Izolowane tranzystory polowe

Tranzystory polowe | MOSFET cz.1 | #29 [Podstawy] (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Izolowane tranzystory polowe

Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe i obwody


Pytanie 1

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka matematycznego analizowania obwodów wymaga dużo nauki i praktyki. Zazwyczaj uczniowie ćwiczą poprzez pracę z wieloma problemami i sprawdzanie swoich odpowiedzi w porównaniu z tymi dostarczonymi przez podręcznik lub instruktora. Chociaż jest to dobre, istnieje o wiele lepszy sposób.

Dowiesz się o wiele więcej, budując i analizując rzeczywiste obwody, pozwalając swojemu sprzętowi testowemu dostarczać "odpowiedzi" zamiast książki lub innej osoby. Aby odnieść sukces w budowaniu obwodów, wykonaj następujące kroki:

  1. Dokładnie zmierz i zanotuj wszystkie wartości składowe przed budową obwodu, wybierając wartości rezystorów wystarczająco wysokie, aby uszkodzić jakiekolwiek aktywne komponenty, które są mało prawdopodobne.
  2. Narysuj schemat obwodu, który będzie analizowany.
  3. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  4. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  5. Matematycznie przeanalizuj obwód, rozwiązując wszystkie wartości napięcia i prądu.
  6. Dokładnie zmierz wszystkie napięcia i prądy, aby zweryfikować dokładność analizy.
  7. Jeśli wystąpią jakiekolwiek istotne błędy (większe niż kilka procent), dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem diagramu, a następnie dokładnie oblicz ponownie wartości i ponownie zmierz pomiar.

Kiedy uczniowie najpierw zapoznają się z urządzeniami półprzewodnikowymi i najprawdopodobniej ich uszkodzą poprzez niewłaściwe połączenia w swoich obwodach, polecam eksperymentować z dużymi komponentami o dużej mocy (diody prostownicze 1N4001, tranzystory mocy TO-220 lub TO-3) itp.), a zamiast tego korzysta się z zasilanych bateriami suchych ogniw. Zmniejsza to prawdopodobieństwo uszkodzenia podzespołów.

Jak zwykle, unikaj bardzo wysokich i bardzo niskich wartości rezystorów, aby uniknąć błędów pomiarowych spowodowanych przez "ładowanie" licznika (na wyższym końcu) i uniknąć wypalenia tranzystora (na niskim końcu). Polecam rezystory od 1 kΩ do 100 kΩ.

Jednym ze sposobów zaoszczędzenia czasu i zmniejszenia prawdopodobieństwa błędu jest rozpoczęcie od bardzo prostego obwodu i stopniowe dodawanie składników w celu zwiększenia jego złożoności po każdej analizie, zamiast budowania zupełnie nowego obwodu dla każdego problemu praktycznego. Inną techniką oszczędzającą czas jest ponowne użycie tych samych komponentów w różnych konfiguracjach obwodów. W ten sposób nie będziesz musiał zmierzyć wartości żadnego składnika więcej niż jeden raz.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwól, by elektrony same udzieliły odpowiedzi na twoje własne "problemy praktyczne"!

Uwagi:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​studenci potrzebują wielu ćwiczeń z analizą obwodów, aby stać się biegły. W tym celu instruktorzy zwykle zapewniają swoim uczniom wiele problemów związanych z praktyką i udzielają odpowiedzi uczniom, którzy mogą sprawdzić swoją pracę. Takie podejście sprawia, że ​​uczniowie biegle posługują się teorią obwodów, ale nie potrafią ich w pełni wykształcić.

Uczniowie nie potrzebują jedynie praktyki matematycznej. Potrzebują także prawdziwych, praktycznych ćwiczeń w budowaniu obwodów i korzystaniu z urządzeń testowych. Sugeruję następujące alternatywne podejście: uczniowie powinni budować własne "problemy praktyczne" z rzeczywistymi komponentami i próbować matematycznie przewidywać różne wartości napięcia i prądu. W ten sposób teoria matematyczna "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zyskaliby jedynie przez rozwiązywanie równań.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku matematycznych przewidywań) poprzez przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Uczniowie będą również rozwijać prawdziwe umiejętności rozwiązywania problemów, ponieważ czasami popełniają błędy konstrukcyjne obwodu.

Spędź kilka chwil ze swoją klasą, aby zapoznać się z niektórymi "zasadami" budowania obwodów przed ich rozpoczęciem. Porozmawiaj o tych problemach ze swoimi uczniami w taki sam sposób, w jaki zwykle omawiasz pytania z arkusza roboczego, zamiast po prostu mówić im, czego powinni i czego nie powinni robić. Nigdy nie przestaje mnie dziwić, jak słabo studenci chwytają instrukcje, gdy są prezentowane w typowym wykładzie (monolog instruktorski)!

Uwaga dla instruktorów, którzy mogą narzekać na "zmarnowany" czas wymagany do tego, aby uczniowie zbudowali rzeczywiste obwody zamiast tylko matematycznej analizy obwodów teoretycznych:

Jaki jest cel studentów, którzy biorą udział w kursie "itemsheetpanel panel-default" itemscope>

pytanie 2

Poniższa ilustracja przedstawia przekrój izolowanego tranzystora polowego z bramką, zwanego czasem IGFET :

Wyjaśnij, co dzieje się, gdy do bramki (w odniesieniu do podłoża) doprowadzane jest napięcie dodatnie, w odniesieniu do przewodności elektrycznej między źródłem i drenem:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Po doprowadzeniu do bramki wystarczającej ilości napięcia dodatniego tworzy się warstwa inwersyjna, tworząc kanał typu N dla prądu źródła prądu:

Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili, w jaki sposób tworzy się warstwa inwersyjna, i co to oznacza dla przewodnictwa źródła prądu, jeśli nie ma warstwy odwracającej.

Przedyskutuj z uczniami, że ta warstwa odwracająca jest niesamowicie cienka; więc to jest często określane jako dwuwymiarowy "arkusz" nośników ładunku.

Wspomnij także swoim uczniom, że chociaż "IGFET" jest ogólnym terminem dla takiego urządzenia, "MOSFET" jest częściej używany jako desygnator ze względu na historię urządzenia.

pytanie 3

Litery "MOS" w akronimie "MOSFET" oznaczają "Metal Oxide Semiconductor". Opisz, co to oznacza, w odniesieniu do budowy tranzystora MOSFET.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

"Tlenek", o którym mowa, to warstwa materiału izolacyjnego umieszczona pomiędzy metalowym zaciskiem bramkowym a kanałem półprzewodnikowego efektu polowego.

Pytanie uzupełniające: MOSFETy są czasami określane jako "IGFET". Wyjaśnij, co oznacza ten skrót i jak to oznacza to samo co "MOSFET".

Uwagi:

Wyjaśnij uczniom, że IGFET jest terminem bardziej ogólnym niż MOSFET, ponieważ dwutlenek krzemu nie jest jedynym odpowiednim materiałem, z którego można wykonać warstwę izolacyjną dla bramy.

Pytanie 4

Niektóre typy tranzystorów MOSFET mają już kanał odpływu źródła, który nie ma zastosowanego napięcia bramki:

Wyjaśnij, co dzieje się z przewodnością źródła-odpływu z każdym z następujących przyłożonych naprężeń bramki do podłoża. W razie potrzeby zmodyfikuj ilustracje:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Poproś uczniów, aby porównali zachowanie tego typu MOSFET z zachowaniem typu, który wymaga napięcia bramki, aby utworzyć warstwę inwersji.

Pytanie 5

Istnieją dwie ogólne klasy tranzystorów MOSFET: MOSFETy, które działają bez przyłożonego napięcia bramki, oraz tranzystory MOSFET, które wymagają podania napięcia bramki do przewodzenia. Jakie są nazwy każdego z tych typów MOSFET i jakie są ich symbole schematyczne "# 5"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

MOSFET typu D ( typu D), przewodzą prąd bez żadnego napięcia bramki. MOSFET typu E ( typu E) wymagają napięcia bramki do przewodzenia.

Uwagi:

Część tego pytania z pytaniami o wskazówki w symbolach tranzystorów jest bardzo ważna. Znacznie łatwiej będzie uczniom zapamiętać funkcję każdego typu tranzystora, jeśli potrafią rozpoznać wskazówki w symbolice.

Pytanie 6

Zidentyfikuj te schematyczne symbole:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Symbol "bańki" na bramce urządzeń z kanałem P przypomina bąbelki inwersji stosowane w symbolach bramek logicznych. Zakładam, że twoi uczniowie nie będą studiować bramek logicznych w tym momencie, więc jest to zapowiedź przyszłych wydarzeń!

Pytanie 7

Tranzystory polowe klasyfikuje się jako większość urządzeń nośnych . Wyjaśnij dlaczego.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Przewodzenie przez tranzystor polowy zależy od nośników ładunku obecnych w kanale z powodu domieszkowania (typu "większość" nośnika ładunku).

Pytanie kontrolne: dlaczego tranzystory z dwubiegunowym złączem uważane są za urządzenia mniejszościowe "notatki ukryte"> Uwagi:

Zapytaj uczniów, jaki rodzaj tranzystora działa na zasadzie nośnika mniejszości, w przeciwieństwie do tranzystorów polowych.

Pytanie 8

Tranzystory Bipolar Junction (BJT) są uważane za urządzenia "normalnie wyłączone", ponieważ ich naturalny stan bez sygnału przyłożonego do podstawy nie powoduje przewodzenia między emiterem a kolektorem, jak przełącznik otwarty. Czy tranzystory polowe z izolacją bramkową (IGFET) są uważane za takie same? Dlaczego lub dlaczego nie?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

IGFET mogą być wytwarzane jako urządzenia "normalnie włączone" lub "normalnie wyłączone".

Uwagi:

Poproś uczniów, aby omówili udzieloną odpowiedź. Nie przyjmuj bezmyślnej recytacji odpowiedzi, że "to zależy od tego, jak są wytwarzane", ale raczej wymaga wyjaśnienia, dlaczego IGFET będzie normalnie - w stosunku do normalnego wyłączenia.

Pytanie 9

Typowa ilość prądu przez bramkę bramki MOSFET jest znacznie mniejsza niż typowa ilość prądu przez terminal bazowy BJT, dla podobnych kontrolowanych prądów (odpowiednio odpływu lub kolektora). Wyjaśnij, co to jest o konstrukcji i / lub użyciu MOSFET, który ogranicza prąd wejściowy prawie do zera podczas normalnej pracy.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Brama jest elektrycznie odizolowana od kanału.

Uwagi:

Jeśli zajdzie taka potrzeba, powróć do schematu MOSFET "cut-away", aby pomóc uczniom zrozumieć, dlaczego impedancja wejściowa MOSFET jest taka.

Pytanie 10

Metodowe tranzystory polowe (MOSFET) różnią się zachowaniem od Bipolar Junction Transistors (BJT) na kilka sposobów. W odpowiedzi podaj każdy z tych aspektów behawioralnych:

Bieżące wzmocnienie
Przewodzenie bez sygnału wejściowego (bramka / baza)
Polaryzacja
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

MOSFETy mają znacznie większe zyski prądu niż BJT.

BJT są zwykle urządzeniami wyłączonymi, podczas gdy MOSFET może być normalnie włączony lub normalnie wyłączony, w zależności od jego produkcji.

MOSFETy mogą przekazywać prąd z źródła do drenażu lub z drenu do źródła z taką samą łatwością. BJT mogą przekazywać prąd z emitera do kolektora tylko w jednym kierunku.

Uwagi:

Dla każdego z tych aspektów behawioralnych należy omówić z uczniami dokładnie, dlaczego te dwa typy tranzystorów są różne.

Pytanie 11

MOSFETy typu E są zwykle urządzeniami wyłączonymi, podobnie jak tranzystory z dwubiegunowym złączem, a naturalny stan ich kanałów silnie opiera się przepływowi prądów elektrycznych. W związku z tym stan przewodzenia wystąpi tylko na polecenie ze źródła zewnętrznego.

Wyjaśnij, co należy zrobić z MOSFETEM typu E, w szczególności, aby doprowadzić go do stanu przewodzenia (gdzie kanał formuje prąd pomiędzy źródłem i drenem).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Napięcie między bramą a podłożem (lub bramą i źródłem, jeśli podłoże jest podłączone do zacisku źródłowego) musi być doprowadzone w taki sposób, aby polaryzacja zacisku bramki elektrostatycznie przyciągała większość nośników ładunku kanału (tworząc warstwę inwersji bezpośrednio pod izolująca warstwa oddzielająca bramę od kanału).

Uwagi:

Jest to prawdopodobnie najważniejsze pytanie, na które uczniowie mogą udzielić odpowiedzi, gdy po raz pierwszy badacie MOSFETy typu E. Co dokładnie jest konieczne, aby go włączyć? Poproś uczniów, aby sporządzili diagramy, aby zilustrować swoje odpowiedzi, jakie przedstawiają przed klasą.

Poproś ich o wskazanie, jaka polaryzacja V GS będzie musiała zostać zastosowana, aby włączyć N-kanałowy MOSFET typu E, a także P-kanałowy MOSFET typu E.

Pytanie 12

MOSFETy typu D są zwykle włączanymi urządzeniami, podobnie jak tranzystory polowe łączące pola, naturalny stan ich kanałów jest możliwy do przejścia na prąd elektryczny. W związku z tym stan odcięcia nastąpi tylko przy poleceniu z zewnętrznego źródła.

Wyjaśnij, co należy zrobić z MOSFETEM typu D, w szczególności, aby doprowadzić go do stanu odcięcia (gdzie kanał jest całkowicie rozładowany).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Napięcie musi być doprowadzone pomiędzy bramką a podłożem (lub bramą i źródłem, jeśli podłoże jest podłączone do zacisku źródłowego) w taki sposób, aby polaryzacja zacisku bramki elektrostatycznie odstraszała nośniki większości ładunku kanału.

Pytanie uzupełniające: w przeciwieństwie do JFET, MOSFETy typu D mogą być bezpiecznie "ulepszone" poza przewodnictwem ich naturalnego stanu. Opisz, co jest konieczne, aby "nakazać" MOSFET typu D, aby prowadzić lepiej, niż to się dzieje w sposób naturalny.

Uwagi:

Jest to prawdopodobnie najważniejsze pytanie, na które uczniowie mogą uczyć się odpowiadać, gdy po raz pierwszy badacie MOSFET typu D. Co dokładnie jest konieczne, aby je wyłączyć? Poproś uczniów, aby sporządzili diagramy, aby zilustrować swoje odpowiedzi, jakie przedstawiają przed klasą.

Poproś ich o wskazanie, jaka polaryzacja V GS musi być zastosowana, aby wyłączyć N-kanałowy MOSFET typu D, a także P-kanałowy MOSFET typu D.

Pytanie 13

Metodowe tranzystory polowe (MOSFET) różnią się pod pewnymi względami od tranzystorów polowych JFET (Junction Field Effect Transistors). Wyjaśnij własnymi słowami, jaka jest różnica (-y).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwolę ci zrobić tutaj własne badania.

Uwagi:

Pomimo wielu podobieństw, tranzystory MOSFET i JFET nie są identyczne. Poproś uczniów, aby wyjaśnili, dlaczego oba typy tranzystorów zachowują się inaczej, a nie tylko recytują różnice odczytane z podręcznika lub z innego źródła.

Pytanie 14

Zidentyfikuj każdy typ MOSFET (niezależnie od tego, czy jest to kanał N, czy kanał P, typ D lub typ E), oznacz terminale i określ, czy MOSFET w każdym z tych obwodów będzie włączony lub wyłączony :

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: który z tych tranzystorów jest wyczerpany i który jest ulepszony "notatki ukryte"> Uwagi:

Bardzo ważne jest, aby uczniowie zrozumieli, jakie czynniki w obwodzie mają włączać i wyłączać MOSFET. Niektóre informacje zawarte w wykresach są istotne dla określenia statusu każdego tranzystora, a niektóre nie.

Pamiętaj, aby poprosić uczniów o wyjaśnienie ich uzasadnienia dla każdego statusu tranzystora. Jaki czynnik lub kombinacja czynników jest konieczna, aby włączyć MOSFET, a nie wyłączyć?

Pytanie 15

Zidentyfikuj każdy typ MOSFET (niezależnie od tego, czy jest to kanał N, czy kanał P, typ D lub typ E), oznacz terminale i określ, czy MOSFET w każdym z tych obwodów będzie włączony lub wyłączony :

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: który z tych tranzystorów jest wyczerpany i który jest ulepszony "notatki ukryte"> Uwagi:

Bardzo ważne jest, aby uczniowie zrozumieli, jakie czynniki w obwodzie mają włączać i wyłączać MOSFET. Niektóre informacje zawarte w wykresach są istotne dla określenia statusu każdego tranzystora, a niektóre nie.

Pamiętaj, aby poprosić uczniów o wyjaśnienie ich uzasadnienia dla każdego statusu tranzystora. Jaki czynnik lub kombinacja czynników jest konieczna, aby włączyć MOSFET, a nie wyłączyć?

Pytanie 16

Zidentyfikuj każdy typ MOSFET (niezależnie od tego, czy jest to kanał N, czy kanał P, typ D lub typ E), oznacz terminale i określ, czy MOSFET w każdym z tych obwodów będzie włączony lub wyłączony :

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: który z tych tranzystorów jest wyczerpany i który jest ulepszony "notatki ukryte"> Uwagi:

Bardzo ważne jest, aby uczniowie zrozumieli, jakie czynniki w obwodzie mają włączać i wyłączać MOSFET. Niektóre informacje zawarte w wykresach są istotne dla określenia statusu każdego tranzystora, a niektóre nie.

Pamiętaj, aby poprosić uczniów o wyjaśnienie ich uzasadnienia dla każdego statusu tranzystora. Jaki czynnik lub kombinacja czynników jest konieczna, aby włączyć MOSFET, a nie wyłączyć?

Pytanie 17

Wyjaśnij, dlaczego projektant obwodu wybrałby tranzystor MOSFET nad tranzystorem bipolarnym dla określonej aplikacji. Jakie zalety ma tranzystor MOSFET ponad tranzystorem bipolarnym?

Pytanie o wyzwanie: udowodnij swój punkt widzenia poprzez porównanie ocen parametrycznych z dwóch kart z danymi tranzystora, jednego bipolarnego i drugiego z efektem pola izolowanej bramki. Należy się upewnić, że te dwa tranzystory mają podobne wartości znamionowe prądu kontrolowanego (odpowiednio maksymalny prąd kolektora i prąd spustowy).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

MOSFET mają ekstremalnie niskie wymagania dotyczące "prądu" prądu wejściowego.

Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili, co oznacza "prąd napędowy" pod względem oceny tranzystorów. Poproś także o wyjaśnienie, dlaczego tranzystory MOSFET nie wymagają tak dużego prądu jak tranzystory bipolarne. Rzuć im wyzwanie, aby udowodnić swoją wagę poprzez porównanie arkuszy danych.

Czy niski prąd napędu jest jedyną zaletą, jaką MOSFET czerpią z tranzystorów bipolarnych? Zadaj to pytanie swoim uczniom, aby sprawdzić, czy zbadali te urządzenia w stopniu większym, niż wymagało tego pytanie.

Pytanie 18

Co oznacza termin transconductance, w odniesieniu do tranzystora polowego? Czy funkcja transkondukcyjności dla FET jest liniowa czy nieliniowa? Wyjaśnij dlaczego, odwołując się do równania, jeśli w ogóle możesz wyjaśnić swoją odpowiedź.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

"Transconductance" odnosi się do wielkości zmiany prądu drenu dla danej wielkości zmiany napięcia bramki (((ΔI D ) / (ΔV G ))). Funkcja transkonduktancji dla FET jest zdecydowanie nieliniowa.

Pytanie dotyczące wyzwania: jaka jednostka miary byłaby odpowiednia do wyrażania transkondukcji?

Uwagi:

Transconductance to nie tylko parametr JFET, ale także MOSFET (IGFET) i lampy próżniowe. Każde sterowane napięcie urządzenie do regulacji prądu ma wartość transconductance (chociaż może zmieniać się w zakresie roboczym urządzenia, tak jak zmienia się β w zakresie roboczym BJT).

Pytanie 19

Połączenie "substratu" w MOSFET jest często wewnętrznie połączone ze źródłem, tak jak poniżej:

Przekształca to MOSFET z cztero-terminalowego urządzenia w urządzenie z trzema końcami, dzięki czemu jest łatwiejszy w użyciu. Jedną konsekwencją tego wewnętrznego połączenia jest jednak utworzenie pasożytniczej diody pomiędzy końcówkami źródłowymi i spustowymi: złącze PN, które istnieje niezależnie od tego, czy chcemy, czy nie.

Dodaj tę pasożytniczą diodę do pokazanego tutaj symbolu MOSFET (reprezentującego przekrój MOSFET pokazany powyżej) i wyjaśnij, jak jego obecność wpływa na wykorzystanie tranzystora w rzeczywistym obwodzie:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: w jaki sposób obecność tej pasożytniczej diody pozwala nam pozytywnie odróżnić terminal źródłowy od terminala bramki podczas identyfikacji terminali MOSFET-u z multimetrem "notatki ukryte"> Uwagi:

Obecność tej diody jest bardzo ważną koncepcją, którą uczniowie mogą pojąć, ponieważ czyni MOSFET jednostronnym urządzeniem w większości praktycznych celów. Omów znaczenie tej diody i skontrastuj charakterystyki trójkońcowego tranzystora MOSFET z charakterystyką trójterminalnego JFET, który jest prawdziwie dwustronnym urządzeniem.

Pytanie 20

Technik używa multimetru cyfrowego (z funkcją "sprawdzania diody"), aby zidentyfikować zaciski MOSFETA mocy:

Technik otrzymuje następujące pomiary napięcia "sprawdzanie diody" w następującej kolejności:

  1. Czarny przewód na środkowym zacisku, Czerwony przewód na prawym zacisku = 0, 583 V ( pokazane na ilustracji )
  2. Czerwony przewód na środkowym terminalu, Czarny przewód na prawym terminalu = OL (otwarty)
  3. Czarny przewód na środkowym zacisku, Czerwony przewód na lewym zacisku = OL (otwarty)
  4. Czarny przewód na środkowym zacisku, Czerwony przewód na prawym zacisku = 0, 001 wolta
  5. Czerwony przewód na środkowym zacisku, Czarny przewód na prawym zacisku = 0, 001 wolta

Wyjaśnij, dlaczego czwarty i piąty pomiar są tak różne od pierwszego i drugiego, odpowiednio, gdy zostały wykonane między tymi samymi zaciskami w MOSFET. Podpowiedź: ten konkretny MOSFET jest N-kanałowym typem wzmocnienia.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Czynność wykonania trzeciego pomiaru wzmocniła tranzystor do stanu włączenia (nasycenia) za pomocą napięcia wyjściowego multimetru w trybie testu diody. MOSFET pozostał w stanie włączonym dla czwartego i piątego pomiaru.

Pytanie uzupełniające: gdzie miernik musi być podłączony, aby wymusić na MOSFET-ie stan wyłączenia (odcięcia) "notatki ukryte"> Uwagi:

Tranzystory polowe z natury rzeczy są urządzeniami aktywowanymi napięciowo z bardzo wysoką impedancją wejściową, są trudniejsze do zidentyfikowania niż tranzystory z dwubiegunowym złączem, ponieważ wyjście miernika w trybie "sprawdzania diody" wystarcza do aktywacji i dezaktywacji. To pytanie pokazuje praktyczny przykład tego (wartości faktycznie pochodziły z rzeczywistych testów tranzystora IRF510!).

Pytanie 21

Ważną kwestią przy obchodzeniu obwodów zawierających tranzystory MOSFET jest wyładowanie elektrostatyczne lub ESD . Opisz, czym jest to zjawisko i dlaczego jest to ważne dla obwodów MOSFET.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

"Wyładowanie elektrostatyczne" polega na zastosowaniu bardzo wysokich napięć do elementów obwodu w wyniku kontaktu lub bliskości z elektrycznie naładowanym ciałem, takim jak człowiek. Wysokie napięcia wykazywane przez elektryczność statyczną są bardzo szkodliwe dla tranzystorów MOSFET. Pozwolę ci zbadać, dlaczego!

Uwagi:

Pamiętaj, aby poprosić uczniów o wyjaśnienie mechanizmu uszkodzenia tranzystora wynikającego z ESD oraz omówienie ogromnych napięć statycznych generowanych zwykle w warunkach suchego powietrza. Jeśli masz jakieś mikrofotografie IC z ESD, pokaż kilka z nich w czasie dyskusji dla przyjemności oglądania swoich uczniów.

Pytanie 22

Antystatyczne paski na nadgarstki są zwykle używane przez techników podczas wykonywania prac na obwodach zawierających tranzystory MOSFET. Wyjaśnij, w jaki sposób te paski są używane i jak je przetestować, aby upewnić się, że działa prawidłowo.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Prosty test omomierza powinien ujawnić mega-omowy poziom oporu między punktem styku ze skórą a metalowym zaciskiem uziemiającym.

Pytanie uzupełniające: dlaczego istnieje opór celowo umieszczony między opaską na rękę a zaciskiem uziemiającym "uwagi ukryte"> Uwagi:

Warto zadać pytanie uczniom, dlaczego ochrona antystatyczna jest ważna podczas pracy z urządzeniami MOSFET. Nigdy nie powinieneś zakładać, że jest to oczywiste, chyba że temat został poruszony w pytaniu bezpośrednio poprzedzającym ten temat!

Twoi uczniowie powinni mieć antystatyczną opaskę na nadgarstek jako element swojej regularnej kolekcji narzędzi. Omawiając to pytanie, dobrze byłoby, gdyby uczniowie używali swoich omomierzy do sprawdzania działania ich opasek na nadgarstki.

Pytanie 23

Uzupełnij obwód, pokazując, jak przełącznik przycisku może być podłączony do bramki MOSFET w celu wywarcia kontroli nad ładunkiem:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

To rozwiązanie, choć możliwe do zastosowania, nie jest najbardziej praktyczne. Ulepsz ten projekt!

Pytanie uzupełniające: czy można powiedzieć, że ten tranzystor pobiera prąd do obciążenia, czy też tonie prąd z obciążenia "uwagi ukryte"> Uwagi:

Porozmawiaj ze swoimi uczniami, dlaczego obwód pokazany w odpowiedzi niekoniecznie musi być praktyczny i pracuj razem, aby stworzyć lepszy projekt.

Pytanie 24

Ustalić, czy obciążenie jest pod napięciem, czy też nie jest pod napięciem, gdy przełącznik znajduje się we wskazanej pozycji. Należy również określić, czy tranzystor jest typem wyczerpania, czy typem wzmocnienia :

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Obciążenie zostanie odłączone od zasilania w wyniku tego, że tranzystor typu wyczerpania jest w stanie "wyłączonym".

Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili, w jaki sposób ustalili stan tranzystora w tym obwodzie, a także jakie funkcje wykonuje dwubiegunowy, podwójny przerzutnik (DPDT). Nawiasem mówiąc, ta konfiguracja okablowania przełącznika DPDT jest dość powszechna w obwodach elektrycznych i elektronicznych!

Pytanie 25

Ustalić, czy obciążenie jest pod napięciem, czy też nie jest pod napięciem, gdy przełącznik znajduje się we wskazanej pozycji. Należy również określić, czy tranzystor jest typem wyczerpania, czy typem wzmocnienia :

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Obciążenie zostanie pobudzone w wyniku tego, że tranzystor typu wzmacniacza będzie w stanie "włączony".

Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili, w jaki sposób ustalili stan tranzystora w tym obwodzie, a także jakie funkcje wykonuje dwubiegunowy, podwójny przerzutnik (DPDT). Nawiasem mówiąc, ta konfiguracja okablowania przełącznika DPDT jest dość powszechna w obwodach elektrycznych i elektronicznych!

Pytanie 26

Ustalić, czy obciążenie jest pod napięciem, czy też nie jest pod napięciem, gdy przełącznik znajduje się we wskazanej pozycji. Należy również określić, czy tranzystor jest typem wyczerpania, czy typem wzmocnienia :

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Obciążenie zostanie pobudzone w wyniku tego, że tranzystor typu wyczerpania jest w stanie włączonym.

Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili, w jaki sposób ustalili stan tranzystora w tym obwodzie, a także jakie funkcje wykonuje dwubiegunowy, podwójny przerzutnik (DPDT). Nawiasem mówiąc, ta konfiguracja okablowania przełącznika DPDT jest dość powszechna w obwodach elektrycznych i elektronicznych!

Pytanie 27

Ustalić, czy obciążenie jest pod napięciem, czy też nie jest pod napięciem, gdy przełącznik znajduje się we wskazanej pozycji. Należy również określić, czy tranzystor jest typem wyczerpania, czy typem wzmocnienia :

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Obciążenie zostanie pobudzone w wyniku tego, że tranzystor typu wzmacniacza będzie w stanie "włączony".

Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili, w jaki sposób ustalili stan tranzystora w tym obwodzie, a także jakie funkcje wykonuje dwubiegunowy, podwójny przerzutnik (DPDT). Nawiasem mówiąc, ta konfiguracja okablowania przełącznika DPDT jest dość powszechna w obwodach elektrycznych i elektronicznych!

Pytanie 28

Ustalić, czy obciążenie jest pod napięciem, czy też nie jest pod napięciem, gdy przełącznik znajduje się we wskazanej pozycji. Należy również określić, czy tranzystor jest typem wyczerpania, czy typem wzmocnienia :

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Obciążenie zostanie odłączone od zasilania w wyniku tego, że tranzystor typu wzmacniacza jest w stanie "wyłączonym".

Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili, w jaki sposób ustalili stan tranzystora w tym obwodzie, a także jakie funkcje wykonuje dwubiegunowy, podwójny przerzutnik (DPDT). Nawiasem mówiąc, ta konfiguracja okablowania przełącznika DPDT jest dość powszechna w obwodach elektrycznych i elektronicznych!

Pytanie 29

Często konieczne jest, aby prąd źródła tranzystora mocy był obciążony (zapewniać ścieżkę od dodatniej szyny napięcia zasilania do obciążenia), a nie prąd opadający z obciążenia (zapewnić ścieżkę od obciążenia do ujemnej szyny napięciowej lub uziemienia), ponieważ jedna strona ładunku jest już połączona z ziemią:

Gdy źródła prądu tranzystorowego są często zwane prądem, często określa się je mianem przełącznika górnego . Określić wymagania dotyczące napięcia sterującego dla każdego z tych przełączników MOSFET high-side; to znaczy, ustal, co musi być podłączone do bramki każdego tranzystora, aby całkowicie ją włączyć, aby ładunek otrzymał pełną moc:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

W przypadku P-channel MOSFET, bramka musi być po prostu uziemiona. Dla N-kanałowego tranzystora MOSFET, bramka musi zostać doprowadzona do dodatniego napięcia większego niż + V o co najmniej V GS (włączone).

Pytanie uzupełniające: wyjaśnij, dlaczego terminy "pozyskiwanie" i "tonięcie" mają największy sens, gdy są oglądane z perspektywy konwencjonalnego zapisu prądu płynącego. Dla kontrastu, tutaj jest ten sam obwód ze strzałkami narysowanymi w kierunku przepływu elektronów:

Pytanie dotyczące wyzwania: pomimo bardziej wymagających wymagań dotyczących napędu bramkowego wysokoprzepustowego N-kanałowego tranzystora MOSFET, są one często preferowane w stosunku do urządzeń z kanałem P w praktycznych projektach obwodów. Wyjaśnij dlaczego. Podpowiedź: ma coś wspólnego z mobilnością przewoźnika .

Uwagi:

Jest to dobre ćwiczenie w określaniu właściwej polaryzacji napięcia (i wielkości) bramki, a także wprowadzaniu koncepcji bieżącego pozyskiwania i tonowania oraz przełączania po stronie wysokiego napięcia. Koniecznie poświęć czas na omówienie kwestii zaopatrzenia kontra zatonięcia, ponieważ będzie to miało większe znaczenie w późniejszych studiach (szczególnie w projektowaniu obwodów logicznych).

Pytanie 30

Narysuj odpowiednie połączenia przewodów niezbędne do "wzmocnienia" tego tranzystora MOSFET przy napięciu ogniwa słonecznego, tak aby bateria zasilała przekaźnik, gdy jest wystarczająca ekspozycja światła na ogniwo słoneczne:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie dotyczące wyzwania: podłącz podłączoną diodę ("wolnobieżną") do pokazanego obwodu, tak aby indukcyjne "odbijanie" od odwzbudzenia przekaźnika nie uszkodziło tranzystora MOSFET.

Uwagi:

Uczniowie powinni pamiętać, że pokazany obwód nie jest jedynym możliwym sposobem wykorzystania przekaźnika MOSFET do włączenia przekaźnika. Często końcówki substratu (SS) i źródła (S) MOSFETa stają się wspólne dla siebie, tak że obwody kontrolujące i kontrolowane mają wspólny punkt (zwykle system "punkt uziemiający").

Zapytaj uczniów, co by się stało, gdyby polaryzacja akumulatora została odwrócona.

Pytanie 31

Wyjaśnij, co stanie się w tym obwodzie, gdy każdy przycisk zostanie uruchomiony indywidualnie:

Czy możesz wymyślić jakieś praktyczne zastosowania dla takiego obwodu "# 31"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Ten obwód jest powszechnie znany jako bistabilny zatrzask, ponieważ jest w stanie "zatrzasnąć się" w dwóch różnych stabilnych stanach.

Jeśli masz trudności z analizowaniem działania tego obwodu, wyobraź sobie, że jeden z tranzystorów jest w stanie "włączony", a drugi jest w stanie "wyłączonym" natychmiast po włączeniu zasilania. Następnie zadaj sobie pytanie, co stanie się po uruchomieniu każdego przycisku.

Uwagi:

Bistabilny zatrzask lub multiwibrator, obwody są całkiem użyteczne i dość proste w implementacji z MOSFET-em, jak pokazuje ten przykład. Porozmawiaj o kilku praktycznych zastosowaniach ze swoimi uczniami, szczególnie jeśli nie odkryli oni kilku własnych aplikacji.

Pytanie 32

Obwód ten wykorzystuje kombinację pojemności i rezystancji, aby wytworzyć opóźnienie czasowe po zwolnieniu przycisku, powodując, że lampa pozostaje włączona przez krótki czas po otwarciu przełącznika:

Oblicz, jak długo lampa pozostanie włączona po otwarciu przełącznika, przy założeniu, że MOSFET ma napięcie progu bramki (załączenia) V GS (th) = 4 V.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

t opóźnienie = 2, 05 sekundy

Uwagi:

Aby rozwiązać ten problem, uczniowie muszą zastosować swoją wiedzę o pojemnościowych obwodach rozładowczych, aby znaleźć prawidłowe równanie na czas. Zapytaj ich, w jaki sposób skonfigurowali rozwiązanie i skąd wiedzieli, jakie równania użyć.

Pytanie 33

Przewiduj, w jaki sposób obwód ten zostanie zakłócony w wyniku następujących błędów. Rozważ każdą awarię niezależnie (tj. Pojedynczo, bez wielu błędów):

Tranzystor Q 1 nie działa poprawnie (dren-to-source):
Tranzystor Q 1 nie jest zwarty (dren-to-source):
Rezystor R1 nie działa poprawnie:

W przypadku każdego z tych warunków należy wyjaśnić, dlaczego wystąpią takie skutki.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Tranzystor Q 1 nie działa poprawnie (spust do źródła): Silnik odmawia uruchomienia.
Tranzystor Q 1 nie jest zwarty (spust do źródła): Silnik pracuje cały czas i nie wyłącza się.
Opornik R 1 nie działa poprawnie: silnik pracuje, gdy przełącznik jest wciśnięty, wyłączenie przełącznika zajmuje dużo czasu.

Uwagi:

Celem tego pytania jest podejść do dziedziny rozwiązywania problemów z obwodami z perspektywy wiedzy o tym, czym jest usterka, a nie tylko wiedzieć, jakie są objawy. Chociaż nie jest to koniecznie realistyczna perspektywa, pomaga uczniom zbudować podstawową wiedzę niezbędną do zdiagnozowania błędnego obwodu z danych empirycznych. Na takie pytania należy odpowiedzieć (ewentualnie) innymi pytaniami, w których prosi się uczniów o zidentyfikowanie prawdopodobnych usterek na podstawie pomiarów.

Pytanie 34

Przewiduj, w jaki sposób obwód ten zostanie zakłócony w wyniku następujących błędów. Rozważ każdą awarię niezależnie (tj. Pojedynczo, bez wielu błędów):

Tranzystor Q 1 nie jest zwarty (kolektor-emiter):
Tranzystor Q 2 nie działa poprawnie (dren-to-source):
Rezystor R1 nie działa poprawnie:
Rezystor R2 nie działa poprawnie:

W przypadku każdego z tych warunków należy wyjaśnić, dlaczego wystąpią takie skutki.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Tranzystor Q 1 nie jest zwarty (spust do źródła): Silnik pracuje cały czas i nie wyłącza się.
Tranzystor Q 2 nie otwiera się (spust do źródła): Silnik odmawia uruchomienia.
Rezystor R 1 nie działa poprawnie: silnik odmawia uruchomienia.
Rezystor R2 nie działa poprawnie: silnik pracuje, gdy przełącznik jest wciśnięty, długo się wyłącza po zwolnieniu przełącznika.

Uwagi:

Celem tego pytania jest podejść do dziedziny rozwiązywania problemów z obwodami z perspektywy wiedzy o tym, czym jest usterka, a nie tylko wiedzieć, jakie są objawy. Chociaż nie jest to koniecznie realistyczna perspektywa, pomaga uczniom zbudować podstawową wiedzę niezbędną do zdiagnozowania błędnego obwodu z danych empirycznych. Na takie pytania należy odpowiedzieć (ewentualnie) innymi pytaniami, w których prosi się uczniów o zidentyfikowanie prawdopodobnych usterek na podstawie pomiarów.

Pytanie 35

Przewiduj, w jaki sposób obwód ten zostanie zakłócony w wyniku następujących błędów. Rozważ każdą awarię niezależnie (tj. Pojedynczo, bez wielu błędów):

Tranzystor Q 1 nie jest zwarty (dren-to-source):
Tranzystor Q 2 nie jest zwarty (dren-to-source):
Rezystor R1 nie działa poprawnie:
Rezystor R2 nie działa poprawnie:
Mostek lutowniczy (krótki) obok rezystora R 1 :

W przypadku każdego z tych warunków należy wyjaśnić, dlaczego wystąpią takie skutki.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Tranzystor Q 1 nie jest zwarty (spust do źródła): Silnik odmawia uruchomienia.
Tranzystor Q 2 nie jest zwarty (spust do źródła): Silnik pracuje cały czas i nie wyłącza się.
Rezystor R1 nie działa poprawnie: silnik pracuje cały czas i nie wyłącza się.
Rezystor R2 nie działa poprawnie: silnik odmawia uruchomienia.
Mostek lutowniczy (krótki) w przeszłości rezystor R 1 : Silnik pracuje, gdy przełącznik jest początkowo niezasilony (tak jak powinien), ale tranzystor Q 1 zakończy się niepowodzeniem po naciśnięciu przełącznika. Może to spowodować, że silnik przestanie pracować lub nigdy się nie zatrzyma, w zależności od tego, jak Q 1 zawodzi. W wyniku tego bezpiecznik może również ulec uszkodzeniu.

Uwagi:

Celem tego pytania jest podejść do dziedziny rozwiązywania problemów z obwodami z perspektywy wiedzy o tym, czym jest usterka, a nie tylko wiedzieć, jakie są objawy. Chociaż nie jest to koniecznie realistyczna perspektywa, pomaga uczniom zbudować podstawową wiedzę niezbędną do zdiagnozowania błędnego obwodu z danych empirycznych. Na takie pytania należy odpowiedzieć (ewentualnie) innymi pytaniami, w których prosi się uczniów o zidentyfikowanie prawdopodobnych usterek na podstawie pomiarów.

Pytanie 36

Bardzo przydatnym obwodem MOSFET jest dwustronny przełącznik, przykład pokazany tutaj do analizy:

Obwód "podwójnego inwertera" zapewnia po prostu, że dwie linie sterujące A i B będą zawsze przeciwne biegunowości (jedna przy potencjale Vdd, a druga przy potencjale ziemi).

Jaki jest cel "dwustronnego przełącznika" obwodu "# 36"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwolę ci to samemu zbadać!

Uwagi:

Jeśli twoi uczniowie nie nauczyli się jeszcze cyfrowych obwodów tranzystorowych, byłby to dobry moment na wprowadzenie pojęcia "wysokich" i "niskich" stanów logicznych, w tym przypadku jako sygnałów sterujących do dwustronnej komórki przełącznika.

Zapytaj uczniów, jaki może być cel dwustronnego przełącznika, ponieważ mamy już przełączniki mechaniczne zdolne do przełączania prawie każdego znanego rodzaju sygnału elektrycznego.

Pytanie 37

Specjalny rodzaj tranzystora polowego z izolowaną bramką to podwójna brama MOSFET, pokazana tutaj:

Narysuj schemat za pomocą normalnych (pojedynczych bramek) tranzystorów MOSFET, równoważnych temu dwustanowiskowemu MOSFET.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Dość prosta odpowiedź na to pytanie, ale prawdziwym celem jest rzucenie wyzwania uczniom na myślenie o złożonych elementach obwodu pod względem równoważnych obwodów składających się z prostych, wyidealizowanych komponentów.

Pytanie 38


∫f (x) dx Calculus alert!


Potencjalnym problemem dla MOSFETów mocy jest indukowane uruchamianie (dv / dt) . Wyjaśnij, dlaczego MOSFET może włączyć się, gdy nie powinien, biorąc pod uwagę nadmierny (dv / dt) warunek.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli szybkość zmiany napięcia drenu w czasie ((dv / dt)) jest nadmierna, tranzystor może się włączyć ze względu na efekt sprzężenia pojemności kapilarnej (C GD ).

Pytanie o wyzwanie: narysuj równoważny schemat pokazujący pasożytniczą pojemność C GD i zapisz równanie dotyczące prądu pojemnościowego do chwilowej zmiany napięcia w czasie.

Uwagi:

To pytanie jest dobrym przeglądem teorii kondensatorów i notacji rachunku różniczkowego. Poproś uczniów, aby dokładnie wyjaśnili, co oznacza (dv / dt) i jak odnosi się do prądu w obwodzie zawierającym pojemność.

Problem włączania indukowanego przez dv / dt nie jest unikalny w przypadku zasilania tranzystorów MOSFET. Różne tyrystory, w szczególności SCR i TRIAC, również wykazują ten problem.

Pytanie 39

Znajdź jeden lub dwa tranzystory polowe z izolowaną bramką i przynieś je ze sobą na zajęcia do dyskusji. Zidentyfikuj jak najwięcej informacji na temat swoich tranzystorów przed dyskusją:

Identyfikacja terminala (który terminal jest bramą, źródłem, drenażem)
Ciągła moc znamionowa
Typowy transconductance

Uwaga: zachowaj ostrożność, aby tranzystory były możliwie jak najbardziej antystatyczne, aby uniknąć uszkodzenia bramki przez wyładowania elektrostatyczne.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli to możliwe, znajdź arkusz danych producenta dla twoich komponentów (lub przynajmniej arkusz danych dla podobnego komponentu), aby porozmawiać z kolegami z klasy. Przygotuj się do udowodnienia terminalowej identyfikacji swoich tranzystorów w klasie, używając multimetru!

Uwagi:

Celem tego pytania jest doprowadzenie uczniów do kinestetycznej interakcji z tematem. To może wydawać się głupie, gdy uczniowie angażują się w ćwiczenia "pokaż i powiedz", ale odkryłem, że takie działania bardzo pomagają niektórym uczniom. Dla tych uczących się, którzy mają kinestetyczny charakter, bardzo pomocne jest dotknięcie prawdziwych elementów podczas uczenia się o ich funkcji. Oczywiście to pytanie stanowi także doskonałą okazję do ćwiczenia interpretacji oznaczeń elementów, korzystania z multimetru, kart z danymi dostępowymi itp.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →