Dasar-dasar MOSFET: 13 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Hai! Dalam Instruksi ini, saya akan mengajari Anda dasar-dasar MOSFET, dan yang saya maksud adalah dasar-dasar. Video ini sangat ideal untuk orang yang belum pernah mempelajari MOSFET secara profesional, tetapi ingin menggunakannya dalam proyek. Saya akan berbicara tentang MOSFET saluran n dan p, cara menggunakannya, perbedaannya, mengapa keduanya penting, mengapa driver MOSFET dan hal-hal seperti itu. Saya juga akan berbicara tentang beberapa fakta yang sedikit diketahui tentang MOSFET dan banyak lagi.

Mari kita masuk ke dalamnya.

Langkah 1: Tonton Videonya

Video memiliki semua yang tercakup secara rinci yang diperlukan untuk membangun proyek ini. Video ini memiliki beberapa animasi yang akan membantu dalam memahami fakta dengan cepat. Anda dapat menontonnya jika Anda lebih suka visual tetapi jika Anda lebih suka teks, ikuti langkah selanjutnya.

Langkah 2: FET

Sebelum memulai MOSFET, izinkan saya memperkenalkan pendahulunya, JFET atau Transistor Efek Medan Persimpangan. Ini akan membuat pemahaman MOSFET sedikit lebih mudah.

Penampang JFET ditunjukkan pada gambar. Terminal identik dengan terminal MOSFET. Bagian tengah disebut substrat atau badan, dan itu hanya semikonduktor tipe n atau tipe p tergantung pada jenis FET. Daerah-daerah tersebut kemudian ditumbuhkan pada substrat yang memiliki tipe yang berlawanan dengan substrat yang diberi nama gate, drain dan source. Tegangan apa pun yang Anda terapkan, Anda terapkan ke wilayah ini.

Hari ini, dari sudut pandang praktis, itu sangat sedikit atau tidak penting. Saya tidak akan mencari penjelasan lebih lanjut di luar ini karena akan menjadi terlalu teknis dan tidak diperlukan.

Simbol JFET akan membantu kita untuk memahami simbol MOSFET.

Langkah 3: MOSFET

Setelah ini datang MOSFET, memiliki perbedaan besar di terminal gerbang. Sebelum membuat kontak untuk terminal gerbang, lapisan Silikon Dioksida ditumbuhkan di atas substrat. Inilah alasan mengapa dinamakan Transistor Efek Medan Semikonduktor Oksida Logam. SiO2 adalah dielektrik yang sangat baik, atau bisa dibilang isolator. Ini meningkatkan resistansi gerbang dalam skala sepuluh hingga sepuluh ohm dan kami berasumsi bahwa dalam arus gerbang MOSFET Ig selalu nol. Inilah sebabnya mengapa itu juga disebut Transistor Efek Medan Gerbang Terisolasi (IGFET). Lapisan konduktor yang baik seperti aluminium ditambahkan di atas ketiga wilayah, dan kemudian kontak dibuat. Di wilayah gerbang, Anda dapat melihat bahwa kapasitor pelat paralel seperti struktur terbentuk dan sebenarnya memperkenalkan kapasitansi yang cukup besar ke terminal gerbang. Kapasitansi ini disebut kapasitansi gerbang dan dapat dengan mudah menghancurkan sirkuit Anda jika tidak diperhitungkan. Ini juga sangat penting saat belajar di tingkat profesional.

Simbol untuk MOSFET dapat dilihat pada gambar terlampir. Menempatkan baris lain di gerbang masuk akal saat menghubungkannya dengan JFET, menunjukkan gerbang telah diisolasi. Arah panah dalam simbol ini menggambarkan arah konvensional aliran elektron di dalam MOSFET, yang berlawanan dengan arah aliran arus.

Langkah 4: MOSFET Apakah Perangkat 4 Terminal?

Satu hal lagi yang ingin saya tambahkan adalah kebanyakan orang berpikir MOSFET adalah perangkat tiga terminal, padahal sebenarnya MOSFET adalah perangkat empat terminal. Terminal keempat adalah terminal tubuh. Anda mungkin pernah melihat simbol yang dilampirkan untuk MOSFET, terminal tengah adalah untuk bodi.

Tetapi mengapa hampir semua MOSFET hanya memiliki tiga terminal yang keluar?

Terminal bodi secara internal dihubung singkat ke sumber karena tidak ada gunanya dalam aplikasi IC sederhana ini, dan setelah itu simbol menjadi simbol yang kita kenal.

Terminal bodi umumnya digunakan ketika IC teknologi CMOS yang rumit dibuat. Perlu diingat bahwa ini adalah kasus untuk n channel MOSFET, gambarnya akan sedikit berbeda jika MOSFET adalah p channel.

Langkah 5: Cara Kerjanya

Oke, jadi sekarang mari kita lihat cara kerjanya.

Transistor Persimpangan Bipolar atau BJT adalah perangkat yang dikendalikan arus, itu berarti jumlah aliran arus di terminal basisnya menentukan arus yang akan mengalir melalui transistor, tetapi kita tahu bahwa tidak ada peran arus di terminal gerbang MOSFET dan secara kolektif kita dapat mengatakan bahwa itu adalah perangkat yang dikendalikan tegangan bukan karena arus gerbang selalu nol tetapi karena strukturnya yang tidak akan saya jelaskan dalam Instruksi ini karena kerumitannya.

Mari kita pertimbangkan MOSFET n Channel. Ketika tidak ada tegangan yang diterapkan di terminal gerbang, dua dioda bolak-balik ada antara substrat dan saluran dan daerah sumber yang menyebabkan jalur antara saluran dan sumber memiliki resistansi dalam urutan 10 hingga daya 12 ohm.

Saya menghubungkan sumber sekarang dan mulai meningkatkan tegangan gerbang. Ketika tegangan minimum tertentu tercapai, resistansi turun dan MOSFET mulai berjalan dan arus mulai mengalir dari saluran ke sumber. Tegangan minimum ini disebut tegangan ambang MOSFET dan aliran arus disebabkan oleh pembentukan saluran dari saluran ke sumber di substrat MOSFET. Seperti namanya, dalam n Channel MOSFET, saluran terdiri dari n jenis pembawa arus yaitu elektron, yang merupakan kebalikan dari jenis substrat.

Langkah 6: Tapi…

Ini baru dimulai di sini. Menerapkan tegangan ambang tidak berarti Anda baru saja siap untuk menggunakan MOSFET. Jika Anda melihat lembar data IRFZ44N, MOSFET saluran n, Anda akan melihat bahwa pada tegangan ambangnya, hanya arus minimum tertentu yang dapat mengalir melaluinya. Itu bagus jika Anda hanya ingin menggunakan beban yang lebih kecil seperti LED saja, tetapi, apa gunanya. Jadi untuk menggunakan beban yang lebih besar yang menarik lebih banyak arus, Anda harus menerapkan lebih banyak tegangan ke gerbang. Tegangan gerbang yang meningkat meningkatkan saluran yang menyebabkan lebih banyak arus mengalir melaluinya. Untuk menghidupkan MOSFET sepenuhnya, tegangan Vgs, yang merupakan tegangan antara gerbang dan sumber harus berada di sekitar 10 hingga 12 Volt, itu berarti jika sumber di-ground, gerbang harus berada di 12 Volt atau lebih.

MOSFET yang baru saja kita bahas disebut MOSFET tipe peningkatan karena saluran ditingkatkan dengan meningkatnya tegangan gerbang. Ada jenis MOSFET lain yang disebut MOSFET tipe deplesi. Perbedaan utama adalah kenyataan bahwa saluran sudah ada dalam MOSFET tipe deplesi. Jenis MOSFET ini biasanya tidak tersedia di pasar. Simbol untuk tipe deplesi MOSFET berbeda, garis padat menunjukkan bahwa saluran sudah ada.

Langkah 7: Mengapa Driver MOSFET?

Sekarang katakanlah Anda menggunakan mikrokontroler untuk mengontrol MOSFET, maka Anda hanya dapat menerapkan maksimum 5 Volt atau kurang ke gerbang, yang tidak akan cukup untuk beban arus tinggi.

Apa yang dapat Anda lakukan adalah menggunakan driver MOSFET seperti TC4420, Anda hanya perlu memberikan sinyal logika pada pin inputnya dan itu akan mengurus sisanya atau Anda dapat membuat driver sendiri, tetapi driver MOSFET memiliki lebih banyak keuntungan dalam fakta bahwa ia juga menangani beberapa hal lain seperti kapasitansi gerbang dll.

Ketika MOSFET benar-benar dihidupkan, resistansinya dilambangkan dengan Rdson dan dapat dengan mudah ditemukan di lembar data.

Langkah 8: MOSFET Saluran P

MOSFET saluran p adalah kebalikan dari MOSFET saluran n. Arus mengalir dari sumber ke saluran dan saluran terdiri dari jenis p pembawa muatan, yaitu lubang.

Sumber dalam MOSFET saluran p harus berada pada potensi tertinggi dan untuk menyalakannya sepenuhnya Vgs harus negatif 10 hingga 12 Volt

Misalnya, jika sumber diikat ke 12 Volt, gerbang pada nol volt harus dapat menyalakannya sepenuhnya dan itulah sebabnya kami biasanya mengatakan menerapkan 0 Volt ke gerbang, putar saluran ap MOSFET ON dan karena persyaratan ini driver MOSFET untuk n channel tidak dapat digunakan secara langsung dengan p channel MOSFET. Driver MOSFET saluran p tersedia di pasaran (seperti TC4429) atau Anda cukup menggunakan inverter dengan driver MOSFET saluran n. MOSFET saluran p memiliki resistansi ON yang relatif lebih tinggi daripada MOSFET saluran n tetapi itu tidak berarti Anda selalu dapat menggunakan MOSFET saluran n untuk aplikasi apa pun yang memungkinkan.

Langkah 9: Tapi Mengapa?

Katakanlah Anda harus menggunakan MOSFET pada konfigurasi pertama. Jenis switching itu disebut low side switching karena Anda menggunakan MOSFET untuk menghubungkan perangkat ke ground. MOSFET saluran n akan paling cocok untuk pekerjaan ini karena Vgs tidak bervariasi dan dapat dengan mudah dipertahankan pada 12 Volt.

Tetapi jika Anda ingin menggunakan MOSFET saluran n untuk switching sisi tinggi, sumbernya dapat berada di mana saja antara ground dan Vcc, yang pada akhirnya akan mempengaruhi tegangan Vgs karena tegangan gerbang konstan. Ini akan memiliki dampak besar pada berfungsinya MOSFET. Juga MOSFET terbakar jika Vgs melebihi nilai maksimum yang disebutkan yaitu rata-rata sekitar 20 Volt.

Oleh karena itu, bukanlah hal yang mudah untuk menggunakan MOSFET saluran n di sini, yang kami lakukan adalah menggunakan MOSFET saluran p meskipun memiliki resistansi ON yang lebih besar karena memiliki keuntungan bahwa Vgs akan konstan selama switching sisi tinggi. Ada juga metode lain seperti bootstrap, tetapi saya tidak akan membahasnya untuk saat ini.

Langkah 10: Kurva Id-Vds

Terakhir, mari kita lihat sekilas kurva Id-Vds ini. MOSFET dioperasikan di tiga wilayah, ketika Vgs kurang dari tegangan ambang batas, MOSFET berada di wilayah terputus, yaitu mati. Jika Vgs lebih besar dari tegangan ambang tetapi lebih kecil dari jumlah jatuh tegangan antara saluran dan sumber dan tegangan ambang, dikatakan berada di daerah triode atau daerah linier. Di wilayah liner, MOSFET dapat digunakan sebagai resistor variabel tegangan. Jika Vgs lebih besar dari jumlah tegangan tersebut, maka arus drain menjadi konstan dikatakan bekerja di wilayah saturasi dan untuk membuat MOSFET bertindak sebagai sakelar, ia harus dioperasikan di wilayah ini karena arus maksimum dapat melewati MOSFET di wilayah ini.

Langkah 11: Saran Bagian

n Saluran MOSFET: IRFZ44N

INDIA - https://amzn.to/2vDTF6DUS - https://amzn.to/2vB6oXwUK -

p Saluran MOSFET: IRF9630US - https://amzn.to/2vB6oXwUK -

n Driver MOSFET Saluran: TC4420US -

p Driver MOSFET Saluran: TC4429

Langkah 12: Itu Dia

Anda sekarang harus terbiasa dengan dasar-dasar MOSFET dan dapat memutuskan MOSFET yang sempurna untuk proyek Anda.

Tapi masih ada pertanyaan, kapan kita harus menggunakan MOSFET? Jawaban sederhananya adalah ketika Anda harus mengganti beban yang lebih besar yang membutuhkan lebih banyak tegangan dan arus. MOSFET memiliki keuntungan kerugian daya minimum dibandingkan dengan BJT bahkan pada arus yang lebih tinggi.

Jika saya melewatkan sesuatu, atau saya salah, atau Anda memiliki tips, silakan komentar di bawah.

Pertimbangkan untuk berlangganan saluran Instructables dan YouTube kami. Terima kasih telah membaca, sampai jumpa di Instructable berikutnya.

Langkah 13: Bagian yang Digunakan

n Saluran MOSFET: IRFZ44NINDIA - https://amzn.to/2vDTF6DUS - https://amzn.to/2vB6oXwUK -

p Saluran MOSFET: IRF9630US - https://amzn.to/2Jmm437UK -

n Driver MOSFET Saluran: TC4420US -

p Driver MOSFET Saluran: TC4429