Podstawy
Tranzystory polowe
Tranzystory polowe
MOSFET
MOSFET
TRANZYSTORY dla POCZ
TKUJ
CYCH Część 22
W poprzednim odcinku podane były nie- przewodzącego prąd kanału za pomocą dwu- zystora. Drugi parametr też nie budzi wątpli-
zbędne dla każdego elektronika-hobbysty tlenku krzemu (oznacza to przy okazji, że wości  przy zbyt dużym prądzie w tranzysto-
informacje o tranzystorach polowych złą- między bramką a kanałem tworzy się kon- rze przepaleniu może ulec nie tylko struktura,
czowych. W dwóch najbliższych odcinkach densator). Obwód bramki nie pobiera więc ale i wewnętrzne połączenia. Trzeba tylko pa-
zamieszczono wszystkie wiadomości po- prądu. Mamy do czynienia ze sterowaniem miętać, iż w katalogu obok maksymalnego
trzebne do praktycznego wykorzystania napięciowym. MOSFET jest bardzo szybki  ciągłego prądu drenu podaje się też znacznie
tranzystorów MOSFET. zmiana napięcia na bramce powodują zmianę większy prąd szczytowy (impulsowy).
prądu w ciągu niewielu nanosekund. Trzeci parametr również jest łatwy do zro-
Zapoznałeś się już z JFET-ami, jednak jak zumienia. U (gdzie th pochodzi od thre-
GSth
wspominałem, obecnie straciły one popular- Rys. 14 Podstawowe układy pracy shold  próg) to napięcie bramka-z
ródło, przy
ność i są rzadko wykorzystywane. Również którym tranzy-
i Ty nieporównanie częściej będziesz używał stor zaczyna się
MOSFET-ów, niż JFET-ów. I mam dobre wia- otwierać, a kon-
domości  ze zrozumieniem działania MO- kretnie, gdy prąd
SFET-a nie będziesz miał żadnych kłopotów, drenu ma war-
a ich stosowanie okazuje się znacznie prostsze tość 1mA. Moż-
niż  zwykłych tranzystorów bipolarnych. Są na przyjąć, że
to naprawdę bardzo przydatne elementy i war- przy napięciach
to je stosować, gdzie to tylko możliwe. bramki mniej-
Na dobry początek zapomnij o MOSFET- szych niż U
GSth
ach z kanałem zubożonym (depletion mode). tranzystor jest
MOSFET-y z kanałem zubożonym przypo- całkowicie za-
minają parametrami JFET-y: przy zwarciu tkany  prąd dre-
bramki ze z
ródłem są otwarte, żeby je za- nu nie płynie,
mknąć, trzeba na bramkę podać napięcie, po- a rezystancja
wiedzmy, ujemne. Takich tranzystorów prak- między drenem
tycznie nie spotkasz. a z
ródłem - R
DS
W praktyce spotyka się tylko tranzystory - jest ogromna
MOSFET z kanałem wzbogaconym (enhace- (wiele megao-
ment mode). Te typowe MOSFET-y działają mów). Przy zwiększaniu napięcia powyżej
podobnie, jak znane ci tranzystory bipolarne. Podstawowe właściwości U tranzystor otwiera się coraz bardziej,
GSth
Gdy bramka jest zwarta do z
ródła - tranzy- Najważniejszymi parametrami MOSFET-a są: a rezystancja R maleje. Nie można jej jed-
DS
ń'
stor nie przewodzi, gdy na bramkę zostanie ń' dopuszczalne napięcie dren-z
ródło, nak zmniejszyć do zera, a jedynie do wartości
podane napięcie o  właściwej polaryzacji  oznaczane U rzędu ułamków oma lub pojedynczych omów.
DSmax
ń'
przewodzi. Co ważne, to napięcie nie jest ja- ń' maksymalny prąd drenu I I to jest właśnie czwarty parametr: najmniej-
Dmax
ń'
kieś tam ujemne, jak w J-FET-ach. Nic się ń' napięcie progowe otwierania, oznacza- sza rezystancja w pełni otwartego tranzystora.
jednak nie stanie, gdy spolaryzujemy bramkę ne U Podaną w katalogu małą rezystancję R
GSth DSon
ń'
napięciem odwrotnym  po prostu tranzystor ń' rezystancja między drenem a z
ródłem uzyskuje się przy napięciu bramki (U ),
GS
dalej będzie zatkany. Podstawowe układy w stanie (całkowitego) otwarcia R lub równym zazwyczaj 10V. Zwiększenie napię-
DSon
pracy MOSFET-ów z kanałem n i p zoba- R cia U do 15V nie zaszkodzi, ale i nie
DS(on) GS
czysz na rysunku 14. Sens pierwszego parametru jest oczywisty. zmniejszy już znacząco rezystancji R . Tu
Dson
Tym razem w obwodzie bramki nie ma Zbyt duże napięcie dren-z
ródło spowoduje na marginesie ważna informacja - ZAKRES
żadnej diody. Bramka jest odizolowana od przebicie i nieodwracalne uszkodzenie tran- DOPUSZCZALNYCH NAPI
Ć U WYNOSI DLA
GS
Elektronika dla Wszystkich
39
Podstawy
Tabela 2  MOSFET-y małej mocy
PRAKTYCZNIE WSZYSTKICH MOSFET-ÓW Rysunek 17 wskazuje, że napięcie progowe
ą15...ą20V. Kanał Typ U I R tranzystora BUZ11 może wynosić w skraj-
DSmax Dmax DSon
Zapamiętaj to! N BS170 60 0,3 5 nych przypadkach 1,5...4,5V. Analogiczne
W każdym razie nawet przy pełnym N BS107 200 0,13 26 charakterystyki bardzo popularnego małego
N VN0300L 60 1 1,2
otwarciu (podaniu na bramkę znacznego tranzystora BS170 pokazane są na rysunku
18. Tu napięcie progowe może wynosić
napięcia), między drenem a z
ródłem wystę- N VN2406L 240 0,5 6
0,5...2,4V.
puje jakaś niewielka rezystancja. Przy prze- N VN2410L 240 0,5 10
P BS208 200 0,2 14
pływie prądu spowoduje ona powstanie Teraz bardzo uważaj! Choć tranzystor
P BS250 45 0,18 14
spadku napięcia na tranzystorze, a także MOSFET zaczyna się otwierać przy jakimś
P BSS92 200 0,15 20
nieuniknione straty mocy. Rezystancja R napięciu U jednak do pełnego otwar-
D- GSth,
P BSS84 50 0,13 10
jest więc w pewnym sensie odpowiedni- cia jest wymagane napięcie znacząco
Son
kiem napięcia nasycenia, znanego z tranzy- cy w obudowach TO-220, a w tabeli 2  tran- większe niż U . Niektóre tranzystory po-
GSth
storów bipolarnych. zystorów małej mocy w obudowie TO-92. trzebują trochę więcej napięcia U , by prąd
GS
Oczywiście ideałem byłby tranzystor Zwróć uwagę na zależność R i U . wzrósł np. o 1A, inne trochę mniej. Oczywi-
DSon Dsmax
MOSFET o jak największym napięciu ście nie nazywamy tego czułością, tylko
U i jak najmniejszej rezystancji R . Charakterystyki KONDUKTANCJą PRZEJŚCIOWą. W katalo-
DSmax DSon
Niestety, rezystancja R jest zdecydowa- W katalogach występuje wiele parametrów gach podaje się wartość konduktancji przej-
Dson
nie większa w tranzystorach o wyższym do- i charakterystyk. Nie wszystkie są dla Ciebie ściowej, ale nie jest to parametr najistotniej-
puszczalnym napięciu U . W praktyce jednakowo ważne. Na rysunku 15 znaj- szy. Ponieważ MOSFET-y najczęściej pra-
DSmax
oznacza to, że nie warto stosować MOSFET- dziesz skopiowaną z katalogu charakterysty- cują dwustanowo, jako przełączniki  zatka-
ów z większym niż to konieczne napięciem kę wyjściową popularnego MOSFET-a N mo- ny/otwarty, ważniejsza jest informacja, ja-
U . cy typu BUZ11. kie napięcie jest wymagane, żeby go
Dsmax
Oto przykład. Jeśli przez w pełni otwarty w pełni otworzyć. Jeśli na przykład jakiś
tranzystor BUZ11 popłynie ciągły prąd egzemplarz BUZ11 będzie miał napięcie
o wartości 5A, to napięcie U wyniesie ty- progowe 4V, to do jego pełnego otwarcia
DS.
powo tylko nie wystarczy napięcie 5V, typowe dla wie-
U = 0,04&! * 5A = 200mV lu układów cyfrowych. Na pewno wystar-
DS.
Straty mocy wyniosą zaledwie: czy 9V, a przy 12V rezystancja R może
DS
P = 200mV * 5A = 1W nawet być nieco mniejsza niż podana w ka-
Jak wiadomo, tranzystor w obudowie talogu R . W przypadku tranzystorów
DSon
TO-220 bez radiatora może rozproszyć małej mocy, np. BS170, nie ma tego proble-
1...1,5W mocy strat. Żaden radiator nie jest mu, bo napięcie U nie przekracza 2,4V.
GSth
więc potrzebny. Jeśli jednak przy takim
samym prądzie miałby pracować tranzystor
BUZ60 (400V, 5,5A, 1&!), wtedy spadek
napięcia wyniesie 5A*1&!=5V, a straty
mocy aż 25W. Tu potrzebny będzie so-
lidny radiator.
Zapamiętaj też raz na zawsze, iż tranzysto-
ry z kanałem p mają większą rezystancję
R , niż podobne z kanałem n (między inny- Rys. 15 BUZ11 charakterystyka wyj-
DSon
mi dlatego są zdecydowanie rzadziej stoso- ściowa
wane). W tabeli 1 znajdziesz podstawowe pa-
rametry kilku popularnych tranzystorów mo- Linią przerywaną zaznaczono tzw. hiperbolę
mocy, pokazującą dopuszczalną
Tabela 1  MOSFET-y dużej mocy
moc strat. Przebieg krzywych (po-
Kanał Typ U [V] I [A] ziome odcinki) wskazuje, że rów-
Dsmax Dmax R [&!]
Dson
N BUZ10 50 23 0,07 nież MOSFET przy mniejszych prą-
N BUZ11 70 30 0,04 dach może być użyty do budowy
N BUZ71A 50 12 0,12 z
ródeł prądowych.
N BUZ74 500 2,4 3 Nie jest to jednak najważniejsza Rys. 16 BUZ11 charakterystyka przej-
N BUZ74A 500 2,1 4 charakterystyka. Znacznie istotniej- ściowa
N BUZ77A 600 2,1 4
szy jest typowy przebieg charakte-
N BUZ90 600 4,5 1,6
rystyki przejściowej, pokazany na Wniosek jest prosty: napięcie 5V jest za
N IRF520 100 9,2 0,27
rysunku 16. Słusznie się domy- małe do pełnego otwarcia niektórych egzem-
N IRF530 100 14 0,16
ślasz, że kluczowe znaczenie ma plarzy MOSFET-ów mocy. Jeśli nie ma moż-
N IRF540 100 28 0,077
wartość napięcia progowego, przy liwości zwiększenia napięcia sterującego po-
N IRF640 200 18 0,18
którym tranzystor zaczyna się dawanego na bramkę, należy sprawdzić, czy
N IRF740 400 10 0,55
otwierać (gdy prąd ma  standardo- dany egzemplarz wystarczająco otworzy się
N IRF840 500 8 0,85
wą wartość 1mA). Analogicznie przy napięciu bramki równym 5V. Inną moż-
P BUZ171 50 8 0,3
jak w JFET-ach, napięcie to nie jest liwością jest zastosowanie specjalnych MO-
P BUZ271 50 22 0,15
ściśle określone. Występuje nie tyl- SFET-ów z obniżonym napięciem progo-
P BUZ172 100 5 0,6
ko znaczny rozrzut między egzem- wym, które na pewno całkowicie się otworzą
P BUZ173 200 3 1,5
plarzami, ale także daje się zauwa- przy napięciu bramki równym 5V.
P IRF9530 100 12 0,3
żyć znaczny wpływ temperatury. Ciąg dalszy na stronie 93
P IRF9540 100 19 0,2
Elektronika dla Wszystkich
40
Podstawy
Ciąg dalszy ze strony 40
Przykładowo, obok tranzystorów BUZ10 pro-
dukowane są tranzystory BUZ10L o napięciu
U w zakresie 1,5...2,5V (podobnie
GSth
BUZ11AL).
Nie tłumaczę Ci tutaj problemów odpro-
wadzania ciepła i stosowania radiatorów.
Zależności są identyczne jak w zwykłych
tranzystorach i układach scalonych; w kata-
logu znajdziesz wartość rezystancji termicz-
nej Rthjc oraz wykresy przedstawiające za-
leżność mocy traconej i prądu drenu od tem-
peratury. Temat rezystancji cieplych i radia-
torów był wyczerpująco omówiony w EdW
7/98...9/98 oraz EdW 12/99 str. 34.
Wypadałoby jeszcze wspomnieć o pewnej
właściwości, która odróżnia MOSFET-y od
tranzystorów bipolarnych. W bipolarnych
wzrost temperatury powoduje zwiększanie
prądu kolektora, co na przykład uniemożli- Rys. 18 Charakterystyki BS170 stopni wyjściowych wzmacniaczy mocy au-
wia bezpośrednie połączenie równoległe kil- dio.
ku tranzystorów (potrzebne są rezystory wy- Tyle w tym odcinku. Na pewno podobają
Rys. 17 BUZ11 rozrzuty napięcia równawcze w emiterze  bez nich przy du- Ci się MOSFET-y i zdecydowany jesteś je
progowego żym obciążeniu poszczególne tranzystory bę- często stosować.
dą się przepalać po kolei). W całkowicie Słusznie!
otwartych MOSFET-ach rezystancja rośnie Powinieneś jednak wiedzieć, że
wraz z temperaturą  ilustruje to rysunek 19. MOSFET-y także mają swoje wady. Omówi-
W sumie oznacza to, że można bezpośrednio my je za miesiąc.
łączyć równolegle kilka podobnych Piotr Górecki
MOSFET-ów, ale
ze względu na roz-
rzut napięcia U
GSth
nie w układach li-
niowych, tylko
w przełączających,
gdzie na bramki po-
dawane jest znacz-
ne napięcie otwie-
rające je całkowi-
cie. W praktyce nie
będziesz łączył
MOSFETów ani
równolegle, ani
szeregowo  spo-
Rys. 19 BUZ11 zależność RDSon od śród przebogatej
temperatury oferty wybierzesz
od razu tranzystor
o potrzebnym Ci
prądzie i napięciu.
Na razie niewie-
le mówi Ci też in-
formacja, że
w MOSFET-ach
nie występuje zja-
wisko tzw. drugie-
go przebicia (se-
cond breakdown).
Wiedz jednak, że
dzięki temu MO-
SFET-y są bardziej
odporne na nie-
sprzyjające warun-
ki pracy i trudniej
je zepsuć. Dotyczy
to na przykład
Elektronika dla Wszystkich
93