af spændingsfald |
| Drivkredsløb | Simpel spændingsdrev | Kræver strøm |
| Effektivitet | Normalt højere | Normalt lavere |
| Varmegenerering | Lavere i mange koblingsapplikationer | Højere i mange koblingsapplikationer |
| Egnethed til højfrekvensomkobling | Mere passende | Mindre egnet |
| Følsomhed | Mere følsom over for statisk elektricitet | Mindre følsom over for statisk elektricitet |
| Nuværende kontroladfærd | Bedre til effektiv elektronisk omkobling | Bedre til strømstyret drift |
| Typisk brug af koblinger | Almindeligt i hurtige og effektive koblingskredsløb | Almindeligt i simple og billige koblingskredsløb |
Konklusion
En MOSFET fungerer som en kontakt ved at styre vejen mellem drain og kilden med gate-spændingen. Dens ydeevne afhænger af korrekt gate-drev, korrekte enhedsklassificeringer og kontrol af varme, tab og spændingsbelastning. Artiklen viser dens hovedtyper, omskiftningsadfærd, parametre, anvendelser og sammenligning med BJT-omkobling. At forstå disse punkter hjælper med at forklare, hvordan enheden fungerer sikkert i rigtige kredsløb.
Ofte stillede spørgsmål [FAQ]
Hvad gør en gate-modstand i et MOSFET-kredsløb?
En gate-modstand hjælper med at kontrollere skiftehastigheden og reducere støj.
Betyder gate-tærskelspændingen, at MOSFET'en er fuldt tændt?
Nej. Det betyder kun, at MOSFET'en begynder at lede.
Hvorfor bruge en logikniveau MOSFET?
Den kan tændes korrekt med lav gate-spænding.
Hvorfor er induktive belastninger risikable for en MOSFET?
De kan skabe spændingsspidser, der kan beskadige MOSFET'en.
10,5 Påvirker temperatur MOSFET's ydeevne?
Ja. Højere temperaturer kan øge modstand og varme.
Kan en MOSFET testes før brug?
Ja. Et multimeter kan tjekke for grundlæggende fejl.
