MOSFET, mida kasutatakse lülitina, juhib vooluvoolu, muutes värava pinget. Seda kasutatakse, kuna see lülitub kiiresti, vajab väga vähe sisendvoolu ja suudab töötada tõhusalt paljudes ahelates.
MOSFET-i lülitusoperatsioon
MOSFET, mida kasutatakse lülitina, on pooljuhtseade, mis reguleerib voolu äravoolu ja allika vahel, rakendades väravapinget. Värav määrab, kas kanalisatsiooni ja allika vaheline tee jääb välja või lülitub sisse. Kuna väraval on väga kõrge sisendtakistus, vajab see lülituse juhtimiseks väga vähe sisendvoolu. See teeb MOSFET-ist kasuliku ahelates, mis vajavad kiiret ja tõhusat lülitamist.
MOSFET lülitusprotsess
MOSFET-i lülitustegevus sõltub värava-allika pingest ehk VGS-ist. Kui värava pinge jääb alla lävi, mis on vajalik juhtiva kanali moodustamiseks, jääb MOSFET välja ja vool ei liigu läbi äravooluallika tee. Kui värava pinge jõuab nõutud tasemeni, moodustub kanal ja MOSFET lülitub sisse, võimaldades voolul voolata.
MOSFET ON ja OFF osariigid
MOSFET-lülitil on kaks peamist töörežiimi: VÄLJAS ja ON.
• VÄLJALÜLITATUD olekus on värava-allika pinge liiga madal, et moodustada kanalit, mistõttu vool ei saa voolata äravoolu ja allika vahel. Selles olekus blokeerib MOSFET vooluvoolu.
• ON olekus on värava-allika pinge piisavalt kõrge, et moodustada juhtiv kanal. Vool võib siis voolata äravoolu ja allika vahel ning MOSFET-il on madal takistus.
MOSFET lülitite tüübid ja konfiguratsioonid
N-kanali MOSFET
N-kanali MOSFET on lülitusahelates tavaline, kuna sellel on madalam sisselülitustakistus. See lülitub sisse, kui värava pinge ületab allikapinge.
P-kanal MOSFET
P-kanali MOSFET lülitub sisse, kui värava pinge on madalam kui allikapinge. Seda kasutatakse sageli siis, kui lüliti paigutatakse vooluringi toitepoolele.
Madala poole lülitamine
Madala külje lülitamisel paigutatakse MOSFET koormuse ja maanduse vahele. Seda seadistust kasutatakse N-kanali MOSFET-idega.
Kõrge külje lülitamine
Kõrgsageduse lülitamisel paigutatakse MOSFET toiteallika ja koormuse vahele. Seda seadistust kasutatakse siis, kui koormus on maaga ühendatud.
Peamised MOSFET-lüliti parameetrid
• Äravooluallika pinge on maksimaalne pinge, mida MOSFET suudab taluda äravoolu ja allika vahel.
• Voolu hinnang näitab, kui palju voolu MOSFET suudab antud tingimustel kanda.
• RDS(on) on äravooluallika takistus, kui MOSFET on sisse lülitatud. See mõjutab pingelangust ja juhtivuskadu.
• Värava lävepinge on värava ja allika vaheline pinge, mille juures MOSFET alustab juhtimist. See näitab kanali moodustamise algust, mitte täielikku lülitusvõimet.
• Värava laeng on laeng, mis on vajalik värava pinge muutmiseks lülitamise ajal. See mõjutab vahetamise käitumist.
MOSFET võimsuse kadu ja kaitse
MOSFET, mida kasutatakse lülitina, põhjustab mõningast voolukaotust. Kui seade on sisse lülitatud, tekib juhtivuse kadu, kuna seadmel on endiselt väike takistus. Sisselülitamise ja väljalülitamise ajal tekib lülituskadu ka seetõttu, et pinge ja vool kattuvad lühiajaliselt MOSFET-i oleku muutmisel.
Päris vooluringides võib lülitamine samuti MOSFET-i elektrilise koormuse all hoida. Induktiivsed koormused võivad tekitada pingetõuse, kui vool järsult katkeb. Need mõjud võivad mõjutada seadmete töö- ja kaitsevajadusi.
MOSFET-i rakendused lülitina
• Kasutatakse toiteallika ahelates pinge teisendamise ajal lülitamiseks
• Rakendatud mootori juhtimisahelates võimsuse lülitamiseks kiiruse ja suuna reguleerimiseks
• Kasutatakse LED-vooluringides valgustuskoormuste vahetamiseks
• Levinud patareitoitel seadmetes tõhusaks toitekontrolliks
• Rakendatud digitaalsetes ja juhtimisahelates elektrooniliste lülititena
Võrdlus: MOSFET kui lüliti vs BJT kui lüliti
| Aspekt | MOSFET kui lüliti | BJT kui lüliti |
|---|---|---|
| Juhtimismeetod | Juhitud värava pingega | Juhitav baasvoolu järgi |
| Sisendnõue | Vajab väga vähe sisendvoolu | Vajab pidevat baasvoolu |
| Sisendtakistus | Väga kõrge | Madalam kui MOSFET |
| Lülituskiirus | Kiirem lülitamine | Aeglasem lülitamine |
| Võimsuskadu | Madalam ON-state kadu paljudel juhtudel | Suurem kadu pingelanguse tõttu |
| Ajamiahel | Lihtne pingeajam | Vajab praegust draivi |
| Tõhusus | Tavaliselt kõrgem | Tavaliselt madalam |
| Soojustootmine | Madalam paljudes lülitusrakendustes | Kõrgem paljudes lülitusrakendustes |
| Sobivus kõrgsageduslikuks lülitamiseks | Sobivam | Vähem sobiv |
| Tundlikkus | Tundlikum staatilise elektri suhtes | Vähem tundlik staatilise elektri suhtes |
| Praegune juhtimiskäitumine | Parem efektiivseks elektrooniliseks lülitamiseks | Parem voolujuhitud tööks |
| Tüüpiline lülituskasutus | Levinud kiiretes ja tõhusates lülitusahelates | Levinud lihtsates odavate lülitusahelates |
Kokkuvõte
MOSFET toimib lülitina, juhtides äravoolu ja allika vahelist teed värava pingega. Selle jõudlus sõltub õigest väravaajamist, seadmete õigetest hinnangutest ning soojuse, kadude ja pingepinge kontrollist. Artikkel näitab selle peamisi tüüpe, lülituskäitumist, parameetreid, rakendusi ja võrdlust BJT lülitamisega. Nende punktide mõistmine aitab selgitada, kuidas seade töötab ohutult päris vooluringides.
Korduma kippuvad küsimused [KKK]
Mida teeb väravatakisti MOSFET-ahelas?
Värava takisti aitab reguleerida lülituskiirust ja vähendada müra.
Kas värava lävipinge tähendab, et MOSFET on täielikult sisse lülitatud?
Ei. See tähendab vaid, et MOSFET hakkab juhtima.
Miks kasutada loogikatasemel MOSFET-i?
See saab korralikult sisse lülituda madala värava pingega.
Miks on induktiivsed koormused MOSFET-i jaoks riskantsed?
Need võivad tekitada pingetõuse, mis võivad MOSFET-i kahjustada.
Kas temperatuur mõjutab MOSFET-i jõudlust?
Jah. Kõrgemad temperatuurid võivad suurendada takistust ja kuumust.
Kas MOSFET-i saab enne kasutamist testida?
Jah. Multimeeter suudab kontrollida põhilisi rikkeid.
