MOSFETの機能は何ですか?

MOSFETには大きく分けて分割接合型と絶縁ゲート型の2種類があります。接合 MOSFET (JFET) は、2 つの PN 接合と絶縁ゲートを備えていることから名付けられました。MOSFET(JGFET) は、ゲートが他の電極から完全に絶縁されていることから名付けられました。現在、絶縁ゲート型 MOSFET の中で最も一般的に使用されているのは、MOSFET (金属酸化膜半導体 MOSFET) と呼ばれる MOSFET です。さらに、PMOS、NMOS、VMOS パワー MOSFET や、最近発売された πMOS および VMOS パワー モジュールなどもあります。

 

異なるチャネル半導体材料に応じて、接合型と絶縁ゲート型はチャネルとPチャネルに分けられます。 MOSFETは導電モードで分けるとデプレッション型とエンハンスメント型に分けられます。ジャンクション MOSFET はすべてデプレッション型で、絶縁ゲート MOSFET はデプレッション型とエンハンスメント型の両方があります。

電界効果トランジスタは、接合型電界効果トランジスタと MOSFET に分類できます。 MOSFET は、N チャネル デプレッション型とエンハンスメント型の 4 つのカテゴリに分類されます。 Pチャネルデプレッション型とエンハンスメント型。

 

MOSFETの特徴

MOSFET の特性はサウスゲート電圧 UG です。ドレイン電流 ID を制御します。通常のバイポーラトランジスタと比較して、MOSFETは、高入力インピーダンス、低ノイズ、大きなダイナミックレンジ、低消費電力、そして集積が容易という特徴を持っています。

 

負バイアス電圧（-UG）の絶対値が増加すると、空乏層が増加し、チャネルが減少し、ドレイン電流IDが減少します。負バイアス電圧(-UG)の絶対値が減少すると、空乏層が減少し、チャネルが増加し、ドレイン電流IDが増加します。ドレイン電流 ID はゲート電圧によって制御されることがわかります。したがって、MOSFET は電圧制御デバイスです。つまり、出力電流の変化は入力電圧の変化によって制御され、増幅と他の目的。

 

バイポーラトランジスタと同様に、MOSFETを増幅などの回路に使用する場合には、ゲートにバイアス電圧を加える必要があります。

接合電界効果管のゲートには逆バイアス電圧を印加する必要があります。つまり、N チャネル管には負のゲート電圧を、P チャネル管には正のゲート クローを印加する必要があります。強化絶縁ゲート MOSFET は順方向ゲート電圧を印加する必要があります。デプレッション モード絶縁 MOSFET のゲート電圧は、正、負、または「0」のいずれかになります。バイアスを付加する方式には、固定バイアス方式、自給バイアス方式、直結バイアス方式などがあります。

MOSFETには、DC パラメータ、AC パラメータ、リミット パラメータなど多くのパラメータがありますが、通常の使用では、次の主なパラメータに注意するだけで済みます。 飽和ドレイン-ソース電流 IDSS ピンチオフ電圧 Up (接合管および空乏モード絶縁)ゲート管、またはターンオン電圧 UT (強化絶縁ゲート管)、相互コンダクタンス gm、ドレイン・ソース間降伏電圧 BUDS、最大消費電力 PDSM、および最大ドレイン・ソース電流 IDSM。

(1) 飽和ドレイン・ソース間電流

飽和ドレイン・ソース間電流 IDSS は、接合またはデプレッション絶縁ゲート MOSFET のゲート電圧 UGS=0 のときのドレイン・ソース間電流を指します。

(2)ピンチオフ電圧

ピンチオフ電圧 UP とは、ジャンクション型またはデプレッション型の絶縁ゲート MOSFET において、ドレイン・ソース間接続がちょうど切断されたときのゲート電圧を指します。 4-25 に N チャンネルチューブの UGS-ID 曲線を示しますが、IDSS と UP の意味が明確にわかります。

(3) ターンオン電圧

ターンオン電圧 UT は、強化絶縁ゲート MOSFET のドレイン-ソース接続が行われた直後のゲート電圧を指します。図 4-27 は N チャネル チューブの UGS-ID 曲線を示しており、UT の意味が明確にわかります。

(4) トランスコンダクタンス

相互コンダクタンス gm は、ゲート・ソース間電圧 UGS がドレイン電流 ID を制御する能力、つまり、ゲート・ソース間電圧 UGS の変化に対するドレイン電流 ID の変化の比率を表します。 9mは増幅能力を測定するための重要なパラメータです。MOSFET.

(5)ドレイン・ソース間耐圧

ドレイン・ソース間降伏電圧 BUDS は、ゲート・ソース間電圧 UGS が一定の場合に MOSFET が許容できる最大のドレイン・ソース間電圧を指します。これは制限パラメータであり、MOSFET に印加される動作電圧は BUDS 未満である必要があります。

(6)最大許容損失

最大消費電力 PDSM も制限パラメータであり、MOSFET の性能を劣化させることなく許容されるドレイン-ソース間の最大消費電力を指します。 MOSFET を使用する場合、実際の消費電力は PDSM よりも小さく、ある程度のマージンを持たせる必要があります。

(7)最大ドレイン・ソース間電流

最大ドレイン-ソース間電流 IDSM は別の制限パラメーターであり、MOSFET が正常に動作しているときにドレインとソース間を流れることができる最大電流を指します。 MOSFET の動作電流は IDSM を超えてはなりません。

1. MOSFETを増幅に使用できます。 MOSFETアンプの入力インピーダンスは非常に高いため、カップリングコンデンサは小さくてよく、電解コンデンサを使用する必要がありません。

2. MOSFET の高い入力インピーダンスは、インピーダンス変換に非常に適しています。多段アンプの入力段でのインピーダンス変換によく使用されます。

3. MOSFETを可変抵抗器として使用できます。

4. MOSFETは定電流源として便利に使用できます。

5. MOSFETは電子スイッチとして使用できます。

 

MOSFETは、内部抵抗が低く、耐圧が高く、スイッチングが速く、アバランシェエネルギーが大きいという特徴を持っています。設計された電流スパンは 1A ～ 200A、電圧スパンは 30V ～ 1200V です。当社は、お客様のアプリケーション分野やアプリケーション計画に応じて電気パラメータを調整し、お客様の製品の信頼性、全体的な変換効率、製品の価格競争力を向上させることができます。

 

MOSFETとトランジスタの比較

(1) MOSFET は電圧制御素子、トランジスタは電流制御素子です。信号源から少量の電流しか取り出せない場合は、MOSFET を使用する必要があります。信号電圧が低く、信号源から多くの電流を取り出せる場合には、トランジスタを使用する必要があります。

(2) MOSFET は多数キャリアを使用して電気を伝導するため、ユニポーラデバイスと呼ばれますが、トランジスタは電気を伝導するために多数キャリアと少数キャリアの両方を持っています。それはバイポーラデバイスと呼ばれます。

(3) 一部の MOSFET のソースとドレインは互換的に使用でき、ゲート電圧は正にも負にもできるため、トランジスタよりも柔軟です。

(4) MOSFET は非常に小さな電流と非常に低い電圧の条件下で動作することができ、その製造プロセスではシリコン ウェーハ上に多数の MOSFET を容易に集積できます。したがって、MOSFET は大規模集積回路で広く使用されています。

 

MOSFETの良否と極性の判断方法

マルチメータのレンジを RX1K に選択し、黒のテスト リードを D 極に、赤のテスト リードを S 極に接続します。 G 極と D 極を同時に手で触れます。 MOSFET は瞬間的に導通状態になる必要があります。つまり、メーターの針が抵抗値の小さい位置に振れます。 、G 極と S 極を手で触れても、MOSFET は反応しません。つまり、メーターの針はゼロの位置に戻りません。この時点で、MOSFET は良品と判断できるはずです。

マルチメータのレンジを RX1K に選択し、MOSFET の 3 つのピン間の抵抗を測定します。 1 つのピンと他の 2 つのピンの間の抵抗が無限大で、テスト リードを交換した後も無限大である場合、このピンは G 極、他の 2 つのピンは S 極と D 極になります。その後、マルチメータを使用して S 極と D 極間の抵抗値を一度測定し、テストリードを交換して再度測定します。抵抗値が小さい方が黒色です。テストリードはS極に接続され、赤いテストリードはD極に接続されます。

 

MOSFETの検出と使用上の注意事項

1. ポインタマルチメータを使用して MOSFET を識別します

1) 抵抗測定法を使用して接合 MOSFET の電極を特定する

MOSFETのPN接合の順方向抵抗値と逆方向抵抗値が異なる現象により、接合MOSFETの3つの電極を識別することができます。具体的な方法: マルチメータを R×1k レンジに設定し、任意の 2 つの電極を選択し、それぞれの順方向抵抗値と逆方向抵抗値を測定します。 2 つの電極の順方向抵抗値と逆方向抵抗値が等しく、数千オームの場合、2 つの電極はそれぞれドレイン D とソース S になります。接合 MOSFET の場合、ドレインとソースは交換可能であるため、残りの電極はゲート G でなければなりません。また、マルチメータの黒いテスト リード (赤いテスト リードでも可) を任意の電極に接触させ、もう 1 つのテスト リードを電極に接触させることもできます。残りの2つの電極を順番にタッチして抵抗値を測定します。 2 回測定した抵抗値がほぼ等しい場合、黒いテストリードに接触している電極がゲート、他の 2 つの電極がそれぞれドレインとソースになります。 2回測定した抵抗値が両方とも非常に大きい場合は、PN接合の逆方向、つまり両方とも逆抵抗であることを意味します。これは N チャネル MOSFET であると判断でき、黒いテスト リードがゲートに接続されています。 ２回測定した抵抗値が以下の場合 抵抗値が非常に小さいため、順方向PN接合、つまり順方向抵抗であることがわかり、PチャネルMOSFETであると判断されます。黒いテストリードもゲートに接続されています。上記の状況が発生しない場合は、黒と赤のテスト リードを交換し、グリッドが特定されるまで上記の方法に従ってテストを実行できます。

 

2) 抵抗測定法を使用してMOSFETの品質を判断します

抵抗測定方法は、MOSFETのソースとドレイン、ゲートとソース、ゲートとドレイン、ゲートG1とゲートG2の間の抵抗をマルチメータで測定し、MOSFETのマニュアルに記載されている抵抗値と一致するかどうかを判断します。経営は良くも悪くも。具体的な方法: まず、マルチメータを R×10 または R×100 の範囲に設定し、ソース S とドレイン D の間の抵抗を通常は数十オームから数千オームの範囲で測定します (図で確認できます)。マニュアルには、真空管のさまざまなモデルの抵抗値が異なることが記載されています）、測定された抵抗値が通常の値より大きい場合は、内部接触不良が原因である可能性があります。測定された抵抗値が無限大の場合は、内部の極が断線している可能性があります。次に、マルチメータを R×10k レンジに設定し、ゲート G1 と G2 間、ゲートとソース間、およびゲートとドレイン間の抵抗値を測定します。測定された抵抗値がすべて無限大の場合、真空管は正常であることを意味します。上記の抵抗値が小さすぎる場合、または経路がある場合は、真空管が不良であることを意味します。なお、チューブ内の 2 つのゲートが壊れている場合は、成分置換法を使用して検出できます。

 

3) 誘導信号入力法によるMOSFETの増幅能力の推定

具体的な方法: マルチメータの抵抗の R×100 レベルを使用し、赤いテスト リードをソース S に接続し、黒いテスト リードをドレイン D に接続します。MOSFET に 1.5 V の電源電圧を追加します。このときのドレイン・ソース間の抵抗値がメーターの針で示されます。次に接合MOSFETのゲートGを手でつまみ、ゲートに人体の誘導電圧信号を加えます。このように、真空管の増幅効果により、ドレイン・ソース間電圧VDSやドレイン電流Ibが変化し、つまりドレイン・ソース間の抵抗が変化します。これより、メーターの針が大きく振れていることが分かります。手持ちのグリッド針の針の振れが少ない場合は、チューブの増幅能力が低いことを意味します。針の振れが大きい場合は、チューブの増幅能力が大きいことを意味します。針が動かない場合は、チューブが不良であることを意味します。

 

上記の方法に従って、マルチメータの R×100 スケールを使用して接合 MOSFET 3DJ2F を測定します。まずチューブの G 電極を開き、ドレイン - ソース間抵抗 RDS を測定すると 600Ω になります。 G電極を手で押さえるとメーターの針が左に振れます。示された抵抗 RDS は 12kΩ です。メーターの針が大きく振れていれば、真空管は良好です。 、より大きな増幅能力を持っています。

 

この方法を使用する場合は、いくつかの注意点があります。 まず、MOSFET をテストし、ゲートを手で押さえるとき、マルチメーターの針が右 (抵抗値が減少) または左 (抵抗値が増加) に振れる可能性があります。 。これは、人体によって誘導される AC 電圧が比較的高く、抵抗範囲 (飽和ゾーンまたは不飽和ゾーンで動作) で測定した場合、MOSFET が異なると動作点が異なる可能性があるためです。テストでは、ほとんどのチューブの RDS が増加することが示されています。つまり、時計の針は左に振れます。いくつかの真空管の RDS が減少し、時計の針が右に振れます。

しかし、時計の針がどの方向に振れるかに関係なく、時計の針の振れが大きいほど、真空管の増幅能力が高いことを意味します。次に、この方法は MOSFET でも機能します。ただし、MOSFET の入力抵抗が高く、ゲート G の許容誘導電圧が高すぎないように注意してください。そのため、ゲートを直接手でつままないようにしてください。金属棒でゲートに触れるには、ドライバーの絶縁ハンドルを使用する必要があります。 、人体によって誘導された電荷がゲートに直接追加され、ゲート破壊を引き起こすのを防ぐためです。第三に、各測定後に GS 極を短絡する必要があります。これは、GS 接合コンデンサに少量の電荷が存在し、VGS 電圧が上昇するためです。そのため、再測定時にメーターの針が動かなくなる場合があります。電荷を放電する唯一の方法は、GS 電極間の電荷を短絡することです。

4) 抵抗測定法を使用してマークのない MOSFET を識別する

まず、抵抗を測定する方法を使用して、抵抗値を持つ 2 つのピン、つまりソース S とドレイン D を見つけます。残りの 2 つのピンは、第 1 ゲート G1 と第 2 ゲート G2 です。まず、2本のテストリードで測定したソースSとドレインDの間の抵抗値を書き留めます。テストリードを交換して再度測定してください。測定した抵抗値を書き留めます。 2回測定した抵抗値の大きい方が黒いテストリードです。接続された電極はドレイン D です。赤いテスト リードはソース S に接続されています。この方法で特定された S 極と D 極は、真空管の増幅能力を推定することによっても検証できます。つまり、増幅能力の大きな黒いテストリードをD極に接続します。赤いテストリードは 8 極のアースに接続されています。両方の方法のテスト結果は同じになるはずです。ドレイン D とソース S の位置を決定したら、D と S の対応する位置に従って回路を実装します。通常、G1 と G2 も順番に整列します。これにより、2 つのゲート G1 と G2 の位置が決まります。これにより、D、S、G1、および G2 ピンの順序が決まります。

5) 逆抵抗値の変化を使用して相互コンダクタンスの大きさを決定します。

VMOSN チャネルエンハンスメント MOSFET の相互コンダクタンス性能を測定する場合、赤色のテスト リードを使用してソース S を接続し、黒色のテスト リードをドレイン D に接続できます。これは、ソースとドレインの間に逆電圧を加えるのと同じです。このとき、ゲートはオープン回路となり、真空管の逆抵抗値は非常に不安定になります。マルチメータの抵抗範囲は R×10kΩ の高抵抗範囲まで選択してください。このとき、メーター内の電圧が高くなります。グリッドGを手で触ってみると、真空管の逆抵抗値が大きく変化することがわかります。変化が大きいほど、真空管の相互コンダクタンス値は高くなります。試験対象の真空管の相互コンダクタンスが非常に小さい場合、逆抵抗がほとんど変化しないときの測定にこの方法を使用します。

 

MOSFET使用上の注意

1) MOSFET を安全に使用するために、回路設計では真空管の損失電力、最大ドレイン・ソース間電圧、最大ゲート・ソース間電圧、最大電流などのパラメータの制限値を超えることはできません。

2) さまざまな種類の MOSFET を使用する場合は、必要なバイアスに従って回路に接続する必要があり、MOSFET のバイアスの極性を遵守する必要があります。たとえば、接合 MOSFET のゲート ソースとドレインの間には PN 接合があり、N チャネル チューブのゲートを正にバイアスすることはできません。 P チャンネル管のゲートは負にバイアスすることはできません。

3) MOSFET の入力インピーダンスは非常に高いため、輸送および保管時にはピンを短絡し、外部誘導電位によるゲート破壊を防ぐために金属シールドでパッケージする必要があります。特にMOSFETはプラスチックの箱には入れられませんのでご注意ください。金属製の箱に保管するのが最善です。同時にチューブの防湿にも注意してください。

4) MOSFET ゲートの誘導破壊を防ぐために、すべてのテスト機器、作業台、はんだごて、および回路自体を適切に接地する必要があります。ピンをはんだ付けするときは、最初にソースをはんだ付けします。回路に接続する前に、チューブのすべてのリード端を互いに短絡し、溶接が完了した後、短絡材料を除去する必要があります。チューブをコンポーネントラックから取り外すときは、接地リングを使用するなど、人体が確実に接地されるように適切な方法を使用する必要があります。もちろん、上級の場合は、MOSFET の溶接にはガス加熱はんだごての方が便利で、安全性も確保されます。電源を切る前にチューブを回路に挿入したり、回路から引き抜いたりしないでください。 MOSFET を使用する場合は、上記の安全対策に注意する必要があります。

5) MOSFET を取り付けるときは、取り付け位置に注意し、発熱体に近づけないようにしてください。パイプ継手の振動を防ぐために、チューブシェルを締め付ける必要があります。ピンリードを曲げる場合は、ピンが曲がって空気漏れが発生しないように、根元のサイズより 5 mm 大きくする必要があります。

パワーMOSFETの場合、良好な放熱条件が必要です。パワーMOSFETは高負荷条件で使用されるため、デバイスが長期間安定して確実に動作するためには、ケース温度が定格値を超えないよう十分な放熱板を設計する必要があります。

つまり、MOSFETを安全に使用するためには、注意すべき点が多く、またさまざまな安全対策も講じなければなりません。専門家や技術者の大多数、特に電子愛好家の大多数は、実際の状況に基づいて作業を進め、MOSFET を安全かつ効果的に使用するための実践的な方法を講じる必要があります。