Основные параметры мощных полевых транзисторов даташит. Мощные импортные полевые транзисторы
В технике и радиолюбительской практике часто применяются полевые транзисторы. Такие устройства отличаются от обычных, биполярных, транзисторов тем, что в них управление выходным сигналом осуществляется управляющим электрическим полем. Особенно часто используются полевые транзисторы с изолированным затвором.
Англоязычное обозначение таких транзисторов – MOSFET, что означает «управляемый полем металло-оксидный полупроводниковый транзистор». В отечественной литературе эти приборы часто называют МДП или МОП транзисторами. В зависимости от технологии изготовления такие транзисторы могут быть n- или p-канальными.
Транзистор n-канального типа состоит из кремниевой подложки с p-проводимостью, n-областей, получаемых путем добавления в подложку примесей, диэлектрика, изолирующего затвор от канала, расположенного между n-областями. К n-областям подсоединяются выводы (исток и сток). Под действием источника питания из истока в сток по транзистору может протекать ток. Величиной этого тока управляет изолированный затвор прибора.
При работе с полевыми транзисторами необходимо учитывать их чувствительность к воздействию электрического поля. Поэтому хранить их надо с закороченными фольгой выводами, а перед пайкой необходимо закоротить выводы проволочкой. Паять полевые транзисторы надо с использованием паяльной станции, которая обеспечивает защиту от статического электричества.
Прежде, чем начать проверку исправности полевого транзистора, необходимо определить его цоколевку. Часто на импортном приборе наносятся метки, определяющие соответствующие выводы транзистора. Буквой G обозначается затвор прибора, буквой S – исток, а буквой D- сток.
При отсутствии цоколевки на приборе необходимо посмотреть ее в документации на данный прибор.
Схема проверки полевого транзистора n-канального типа мультиметром
Перед тем, как проверить исправность полевого транзистора, необходимо учитывать, что в современных радиодеталях типа MOSFET между стоком и истоком есть дополнительный диод. Этот элемент обычно присутствует на схеме прибора. Его полярность зависит от типа транзистора.
Общие правила в том, гласят начать процедуру с определения работоспособности самого измерительного прибора. Убедившись, что тот работает безошибочно, переходят к дальнейшим измерениям.
Выводы:
- Полевые транзисторы типа MOSFET широко используются в технике и радиолюбительской практике.
- Проверку работоспособности таких транзисторов можно осуществить с помощью мультиметра, следуя определенной методике.
- Проверка p-канального полевого транзистора мультиметром осуществляется таким же образом, что и n-канального транзистора, за исключением того, что следует изменить полярность подключения проводов мультиметра на обратную.
Видео о том, как проверить полевой транзистор
МОП (по буржуйски MOSFET ) расшифровывается как Метал-Оксид-Полупроводник из этого сокращения становится понятна структура этого транзистора.
Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком. Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана.
Достоинство такого транзистора, по сравнению с биполярным очевидно — на затвор надо подавать напряжение, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит требуемая мощность на управление этим транзистором будет мизерной , по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора.
Недостаток же вытекает из его емкостного свойства — наличие емкости на затворе требует большого зарядного тока при открытии. В теории, равного бесконечности на бесконечно малом промежутки времени. А если ток ограничить резистором, то конденсатор будет заряжаться медленно — от постоянной времени RC цепи никуда не денешься.
МОП Транзисторы бывают P и N канальные. Принцип у них один и тот же, разница лишь в полярности носителей тока в канале. Соответственно в разном направлении управляющего напряжения и включения в цепь. Очень часто транзисторы делают в виде комплиментарных пар. То есть есть две модели с совершенно одиннаковыми характеристиками, но одна из них N, а другая P канальные. Маркировка у них, как правило, отличается на одну цифру.
|
У меня самыми ходовыми МОП транзисторами являются IRF630 (n канальный) и IRF9630 (p канальный) в свое время я намутил их с полтора десятка каждого вида. Обладая не сильно габаритным корпусом TO-92 этот транзистор может лихо протащить через себя до 9А. Сопротивление в открытом состоянии у него всего 0.35 Ома.
Впрочем, это довольно старый транзистор, сейчас уже есть вещи и покруче, например IRF7314 , способный протащить те же 9А, но при этом он умещается в корпус SO8 — размером с тетрадную клеточку.
Одной из проблем состыковки MOSFET транзистора и микроконтроллера (или цифровой схемы) является то, что для полноценного открытия до полного насыщения этому транзистору надо вкатить на затвор довольно больше напряжение. Обычно это около 10 вольт, а МК может выдать максимум 5.
Тут вариантов три:
Но вообще, правильней все же ставить драйвер, ведь кроме основных функций формирования управляющих сигналов он в качестве дополнительной фенечки обеспечивает и токовую защиту, защиту от пробоя, перенапряжения, оптимизирует скорость открытия на максимум, в общем, жрет свой ток не напрасно.
Выбор транзистора тоже не очень сложен, особенно если не заморачиваться на предельные режимы. В первую очередь тебя должно волновать значение тока стока — I Drain или I D выбираешь транзистор по максимальному току для твоей нагрузки, лучше с запасом процентов так на 10. Следующий важный для тебя параметр это V GS — напряжение насыщения Исток-Затвор или, проще говоря, управляющее напряжение. Иногда его пишут, но чаще приходится выглядывать из графиков. Ищешь график выходной характеристики Зависимость I D от V DS при разных значениях V GS . И прикидыываешь какой у тебя будет режим.
Вот, например, надо тебе запитать двигатель на 12 вольт, с током 8А. На драйвер пожмотился и имеешь только 5 вольтовый управляющий сигнал. Первое что пришло на ум после этой статьи — IRF630. По току подходит с запасом 9А против требуемых 8. Но глянем на выходную характеристику:
Если собираешься загнать на этот ключ ШИМ, то надо поинтересоваться временем открытия и закрытия транзистора, выбрать наибольшее и относительно времени посчитать предельную частоту на которую он способен. Зовется эта величина Switch Delay или t on ,t off , в общем, как то так. Ну, а частота это 1/t. Также не лишней будет посмотреть на емкость затвора C iss исходя из нее, а также ограничительного резистора в затворной цепи, можно рассчитать постоянную времени заряда затворной RC цепи и прикинуть быстродействие. Если постоянная времени будет больше чем период ШИМ, то транзистор будет не открыватся/закрываться, а повиснет в некотором промежуточном состоянии, так как напряжение на его затворе будет проинтегрировано этой RC цепью в постоянное напряжение.
При обращении с этими транзисторами учитывай тот факт, что статического электричества они боятся не просто сильно, а ОЧЕНЬ СИЛЬНО . Пробить затвор статическим зарядом более чем реально. Так что как купил, сразу же в фольгу и не доставай пока не будешь запаивать. Предварительно заземлись за батарею и надень шапочку из фольги:).
Технологические возможности и успехи в разработке мощных полевых транзисторов привели к тому, что в настоящее время не составляет особого труда приобрести их за приемлемую цену.
В связи с этим возрос интерес радиолюбителей к применению таких MOSFET транзисторов в своих электронных самоделках и проектах.
Стоит отметить тот факт, что MOSFET"ы существенно отличаются от своих биполярных собратьев, как по параметрам, так и своему устройству.
Пришло время ближе познакомиться с устройством и параметрами мощных MOSFET транзисторов, чтобы в случае необходимости более осознанно подобрать аналог для конкретного экземпляра, а также иметь возможность понимать суть тех или иных величин, указанных в даташите.
Что такое HEXFET транзистор?
В семействе полевых транзисторов есть отдельная группа мощных полупроводниковых приборов называемых HEXFET. Их принцип работы основан на весьма оригинальном техническом решении. Их структура представляет собой несколько тысяч МОП ячеек включенных параллельно.
Ячеистые структуры образуют шестиугольник. Из-за шестиугольной или по-другому гексагональной структуры данный тип мощных МОП-транзисторов и называют HEXFET. Первые три буквы этой аббревиатуры взяты от английского слова hex agonal – «гексагональный».
Под многократным увеличением кристалл мощного HEXFET транзистора выглядит вот так.
Как видим, он имеет шестиугольную структуру.
Получается, что мощный MOSFET, по сути представляет собой эдакую супер-микросхему, в которой объединены тысячи отдельных простейших полевых транзисторов. В совокупности они создают один мощный транзистор, который может пропускать через себя большой ток и при этом практически не оказывать значительного сопротивления.
Благодаря особой структуре и технологии изготовления HEXFET, сопротивление их канала R DS(on) удалось заметно снизить. Это позволило решить проблему коммутации токов в несколько десятков ампер при напряжении до 1000 вольт.
Вот только небольшая область применения мощных HEXFET транзисторов:
Схемы коммутации электропитания.
Зарядные устройства.
Системы управления электродвигателями.
Усилители низкой частоты.
Несмотря на то, что мосфеты, изготовленные по технологии HEXFET (параллельных каналов) обладают сравнительно небольшим сопротивлением открытого канала, сфера применения их ограничена, и они применяются в основном в высокочастотных сильноточных схемах. В высоковольтной силовой электронике предпочтение порой отдают схемам на основе IGBT .
Изображение MOSFET транзистора на принципиальной электрической схеме (N-канальный МОП).
Как и биполярные транзисторы, полевые структуры могут быть прямой проводимости или обратной. То есть с P-каналом или N-каналом. Выводы обозначаются следующим образом:
D-drain (сток);
S-source (исток);
G-gate (затвор).
О том, как обозначаются полевые транзисторы разных типов на принципиальных схемах можно узнать на этой странице .
Основные параметры полевых транзисторов.
Вся совокупность параметров MOSFET может потребоваться только разработчикам сложной электронной аппаратуры и в даташите (справочном листе), как правило, не указывается. Достаточно знать основные параметры:
V DSS (Drain-to-Source Voltage) – напряжение между стоком и истоком. Это, как правило, напряжение питания вашей схемы. При подборе транзистора всегда необходимо помнить о 20% запасе.
I D (Continuous Drain Current) – ток стока или непрерывный ток стока. Всегда указывается при постоянной величине напряжения затвор-исток (например, V GS =10V). В даташите, как правило, указывается максимально возможный ток.
R DS(on) (Static Drain-to-Source On-Resistance) – сопротивление сток-исток открытого канала. При увеличении температуры кристалла сопротивление открытого канала увеличивается. Это легко увидеть на графике, взятом из даташита одного из мощных HEXFET транзисторов. Чем меньше сопротивление открытого канала (R DS(on)), тем лучше мосфет. Он меньше греется.
P D (Power Dissipation) – мощность транзистора в ваттах. По-иному этот параметр ещё называют мощностью рассеяния. В даташите на конкретное изделие величина данного параметра указывается для определённой температуры кристалла.
V GS (Gate-to-Source Voltage) – напряжение насыщения затвор-исток. Это напряжение, при превышении которого увеличения тока через канал не происходит. По сути, это максимальное напряжение между затвором и истоком.
V GS(th) (Gate Threshold Voltage) – пороговое напряжение включения транзистора. Это напряжение, при котором происходит открытие проводящего канала и он начинает пропускать ток между выводами истока и стока. Если между выводами затвора и истока приложить напряжение меньше V GS(th) , то транзистор будет закрыт.
На графике видно, как уменьшается пороговое напряжение V GS(th) при увеличении температуры кристалла транзистора. При температуре 175 0 C оно составляет около 1 вольта, а при температуре 0 0 C около 2,4 вольт. Поэтому в даташите, как правило, указывается минимальное (min. ) и максимальное (max. ) пороговое напряжение.
Рассмотрим основные параметры мощного полевого HEXFET-транзистора на примере IRLZ44ZS фирмы International Rectifier. Несмотря на впечатляющие характеристики, он имеет малогабаритный корпус D 2 PAK для поверхностного монтажа. Глянем в datasheet и оценим параметры этого изделия.
Предельное напряжение сток-исток (V DSS): 55 Вольт.
Максимальный ток стока (I D): 51 Ампер.
Предельное напряжение затвор-исток (V GS): 16 Вольт.
Сопротивление сток-исток открытого канала (R DS(on)): 13,5 мОм.
Максимальная мощность (P D): 80 Ватт.
Сопротивление открытого канала IRLZ44ZS составляет всего лишь 13,5 миллиОм (0,0135 Ом)!
Взглянем на «кусочек» из таблицы, где указаны максимальные параметры.
Хорошо видно, как при неизменном напряжении на затворе, но при повышении температуры уменьшается ток (с 51A (при t=25 0 C) до 36А (при t=100 0 С)). Мощность при температуре корпуса 25 0 С равна 80 Ваттам. Так же указаны некоторые параметры в импульсном режиме.
Транзисторы MOSFET обладают большим быстродействием, но у них есть один существенный недостаток – большая ёмкость затвора. В документах входная ёмкость затвора обозначается как C iss (Input Capacitance ).
На что влияет ёмкость затвора? Она в большой степени влияет на определённые свойства полевых транзисторов. Поскольку входная ёмкость достаточно велика, и может достигать десятков пикофарад, применение полевых транзисторов в цепях высокой частоты ограничивается.
Важные особенности MOSFET транзисторов.
Очень важно при работе с полевыми транзисторами, особенно с изолированным затвором, помнить, что они “смертельно” боятся статического электричества . Впаивать их в схему можно только предварительно закоротив выводы между собой тонкой проволокой.
При хранении все выводы МОП-транзистора лучше закоротить с помощью обычной алюминиевой фольги. Это уменьшит риск пробоя затвора статическим электричеством. При монтаже его на печатную плату лучше использовать паяльную станцию, а не обычный электрический паяльник.
Дело в том, что обычный электрический паяльник не имеет защиты от статического электричества и не "развязан" от электросети через трансформатор. На его медном жале всегда присутствуют электромагнитные "наводки" из электросети.
Любой всплеск напряжения в электросети может повредить паяемый элемент. Поэтому, впаивая полевой транзистор в схему электрическим паяльником, мы рискуем повредить MOSFET-транзистор.
Транзистор является полупроводниковым электронным компонентом. Мы относим его к активным элементам схемы, поскольку он позволяет преобразовывать электрические сигналы (нелинейно).
Полевой или MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) — полевый транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник. Поэтому его часто еще называют просто МОП транзистор.
Производимые по этой технологий транзисторы состоят из трех слоев:
- Первый слой — это пластина, вырезанная из однородного кристалла кремния или из кремния с примесью германия.
- Второй по порядку слой — напыление очень тонкой прослойки диэлектрика (изолятора) из диоксида кремния или оксида металла (оксиды алюминия или циркония). Толщина этого слоя составляет, в зависимости от технологии исполнения, около 10 нм, а в лучшем варианте толщина этого слоя может иметь около 1,2 нм. Для сравнения: 5 атомов кремния, расположенных друг над другом вплотную как раз составляют толщину, близкую к 1,2 нм.
- Третий слой – это слой состоит из хорошо проводящего металла. Чаще всего для этой цели используют золото.
Конструкция такого транзистора схематично представлена ниже:
Следует отметить, что полевые транзисторы бывают двух типов: N-типа и P-типа, почти так же, как и в случае с биполярными транзисторами, которые производятся в вариантах PNP и NPN.
Среди полевых транзисторов гораздо чаще встречается N-тип. Кроме того, существуют полевые транзисторы:
- с обедненным каналом, то есть такие, которые пропускают через себя слабый ток при отсутствии напряжении на затворе, и чтобы полностью его запереть необходимо подать на затвор обратное смещение в пару вольт;
- с обогащенным каналом – это такой вид полевых транзисторов, которые при отсутствии напряжения на затворе не проводят ток, а проводят его лишь тогда, когда напряжение, приложенное к затвору, превышает напряжение истока.
Большим преимуществом полевых транзисторов является то, что они управляются напряжением, в отличие от биполярных транзисторов, которые управляются током.
Легче понять принцип их действия полевого транзистора на примере гидравлического крана.
Чтобы управлять потоком жидкости под высоким давлением в большой трубе, требуется мало усилий, чтобы открыть или закрыть кран. Другими словами, при небольшом объеме работы, мы получаем большой эффект. Небольшая сила, которую мы прикладываем к ручке крана управляет намного большей силой воды, которая давит на клапан.
Благодаря этому свойству полевых транзисторов, мы можем управлять токами и напряжениями, которые намного выше, чем те, которые выдает нам, например, микроконтроллер.
Как уже было отмечено ранее, обычный MOSFET, как правило, не проводит ток на пути источник – сток. Чтобы перевести такой транзистор состояние проводимости необходимо подать напряжение между истоком и затвором так, как указано на рисунке ниже.
На следующем рисунке приведена вольт-амперная характеристика транзистора IRF540.
На графике видно, что транзистор начинает проводить тогда, когда напряжение между затвором и истоком приближается к 4В. Однако для полного открытия нужно почти 7 вольт. Это гораздо больше, чем может выдать микроконтроллер на выходе.
В некоторых случаях может быть достаточным ток на уровне 15 мА и напряжением 5В. Но что делать, если это слишком мало? Есть два выхода.
- Можно применить специальные МОП-транзисторы с пониженным напряжением затвор – исток, например, BUZ10L.
- Как вариант можно использовать дополнительный усилитель для повышения управляющего напряжения.
Независимо от сферы применения, каждый полевой транзистор имеет несколько ключевых параметров, а именно:
- Допустимое напряжение сток-исток: UDSmax
- Максимальный ток стока: IDmax
- Пороговое напряжение открытия: UGSth
- Сопротивление канала в открытом состоянии: RDSon
Во многих случаях ключевым параметром является RDSon, поскольку косвенно указывает нам на потерю мощности, которая крайне нежелательна.
Для примера возьмем транзистор в корпусе ТО-220 с сопротивлением RDSon = 0,05 Ом и протекающий через этот транзистор ток в 4А.
Давайте посчитаем потери мощности:
- UDS=0,05Ом х 4A=0,2В
- P=0,2В х 4A=0,8Вт
Мощность потерь, которую способен рассеивать транзистор в корпусе ТО-220 составляет чуть более 1 Вт, так что в этом случае можно обойтись без радиатора. Однако, уже для тока 10А потери составят 5Вт, так что без радиатора никак не обойтись.
Следовательно, чем меньше RDSon, тем лучше. Поэтому при выборе MOSFET транзистора для конкретного применения следует всегда принимать во внимание этот параметр.
На практике с увеличением допустимого напряжения UDSmax растет сопротивление исток-сток. По этой причине не следует выбирать транзисторы с большим, чем это требуется UDSmax.
Похожие записи:
Тарифы с безлимитным мобильным интернетом билайн Безлимитный интернет билайн в сетях 4g Обзор роутера ASUS RT-AC66U B1 – мощный и функциональный? 
Базовое использование SQLMap Установка пароля на страницу Скрипт поставить пароль на страницу php Печать всех файлов или списка всех файлов в папке Как распечатать директорию в виндовс 7
|
В данном материале предоставляется справочная информация по зарубежным полевым транзисторам большой мощности. В таблице указаны только основные параметры - предельное напряжение стока, ток, рассеиваемая мощность и сопротивление открытого перехода сток-исток. Для более подробной информации, скопируйте название транзистора в поле ДАТАШИТ - справа сверху страницы и скачайте PDF файл с описанием. Полевые транзисторы мощные часто применяются в стабилизаторах напряжения и тока, выходных каскадах усилителей мощности, ключах зарядных устройств и преобразователей. МОЩНЫЕ ИМПОРТНЫЕ ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Проверку полевого транзистора на исправность можно проводить мультиметром в режиме тестирования P-N переходов диодов. Показываемое мультиметром значение сопротивления на этом пределе численно равно прямому напряжению на P-N переходе в милливольтах. У исправного транзистора между всеми его выводами должно быть бесконечное сопротивление. Но в некоторых современных мощных полевых транзисторах между стоком и истоком имеется встроенный диод поэтому бывает, что канал «сток-исток» при проверке ведет себя как обычный диод. Черным (отрицательным) щупом прикасаемся к стоку (D), красным (положительным) - к истоку (S). Мультиметр показывает прямое падение напряжения на внутреннем диоде (500 - 800 мВ). В обратном смещении мультиметр должен показывать бесконечно большое сопротивление, транзистор закрыт. Далее, не снимая черного щупа, касаемся красным щупом затвора (G) и опять возвращаем его на исток (S). Мультиметр показывает 0 мВ, причём при любой полярности приложенного напряжения - полевой транзистор открылся прикосновением. Если теперь черным щупом коснуться затвора (G), не отпуская красного щупа, и вернуть его на сток (D), то полевой транзистор закроется и мультиметр снова будет показывать падение напряжения на диоде. Это верно для большинства N-канальных полевых транзисторов. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||