Ở bài viết trước chúng ta đã tìm hiểu chi tiết về transistor BJT là gì. Bài viết hôm nay chúng ta sẽ tìm về một loại linh kiện rất phổ biến khác đó là MOSFET (FET). Vậy FET là gì? MOSFET là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại, sơ đồ mạch ứng dụng của MOSFET ra sau chúng ta sẽ cùng tìm hiểu nhé.
1. Fet là gì ? Mosfet là gì ?
FET (Field-effect transistor) là transistor hiệu ứng trường. FET có 2 loại là MOSFET và JFET, trong thực tế MOSFET được sử dụng rộng rãi hơn. Trong bài viết này chỉ tập trung tìm hiểu chi tiết về MOSFET. Như vậy MOSFET là gì?
Bạn đang đọc: Fet là gì? Mosfet là gì? Bài viết hay nhất, chi tiết nhất về Mosfet
Mosfet (Fet) là gì
Fet là gì? Mosfet là gì? Bài viết hay nhất, chi tiết nhất về Mosfet
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) là loại transistor có khả năng đóng ngắt nhanh và tổn hao do đóng ngắt thấp. Khác với transistor BJT có cổng điều khiển bằng dòng điện, MOSFET được điều khiển bằng điện áp.
MOSFET yên cầu hiệu suất tiêu thụ ở mạch cổng kích thấp, vận tốc kích đóng nhanh và tổn hao do đóng ngắt thấp. Tuy nhiên, MOSFET có điện trở khi dẫn điện lớn. Do đó, hiệu suất tổn hao khi dẫn điện lớn làm nó không hề tăng trưởng thành linh phụ kiện hiệu suất lớn. Được sử dụng nhiều trong những ứng dụng hiệu suất nhỏ ( vài kW )
2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động giải trí của mosfet
– Cấu tạo của MOSFET
Linh kiện MOSFET hoàn toàn có thể có cấu trúc pnp và npn. Hình bên dưới miêu tả cấu trúc của MOSFET loại npn. Giữa lớp sắt kẽm kim loại mạch cổng và những mối n + và p có lớp điện môi silicon oxid SiO. Điểm thuận tiện cơ bản của MOSFET là năng lực điều khiển và tinh chỉnh kích đóng ngắt linh phụ kiện bằng xung điện áp ở mạch cổng .
Cấu tạo của MOSFET là gì
– Nguyên lý hoạt động của MOSFET
Khi điện áp dương đặt lên giữa cổng G và Source, công dụng của điện trường ( FET ) sẽ kéo những electron từ lớp n + vào lớp p. Tạo điều kiện kèm theo hình thành một kênh nối gần cổng nhất, được cho phép dòng điện từ cực drain tới cực Source .
3. Đặc tính của Mosfet là gì
3.1 Đặc tính của Mosfet
Đặc tính V-A của linh kiện MOSFET loại n được vẽ như hình bên dưới, có dạng tương tự với đặc tính V-A của BJT. Điểm khác biệt là tham số điều khiển là điện áp kích UGS thay cho dòng điện kích IBE.
Đặc tính V-A của MOSFET
Để MOSFET ở trạng thái đóng, yên cầu điện áp cổng tính năng liên tục, điện áp UGS để MOSFET dẫn trọn vẹn thường từ 10-15 V. Điện áp tinh chỉnh và điều khiển tối đa ± 20V ( tùy theo loại ), mặc dầu thường thì hoàn toàn có thể dùng áp đến 5V để tinh chỉnh và điều khiển được nó . Dòng điện đi vào mạch cổng điều khiển và tinh chỉnh không đáng kể, trừ khi mạch ở trạng thái quá độ, đóng hoặc ngắt dòng. Lúc đó Open dòng phóng và nạp của tụ của mạch cổng . Thời gian đóng ngắt rất nhỏ, khoảng chừng vài ns đến hàng trăm ns nhờ vào vào linh phụ kiện. Điện trở trong của MOSFET khi dẫn điện RON đổi khác phụ thuộc vào vào năng lực chịu áp của linh phụ kiện. Do đó, linh phụ kiện MOSFET thường có định mức áp thấp tương ứng với trở kháng trong nhỏ và tổn hao ít . Tuy nhiên, vận tốc đóng ngắt nhanh, tổn hao phát sinh thấp. Do đó, với định mức áp từ 300 – 400V MOSFET tỏ ra ưu điểm so với BJT ở tần số vài chục kHz . MOSFET hoàn toàn có thể sử dụng đến mức điện áp 1000V, dòng điện vài chục Ampe. Hay với mức điện áp vài trăm Volt với dòng điện được cho phép khoảng chừng 100A .
3.2 Các thông số kỹ thuật đặc trưng của Mosfet
Tên
Điện áp định mức lớn nhất
Dòng trung bình định mức
RON
Qg đặc trưng
IRFZ48 60V 50A 0.018 Ω 110 nC IRF510 100V 5.6 A 0.54 Ω 8.3 nC IRF540 100V 28A 0.077 Ω 72 nC APT10M25BNR 100V 75A 0.025 Ω 171 nC IRF740 400V 10A 0.55 Ω 63 nC MTM15N40E 400V 15A 0.3 Ω 110 nC APT5025BN 500V 23A 0.25 Ω 83 nC APT1001RBNR 1000V 11A 1.0 Ω 150 nC Trong đó Qg là lượng điện tích được nạp và phóng từ điện dung ở ngõ vào khi thực thi kích đóng và ngắt transistor. Công suất tổn hao mạch cổng nhờ vào vào đại lượng Qg theo hệ thức : PG = Qg. UGS.fS ; trong đó fS là tần số đóng ngắt transistor .
Tham khảo Datasheet Mosfet kênh N IRF540
4. Phân loại Mosfet
Có 2 loại MOSFET thông dụng : là MOSFET kênh N và kênh P.
Xem thêm: Đầm lầy kiềm – Wikipedia tiếng Việt
Phân loại MOSFET là gì
– MOSFET kênh N: Điện áp điều khiển mở MOSFET là UGS > 0, dòng điện sẽ đi từ D xuống S.
Sơ đồ mạch kiểm tra MOSFET kênh N được trình diễn như hình bên dưới .
Sơ đồ mạch tìm hiểu hoạt động mosfet kênh N
Mạch kích dùng Diode Zener 12V để cố định và thắt chặt nguồn điện áp 12V, điện trở R1 hạn dòng cho Zener. Khi biến trở RV1 biến hóa giá trị từ 0 – 10 k thì điện áp ở UGS sẽ biến hóa từ 0 – 12V. Và qua mô phỏng ta thấy được : + Khi điện áp kích UGS > 4V thì MOSFET mở màn dẫn . + Khi điện áp UGS > 10V thì điện áp UDS = 0,25 V không đổi khác ( MOSFET dẫn bão hòa ) .
Video mô phỏng mạch:
– MOSFET kênh P: Điện áp điều khiển mở MOSFET là UGS
Sơ đồ mạch kiểm tra MOSFET kênh P. được vẽ như hình bên dưới .
Sơ đồ mạch tìm hiểu hoạt động Mosfet kênh P
Tương tự như mạch kích MOSFET kênh N, dùng diode Zener 12V để tạo nguồn điện áp 12V. Khi biến trở RV1 thay đổi giá trị từ 10K – 0 Ohm thì điện áp UGS = -USG thay đổi từ 0 – 12V. Qua mô phỏng ta thấy được:
+ Khi điện áp USG > 4V thì MOSFET kênh P. mở màn dẫn . + Khi điện áp USG > 10V thì MOSFET dẫn bão hòa .
Video mô phỏng mạch:
5. Một số mạch ứng dụng mosfet
5.1 Mạch điều khiển và tinh chỉnh mosfet bằng công tắc nguồn
Mạch đơn thuần sử dụng công tắc nguồn tinh chỉnh và điều khiển MOSFET, trải qua đó tinh chỉnh và điều khiển một bóng đèn một chiều có điện áp cao. Phần hiệu suất sử dụng điện áp DC 50V và phần tinh chỉnh và điều khiển sử dụng điện áp DC 12V . + Khi công tắc nguồn mở : điện trở kéo xuống R1 sẽ kéo điện áp UGS về 0V, do đó MOSFET không dẫn điện .
Công tắc mở, đèn tắt
+ Khi công tắc nguồn đóng : điện áp UGS = 12V, kích MOSFET dẫn bão hòa như một công tắc nguồn đóng, nên đèn sáng .
Công tắc đóng, đèn sáng
5.2 Điều khiển mosfet bằng mạch đệm transistor npn
Mạch bên dưới tinh chỉnh và điều khiển MOSFET bằng mạch đệm dùng thêm transistor npn. Transistor đóng vai trò như một công tắc nguồn giống như ở mạch trên .
Điều khiển mosfet dùng mạch đệm transistor
+ Khi áp tinh chỉnh và điều khiển U1 ở mức thấp thì transistor Q2 mở, điện áp UGS = 12V do đó kích dẫn MOSFT . + Khi áp điều khiển và tinh chỉnh U1 ở mức cao thì transistor Q2 đóng, điện áp UGS = 0V, MOSFET không dẫn điện .
Ưu điểm của mạch này là mạch xung điều khiển có điện áp mức cao chỉ từ 3.3V hay 5V, ngõ ra phù hợp cho các loại vi điều khiển hiện nay.
Nhược điểm là không phù hợp cho ứng dụng ở tần số quá cao, do tụ ký sinh bên trong MOSFET sẽ làm chậm khả năng đóng ngắt của MOSFET. Để giải quyết vấn đề này chúng ta sẽ tìm hiểu mạch ứng dụng tiếp theo.
5.3 Điều khiển mosfet dùng mạch đệm totem-pole
Sơ đồ mạch cải tổ sử dụng cấu trúc totem-pole gồm 2 transistor NPN và PNP .
Điều khiển MOSFET dùng mạch đệm totem-pole
+ Khi điện áp kích U1 ở mức cao Q2 dẫn và Q3 khóa làm MOSFET dẫn . + Khi tín hiệu điện áp U1 ở mức thấp thì Q2 ngắt, những điện tích của tụ ký sinh trên mạch cổng được phóng thích, đồng thời Q3 dẫn. Kéo điện áp UGS nhanh về 0V, do đó MOSFET không dẫn .
Ưu điểm của mạch này là đáp ứng được tín hiệu có tần số cao, tuy nhiên mạch khá phức tạp.
Do đặc thù nhạy cảm của những loại vi điều khiển và tinh chỉnh, nên người ta thường sử dụng opto để cách ly mạch tinh chỉnh và điều khiển và mạch hiệu suất .
5.4 Mạch điều khiển và tinh chỉnh MOSFET có cách ly
Mạch bên dưới sử dụng opto PC817 để cách ly phần mạch điều khiển và tinh chỉnh và mạch hiệu suất. Mạch phát xung hoàn toàn có thể sử dụng vi tinh chỉnh và điều khiển, hay những mạch phát xung PWM. Ở đây tôi sẽ sử dụng mạch IC555 .
Sơ đồ mạch điều khiển MOSFET có cách ly
Nguyên lý mạch điện như sau:
+ Khi điện áp ngỏ ra của mạch IC555 ở mức thấp, Led opto sẽ sáng và làm transistor trong opto dẫn điện. Làm kích dẫn Q3, ngắt Q2, điện áp UGS = 0V nên MOSFET không dẫn điện . + Khi điện áp ngỏ ra của mạch IC555 ở mức cao, Led opto tắt nên transistor bên trong opto mở. Điện áp 12V trải qua điện trở R1 làm kích dẫn transistor Q2, kéo theo MOSFET dẫn điện .
Mạch mô phỏng trên phần mềm Proteus
Mạch điều khiển và tinh chỉnh này còn có một khuyết điểm là không hề hòn đảo điều được động cơ một chiều. Do đó so với ứng dụng cần hòn đảo chiều người ta sử dụng mạch cầu H .
5.5 Mạch cầu H sử dụng 4 mosfet kênh N
Nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ bằng mạch cầu H dùng MOSFET là điều khiển kích dẫn từng cặp MOSFET để thay đổi chiều dòng điện chạy trong động cơ.
+ Giả sử khi Q1 và Q4 cùng dẫn thì động cơ quay theo chiều thuận . + Khi Q2 và Q3 cùng dẫn thì động cơ quay theo chiều ngược lại .
Mạch cầu H sử dụng 4 Mosfet kênh N
Lưu ý:
+ Hai MOSFET ở cùng một cột ( Q1 và Q2, Q3 và Q4 ) không được dẫn cùng lúc vì sẽ gây ra ngắn mạch . + Để MOSFET dẫn trọn vẹn thì phải bảo vệ điện áp kích UGS của từng MOSFET từ 12-18 V . + Ta thấy ở hai MOSFET Q1 và Q3 điện áp cực S luôn biến hóa, để không thay đổi điện áp kích UGS người ta sẽ sử dụng mạch Bootstrap. Trong mạch này tôi sẽ dùng IC lái IR2103 để điều khiển và tinh chỉnh kích dẫn những MOSFET .
Chi tiết về mạch cầu H sử dụng MOSFET mình đã trình bài rất chi tiết trong bài viết dưới đây các bạn có thể tải về để tham khảo.
Bạn cũng có thể xem video mô phỏng mạch cầu H tại đây
>>> Xem thêm:
Tài liệu tham khảo
Giáo trình điện tử hiệu suất – Nguyễn Văn Nhờ
Giáo trình linh kiện điện tử – Đại học GTVT
Download giáo trình, tài liệu tìm hiểu thêm tại đây