Onderwerpen:
- MOS-transistor algemeen
- MOS-transistor als schakelaar
- MOS-transistorkarakteristiek
MOS-transistor algemeen:
De MOSFET (dit is de afkorting van Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor) wordt in vele microcontrollers toegepast. De MOSFET is het beste te vergelijken met een gewone transistor, omdat zowel de FET als de transistor drie aansluitingen hebben en hiermee in staat zijn om stromen te sturen. Het verschil tussen de FET en de gewone transistor is dat de FET alleen een spanning nodig heeft om te schakelen, terwijl de transistor stroom nodig heeft. De FET wordt dus energieloos gestuurd, wat ten goede komt voor de minimale warmteontwikkeling in een microcontroller.
In de afbeelding is een MOSFET te zien. De drie pootjes zijn de aansluitingen “gate”, “drain” en “source”.
MOS-transistor als schakelaar:
Bij de N-MOS-transistor moet de gate positief worden om de FET in te schakelen. De P-MOS-transistor wordt op dit moment nog niet op deze pagina beschreven.
De linker aansluiting wordt de gate (g) genoemd, de bovenste wordt de drain (d) en de onderste wordt de source (s) genoemd.
Als op de gate een positieve spanning wordt gezet, ontstaat onder invloed van het elektrische veld, direct onder de gate-isolatie een grote concentratie van elektronen. Tussen de drain en source ontstaat zo een n-kanaal, wat een directe geleiding tussen de drain en de source mogelijk maakt. De pijl in het symbool geeft de elektronenstroomrichting aan. Bij de n-MOS is de pijl naar het kanaal toe gericht.
De gate wordt ook wel de stuurelektrode genoemd. De drain komt t.o.v. de gewone transistor het meest overeen met de collector en de source met de emitter. Tussen de drain en de source is normaal geen geleiding mogelijk, omdat hiertussen een np-pn-overvang zit. Dit is vergelijkbaar met twee diodes met de kathode tegen elkaar.
In het schema zijn een accu, schakelaar, LED en MOSFET weergeven. Wanneer de schakelaar wordt gesloten, staat er een spanning op de gate. Daarmee ontstaat er tussen de drain en source een geleiding, waardoor er een stroom gaat lopen. Doordat er een stroom door de weerstand en de LED gaat lopen, zal de LED gaan branden.
De gate wordt in dit voorbeeld aangestuurd door de handbediende schakelaar. In werkelijkheid wordt de gate aangestuurd door een ECU. De drain is verbonden met de minaansluiting van een actuator; in het schema is de LED de actuator. De source is verbonden met de massa van de accu.
MOS-transistorkarakteristiek:
Net als de gewone transistor, heeft de MOSFET ook een karakteristiek. Met het karakteristiek kan worden bepaald wat de spanning op de gate moet zijn om de actuator met de MOSFET aan te sturen.
In de onderstaande afbeelding is links een schema te zien met een 5 Watt lamp, welke wordt aangestuurd door de MOSFET. Rechts is de karakteristiek van de MOSFET te zien. Op de verticale as (de Y-as) van de karakteristiek is de stroomsterkte door de drain te zien. Op de horizontale as (de X-as) is het spanningsverschil tussen de drain en de source af te lezen.
Als de transistor in geleiding is doordat de ECU de gate voorziet van een voedingsspanning, zal er een stroom lopen en zal de lamp gaan branden. De spanning die in deze situatie met de voltmeter gemeten wordt bedraagt 12 volt. Met de 5 Watt lamp loopt er een stroom van 0,42 Ampere (420 mA) door de drain.
Nu de spanning van 12 volt en de stroom van 420 mA bekend zijn, kunnen deze twee snijpunten in de karakteristiek worden ingevuld. Tussen deze twee punten kan een lijn getrokken worden. Dit is de belastingslijn. Middels deze belastingslijn kan worden bepaald wat de minimale spanning op de gate moet zijn om de MOSFET te kunnen laten geleiden. Om er zeker van te zijn dat de MOSFET volledig in geleiding wordt gestuurd, wordt de spanning op de gate altijd groter genomen dan noodzakelijk is. Denk daarbij aan de factor 1,5 Ibk bij de normale transistor.
In het karakteristiek kan worden afgelezen dat de ideale spanning op de gate 5,5 volt bedraagt. Hoe hoger de stroomsterkte door de drain is, des te hoger de spanning op de gate moet zijn om de MOSFET te kunnen laten geleiden.
Gerelateerde pagina:
