ماسفت یک ترانزیستور اثر میدانی نیمهرسانای اکسید فلز (metal-oxide semiconductor field-effect transistor) است که برای سوئیچ یا تقویت ولتاژ در مدار استفاده می شود. این قطعه از سه پایه اصلی به نامهای درین (Drain)، گیت (Gate) و سورس (Source) تشکیل شده است.در ادامه به بررسی این که چگونه این سه پایه با هم تعامل می کنند و جریان را کنترل میکنند،می پردازیم.
ترانزیستور ماسفت چیست؟
به زبان ساده، ترانزیستور MOSFET مانند یک سوییچ (کلید) عمل می کند که با ولتاژ برق قطع و وصل می شود.
این ترانزیستور از سه پایه اصلی تشکیل شده است:
- Source (منبع): نقطه ورود جریان برق
- Drain (درین): نقطه خروج جریان برق
- Gate (گِیت): پایه فرمان یا کنترل. مانند یک کلید عمل میکند
این قطعه جریان برق را بین دو پایه Source و Drain ، به کمک ولتاژ اعمال شده روی پایه Gate، قطع و وصل میکند.
آیا میدانید مهمترین تفاوت ماسفت و ترانزیستور معمولی در چیست؟
پایه گیت (Gate) بهطور کامل توسط یک لایه عایق الکتریکی (معمولاً از جنس اکسید سیلیکون SiO₂) از بدنه نیمهرسانای ترانزیستور جدا شده است. این عایق الکتریکی سبب میشود تا هیچ جریان DC مستقیمی بین گیت و کانال برقرار نشود و کنترل ترانزیستور صرفاً از طریق میدان الکتریکی ایجادشده توسط ولتاژ اعمالشده به گیت اعمال شود.
ترانزیستور ماسفت چگونه کار می کند ؟
عملکرد MOSFET به خازن MOS بستگی دارد. این خازن در واقع سطح نیمههادی درون ترانزیستور است که در زیر لایه اکسید و بین ناحیه منبع و درین قرار دارد. با اعمال یک ولتاژ مثبت یا منفی به پایه گیت (Gate) میتوان این ناحیه را (مثلاً از نوع p به نوع n) معکوس کرد و حالت آن را تغییر داد.
شرح دقیق عملکرد:
- زمانی که ولتاژ به گیت اعمال نمیشود:
- ابتدا یک ولتاژ بین درین و منبع وصل میشود (VDS). به این صورت که به درین ولتاژ مثبت و به منبع ولتاژ منفی اعمال میگردد.
- در این حالت، اتصال PN در سمت درین، بایاس معکوس میشود و اتصال PN در سمت منبع، بایاس مستقیم میشود.
- نتیجه این است که هیچ جریانی بین پایه درین و منبع برقرار نخواهد شد.
- زمانی که ولتاژ به گیت اعمال میشود (ایجاد کانال):
- اگر یک ولتاژ مثبت(VGG) به ترمینال گیت اعمال کنیم، به دلیل جاذبه الکترواستاتیک، حاملهای بار(الکترونها) در بستر نوع P، شروع به تجمع در سطح مجاور لایه اکسید و زیر گیت میکنند.
- این تجمع الکترونها، یک پل رسانا بین دو ناحیه (یعنی منبع و درین) تشکیل میدهد. این پل رسانا را کانال مینامند.
- تعداد الکترونهای آزادی که در این ناحیه جمع میشوند، مستقیماً به میزان قدرت ولتاژ مثبتی که به گیت اعمال کردهایم، بستگی دارد.
- هرچه این ولتاژ مثبت بیشتر باشد، عرض این کانال که به دلیل تجمع الکترونها شکل گرفته است، بیشتر شده و در نهایت رسانایی آن افزایش مییابد.
- با افزایش رسانایی کانال، جریان بین منبع و درین شروع به جاری شدن میکند.
- نکته کلیدی ولتاژ آستانه:
- حداقل ولتاژی که برای شروع تشکیل کانال و هدایت جریان لازم است، ولتاژ آستانه نامیده میشود. تا پیش از رسیدن به این ولتاژ، ترانزیستور عملاً در حالت خاموش (قطع) باقی میماند.
انواع ترانزیستور ماسفت
ترانزیستورهای ماسفت به دو دسته ماسفت افزایشی و ماسفت تخلیه ای تقسیم می شوند که در ادامه به بررسی کامل این دو مورد می پردازیم:
| ویژگی | MOSFET افزایشی | MOSFET تخلیهای |
|---|---|---|
| حالت عادی (بدون ولتاژ گیت) | خاموش (جریان عبور نمیکند) | روشن (جریان برقرار است) |
| نحوه روشن کردن | اعمال ولتاژ به پایه گیت (کانال تشکیل میشود) | نیاز به اقدام ندارد (بهطور پیشفرض روشن است) |
| نحوه خاموش کردن | قطع ولتاژ گیت (کانال از بین میرود) | اعمال ولتاژ مخالف به گیت (کانال تخلیه میشود) |
| کاربرد اصلی | مدارهای دیجیتال، سوئیچینگ (حدود ۹۵٪ کاربردها) | منابع جریان ثابت، تقویتکننده RF (کاربردهای تخصصی) |
1.MOSFET نوع افزایشی (Enhancement-mode) یا تقویت کننده
این نوع، رایجترین و پرکاربردترین نوع MOSFET است که تقریباً ۹۵٪ کاربردها را شامل میشود.ویژگی اصلی این نوع این است که در حالت عادی و وقتی ولتاژی به گیت نمیدهیم، ترانزیستور خاموش است. یعنی بین دو پایه اصلی آن به نامهای سورس (منبع) و درین (تخلیه) هیچ جریانی عبور نمیکند.
نحوه کار ترانزیستور ماسفت افزایشی :
وقتی ولتاژ مناسبی (معمولاً مثبت برای نوع N-Channel) به پایه گیت اعمال میکنیم، یک کانال رسانا بین سورس و درین تشکیل میشود. این کانال در واقع مسیری است که الکترونها میتوانند از آن عبور کنند. هرچه ولتاژ بیشتری به گیت بدهیم، این کانال پهنتر شده و جریان بیشتری میتواند عبور کند.
این رفتار دقیقاً مانند یک شیر آب معمولی است. وقتی دسته شیر را نمیچرخانید (ولتاژ صفر)، آبی جریان ندارد. وقتی دسته را میچرخانید (ولتاژ مثبت میدهید)، آب جاری میشود و هرچه بیشتر بچرخانید، آب بیشتری جریان مییابد.
۲. MOSFET نوع تخلیهای (Depletion-mode) یا کاهشی
این نوع کمتر رایج است و برای کاربردهای خاص استفاده میشود.در این نوع،در حالت عادی و وقتی ولتاژی به گیت نمیدهیم، ترانزیستور روشن است. یعنی بین سورس و درین جریان برقرار است.
نحوه کار ترانزیستور ماسفت تخلیه ای:
در این نوع، یک کانال رسانا از قبل بین سورس و درین وجود دارد. وقتی ولتاژ مناسبی (معمولاً منفی برای نوع N-Channel) به پایه گیت اعمال میکنیم، این کانال را “تخلیه” میکنیم، یعنی حاملهای بار را از آن خارج میکنیم و در نتیجه کانال باریکتر شده یا کاملاً از بین میرود و جریان قطع میشود.
کاربرد های ترانزیستور ماسفت
همانطور که قبلا اشاره کردیم، ترانزیستور ماسفت وسیله ای است، که برای تعویض یا تقویت سیگنال های الکتریکی استفاده می شود. از کاربردهای ترانزیستور ماسفت می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- استفاده دراینورترها و درایوهای موتور
- ساخت آمپلی فایرهای فرکانس بالا (RF)
- کنترل موتورهای DCو AC
- ساخت سوئیچهای الکترونیکی کنترلشده با ولتاژ
مزایا و معایب ترانزیستورهای ماسفت
| مزایای MOSFET | معایب MOSFET |
|---|---|
• راندمان بیشتر در ولتاژهای کاری پایینتر • امپدانس ورودی بسیار بالا و سرعت سوئیچینگ سریع (بدون جریان گیت) • مصرف توان پایین و حفظ جریان | • آسیبپذیری در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) به دلیل لایه اکسید نازک • ناپایداری در شرایط اضافه ولتاژ |
سوالات متداول
تفاوت ماسفت و ترانزیستور BJT در چیست؟
MOSFET با ولتاژ کنترل میشود و گیت آن آمپدانس ورودی بسیار بالا دارد . BJT با جریان کنترل میشود و نیاز به جریان مداوم بیس دارد. MOSFET برای مدارهای کممصرف و سرعت بالا مناسب است، درحالیکه BJT در کاربردهای آنالوگ خطی و تقویت جریان عملکرد بهتری دارد.
چرا ماسفت با وجود ولتاژ گیت کافی روشن نمیشود؟
- ولتاژ گیت ممکن است از حداقل ولتاژ آستانه (Vth) کمتر باشد.
- ممکن است منبع ولتاژ گیتجریان کافی برای شارژ سریع ظرفیت خازنی گیت نداشته باشد.
- اتصال اشتباه پایهها یامقاومت بالا در مسیر سورس میتواند ولتاژ گیت مؤثر را کاهش دهد.
چرا به MOSFET “سوئیچ کنترلشده با ولتاژ” میگویند؟
چون حالت روشن/خاموش آن تنها با اعمال یا حذف ولتاژ به پایه گیت تعیین میشود. لایه عایق اکسید باعث میشود هیچ جریان DC ای برای کنترل از گیت کشیده نشود.
دیدگاه های شما
خیلی کاراتون عالیه
ارسال محصولاتتون هم کاملا به موقع است
خیلی خوبه که اینقدر به مشتری هاتون اهمیت میدین
واقعا رسام حرف نداره
خیلی خوشحالیم که از خدمات و محصولات راضی بودید!مرسی از اینکه تجربهتون رو با ما به اشتراک گذاشتید، خوشحالیم که تونستیم رضایتتون رو جلب کنیم ⚡📦
از لطف و انرژی مثبتتون بینهایت ممنونیم! خوشحالیم که از کیفیت کار و خدماتمون راضی هستید. رضایت شما همیشه اولویت ماست. 🌸
درود! ممنون میشم توضیح بدید که ترانزیستورهای ماسفت چه ویژگیهای خاصی دارند و در چه مواقعی استفاده میشن؟ منظور از ترانزیستورهای اثر میدانی و اثر میدانی نیمه رسانا چیست؟
من در طراحی یک اینورتر سوئیچینگ با فرکانس 100 کیلوهرتز مشکل دارم. به نظر شما برای کاهش تلفات سوئیچینگ، بهتره از ماسفتهای معمولی استفاده کنم یا سری Super Junction رو انتخاب کنم؟ و آیا برند خاصی مثل Infineon یا ST رو برای کاربردهای صنعتی پیشنهاد میدید؟
با سلام و تشکر از مطلب مفیدتون. من در طراحی یک تقویت کننده فرکانس بالا مشغول کار هستم. آیا برای کاربردهای راداری با فرکانس های بالای ۴ گیگاهرتز هم پیشنهاد می کنید از همین نوع ترانزیستورها استفاده کنیم یا مدل های خاص دیگری وجود داره؟ ممنون می شوم اگر راهنمایی بفرمایید.
ممنون از مقاله خوبتون در مورد ماسفت
یه سوالی داشتم درباره آسیبپذیریشون به الکتریسیته ساکن
راهکار عملی و موثر برای محافظت این قطعات حساس توی کارگاه یا موقع مونتاژ چیه که عمرشون بیشتر بشه و سریع نسوزن؟
ممنون مهران عزیز از مطالعه مقاله و سوال بسیار مهم و کاربردیتون! بله، آسیبپذیری ماسفتها به الکتریسیته ساکن (ESD) یکی از چالشهای اصلی در کار با این قطعات حساسه. برای محافظت موثر و افزایش عمرشون در کارگاه یا حین مونتاژ، چند راهکار عملی وجود داره:
۱. حتماً از مچبند و زیرانداز آنتیاستاتیک استفاده کنید و از اتصال صحیح آنها به زمین اطمینان حاصل کنید.
۲. قطعات رو تا لحظه آخر در بستهبندیهای آنتیاستاتیک خودشون (کیسههای ESD) نگهداری کنید.
۳. هنگام جابجایی، قطعه رو از بدنه بگیرید و از تماس مستقیم با پایهها خودداری کنید.
۴. سعی کنید رطوبت محیط کار رو در حد مطلوب نگه دارید تا از تجمع بارهای ساکن کاسته بشه.
با رعایت این نکات ساده، میتونید از سوختن زودرس قطعات جلوگیری کنید و عمر مفید اونها رو به شکل چشمگیری افزایش بدید. آیا تا به حال با مشکل آسیب دیدن ماسفتها به دلیل الکتریسیته ساکن مواجه شدید؟