Tranzistori de câmp cu efecte izolate

The Blue Jewel - Full Film in English (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Tranzistori de câmp cu efecte izolate

Dispozitive și circuite semiconductoare discrete


Intrebarea 1

Nu stați acolo! Construiți ceva!

Învățarea de a analiza matematic circuitele necesită mult studiu și practică. În mod obișnuit, elevii practică prin lucrul prin numeroase probleme de probă și verificând răspunsurile lor față de cele oferite de manual sau instructor. În timp ce acest lucru este bun, există o cale mult mai bună.

Veți învăța mult mai mult prin construirea și analizarea circuitelor reale, permițând echipamentul de testare să furnizeze "răspunsurile" în loc de o carte sau de o altă persoană. Pentru exerciții de construire a circuitelor de succes, urmați acești pași:

  1. Măsurați și înregistrați cu atenție toate valorile componentelor înainte de construcția circuitului, selectând valorile rezistorului suficient de mari pentru a face ca deteriorarea tuturor componentelor active să fie puțin probabilă.
  2. Desenați diagrama schematică pentru circuitul care urmează să fie analizat.
  3. Construiți cu atenție acest circuit pe un panou sau alt mediu convenabil.
  4. Verificați precizia construcției circuitului, urmărind fiecare cablu la fiecare punct de conectare și verificând elementele unu-câte unul pe diagramă.
  5. Analiza matematică a circuitului, rezolvarea tuturor valorilor tensiunii și curentului.
  6. Măsurați cu atenție toate tensiunile și curenții, pentru a verifica corectitudinea analizei.
  7. Dacă există erori substanțiale (mai mari de câteva procente), verificați cu atenție construcția circuitului în funcție de diagramă, apoi calculați cu atenție valorile și re-măsurați cu atenție.

Când elevii au început să învețe despre dispozitivele cu semiconductori și sunt cel mai probabil să le deterioreze prin conexiuni necorespunzătoare în circuitele lor, recomand să experimenteze componente mari de putere (diode rectificative 1N4001, tranzistoare de putere TO-220 sau TO-3, etc.) și utilizarea unor surse de alimentare cu baterii uscate, mai degrabă decât a unei surse de alimentare la bord. Acest lucru scade probabilitatea deteriorării componentelor.

Ca de obicei, evitați valorile rezistenței foarte mari și foarte scăzute, pentru a evita erorile de măsurare cauzate de încărcarea contorului (la capătul superior) și pentru a evita epuizarea tranzistorului (la capătul inferior). Vă recomandăm rezistențe între 1 kΩ și 100 kΩ.

O modalitate prin care puteți economisi timp și reduce posibilitatea de eroare este să începeți cu un circuit foarte simplu și să adăugați incremental componente pentru a crește complexitatea acestuia după fiecare analiză, mai degrabă decât să construiți un circuit complet nou pentru fiecare problemă de practică. O altă tehnică de economisire a timpului este de a reutiliza aceleași componente într-o varietate de configurații diferite de circuite. În acest fel, nu va trebui să măsurați valoarea unei componente mai mult decât o dată.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Lăsați electronii înșiși să vă dea răspunsul la propriile "probleme practice"!

Note:

Experiența mea a fost că studenții au nevoie de multă practică cu analiza circuitului pentru a deveni competenți. În acest scop, instructorii oferă de obicei studenților lor o mulțime de probleme de practică prin care să lucreze și oferă răspunsuri elevilor să-și controleze munca. În timp ce această abordare îi face pe studenți să se familiarizeze cu teoria circuitelor, nu reușește să le educe pe deplin.

Elevii nu au nevoie doar de practică matematică. Aceștia au nevoie, de asemenea, de circuite de construcție practice practice și de echipamente de testare. Deci, sugerez următoarea abordare alternativă: elevii ar trebui să- și construiască propriile "probleme de practică" cu componente reale și să încerce să prezică matematic diferitele valori de tensiune și curent. În acest fel, teoria matematică "vine în viață", iar studenții dobândesc o experiență practică pe care nu ar câștiga doar prin rezolvarea ecuațiilor.

Un alt motiv pentru a urma această metodă de practică este de a preda studenților metodă științifică : procesul de testare a unei ipoteze (în acest caz, predicții matematice) prin efectuarea unui experiment real. Elevii vor dezvolta, de asemenea, abilități reale de depanare, deoarece uneori fac erori de construcție a circuitelor.

Petreceți câteva momente de timp cu clasa dvs. pentru a revizui unele dintre "regulile" de construire a circuitelor înainte de a începe. Discutați aceste probleme cu elevii dvs. în aceeași manieră Socratică, în mod normal, ați discuta cu întrebările din foaia de lucru, în loc să le spuneți pur și simplu ce ar trebui și nu ar trebui să facă. Nu mă mai opresc niciodată să fiu uimită de modul în care elevii slab înțeleg instrucțiunile atunci când sunt prezentați într-un format tipic de prelegere (instructor monolog)!

O notă adresată acelor instructori care se pot plânge de timpul "irosit" trebuie să-i facă pe elevi să construiască circuite reale în loc să analizeze doar matematic circuitele teoretice:

Care este scopul studenților care vă ia cursul "panoul de lucru" panoul panoului de lucru implicit?

intrebarea 2

Următoarea ilustrație este o secțiune transversală a unui tranzistor cu efect de câmp cu izolație, denumit uneori IGFET :

Explicați ce se întâmplă când se aplică o tensiune pozitivă la poartă (cu referire la substrat), în ceea ce privește conductivitatea electrică dintre sursă și scurgere:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Atunci când se aplică suficientă tensiune pozitivă la poartă, se formează un strat de inversiune chiar sub ea, creând un canal de tip N pentru curentul de scurgere sursă:

Note:

Cereți studenților dvs. să explice modul în care se formează stratul de inversiune și ce înseamnă pentru conducerea sursei de scurgere dacă nu este prezent niciun strat de inversiune.

Discutați cu elevii dvs. despre faptul că acest strat de inversiune este incredibil de subțire; astfel încât aceasta este adesea menționată ca o "foaie" bidimensională a purtătorilor de taxe.

Menționați, de asemenea, studenților dvs. că, deși "IGFET" este termenul general pentru un astfel de dispozitiv, "MOSFET" este mai frecvent utilizat ca desemnator din cauza istoricului dispozitivului.

Întrebarea 3

Literele "MOS" din acronimul "MOSFET" reprezintă "Metal Oxide Semiconductor". Descrieți ce înseamnă acest lucru, referitor la construirea unui MOSFET.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

"Oxidul" la care se face referire este un strat de material izolator plasat între terminalul poarta metalică și canalul Semiconductor cu efect de câmp.

Următoarele întrebări: MOSFET-urile sunt uneori denumite "IGFET". Explicați ce înseamnă acest alt acronim și cum înseamnă același lucru ca "MOSFET".

Note:

Explicați studenților că IGFET este un termen mai general decât MOSFET, deoarece dioxidul de siliciu nu este singurul material potrivit din care să se realizeze un strat izolator pentru poartă.

Întrebarea 4

Unele tipuri de MOSFET-uri au un canal de scurgere sursă deja format fără tensiune de poarta aplicată:

Explicați ce se întâmplă cu conductivitatea sursei de scurgere cu fiecare dintre următoarele tensiuni aplicate la substrat. Modificați ilustrațiile dacă este necesar:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Cereți studenților dvs. să contrasteze comportamentul acestui tip de MOSFET împotriva comportamentului tipului care necesită o tensiune a porții pentru a crea un strat de inversiune.

Întrebarea 5

Există două clase generale de MOSFET-uri: MOSFET-uri care conduc cu nici o tensiune de poarta aplicată, și MOSFET-uri care necesită o tensiune poarta care urmează să fie aplicată pentru conducere. Ce sunt numite fiecare dintre aceste tipuri de MOSFET și care sunt simbolurile schematice respective "# 5"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

MOSFET-urile de tip MOSFET de tip MOSFET conduc curentul fără tensiunea aplicată a porții. Tipurile de tip MOSFET de tip E -type ( tip E) necesită o tensiune de poartă care trebuie aplicată pentru conducție.

Note:

Partea din această întrebare care pune întrebări despre simbolurile tranzistorului este foarte importantă. Va fi mult mai ușor pentru elevii dvs. să-și amintească funcția fiecărui tip de tranzistor dacă sunt capabili să recunoască indicii în simbolism.

Întrebarea 6

Identificați aceste simboluri schematice:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Simbolul "bule" de pe poarta dispozitivelor cu canale P amintește de bulele de inversare folosite pe simbolurile de poartă logică. Presupun că studenții noștri nu vor fi studiat porțile logice în acest moment, deci aceasta este o prefigurare a lucrurilor care vor veni!

Întrebarea 7

Eficienții tranzistorilor cu efect de câmp sunt clasificați ca dispozitive de transport majoritar . Explică de ce.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Conducția printr-un tranzistor cu efect de câmp depinde de purtătorii de sarcină prezenți în canal din cauza dopajului (tipul "majoritar" al suportului de încărcare).

Întrebați întrebarea: în contrast, de ce tranzistoarele joncțiunii bipolare consideră că dispozitivele purtătoare ale minorităților "sunt ascunse"> Note:

Întrebați elevii dvs. ce tip de tranzistor funcționează pe principiul purtătorului minoritar, spre deosebire de tranzistorii cu efect de câmp.

Întrebarea 8

Transistorii de joncțiune bipolară (BJT) sunt considerați dispozitive "normal-oprite", deoarece starea lor naturală fără semnal aplicat la bază nu este o conducție între emițător și colector, ca un comutator deschis. Sunt tranzistoare cu efect de izolare pe câmp (IGFET) considerate aceleași? De ce sau de ce nu?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

IGFET-urile pot fi produse fie ca dispozitive "normal-on" sau "normal-off".

Note:

Cereți studenților dvs. să elaboreze răspunsul dat. Nu acceptați o recitație minuțioasă a răspunsului, că "depinde de modul în care sunt produse", ci mai degrabă cerem să se explice o explicație pentru motivul pentru care un IGFET ar fi în mod normal - în comparație cu normal.

Întrebarea 9

Cantitatea obișnuită de curent printr-un terminal MOSFET este cu mult mai mică decât cantitatea tipică de curent printr-un terminal de bază BJT, pentru curenți controlați asemănători (respectiv, drain sau colector). Explicați ce înseamnă construirea și / sau utilizarea MOSFET care limitează curentul de intrare la aproape nimic în timpul funcționării normale.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Poarta este izolată electric de canal.

Note:

Dacă este nevoie, reveniți la o diagramă "cut-away" a unui MOSFET pentru a ajuta elevii să înțeleagă de ce impedanța de intrare a unui MOSFET este ceea ce este.

Întrebarea 10

Tranzistorii cu efect de câmp cu oxid de metal (MOSFET) diferă în comportament față de tranzistoarele Bipolar Junction (BJT) în mai multe moduri. Adresați-vă fiecăruia dintre aceste aspecte comportamentale în răspunsul dvs.:

Câștigul curent
Conducta fără semnal de intrare (poartă / bază)
Polarizare
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

MOSFET-urile au câștiguri mult mai mari decât BJT-urile.

BJT-urile sunt în mod normal oprite, în timp ce un MOSFET poate fi în mod normal sau în mod normal oprit în funcție de fabricarea sa.

MOSFET-urile pot transmite curentul de la sursă la scurgere sau de la scurgere la sursă cu aceeași ușurință. BJT-urile pot transmite numai curentul de la emițător la colector într-o singură direcție.

Note:

Pentru fiecare dintre aceste aspecte comportamentale, discutați cu elevii dvs. exact de ce diferă cele două tipuri de tranzistori.

Întrebarea 11

MOSFET-urile de tip E sunt în mod normal dispozitive asemănătoare tranzistorilor de joncțiune bipolare, starea naturală a canalelor lor rezistând puternic la trecerea curenților electrici. Astfel, o stare de conducere va apărea numai la comandă dintr-o sursă externă.

Explicați ce trebuie făcut cu un MOSFET de tip E, în mod specific, pentru ao conduce într-o stare de conducere (unde se formează un canal pentru a efectua curent între sursă și scurgere).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Trebuie să fie aplicată o tensiune între poartă și substrat (sau poarta și sursa dacă substratul este conectat la terminalul sursă) astfel încât polaritatea terminalului poarta atrage electrostatic majoritatea suporturilor de încărcare ale canalului (formând un strat de inversiune direct sub strat izolant care separă poarta de canal).

Note:

Aceasta este probabil cea mai importantă întrebare pe care elevii dvs. ar putea să o învețe să o răspundă la prima studiere a MOSFET-urilor de tip E. Ce este, exact, necesar pentru a transforma unul pe altul? Invitați elevii să deseneze diagrame pentru a ilustra răspunsurile pe care le prezintă în fața clasei.

Solicitați-le să identifice în mod specific ce polaritate a V GS ar trebui să fie aplicată pentru a activa un N-canal E-tip MOSFET, și, de asemenea, un canal P-MOSFET de tip E.

Întrebarea 12

D-type MOSFET-urile sunt în mod obișnuit pe dispozitive la fel ca tranzistoarele cu efect de joncțiune, starea naturală a canalelor lor fiind accesibilă curenților electrici. Astfel, o stare de cutoff va apărea numai la comandă de la o sursă externă.

Explicați ce trebuie făcut cu un MOSFET de tip D, în mod specific, pentru ao conduce într-o stare de întrerupere (unde canalul este complet epuizat).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

O tensiune trebuie să fie aplicată între poartă și substrat (sau poarta și sursa dacă substratul este conectat la terminalul sursă) astfel încât polaritatea terminalului poartă să respingă electrostatic majoritatea suporturilor de încărcare ale canalului.

Următoarea întrebare: spre deosebire de JFET-urile, MOSFET-urile de tip D pot fi "îmbunătățite" în siguranță, dincolo de conductivitatea stării lor naturale. Descrieți ce este necesar pentru a "comanda" un MOSFET de tip D pentru a conduce mai bine decât în ​​mod natural.

Note:

Aceasta este probabil cea mai importantă întrebare pe care elevii dvs. ar putea să o învețe să o răspundă la prima studiere a MOSFET-urilor de tip D. Ce, exact, este necesar pentru a opri unul? Invitați elevii să deseneze diagrame pentru a ilustra răspunsurile pe care le prezintă în fața clasei.

Întrebați-le să identifice în mod specific ce polaritate a lui V GS ar trebui să fie aplicată pentru a dezactiva un MOSFET de tip D cu canal N și un MOSFET de tip D cu canal P.

Întrebarea 13

Tranzistoarele cu efect de câmp cu oxid de metal (MOSFET) diferă în unele privințe de tranzistoarele Junction Field-Effect (JFET). Explicați-vă cu propriile cuvinte care este diferența / diferențele.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Vă las să faceți propriul dvs. studiu aici.

Note:

În ciuda multor asemănări, MOSFET-urile și JFET-urile nu sunt identice. Cereți elevilor să explice de ce cele două tipuri de tranzistor se comportă diferit, nu doar să recite diferențele citite dintr-un manual sau altă referință.

Întrebarea 14

Identificați fiecare tip de MOSFET (indiferent dacă este vorba de N-canal sau P-canal, tip D sau E), etichetați terminalele și determinați dacă MOSFET-ul în fiecare dintre aceste circuite va fi pornit sau oprit :

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarea întrebare: care dintre aceste tranzistoare este epuizat și care este îmbunătățit cu "note hidden"> Note:

Este foarte important pentru elevii dvs. să înțeleagă ce factor (e) într-un circuit forța un MOSFET pentru a porni sau a opri. Unele dintre informațiile conținute în diagrame sunt relevante pentru determinarea statutului fiecărui tranzistor, iar unele nu sunt.

Asigurați-vă că cereți studenților să explice raționamentul pentru fiecare stat de tranzistor. Ce factor sau o combinație de factori este necesar pentru a transforma un MOSFET pe versus oprit?

Întrebarea 15

Identificați fiecare tip de MOSFET (indiferent dacă este vorba de N-canal sau P-canal, tip D sau E), etichetați terminalele și determinați dacă MOSFET-ul în fiecare dintre aceste circuite va fi pornit sau oprit :

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarea întrebare: care dintre aceste tranzistoare este epuizat și care este îmbunătățit cu "note hidden"> Note:

Este foarte important pentru elevii dvs. să înțeleagă ce factor (e) într-un circuit forța un MOSFET pentru a porni sau a opri. Unele dintre informațiile conținute în diagrame sunt relevante pentru determinarea statutului fiecărui tranzistor, iar unele nu sunt.

Asigurați-vă că cereți studenților să explice raționamentul pentru fiecare stat de tranzistor. Ce factor sau o combinație de factori este necesar pentru a transforma un MOSFET pe versus oprit?

Întrebarea 16

Identificați fiecare tip de MOSFET (indiferent dacă este vorba de N-canal sau P-canal, tip D sau E), etichetați terminalele și determinați dacă MOSFET-ul în fiecare dintre aceste circuite va fi pornit sau oprit :

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarea întrebare: care dintre aceste tranzistoare este epuizat și care este îmbunătățit cu "note hidden"> Note:

Este foarte important pentru elevii dvs. să înțeleagă ce factor (e) într-un circuit forța un MOSFET pentru a porni sau a opri. Unele dintre informațiile conținute în diagrame sunt relevante pentru determinarea statutului fiecărui tranzistor, iar unele nu sunt.

Asigurați-vă că cereți studenților să explice raționamentul pentru fiecare stat de tranzistor. Ce factor sau o combinație de factori este necesar pentru a transforma un MOSFET pe versus oprit?

Întrebarea 17

Explicați de ce un proiectant de circuit ar alege un MOSFET pe un tranzistor bipolar pentru o anumită aplicație. Ce avantaj (e) are un MOSFET pe un tranzistor bipolar?

Întrebare de provocare: demonstrați-vă punctul prin compararea ratingurilor parametrice din două foi de date tranzistorice, unul bipolar și celălalt un efect de câmp izolat. Asigurați-vă că aceste două tranzistoare au ratinguri curente controlate similare (curent maxim de colector și curent de scurgere, respectiv).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

MOSFET-urile au cerințe de "curenți" de intrare extrem de reduse.

Note:

Cereți studenților dvs. să explice ce înseamnă "curentul de acționare" înseamnă în ceea ce privește evaluările tranzistorilor. De asemenea, cereți-le să explice de ce MOSFET-urile nu necesită un curent atât de mult ca tranzistoarele bipolare. Provocați-i să-și dovedească punctul de vedere printr-o comparație a fișelor tehnice.

Este curentul redus de unitate, singurul avantaj pe care MOSFET-ii se bucură de tranzistoarele bipolare? Puneți această întrebare elevilor, pentru a vedea dacă au investigat aceste dispozitive mai departe decât întrebarea cerută.

Întrebarea 18

Ce înseamnă transconductanța cu referire la un tranzistor cu efect de câmp? Este funcția de transconductanță pentru un FET o relație liniară sau neliniară? Explicați de ce, făcând referire la o ecuație, dacă este posibil, să vă explicați răspunsul.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

"Transconductanța" se referă la cantitatea de schimbare a curentului de scurgere pentru o anumită cantitate de schimbare a tensiunii de poartă ((ΔI D ) / (ΔV G ))). Funcția de transconductanță pentru un FET este cu siguranță neliniară.

Întrebare de întrebare: ce unitate de măsură ar fi potrivită pentru exprimarea transconductanței în?

Note:

Transconductanța nu este doar un parametru pentru JFET-uri, ci și pentru MOSFET-uri (IGFETs) și tuburi de vid. Orice dispozitiv de reglare a tensiunii controlate de tensiune are o valoare de transconductanță (deși se poate modifica în intervalul de funcționare al dispozitivului, la fel cum β se modifică în domeniul de funcționare al unui BJT).

Întrebarea 19

Conexiunea "substrat" ​​într-un MOSFET este adesea intern conectată la sursă, cum ar fi:

Aceasta transformă MOSFET-ul dintr-un dispozitiv cu patru terminale într-un dispozitiv cu trei terminale, ceea ce face mai ușor de utilizat. O consecință a acestei conexiuni interne este, totuși, crearea unei diode parazitare între terminalele de sursă și de scurgere: o joncțiune PN care există dacă o vrem sau nu.

Adăugați această diodă parazită la simbolul MOSFET prezentat aici (reprezentând secțiunea transversală MOSFET prezentată mai sus) și explicați modul în care prezența acesteia afectează utilizarea tranzistorului într-un circuit real:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarea întrebare: Cum prezența acestei diode parazitare ne permite să distingem pozitiv terminalul sursă de terminalul poarta atunci când identificăm terminalele unui MOSFET cu un multimetru "note hidden"> Note:

Prezența acestei diode este un concept foarte important pentru studenți de a înțelege, deoarece face MOSFET un dispozitiv unilateral în cele mai multe scopuri practice. Discutați despre semnificația acestei diode și contrastează caracteristicile unui MOSFET cu trei terminale împotriva caracteristicilor unui JFET cu trei terminale, care este un dispozitiv cu adevărat bilateral.

Întrebarea 20

Un tehnician foloseste un multimetru digital (cu o caracteristica "check diode") pentru a identifica terminalele unui MOSFET de putere:

Tehnicianul obține următoarele măsurători de tensiune "verificare diodă", în această ordine:

  1. Conducta neagră pe borna din mijloc, Cablu roșu pe borna dreaptă = 0.583 volți ( ilustrat în ilustrație )
  2. Conducta roșie pe terminalul intermediar, Cablu negru pe terminalul dreapta = OL (deschis)
  3. Conducta neagră pe terminalul intermediar, Conductă roșie la borna stângă = OL (deschisă)
  4. Conducta neagră pe borna intermediară, conducta roșie pe borna dreaptă = 0, 001 volți
  5. Conducta roșie pe terminalul intermediar, Conductă neagră pe borna dreaptă = 0, 001 volți

Explicați de ce măsurările a patra și a cincea sunt atât de diferite față de primul și, respectiv, al doilea, când au fost luate între aceleași terminale de pe MOSFET. Sugestie: acest MOSFET special este un tip de N-canal, de tip accesoriu.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Actul de a lua cea de-a treia măsurătoare a îmbunătățit tranzistorul în starea (saturată) prin intermediul tensiunii de ieșire a multimetrului în modul de testare a diodelor. MOSFET-ul a rămas apoi în starea sa pentru măsurările a patra și a cincea.

Următoarele întrebări: unde ar trebui să fie conectat contorul pentru a forța MOSFET-ul să fie în starea de închidere ("cutoff") "note hidden"> Note:

Tranzistorii cu efect de câmp, prin natura lor fiind dispozitive acționate de tensiune cu impedanță de intrare extrem de ridicată, sunt mai greu de identificat decât tranzistoarele joncțiunii bipolare, deoarece ieșirea contorului în modul "verificare diodă" este suficientă pentru activarea și dezactivarea acestora. Această întrebare demonstrează un exemplu practic al acestui lucru (valorile au provenit, de fapt, din testarea în timp real a unui tranzistor IRF510!).

Întrebarea 21

Un aspect important atunci când lucrați în jurul circuitelor care conțin MOSFET este descărcarea electrostatică sau ESD . Descrieți ce este acest fenomen și de ce este o considerație importantă pentru circuitele MOSFET.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

"Descărcarea electrostatică" este aplicarea de tensiuni foarte mari la componentele circuitului ca urmare a contactului sau a proximității cu un corp încărcat electric, cum ar fi o ființă umană. Tensiunile ridicate expuse de electricitatea statică sunt foarte dăunătoare pentru MOSFET-uri. Te voi lăsa să-ți cercetezi de ce!

Note:

Asigurați-vă că îi cereți elevilor să explice mecanismul de deteriorare a tranzistorului rezultat din ESD și să discute magnitudinea pură a tensiunilor statice generate în mod obișnuit în condiții de aer uscat. Dacă aveți microfotografii ale deteriorării IC de la ESD, prezentați-i pe unii dintre ei în timpul discuțiilor pentru plăcerea studenților.

Întrebarea 22

Curelele de mână antistatice sunt uzate în mod obișnuit de către tehnicieni atunci când lucrează la circuite care conțin MOSFET-uri. Explicați modul în care sunt folosite aceste curele și cum ați testa unul pentru a vă asigura că funcționează corespunzător.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un test simplu ohmmetru ar trebui să prezinte niveluri de rezistență mega-ohm între punctul de contact al pielii curelei și clema de împământare metalică.

Următoarea întrebare: de ce există rezistență plasată intenționat între curea de mână și clema de împământare "note notes hidden"> Note:

O întrebare bună pentru a vă întreba studenții este motivul pentru care protecția antistatică este importantă atunci când lucrați cu dispozitive MOSFET. Nu trebuie niciodată să presupui că acest lucru este evident, cu excepția cazului în care subiectul a fost acoperit într-o întrebare imediat înainte de aceasta!

Studenții dvs. ar trebui să aibă o curea antistatică pentru mână, ca parte a colecției lor obișnuite de instrumente. Atunci când discutăm această întrebare, ar fi bine ca studenții să-și folosească ohmmetrele pentru a verifica funcționarea curelelor de mână.

Întrebarea 23

Completați circuitul, indicând modul în care comutatorul cu butoane ar putea fi conectat la poarta MOSFET-ului pentru a exercita controlul asupra sarcinii:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Această soluție, în timp ce este funcțională, nu este cea mai practică. Îmbunătățiți acest design!

Următoarele întrebări: ați spune că aceste tranzistor surse curente la încărcătură, sau se scufunda curent de sarcina "note ascunse"> Note:

Discutați cu elevii dvs. de ce circuitul prezentat în răspuns nu ar fi neapărat practic și veți lucra împreună pentru a dezvolta un design mai bun.

Întrebarea 24

Determinați dacă sarcina este activată sau dezactivată cu comutatorul în poziția afișată. De asemenea, identificați dacă tranzistorul este un tip de epuizare sau un tip de accesoriu :

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Sarcina va fi dezactivată ca urmare a faptului că acest tranzistor de tip "depleție" este în starea "off".

Note:

Cereți studenților dvs. să explice modul în care au dat seama de starea tranzistorului în acest circuit și, de asemenea, ce funcționează comutatorul dublu-aruncător dublu (DPDT). De altfel, această configurație a cablajului DPDT este destul de comună în circuitele electrice și electronice!

Întrebarea 25

Determinați dacă sarcina este activată sau dezactivată cu comutatorul în poziția afișată. De asemenea, identificați dacă tranzistorul este un tip de epuizare sau un tip de accesoriu :

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Încărcarea va fi alimentată ca urmare a faptului că acest tranzistor de tip accesoriu este în starea "on".

Note:

Cereți studenților dvs. să explice modul în care au dat seama de starea tranzistorului în acest circuit și, de asemenea, ce funcționează comutatorul dublu-aruncător dublu (DPDT). De altfel, această configurație a cablajului DPDT este destul de comună în circuitele electrice și electronice!

Întrebarea 26

Determinați dacă sarcina este activată sau dezactivată cu comutatorul în poziția afișată. De asemenea, identificați dacă tranzistorul este un tip de epuizare sau un tip de accesoriu :

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Sarcina va fi alimentată ca urmare a faptului că acest tranzistor de tip "depleție" este în starea "on".

Note:

Cereți studenților dvs. să explice modul în care au dat seama de starea tranzistorului în acest circuit și, de asemenea, ce funcționează comutatorul dublu-aruncător dublu (DPDT). De altfel, această configurație a cablajului DPDT este destul de comună în circuitele electrice și electronice!

Întrebarea 27

Determinați dacă sarcina este activată sau dezactivată cu comutatorul în poziția afișată. De asemenea, identificați dacă tranzistorul este un tip de epuizare sau un tip de accesoriu :

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Încărcarea va fi alimentată ca urmare a faptului că acest tranzistor de tip accesoriu este în starea "on".

Note:

Cereți studenților dvs. să explice modul în care au dat seama de starea tranzistorului în acest circuit și, de asemenea, ce funcționează comutatorul dublu-aruncător dublu (DPDT). De altfel, această configurație a cablajului DPDT este destul de comună în circuitele electrice și electronice!

Întrebarea 28

Determinați dacă sarcina este activată sau dezactivată cu comutatorul în poziția afișată. De asemenea, identificați dacă tranzistorul este un tip de epuizare sau un tip de accesoriu :

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Sarcina va fi dezactivată ca urmare a faptului că acest tranzistor de tip accesoriu este în starea "off".

Note:

Cereți studenților dvs. să explice modul în care au dat seama de starea tranzistorului în acest circuit și, de asemenea, ce funcționează comutatorul dublu-aruncător dublu (DPDT). De altfel, această configurație a cablajului DPDT este destul de comună în circuitele electrice și electronice!

Întrebarea 29

Este adesea necesară existența unui curent sursă de tranzistor de putere la o sarcină (asigurați o cale de la șina pozitivă a tensiunii de alimentare la sarcină), mai degrabă decât să scufundați curentul din sarcină (asigurați o cale de la sarcină la șina sau masa de tensiune negativă), deoarece o parte a sarcinii este deja conectată la masă:

Atunci când sursele de tranzistor sunt curente, este adesea menționată ca un comutator de mare parte . Determinați cerințele de tensiune de condus pentru fiecare dintre aceste întrerupătoare MOSFET de înaltă calitate; care este, determinați ce trebuie să fie conectat la poarta fiecărui tranzistor pentru ao activa complet, astfel încât sarcina să primească o putere completă:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Pentru MOSFET-ul canalului P, poarta pur și simplu trebuie să fie împământată. Pentru MOSFET-ul cu canale N, poarta trebuie adusă la o tensiune pozitivă mai mare de + V cu cel puțin V GS (on).

Următoarea întrebare: discutați de ce termenii "aprovizionare" și "scufundare" fac cel mai mult sens atunci când sunt văzuți din perspectiva notării convenționale a fluxului de curent. Pentru contrast, aici este același circuit cu săgețile trase în direcția fluxului de electroni:

Întrebarea de provocare: în ciuda cerințelor mai dificile de a conduce poarta MOSFET-ului N-canal de mare amploare, acestea sunt adesea preferate în comparație cu dispozitivele cu canale P în modelele de circuite practice. Explică de ce. Sugestie: are legătură cu mobilitatea transportatorului .

Note:

Acesta este un exercițiu bun în determinarea polarității de tensiune a porții (și a mărimii), precum și introducerea conceptelor de aprovizionare și scufundare curente și de comutare la nivel înalt. Asigurați-vă că ați petrecut timp discutarea problemei de aprovizionare versus scufundare, deoarece aceasta va avea o importanță mai mare mai târziu în studiile studenților dumneavoastră (în special în designul circuitelor poarta logică).

Întrebarea 30

Desenați conexiunile adecvate ale firelor necesare pentru a "îmbunătăți" acest MOSFET cu tensiunea celulei solare, astfel încât bateria să acționeze releul ori de câte ori există suficientă expunere la lumină asupra celulei solare:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Întrebare la întrebare: conectați o diodă de comutare ("rotire liberă") în circuitul prezentat, astfel încât "declanșarea" inductivă de la releul de dezactivare să nu dăuneze MOSFET-ului.

Note:

Elevii trebuie să observe că circuitul prezentat nu este singurul mod posibil în care poate fi folosit un MOSFET pentru a porni un releu. Adesea, terminalele substratului (SS) și sursa (S) ale MOSFET sunt făcute comune una cu cealaltă, astfel încât circuitele de comandă și control au un punct comun (de obicei, punctul de bază al sistemului).

Întrebați elevilor dvs. ce s-ar întâmpla dacă polaritatea bateriei a fost inversată.

Întrebarea 31

Explicați ce se va întâmpla în acest circuit atunci când fiecare buton de comandă este acționat individual:

Vă puteți gândi la orice aplicații practice pentru un circuit ca acesta "# 31"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Acest circuit este cunoscut în mod obișnuit ca un dispozitiv de blocare bistabil, deoarece este capabil să "se blocheze" în două stări stabile diferite.

Dacă întâmpinați dificultăți în analizarea funcționării acestui circuit, imaginați-vă că unul dintre tranzistori este în stare "on", iar celălalt este în starea "off" imediat după pornire. Apoi întrebați-vă ce se va întâmpla când fiecare buton este acționat.

Note:

Circuitele bistabilă de blocare sau multivibrator sunt destul de utile și destul de simple de implementat cu MOSFET-uri, după cum demonstrează acest exemplu. Discutați câteva aplicații practice cu elevii dvs., mai ales dacă nu au descoperit câteva aplicații proprii.

Întrebarea 32

Acest circuit utilizează o combinație de capacitate și rezistență pentru a produce o întârziere de timp când comutatorul cu buton este eliberat, determinând ca lampa să rămână aprinsă pentru scurt timp după ce se deschide comutatorul:

Calculați cât timp lampa va rămâne aprinsă după deschiderea comutatorului, presupunând că MOSFET are o tensiune de prag (turn-on) de la poarta V GS (th) = 4 volți.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

t întârziere = 2, 05 secunde

Note:

Pentru a rezolva această problemă, elevii trebuie să își aplice cunoștințele despre circuitele de descărcare capacitivă pentru a găsi ecuația corectă pentru timp. Întrebați-i cum au stabilit soluția și cum știau ce ecuații trebuie să utilizeze.

Întrebarea 33

Preziceți modul în care acest circuit va fi afectat ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Tranzistorul Q 1 nu funcționează (drain-sursă):
Tranzistorul Q 1 nu funcționează scurt (drain-to-source):
Rezistorul R 1 nu este deschis:

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Tranzistorul Q 1 nu funcționează deschis (scurgere-sursă): Motorul refuză să funcționeze.
Tranzistorul Q 1 nu este scurtcircuitat (sursa la sursă): Motorul funcționează tot timpul și nu se va opri.
Rezistorul R 1 nu funcționează: motorul funcționează atunci când este apăsat butonul de comandă, durează mult timp să se oprească când comutatorul este eliberat.

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 34

Preziceți modul în care acest circuit va fi afectat ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Tranzistor Q 1 nu este scurt (colector-emițător):
Tranzistor Q 2 nu funcționează deschis (scurgere-sursă):
Rezistorul R 1 nu este deschis:
Rezistor R 2 nu funcționează deschis:

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Tranzistorul Q 1 nu este scurtcircuitat (sursa la sursă): Motorul funcționează tot timpul și nu se va opri.
Tranzistor Q 2 nu funcționează deschis (scurgere-sursă): Motorul refuză să funcționeze.
Rezistor R 1 nu este deschis: motorul refuză să funcționeze.
Rezistor R 2 nu este deschis: motorul funcționează atunci când este apăsat butonul de comandă, durează mult timp să se oprească când comutatorul este eliberat.

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 35

Preziceți modul în care acest circuit va fi afectat ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Tranzistorul Q 1 nu funcționează scurt (drain-to-source):
Tranzistorul Q2 nu reușește să fie scurtcircuitat (drain-to-source):
Rezistorul R 1 nu este deschis:
Rezistor R 2 nu funcționează deschis:
Conductor de legătură (scurt) trecut rezistor R 1 :

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Tranzistorul Q 1 nu este scurtcircuitat (sursa la sursă): Motorul refuză să funcționeze.
Tranzistorul Q 2 nu este scurtcircuitat (sursa la sursă): Motorul funcționează tot timpul și nu se va opri.
Rezistor R 1 nu funcționează deschis: Motorul funcționează tot timpul și nu se oprește.
Rezistor R 2 nu funcționează deschis: motorul refuză să funcționeze.
Poziția de lipire (scurt) a rezistenței anterioare R 1 : Motorul funcționează atunci când comutatorul este inițial dezactivat (așa cum ar trebui), dar tranzistorul Q1 va eșua când se apasă butonul. Acest lucru poate duce la încetarea funcționării motorului sau la oprirea acestuia, în funcție de modul în care Q1 nu reușește. De asemenea, siguranța poate sufla ca rezultat.

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 36

Un circuit MOSFET foarte util este comutatorul bilateral, un exemplu arătat aici pentru analiza:

Circuitul "invertor dual" asigură pur și simplu că cele două linii de control A și B vor fi întotdeauna opuse polarităților (unul la potențialul V dd, celălalt la potențialul solului).

Care este scopul unui circuit "comutator bilateral" "# 36"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Vă voi lăsa să-l cercetați singur!

Note:

Dacă studenții dvs. nu au învățat încă despre circuitele tranzistorului digital, acesta ar fi un moment bun pentru a introduce conceptul de stări logice "înalte" și "joase", în acest caz ca semnale de comandă către celula de comutare bilaterală.

Întrebați-vă elevilor ce ar putea fi scopul unui comutator bilateral, deoarece avem deja comutatoare mecanice capabile să comutați aproape orice tip de semnal electric cunoscut.

Întrebarea 37

Un tip special de tranzistor cu efect de câmp izolat de poartă este duza MOSFET, prezentată aici:

Desenează o schemă schematică folosind MOSFET-uri normale (cu o singură poartă), echivalentă cu acest MOSFET cu două intrări.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Un răspuns destul de simplu la această întrebare, dar scopul real este de a convinge elevii să se gândească la elementele de circuit complexe în termeni de circuite echivalente compuse din componente simple și idealizate.

Întrebarea 38


∫f (x) dx Alertă de calcul!


O problemă potențială pentru MOSFET-urile de putere este (dv / dt) indusă de pornire . Explicați de ce un MOSFET se poate aprinde atunci când nu se presupune că, având în vedere o condiție excesivă (dv / dt).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dacă viteza de schimbare a tensiunii de scurgere ((dv / dt)) este excesivă, tranzistorul se poate aprinde datorită efectului de cuplare al capacității port-to-drain (C GD ).

Întrebare de provocare: trageți o schemă schematică echivalentă care prezintă capacitatea C GD parazitară și scrieți capacitivul de ecuație legat de schimbarea instantanee a tensiunii în timp.

Note:

Această întrebare este o revizuire bună a teoriei condensatorului și a notării calculului. Cereți studenților dvs. să explice exact ce înseamnă (dv / dt) și cum se referă la curent într-un circuit care conține capacitate.

Problema impulsului de pornire indusă de dv / dt nu este unică pentru MOSFET-urile de putere. Diferitele tiristoare, în special SCR și TRIAC, prezintă și această problemă.

Întrebarea 39

Găsiți una sau două tranzistoare reale cu efect de câmp cu izolație și le aduci cu voi în clasă pentru discuții. Identificați cât mai multe informații despre tranzistori înainte de discuție:

Identificarea terminalelor (care terminal este poarta, sursa, scurgere)
Putere continuă
Transconductanță tipică

Notă: aveți grijă să păstrați cât mai mult posibil tranzistoarele în spumă anti-statică, pentru a evita deteriorarea porții de la descărcarea electrostatică.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dacă este posibil, găsiți fișa tehnică a producătorului pentru componentele dvs. (sau cel puțin o fișă tehnică pentru o componentă similară) pentru a discuta cu colegii de clasă. Fii pregătit să dovedești identitatea terminală a tranzistorilor tăi în clasă, folosind un multimetru!

Note:

Scopul acestei întrebări este de a atrage studenții să interacționeze din punct de vedere kinetic cu subiectul. Ar putea părea prostește ca studenții să se angajeze într-un exercițiu "arată și spune", dar am constatat că astfel de activități ajută foarte mult pe unii elevi. Pentru acei cursanți care sunt în natură kinesthetic, este un mare ajutor pentru a atinge efectiv componentele reale în timp ce învață despre funcția lor. Desigur, această întrebare oferă, de asemenea, o oportunitate excelentă pentru ei de a practica interpretarea marcajelor componentelor, a folosi un multimetru, foi de date de acces etc.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →