FET: 친근하고 효율적인 트랜지스터

상당한 양의 전류를 제어하는 ​​회로를 사용한다면 전계 효과 트랜지스터인 FET를 자주 접하게 될 것입니다. 두 개의 강력한 LED를 제어하거나, USB 장치를 켜고 끄거나, 모터를 구동하려는 경우 일반적으로 그림 어딘가에 무거운 작업을 수행하는 FET가 있습니다. FET의 작동 방식, 사용 방법, 주의 사항이 무엇인지 잘 모르실 수도 있습니다. 기본 사항을 살펴보겠습니다.

다음은 전류 흐름을 차단하는 밸브와 같은 USB 포트로 전원을 전환할 수 있는 간단한 FET 회로입니다. 이 회로는 P-FET를 사용합니다. 전원을 켜고 GATE 신호를 접지 레벨로 내려 FET를 열고, 스위치를 끄려면 GATE를 다시 올려 FET를 닫습니다. 여기서 저항은 기본적으로 이를 유지합니다. . 핀의 하이사이드 전압을 처리할 수 없는 3.3V MCU에서 이를 제어하려면 그림과 같이 NPN 트랜지스터 섹션을 추가하면 됩니다. 이렇게 하면 로직이 반전되어 보다 직관적인 "하이=온"이 됩니다. , low=off", 더 이상 GPIO 위험이 없습니다!

이 회로를 하이사이드 스위치라고 합니다. 이를 통해 FET를 통해 장치에 대한 전원을 마음대로 전환할 수 있습니다. 이는 FET의 가장 인기 있는 사용 사례이며 하이 측 스위치에 대해 더 궁금하신 경우 [Bil Herd]가 작성한 이 멋진 기사를 강력히 추천합니다. 여기서 그는 하이 측 스위치 기본 사항을 간단하고 명확하게 보여줍니다. 방법. 이 기사에서는 이 회로도를 회로에서 FET가 일반적으로 사용되는 방식에 대한 참조로 사용할 수 있습니다.

MOSFET, JFET 등 다양한 종류의 FET가 있으며, 덜 인기가 있지만 여전히 풍부한 종류도 있습니다. FET에 대해 이야기할 때 사람들은 일반적으로 MOSFET을 의미하며 이 기사에서도 이에 대해 이야기할 것입니다. 다른 유형은 일반적인 해커 목적으로 인기가 없으며 처음부터 JFET에 대해 잘 알지 못합니다. . 이들은 모두 전계 효과 트랜지스터이지만, 다른 종류의 풍부한 트랜지스터인 BJT(양극 접합 트랜지스터)의 형제입니다. 일반적으로 NPN 또는 PNP 트랜지스터라고 부를 만큼 널리 사용됩니다. 이들은 모두 트랜지스터라는 범주에 속하지만 사람들이 "트랜지스터"라고 하면 일반적으로 BJT를 의미하고, "FET"라고 하면 일반적으로 "MOSFET"을 의미합니다.

FET를 제어할 수 있는 저항기로 상상할 수 있으며, 그 저항은 1Ω(개방)만큼 낮아지거나 설계 목적에 따라 무한히 높은 저항(폐쇄)까지 올라갈 수 있습니다. 게이트를 충전 및 방전하여 FET를 엽니다. 가장 간단하게는 게이트를 커패시터로 상상할 수 있습니다. 요약하자면, FET는 저항기 역할을 하는 트랜지스터이며, FET의 저항을 제어하기 위한 커패시터가 내장되어 있습니다.

이는 FET를 파워 레일 스위칭과 같은 용도로 독특하게 훌륭하게 만듭니다! BJT로 장치의 전원 레일을 제어할 때 BJT 작동 방식으로 인해 최소 0.3V의 전압 강하는 불가피합니다. 결과적으로 전력을 열로 낭비하고 공급 전압이 중요한 디지털 장치에는 사용할 수 없습니다. 그러나 동일한 애플리케이션의 FET는 효율적이고 친숙한 인라인 서브옴 저항일 뿐입니다. 이것이 전력 스위칭 애플리케이션에 FET가 사용되는 주된 이유이며, 결과적으로 모든 종류의 장소에서 FET를 볼 수 있습니다.

이제 FET는 "완전 개방"에서 "완전 폐쇄"로 즉시 전환되지 않습니다. 우리 모두가 알고 사랑하는 BJT와 마찬가지로 저항이 FET만큼 낮지는 않지만 중간 상태도 있습니다. 또한 무한하지도 않습니다. FET는 부분적으로 열려 있습니다. 즉, 선형 영역에 있습니다. 거의 개방되었지만 완전하지는 않은 종류의 전압을 게이트에 적용하여 선형 영역에 도달할 수 있으며, 이를 활용하여 일부를 위한 증폭기, 전자 부하 또는 정전류 드라이버를 구축할 수 있습니다. LED. 그러나 스위칭 목적을 위해 선형 영역의 FET는 피하고 싶은 것입니다. 높은 저항은 높은 손실을 의미하며 어떻게든 해당 열을 발산해야 합니다.

FET가 구축되는 방식으로 인해 각 FET에는 "바디 다이오드"라고 알려진 다이오드가 내장되어 있습니다. 이 다이오드는 피할 수 없습니다. 계속 남아 있습니다. 당신은 사물을 연결할 때만 그 존재를 설명할 수 있습니다. 다이오드가 바람직하지 않은 경우 이를 방지하는 방법은 두 개의 FET를 연속적으로 배치하는 것입니다. LiIon 배터리 보호 회로는 이렇게 작동합니다. 흘러나오는 전류를 차단하여 과방전으로부터 배터리를 보호해야 하지만, 유입되는 전류를 차단하고 2개의 FET를 직렬로 연결하여 과충전으로부터 보호해야 합니다. 서로 마주보는 다이오드는 이를 달성하는 한 가지 방법입니다. 고전류 리튬 이온 배터리 BMS를 보면 필연적으로 두 개의 FET가 이렇게 배선되어 있거나 심지어 두 줄의 FET가 병렬로 배치되어 있는 것을 볼 수 있습니다!