Podstawy
Tranzystory
T
polowe
MOSFET
TRANZYSTORY dla POCZĄTKUJĄCYCH Część 23
W niniejszym odcinku podane są informa−
zystora nie powinna przeszkadzać... Widzisz
21b). Gdyby impulsy miały wypełnienie
cje na temat specyficznych cech tranzysto−
problem?
50%, na bramce panowałoby napięcie stałe
rów MOSFET, które trzeba znać i uwzglę−
Rezystancja R1 z pojemnością bramka−
rzędu 4,5V, a więc tranzystor byłby ciągle
dniać w niektórych zastosowaniach. Wia−
źródło tranzystora daje stałą czasową rzędu
otwarty (linie przerywane na rysunku 21b).
domości te są niezbędne każdemu elektro−
100µs (100kΩ*1nF) i tworzy filtr – obwód
Koniecznie trzeba zmniejszyć wartość R1.
nikowi do prawidłowego wykorzystania
uśredniający. W rzeczywistości jest jeszcze
Zmniejszyć, by przebiegi wyglądały przynaj−
tych pożytecznych elementów.
gorzej ze względu na tzw. zjawisko Millera
mniej jak na rysunku 22a, a najlepiej całko−
i pojemność dren−bramka, ale nie wchodźmy
wicie usunąć, by wyglądały jak na rysunku
Prawdopodobnie jesteś zachwycony wła−
w szczegóły.
22b. Przecież w pojemności bramkowej MO−
ściwościami MOSFET−ów, omówionych
SFET−a gromadzi się pewna ilość energii. Naj−
w poprzednim odcinku. Rzeczywiście, do
pierw tę pojemność trzeba jak najszybciej na−
wielu zastosowań są to wymarzone tranzy−
ładować, a potem jak najszybciej rozładować.
story, zdecydowanie lepsze niż zwykłe tran−
Dlaczego jak najszybciej? Jeśli proces łado−
zystory bipolarne. Ale nie myśl, że MO−
wania i rozładowania będzie przebiegał wol−
SFET−y to elementy idealne. Muszę Ci zwró−
no, wtedy przełączanie będzie powolne
cić uwagę na dwie istotne cechy, które często
i w tranzystorze będzie się wtedy wydzielać
dają o sobie znać, i to w bolesny sposób.
znaczna moc – wystąpią duże straty przełącza−
nia – pokazano to na rysunku 22. Jeśli ładowa−
Pojemności
nie i rozładowywanie będzie szybkie, jak na
Po pierwsze chodzi
rysunku 22b, straty mocy w tranzystorze będą
o pojemności, a zwła−
niewielkie. Jeśli czasy te będą znaczne (rysu−
szcza pojemność mię−
nek 22a), tranzystor będzie się silnie grzał.
dzy bramką a pozo−
Policzmy teraz, w ciągu jakiego czasu
stałymi elektrodami
prąd 10mA naładuje pojemność 1nF do na−
– zobacz rysunek 20.
pięcia 10V:
W MOSFET−ach mo−
cy pojemności te są
t = CU/I
rzędu 1nF. Czy ten
t = 1nF*10V / 10mA = 1000ns
jeden nanofarad to
Rys. 20 Pojemności
znikoma pojemność
wewnętrzne
Rys. 21 Przykładowy układ pracy
Rys. 22 Straty mocy
i nie ma się czym
podczas przełączania
przejmować? Wprost przeciwnie!
Okazuje się, że przy
Wiesz, że MOSFET−y często pracują
wąskich
impulsach
w układach impulsowych przy częstotliwo−
o częstotliwości 100kHz,
ściach rzędu dziesiątek, a nawet setek kilo−
czemu odpowiada okres
herców. Cieszyłeś się, że obwód bramki nie
10µs, tranzystor w ogóle
pobiera prądu – słusznie, ale dotyczy to tylko
nie zdoła się otworzyć,
pracy statycznej. Przeanalizujmy teraz, co
bo w czasie impulsu do−
dzieje się w układzie z rysunku 21, gdzie datniego napięcie na
przy częstotliwości 100kHz bramka tranzy−
bramce nie zdoła wzro−
stora sterowana jest przez rezystor R1 o du−
snąć powyżej progu
żej wartości 100kΩ. Jeśli w obwodzie bram−
włączania tranzystora
ki nie płynie prąd, to chyba obecność tego re−
(linie ciągłe na rysunku
38
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
Podstawy
1000ns, czyli jedna mikrosekunda – to dużo,
łane ładunkami statycznymi zdarzają się nie−
bardzo dużo, jak na szybkie układy impulso−
zmiernie rzadko. Znacznie gorzej z małymi
we. Dlatego zapamiętaj raz na zawsze, że
MOSFET−ami typu BS170, BS107, BS250. Są
przy pracy impulsowej obwody sterujące
one delikatne i naprawdę łatwo je uszkodzić.
bramkę MOSFET−a muszą mieć jak najwięk−
Należy obchodzić się z nimi bardzo ostrożnie:
szą wydajność prądową. Naprawdę nie za−
przechowywać je wetknięte w czarną przewo−
szkodzi, gdy wydajność będzie rzędu nawet
dzącą gąbkę, uziemić stanowisko pracy, uzie−
1A. Właśnie dlatego często stosuje się tran−
mić grot lutownicy, rozładowywać swe ciało
zystorowy wtórnik symetryczny jak na ry−
często dotykając uziemienia i czarnej gąbki, itd.
sunku 23a, bądź równolegle łączy bramki
Ze względu na tę wrażliwość zalecam taką wła−
wg rysunku 23b.
śnie ostrożność podczas testowania małych
MOSFET−ów za pomocą omomierza wg ry−
Rys. 24 Schematy
sunku 26 − w czasie takich prób można je nieo−
zastępcze
czekiwanie bezpowrotnie zepsuć (duży opór wg
rysunku 26 oznacza, że omomierz pokazuje
Nie musisz wgłębiać się
wartość nieskończenie wielką).
w szczegóły − tranzystor
Na koniec mam dla Ciebie jeszcze jedną
z rysunku 25 w rzeczy−
dobrą wiadomość − generalnie wyprowadze−
wistości zachowuje się
nia MOSFET−ów są znormalizowane − typo−
jak dioda z rysunku 24.
wy układ wyprowadzeń znajdziesz na rysun−
ZAWSZE WIĘC PAMIĘTAJ
ku 27. MOSFET−y mocy zawsze mają podany
O OBECNOŚCI TEJ DIO−
rozkład wyprowadzeń. Bardzo rzadko można
DY! Dotyczy to jednak
spotkać małe MO−
tylko
MOSFET−ów,
SFET−y w obudo−
a nie JFET−ów.
wie TO−92, gdzie
Rys. 23 Stopnie sterujące w szybkich
kolejność wypro−
układach
wadzeń jest inna
(DGS albo GDS
Rys. 27 Układ wy−
Początkujący się dziwią, bo wiedzą tylko,
zamiast SGD).
prowadzeń
iż MOSFET−y są sterowane napięciowo, a tu
Cenne infor−
widzą stopnie sterujące silniejsze niż w zwy−
macje katalogowe dotyczące MOSFET−ów
kłych tranzystorach.
i JFET−ów zamieszczone były na wkładce
Ale uwaga – problem pojemności i jej
w EdW 11/98.
przeładowania ma znaczenie tylko przy
Oprócz klasycznych MOSFET−ów z kana−
większych częstotliwościach. Przy pracy sta−
łem N i P spotkasz też MOSFET−y z dwoma
tycznej i przy małych częstotliwościach nie
bramkami. Są używane w układach w.cz. jako
trzeba się nim przejmować i bramka MO−
stopnie wejściowe, wzmacniacze o napięciowo
SFET−a może być sterowana przez obwód
regulowanym wzmocnieniu, mieszacze, itd. Nie
o dużej oporności.
Rys. 25 Szczegółowy schemat zastępczy
będziemy wgłębiać się w ten temat, ale są to jed−
Niemniej stosując MOSFET−y w różnych
ne z nielicznych MOSFET−ów zubożonych (de−
nietypowych układach również warto pamiętać
pletion mode). Możesz traktować takiego dzi−
o pojemnościach między bramką a pozostałymi
Podsumowanie
woląga jako kaskodowe połączenie dwóch zu−
elektrodami. Czasem niespodziankę sprawia
Ogólnie biorąc, MOSFET−y to bardzo użytecz−
bożonych MOSFET−ów według rysunku 28.
pojemność bramka−dren, przez którą do obwo−
ne elementy. Nie ma najmniejszego powodu,
du drenu przenikają impulsy sterujące bramkę.
żebyś się ich bał i nie wykorzystywał ich wspa−
niałych zalet. Jeśli do tej pory miałeś jakiekol−
Dioda
wiek obawy – śmiało zacznij je stosować. Nie
Druga bardzo ważna sprawa to obecność pa−
bój się − jeśli chodzi o podatność na uszkodze−
sożytniczej diody między drenem a źródłem.
nia, to MOSFET−y mocy, np. BUZ10, BUZ11,
Wbij sobie do głowy raz na zawsze, że choć
IRF540, itd., sprawują się bardzo dobrze. Na−
używamy symbolów MOSFET−ów z rysunku
prawdę niełatwo je zepsuć. Uszkodzenia wywo−
24a, w rzeczywistości zawsze zawierają dio−
dę, jak pokazano na rysunku 24b. W normal−
Rys. 26 Sprawdzanie za pomocą
Rys. 28 MOSFET dwubramkowy
nych warunkach pracy nie przeszkadza ona,
omomierza
bo jest spolaryzowana zaporowo. Jednak
I tyle na początek
MOSFET−y są bardzo często stosowane w nie−
powinieneś
wiedzieć
typowych układach, choćby jako przełączniki
o tranzystorach polo−
sygnałów zmiennych. Wtedy obowiązkowo
wych. Jeśli czegoś nie
trzeba uwzględnić obecność tej diody. Czasem
zrozumiałeś, napisz do
nawet bywa ona wykorzystywana (jej prąd
Redakcji. Jeśli zrozu−
przewodzenia jest taki sam jak tranzystora).
miałeś i przestałeś się
Skąd ta dioda? W procesie produkcyjnym
bać wszelkich FET−ów,
powstają nieodłączne pasożytnicze złącza
również napisz!
oraz struktury i w rezultacie dokładniejszy
schemat zastępczy wygląda jak na rysunku 25.
Piotr Górecki
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
39