O MOSFET Como Um Interruptor

5/26/2018 O MOSFET Como Um Interruptor

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O MOSFET como um interruptor

Vimos anteriormente, que a N-canal, de modo Aperfeioamento MOSFET opera

com uma tenso de entrada positiva e tem uma resistncia extremamenteelevada de entrada (quase infinita) tornando possvel para fazer a interface com

quase qualquer porta lgica ou condutor capaz de produzir uma sada

positiva. Alm disso, devido a esta muito alto de entrada ( Portoresistncia)

podemos paralelo juntos muitas MOSFETs diferentes at atingir o limite de

corrente do necessrio.

Durante a conexo em conjunto vrios MOSFETs em paralelo pode nos permitir trocar

altas correntes ou cargas de alta tenso, isso torna-se caro e pouco prtico em ambos

os componentes eplacas de circuito espao. Para superar este problema dealimentao de Efeito de Campo Transistoresou FET de potnciaforam

desenvolvidos.

Sabemos agora que existem duas diferenas principais entre os transistores de efeito

de campo, de modo a depleo apenas para JFET de ambos e aprimoramento de

modo e modo de depleo para MOSFETs. Neste tutorial, vamos olhar para usando

o MOSFET de modo Enhancement como um interruptor como esses transistores

exigem uma tenso de porta positiva para ligar "ON" e uma tenso zero a virar "OFF"

tornando-os facilmente entendida como interruptores e tambm fcil de interagir com

portas lgicas.A operao do MOSFET de modo de melhoramento pode ser melhor descrito

utilizando as curvas caractersticas IV mostrados abaixo. Quando a tenso de entrada,

( V IN ) para a porta do transistor zero, o MOSFET realiza praticamente nenhuma

corrente e a tenso de sada ( V OUT) igual tenso de alimentao V DD. Assim, o

MOSFET "totalmente OFF" e em sua regio de "cut-off".

Curvas Caractersticas MOSFET
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O mnimo de ligao de estado de tenso porto necessrio para garantir que o

MOSFET permanece totalmente NO durante o transporte da corrente de dreno

seleccionado pode ser determinada a partir das curvas de transferncia de VI

acima. Quando V IN alta ou igual a V DD, o Q-MOSFET ponto move-se para o ponto A

ao longo da linha de carga. A corrente de dreno I Daumenta para o seu valor mximo,

devido a uma reduo na resistncia do canal. eu Dtorna-se um valor constante

independente de V DD , e depende apenas V GS . Portanto, o transistor se comporta

como uma chave fechada, mas o canal ON-resistncia no reduz completamente azero, devido ao seu R DS (a)valor, mas fica muito pequeno.

Da mesma forma, quando V INest baixo ou reduzido a zero, o MOSFET movimentos

Q de ponto do ponto A ao ponto B ao longo da linha de carga. A resistncia ao

escoamento muito alto, ento o transistor funciona como um circuito aberto e no

passa corrente atravs do canal. Ento, se a tenso da porta do MOSFET alterna

entre dois valores, alto e baixo o MOSFET ir se comportar como um "single-plo

nico-throw" (SPST) detector de estado slido e esta ao definida como:

1. Cut-off RegioAqui as condies de operao do transistor so zero tenso da porta de entrada

( V IN), zero corrente de dreno I De tenso de sada V DS = V DD. Portanto, o MOSFET

ligado "Fully-OFF".

Cut-off Caractersticas


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A entrada e Porto so

aterrados (0v)

tenso porta-fonte a menos de

tenso de limiarV GS


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Eu D)

MOSFET opera como uma

"chave fechada"

Ento, podemos definir a "regio de saturao" ou "modo LIGADO" quando se usa um

MOSFET como um interruptor que a tenso porta-fonte, V GS > V THe eu D =

Mximo. Para um canal P MOSFET Aperfeioamento, o potencial de porta deve ser

mais negativo em relao fonte.

Atravs da aplicao de uma tenso de accionamento apropriado para a porta de um

FET, a resistncia do canal dreno-fonte, R DS (a)pode ser variada de uma "OFF-

resistncia" de muitas centenas de kW de, efectivamente um circuito aberto, para uma

"EM-resistncia" de menos do que 1, efectivamente um curto circuito.

Quando se utiliza o MOSFET como um interruptor que pode conduzir a MOSFET para

"ligar" mais rpido ou mais lento, ou passam correntes elevadas ou baixas. Esta

capacidade de se transformar o MOSFET "ON" e "OFF" permite que o dispositivo para

ser utilizado como um interruptor muito eficiente com comutao velocidades muito

mais rpido do que os transistores de juno bipolar padro.

Um exemplo do uso do MOSFET como um interruptor

Neste arranjo de circuito de um

canal-N-MOSFET modoEnhancement est sendo usado

para mudar uma lmpada simples

"ON" e "OFF" (tambm poderia ser

um LED). A tenso de entrada de

porta V GS feita para um nvel de

tenso positiva adequada para

ligar o aparelho e, por conseguinte,

a lmpada ou totalmente "ON",

(V GP = + ve) ou a um nvel de

voltagem zero, que transforma o

dispositivo totalmente "OFF",

( V GS = 0).

Se a carga resistiva da lmpada

era de ser substituda por uma

carga indutiva, tais como uma

bobina, um solenide ou

retransmitir "dodo volante" deve

ser exigida em paralelo com a

carga a proteger o MOSFET de


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qualquer auto-gerado volta emf.

Acima mostra um circuito muito simples para eltrica para cargas resistivas, como uma

lmpada ou LED. Mas quando se usa MOSFETs de potncia para mudar tanto de

cargas indutivas ou capacitivas alguma forma de proteo necessrio para impedirque o dispositivo MOSFET de tornar-se danificado. Dirigindo uma carga indutiva tem o

efeito oposto de dirigir uma carga capacitiva.

Por exemplo, um condensador, sem uma carga elctrica um curto-circuito, o que

resulta numa "irrupo" elevado de corrente e quando se remove a tenso de uma

carga indutiva, que tm uma grande tenso reversa construir-se como o campo

magntico cai, resultando numa induzida volta-fem nos enrolamentos do indutor.

Para o MOSFET de energia para funcionar como um dispositivo de comutao

analgica, ele precisa ser alternado entre o seu "Regio Cut-off", onde V GS= 0e sua"Saturao Regio" foram V GS (on) = + ve. A potncia dissipada na MOSFET ( P D)

depende da corrente que flui atravs do canal I D em saturao e tambm o "ON-

resistncia" do canal de dados como R DS (em). Por exemplo.

MOSFET como interruptor Exemplo No1

Vamos assumir que a lmpada avaliado em 6v, 24W e totalmente "ON", o

MOSFET padro tem um canal "ON-resistncia" ( R DS (a) ) valor de 0.1ohms. Calcula-

se a potncia dissipada no dispositivo de comutao MOSFET.

A corrente que flui atravs da lmpada calculada como:

Em seguida, a potncia dissipada no MOSFET ser dada como:


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Voc pode estar sentado l pensando, bem assim que!, Mas ao usar o MOSFET como

um interruptor para controlar motores DC ou cargas eltricas com altas correntes de

ativao do "ON" resistncia Channel ( R DS (a) ) muito, muito importante. Por

exemplo, os MOSFETs que controlam os motores de corrente contnua, so

submetidos a uma corrente elevada em corrida, quando o motor comea a rodarprimeiro, porque os motores de corrente a partir s limitada pelo valor muito baixo da

resistncia dos enrolamentos de motores.

Em seguida, uma alta de R DS (em)o valor da resistncia do canal simplesmente resultar

em grandes quantidades de energia que est sendo dissipada e desperdiados dentro

do prprio, resultando em um aumento excessivo da temperatura, MOSFET, que se

no for controlada pode resultar na MOSFET se tornando muito quente e danificado

devido a umatrmica de sobrecarga.

Um valor mais baixo R DS (on), por outro lado, tambm um parmetro desejvel, uma

vez que ajuda a reduzir os canais de tenso de saturao efetiva ( V DS (sat) = Eu D xR DS (a) ) em todo o MOSFET.MOSFETs de potncia geralmente tm um R DS (a)valor

inferior a 0.01.

Uma das principais limitaes de um MOSFET a corrente mxima que ele pode

manipular. Assim o RDS (a) um parmetro importante guia para a eficincia de

comutao do MOSFET e simplesmente a proporo de V DS/ I D, quando o

transistor est ligado "ON".

Ao usar um MOSFET ou qualquer tipo de efeito de campo transistor para que o

assunto como um dispositivo de comutao de estado slido, sempre aconselhvelpara selecionar aqueles que tm um muito baixo R DS (a)valor ou, pelo menos, mont-

los em um dissipador de calor adequado para ajudar reduzir qualquertrmica em

fuga e danos. MOSFETs de alimentao usadas como um interruptor geral, tm

proteo contra surtos de corrente construdo em seu design, mas para aplicaes de

alta corrente do transistor de juno bipolar uma escolha melhor.

Power MOSFET Motor Control

Por causa da resistncia extremamente elevada entrada ou porto que o MOSFET

tem, suas velocidades de chaveamento muito rpido e a facilidade com que elespodem ser acionados os torna ideais para a interface com op-amps ou portas lgicas

padro. No entanto, deve ser tomado cuidado para assegurar que a tenso de entradada porta-fonte correctamente escolhido porque quando se utiliza o MOSFET como

um interruptordo dispositivo deve obter um baixo R DS (a)a resistncia do canal

proporcionalmente a esta tenso da porta de entrada.

Poder MOSFETs tipo baixo limiar pode no exibir "ON", at um mnimo, ou 3V 4V tem

sido aplicado para a sua porta e se a sada da porta lgica apenas lgica de +5 V,

pode ser insuficiente para conduzir totalmente o MOSFET em saturao. Usando

MOSFETs limiar inferior projetado para interface com TTL e CMOS portas lgicas quetm limites to baixos quanto 1,5 V a 2,0 V esto disponveis.
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MOSFETs de potncia pode ser usado para controlar o movimento dos motores DC ou

motores brushless de passo diretamente da lgica do computador ou usando a

modulao por largura de pulso (PWM) tipo controladores. Como um motor de

corrente contnua apresenta um elevado binrio de partida e que tambm

proporcional corrente do induzido, interruptores MOSFET juntamente com um PWMpode ser usado como um muito bom controlador de velocidade que proporcionam um

funcionamento suave do motor e tranquila.

Simples Power MOSFET Motor Controller

medida que a carga do motor indutivo, um diodo simples volante est conectadoatravs da carga indutiva para dissipar a f.e.m. de retorno gerado pelo motor quando o

MOSFET transforma "OFF". Uma rede de aperto formado por um diodo zner em srie

com o dodo, tambm pode ser utilizado para permitir a comutao mais rpida e um

melhor controlo da tenso de pico inverso e soltar-out.

Para aumentar a segurana de um silcio adicional ou diodo zener D 1tambm pode

ser colocado em todo o canal de um interruptor MOSFET quando se utiliza cargas

indutivas, como motores, rels, solenides, etc, para suprimir sobre a tenso

transientes de comutao e de rudo dando proteo extra para o interruptor MOSFET,

se necessrio.resistor R 2 usado como uma suspensoresistncia para ajudar apuxar a tenso de sada de TTL para baixo para 0V quando o MOSFET ligado

"OFF".

Interruptor MOSFET canal P

At agora vimos o MOSFET N-canal como um interruptor fosse o MOSFET colocada

entre a carga e ao solo. Isso tambm permite a movimentao da porta do MOSFET

ou sinal de comutao a ser referenciado ao terra (comutao de baixa lado).
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Interruptor MOSFET canal P

Mas em algumas aplicaes que requerem o uso de canais P-MOSFET modo de

melhoramento foram a carga conectado diretamente ao solo. Neste caso, o

interruptor MOSFET conectado entre a carga eo trilho de alimentao positiva

(comutao do lado de alta), como fazemos com transistores PNP.

Em um dispositivo de canal P o fluxo convencional de corrente de dreno no sentido

negativo assim uma tenso de porta-fonte negativo aplicado para ligar o transistor

"ON".

Isto conseguido porque o MOSFET canal P "cabea para baixo" com seu terminal

de fonte ligada alimentao positiva + V DD. Ento, quando o interruptor vai LOW, o

MOSFET se transforma "ON" e quando o interruptor vai ALTA o MOSFET se

transforma "OFF".

Esta cabea para baixo a conexo de um interruptor MOSFET modo de melhoramento

de canal P nos permite conect-lo em srie com um N-channel MOSFET modo de

melhoramento para produzir um dispositivo de comutao complementar ou CMOS,

como mostrado atravs de uma oferta dual.

Complementar MOSFET Motor Controller

Os dois MOSFETs so configurados para produzir um interruptor bidirecional de umadupla de alimentao com o motor ligado entre a conexo de drenagem comum e


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referncia de terra. Quando a entrada baixa, o MOSFET canal P est ligado-ON

como sua juno porta-fonte tendenciosa negativamente para que o motor gira em

uma direo. Somente o positivo + V DD trilho de alimentao usada para acionar o

motor.

Quando a entrada alta, o dispositivo muda-OFF-canal P eo dispositivo N-channelinterruptores-On como sua juno porta-fonte tendenciosa positivamente. O motor

agora roda na direco oposta por causa da tenso terminal motores foi invertida, uma

vez que agora fornecido pelo negativo -VDD trilho de alimentao. Em seguida, o

MOSFET canal P usado para ligar o positivo da alimentao ao motor para direo

de avano (comutao do lado de alta), enquanto o MOSFET N-canal utilizado para

mudar a alimentao negativa para o motor na direco regressiva (comutao do

lado de baixa) .

H uma variedade de configuraes para dirigir os dois MOSFET com muitas

aplicaes diferentes.Tanto o canal P e os dispositivos N-canal podem ser accionadospor um nico comando de porta de IC como mostrado. No entanto, para evitar

conduo cruzada com ambos os MOSFETs realizando ao mesmo tempo nas duas

polaridades da dupla de abastecimento, troca rpida de dispositivos so obrigados a

fornecer alguma diferena de tempo entre eles viragem "OFF" ea outra viragem

"ON".Uma forma de ultrapassar este problema dirigir ambos os portes MOSFETs

separadamente. Isso, ento, produz uma terceira opo de "STOP" para o motor

quando os dois MOSFETs so "OFF".

Complementar MOSFET Tabela de controle do motorMOSFET 1 MOSFET 2 Funo Motora

OFF OFF Motor parado (OFF)

ON OFF Motor gira para frente

OFF ON Motor Gira Reversa

ON ON NO PERMITIDO

Por favor, note que importante que nenhuma outra combinao de entradas so

permitidos, ao mesmo tempo, pois isso pode fazer com que o fornecimento de energia

para ser curto-circuito, como ambos os MOSFETs, FET 1e FET 2pode ser ligado "ON"

em conjunto, resultando em: ( fusvel = bang!), ser avisado.

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