(서두에 밝히지만 스위치로 사용목적에 대해 서술합니다. 그외 용도일경우 정보가 아닐수 있으니 다른 정보를 찾아보시기 바랍니다.) MOSFET은 트랜지스터이다. Metal Oxide Field Effect Transistor을 줄여 MOSFET이라 부른다. 만약 NPN TR과 PNP TR을 스위치로 써야 하는데 언제 어떻게 써야 할지 모르겠다면 이글을 보면 도움이 될 것이다. 또한 IGBT를 사용할 경우에도 많은 부분이 상통하니 읽어보면 좋을것이다. 인터넷 두들기면 도핑이 어떻고 공핍층이 어떻고 불순물이 어떻고 하는데. 그런거 알면 좋겠지만 몰라도 쓰는데 문제 없다. 맨날 공부한답시며 저런것들만 이해하려다 책을 덮기 수십번.. 결국 쓸데마다 어떻게 써야 되는지 헤깔려서 매번 실수를 한다. 그래서 실무 위주로 정리를 해보자 한다.
< 출처 : http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/MOSFET.html > 심볼은 위와 같다. 종류도 많고 어떤게 어떤일을 하는지도 모르겠다. 그냥 우린 스위치로 쓸테니 N채널과 P채널만 알면된다. 만약 다른 용도로 쓴다면 내 블로그에선 설명하지 않으니 다른 정보를 찾아 보길 바란다. 그럼 어떻게 갖다 붙여야 이놈이 스위치 역할을 할 것인가? 언제 P채널을 쓸것이고 언제 N채널을 써야 하는 것인가? 우선 몇가지 기본 지식을 먼저 다져보자. 만약 NPN, PNP TR을 사용한다면 특성이 다르니 MOSFET이나 IGBT 사용할 경우에 참고해 보도록 하자.(영문으로 된 것은 http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/MOSFET.html 에서 가져온 것이며 필자가 첨언하여 한글로 구성하였으니 참고 바랍니다) 1. 일반적인 트랜지스터에서 BASE로 불리는 것을 MOSFET에서는 GATE라고 부른다. (The BASE of a normal transistor is the GATE for a MOSFET.) 2. 일반적인 NPN 트랜지스터를 온 하기 위해서는 베이스와 이미터간 0.65V 이상의 전위차만 있으면 되는데(전류로 제어) MOSFET의 경우 게이트와 소스 간에 적어도 2~5V 이상의 전위차가 필요하다.(전압으로 제어). 또한 대부분의 MOSFET DATASHEET을 보면 게이트와 소스 간의 전위차를 게이트 전압(GATE VOLTAGE)으로 부르며 명확한 값을 명시해 주고 있다. (An ordinary NPN transistor will turn ON when the base voltage is about 0.65v more than the emitter but a MOSFET needs the gate terminal to be at least 2v to 5v, (depending on the type of MOSFET) above the source voltage. This is called the GATE VOLTAGE and the exact value is difficulty to extract from some data sheets. ) 3. MOSFET은 게이트에 충분한 전압을 흘려주어야 한다. 만약 드라이브 해야 할 전류량에 비해 게이트에 충분치 못한 전압을 흘려 주게 되면 MOSFET은 많은 발열이 발생하며 소손 될 수 있다. 또한 MOSFET의 데이터시트를 보면 게이트 소스간 전압에 따른 드레인 소스 전류가 그래프로 명시되어 있다. (Delivering a higher voltage (up to 12v) will not damage the device or cause more gate current to flow but supplying a minimum voltage will alter the current capability enormously. You must not use a MOSFET if you can only just deliver the minimum gate voltage as the MOSFET will act like a high-power resistor and get very HOT. ) 4. MOSFET으로 대전류를 제어할 목적으로 사용한다면 게이트-소스간 빠른 RISING-TIME과 FALLING-TIME이 필요하다. 3번 설명과 같이 대전류를 드라이브 할 때 MOSFET은 낮은 게이트 전압에서 많은 발열을 가져온다. 따라서 RISING-TIME DELAY가 결국 발열로 가져오게 되며 이는 스위칭 효율에 밀접한 연관이 있다. 따라서 효율적인 게이트 드라이버를 구성해야 MOSFET을 대전류 제어가 가능하다. (When a MOSFET is used in a high-current situation, it is important to provide a fast rise-time to the gate so the FET turns on quickly and does not heat up. If you have a circuit with a fast rise-time voltage in the order of 2v to 10v, a FET device is a good solution.) 5. 대전류를 제어할 때 MOSFET의 게이트에 충분한 전압을 사용하였는데도 발열을 할 경우 방열판등을 사용하여 MOSFET의 온도를 낮게 해 주어야 한다. MOSFET의 온도가 올라갈 수록 저항이 커져 더 많은 열을 발생시키며 이를 극복하지 못하면 소손될 수 있다. 그렇다면 MOSFET을 회로에 어떻게 적용을 해야 할것인가? 우선, N채널 MOSFET의 경우 아래와 같다. < 출처 : http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/MOSFET.html > 게이트-소스 간 전위차로 제어를 하기 때문에 로드가 드레인에 있으며 드라이브의 기준레벨과 소스는 같아야 한다. 만약 같지 않다면 전위차가 발생하여 위 설명의 3번과 같이 MOSFET이 낮은 게이트 전압으로 드라이브 하여 많은 발열과 함께 소손될 수 있으며 원치 않은 스위치 동작이 발생한다. 스위칭에 있어 게이트-소스간 전위차가 + MINIMUM VOLTAGE(VGS(th))이상 일 경우(HIGH) 온이 되며 이하일 경우 OFF가 된다. 회로상의 18V 제너 다이오드는 게이트 허용 전압을 초과하지 않도록 설계 한 것이다. 만약 드라이버의 전압이 결정되어 있다면 없어도 무방하다. 참고로 왼쪽 NPN TR의 경우 로드에 100mA를 흘린다고 가정하면 베이스에 1mA만 흘려주면 제어할 수 있다. 이때 전류 증폭도는 100이다(BC547 DATASHEET 참조) 다음은 P채널의 경우이다. < 출처 : http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/MOSFET.html > N 채널과는 반대로 로드가 아래에 있으며 소스가 전원에 붙어 있는것을 볼 수 있다. P 채널의 경우 데이터 시트를 보면 항상 전압이 -가 붙어 있다. N 채널과는 반대로 흐른다. 따라서 소스에서 드레인으로 흐른다 생각하고 -를 떼버리면 혼란스러움이 줄어든다. 스위칭에 있어 게이트-소스간 전위차가 - MINIMUM VOLTAGE(VGS(th))이상 일 경우(HIGH) 온이 되며 이하일 경우 OFF가 된다. 편의상 소스에서 게이트 드라이브 전원을 만들면 쉽다. --- 작성중. 추후 계속---- Date:2021/3/6 11:20:37 Hits: MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 트랜지스터는 스위칭 목적 및 전자 장치의 전자 신호 증폭에 널리 사용됩니다. MOSFET은 단일 칩으로 설계 및 제작되는 코어 또는 집적 회로입니다. 장치가 매우 작은 크기로 제공되기 때문입니다. MOSFET 장치의 도입으로 전자 제품의 스위칭 영역의 변화. 이 개념에 대해 자세히 설명하겠습니다. MOSFET이란? MOSFET은 소스 (S), 게이트 (G), 드레인 (D) 및 본체 (B) 단자가있는 XNUMX 단자 장치입니다. 일반적으로 MOSFET의 본체는 소스 단자와 연결되어 전계 효과 트랜지스터와 같은 XNUMX 단자 장치를 형성합니다. MOSFET은 일반적으로 트랜지스터로 간주되며 아날로그 및 디지털 회로에 모두 사용됩니다. 이것은 MOSFET에 대한 기본적인 소개입니다. 이 장치의 일반적인 구조는 다음과 같습니다.
 채널의 폭은 게이트라고하는 전극의 전압에 의해 제어되며 소스와 드레인 사이에 있습니다. 매우 얇은 금속 산화물 층 근처의 채널로부터 절연되어 있습니다. 장치에 존재하는 MOS 용량은 전체 작업이이를 가로 지르는 중요한 부분입니다. MOSFET은 두 가지 방식으로 작동 할 수 있습니다. 고갈 모드 강화 모드 고갈 모드 게이트 단자에 전압이 없으면 채널은 최대 컨덕턴스를 보여줍니다. 게이트 단자의 전압이 양수 또는 음수이면 채널 전도도가 감소합니다.
강화 모드 게이트 단자에 전압이 없으면 장치가 전도되지 않습니다. 게이트 단자에 최대 전압이있을 때 장치는 향상된 전도도를 보여줍니다.
MOSFET 장치의 주요 원리는 전압 및 전류 흐름을 제어 할 수 있다는 것입니다. 소스 및 드레인 단자. 스위치처럼 작동하며 장치의 기능은 MOS 커패시터에. MOS 커패시터는 MOSFET의 주요 부분입니다. 소스와 드레인 사이에 위치한 산화층 아래의 반도체 표면 단자는 포지티브 또는 네거티브 게이트를 적용하여 p 형에서 n 형으로 반전 될 수 있습니다. 전압은 각각. 양의 게이트 전압에 반발력을 가하면 구멍이 산화물 층 아래에 존재하는 것은 기판과 함께 아래로 밀린다. 수용체와 관련된 바운드 음전하로 채워진 고갈 영역 원자. 전자에 도달하면 채널이 개발됩니다. 양의 전압은 또한 전자를 끌어들입니다 n + 소스 및 드레인 영역에서 채널로. 이제 드레인 사이에 전압이 가해지면 소스와 소스 사이에 전류가 자유롭게 흐르고 게이트 전압이 채널의 전자. 양의 전압 대신 음의 전압을 적용하면 홀 채널이 산화물 층 아래에 형성됩니다.
P- 채널 MOSFET P- 채널 MOSFET에는 소스와 드레인 단자 사이에 P- 채널 영역이 있습니다. 그것은 터미널이 게이트, 드레인, 소스 및 바디로 된 XNUMX 단자 장치. 드레인과 소스는 고농도로 도핑 된 p + 영역과 본체 또는 기판은 n 형입니다. 전류의 흐름은 양전하 구멍.게이트 단자에 반발력으로 음의 전압을 가하면 전자가 산화층 아래는 기판으로 아래로 밀립니다. 에 의해 채워진 고갈 영역 기증자 원자와 관련된 결합 된 양전하. 네거티브 게이트 전압도 p + 소스 및 드레인 영역에서 채널 영역으로 홀을 끌어 당깁니다.N 채널 MOSFET에는 소스와 드레인 단자 사이에 N 채널 영역이 있습니다. 그것은 터미널이 게이트, 드레인, 소스, 바디로 된 XNUMX 단자 장치. 이 유형의 전계 효과 트랜지스터, 드레인 및 소스는 많이 도핑 된 n + 영역이고 기판 또는 본체는 P 형입니다.이 유형의 MOSFET에서 전류 흐름은 음으로 하전 된 전자 때문에 발생합니다. 언제 우리가 게이트 단자에 반발력으로 양의 전압을 적용한 다음 산화물 아래에있는 구멍 층은 기판으로 아래로 밀려납니다. 고갈 영역은 바운드 음수로 채워집니다. 수용체 원자와 관련된 전하.전자가 도달하면 채널이 형성됩니다. 양의 전압은 또한 n + 소스 및 드레인 영역을 채널로. 이제 드레인과 소스 사이에 전압이 가해지면 전류는 소스와 드레인 사이에서 자유롭게 흐르고 게이트 전압은 전자를 제어합니다. 채널. 음의 전압을 적용하면 양의 전압 대신에 구멍 채널이 형성됩니다. 산화물 층.
N- 채널 MOSFET 이 유형의 MOSFET에서 전류 흐름은 음으로
하전 된 전자 때문에 발생합니다. 게이트 단자에 반발력으로 양의 전압을 적용하면 산화물 층 아래에 존재하는 구멍이 기판으로 아래로 밀려납니다. 고갈 영역은 수용체 원자와 관련된 결합 된 음전하로 채워집니다. MOSFET 작동 영역 가장 일반적인 시나리오에서이 장치의 작동은 주로 세 지역에서 발생하며 다음과 같이 : Cut-off Region – 장치가 OFF 상태가 될 영역이며 그것을 통해 전류 흐름. 여기에서 장치는 기본 스위치로 작동하며 때처럼 사용됩니다. 전기 스위치로 작동하는 데 필요합니다. 포화 영역 –이 영역에서 디바이스는 드레인-소스 전류 값을 일정하게 유지합니다. 드레인에서 소스로의 전압 향상을 고려하지 않고 이것은 한 번만 발생합니다. 드레인-소스 단자의 전압이 핀치 오프 전압 값보다 더 많이 증가 할 때. 에 이 시나리오에서 디바이스는 드레인을 통해 포화 된 전류 레벨이 소스 터미널이 흐릅니다. 이로 인해 장치가 다음을 수행해야 할 때 포화 영역이 선택됩니다. 전환을 수행하십시오. 선형 / 옴 영역 – 드레인에서 소스 단자까지의 전류가 향상되는 영역입니다. 드레인에서 소스까지의 전압이 증가합니다. MOSFET 장치가 작동 할 때 이 선형 영역은 증폭기 기능을 수행합니다. 이제 MOSFET의 스위칭 특성을 고려해 보겠습니다. MOSFET 또는 Bipolar Junction Transistor와 같은 반도체도 기본적으로 스위치로 작동합니다. 두 시나리오 중 하나는 ON 상태이고 다른 하나는 OFF 상태입니다. 이 기능을 고려하기 위해 살펴 보겠습니다. MOSFET 장치의 이상적이고 실용적인 특성에서. 이상적인 스위치 특성 MOSFET이 이상적인 스위치로 작동해야하는 경우 아래의 속성을 유지해야합니다. are ON 상태에서 전달하는 전류 제한이 있어야합니다. 실용적인 스위치 특성 세계가 이상적인 애플리케이션에만 집착하지 않기 때문에 MOSFET의 기능은 실용적인 목적. 실제 시나리오에서 장치는 아래 속성을 유지해야합니다. ON 상태에서는 전원 관리 기능이 제한되어야합니다. 전도 전류를 제한해야합니다. OFF 상태에서 차단 전압 레벨은 제한되지 않아야합니다.유한 시간 동안 켜고 끄면 장치의 제한 속도가 제한되고 기능 주파수 전자가 도달하면 채널이 형성됩니다. 양의 전압은 또한 n + 소스 및 드레인 영역에서 채널로 전자를 끌어들입니다. 이제 드레인과 소스 사이에 전압이 가해지면 전류는 소스와 드레인 사이에서 자유롭게 흐르고 게이트 전압은 채널의 전자를 제어합니다. 음의 전압을 적용하면 양의 전압 대신에 구멍 채널이 산화물 층 아래에 형성됩니다. MOSFET 장치의 ON 상태에서는 포워딩 바이어스에서 전압 강하가 발생하는 최소 저항 값이 있습니다. 또한 역 누설 전류를 전달하는 유한 한 OFF 상태 저항이 있습니다. 장치가 실제 특성에서 작동하면 ON 및 OFF 상태에서 전원이 손실됩니다. 이것은 전환 상태에서도 발생합니다. 스위치로서의 MOSFET의 예 아래 회로 배열에서 확장 모드 및 N 채널 MOSFET을 사용하여 조건이 ON 및 OFF 인 샘플 램프. 게이트 단자의 양의 전압이 트랜지스터의베이스와 램프가 ON 상태로 이동하고 여기서 VGS = + v 또는 제로 전압 레벨에서, 장치는 VGS = 0 인 OFF 상태로 전환됩니다. 램프의 저항 부하를 유도 부하로 교체하고 릴레이에 연결하거나 부하에 대해 보호되는 다이오드. 위의 회로에서 저항을 전환하는 매우 간단한 회로입니다. 램프 또는 LED와 같은 부하. 그러나 MOSFET을 유도 성 부하 또는 용량 성 스위치로 사용하는 경우 부하가 걸리면 MOSFET 장치에 대한 보호가 필요합니다. MOSFET이 보호되지 않은 경우 장치가 손상 될 수 있습니다. MOSFET의 경우 아날로그 스위칭 장치로 작동하려면 VGS = 0 인 차단 영역간에 전환해야합니다. 및 VGS = + v 인 포화 영역. 동영상 설명 MOSFET은 트랜지스터로도 작동 할 수 있으며 Metal Oxide Silicon Field Effect로 약칭됩니다. 트랜지스터. 여기에서 이름 자체는 장치가 트랜지스터로 작동 할 수 있음을 나타냅니다. 그것은 P-채널 및 N 채널. 장치는 XNUMX 개의 소스, 게이트 및 드레인을 사용하는 방식으로 연결됩니다. 단자와 24Ω의 저항 부하가 전류계와 직렬로 연결되고 전압계는 MOSFET을 통해 연결됩니다. 트랜지스터에서 게이트의 전류 흐름은 양의 방향이고 소스 단자는 접지에 연결됩니다. 바이폴라 접합 트랜지스터 장치에서는 전류 흐름이베이스를 가로 질러투-이미 터 경로. 하지만이 장치에서는 처음에 커패시터가 있기 때문에 전류가 흐르지 않습니다. 게이트의 경우 전압 만 필요합니다. 이것은 시뮬레이션 프로세스를 진행하고 ON / OFF를 전환하여 발생할 수 있습니다. 때 스위치가 켜져 있으면 회로에 전류가 흐르지 않습니다. 저항이 24Ω이고 전류계가 0.29 일 때 전압이 연결되면 + 0.21V가 있기 때문에 소스에서 무시할 수있는 전압 강하를 찾습니다. 이 장치에서. 드레인과 소스 사이의 저항을 RDS라고합니다. 이 RDS로 인해 전압 강하가 나타납니다. 회로에 전류 흐름이있을 때. RDS는 장치 유형에 따라 다릅니다 ( 전압 유형에 따라 0.001, 0.005 및 0.05 사이.
히스테리시스가있는 MOSFET 스위치 MOSFET을 스위치로 적용 이 장치의 가장 중요한 예 중 하나는 스위치로 사용되며 자동 밝기 제어입니다. 가로등. 요즘 우리가 고속도로에서 관찰하는 많은 조명은 방전 램프. 그러나 HID 램프를 사용하면 에너지 수준이 증가합니다. 밝기는 요구 사항에 따라 제한 될 수 없으며이 때문에 스위치가 있어야합니다. 대체 조명 방식으로 LED입니다. LED 시스템을 사용하면 단점을 극복 할 수 있습니다. 고강도 램프. 이 구조의 기본 개념은 조명을 직접 제어하는 것이 었습니다. 마이크로 프로세서를 사용하여 고속도로에서.
이것은 클럭 펄스를 수정하여 달성 할 수 있습니다. 필요에 따라이 장치는 스위칭 램프. 관리 용 프로세서가 포함 된 라즈베리 파이 보드로 구성됩니다. 여기서 LED는 HID 대신 대체 될 수 있으며 이들은 프로세서와 연결되어 있습니다. MOSFET을 통해. 마이크로 컨트롤러는 해당 듀티 사이클을 제공 한 다음 MOSFET으로 전환하여 높은
수준의 강도를 제공합니다. 장점 장점은 다음과 같습니다. 최소 전압 레벨에서 작동하는 경우에도 향상된 효율성을 생성합니다. 게이트 전류가 존재하지 않아 더 많은 입력 임피던스가 생성되어 스위칭 속도 장치. 이러한 장치는 최소 전력 수준에서 작동 할 수 있으며 최소 전류를 사용합니다.단점. 단점 단점은 다음과 같습니다. 이러한 장치가 과부하 전압 수준에서 작동하면 장치가 불안정 해집니다. 장치는 얇은 산화막을 가지고 있기 때문에 자극을 받으면 장치에 손상을 줄 수 있습니다. 정전기 전하 산업 및 응용 MOSFET의 용도는 다음과 같습니다. MOSFET으로 만든 증폭기는 광범위한 주파수 애플리케이션에 매우 많이 사용됩니다.DC 모터에 대한 규정은 이러한 장치에서 제공합니다. 스위칭 속도가 향상되어 초퍼 구성에 완벽하게 작동합니다. 앰프 다양한 전자 소자의 수동 부품으로 기능합니다. 결국 트랜지스터에는 전류가 필요한 반면 MOSFET에는 전압이 필요하다는 결론을 내릴 수 있습니다. MOSFET의 구동 요구 사항은 BJT에 비해 훨씬 더 좋고 훨씬 간단합니다. 메시지를 남겨주세요메시지 목록 |
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