ماسفت به زبان دیجی‌تعمیر

دیجی تعمیر در این مقاله سعی دارد یکی از پرمصرف‌ترین و تاثیرگذارترین قطعات مورد استفاده در مدارات الکترونیکی را به شما معرفی کند.

ماسفت ها از لحاظ حجم نسبتا پایین ، تولرانس کم در دماهای بالا ، تحمل دمای بالا ، گین یا ضریب تقویت مناسب ، و ارزان قیمت بودن و… برای تولیدکنندگان حائز اهمیت میباشند و کاربردهای متنوعی در حوزه‌ی بخش کنترل ولتاژ مادربردها ، فرستنده ها ، سیستم های صوتی ، اینورترها و دیمرهای جریان بالا ، بخش های ورتیکال و هورزینتال تلویزیون های جدید و یو پی اس ها بخش کنترل ولتاژ مادربردها استفاده میشوند. پس اندکی از وقتتان را به ما بدهید تا درعوض اطلاعات ساده، کوتاه و مفیدی نصیب شما گردد.

پس ادامه مقاله را دنبال کنید.

ماسفت (MOSFET) مخفف عبارت Meta Oxide Semiconductor Field Effect Transistor است و همانطور که از نام آن مشخص است از نوع ترانزیستورهای اثر میدان (Field Effect Transistor = FET) می باشد.

این گونه از ترانزیستور اثر میدان نخستین بار در سال ۱۹۲۵ میلادی معرفی شد. در آن هنگام، ساخت و به کارگیری این ترانزیستورها، به سبب نبود علم و ابزار و امکان، با دشواری همراه بود و از همین روی، برای پنج دهه فراموش شدند و از میدانِ پیش‌رفت‌های الکترونیک بر کنار ماندند. در آغازِ دههٔ ۱۹۷۰میلادی ، بارِ دیگر نگاه‌ها به MOSFETها افتاد و برای ساختنِ مدارهای مجتمع به کار گرفته شدند.

برخلاف ترانزیستورهای BJT که برمبنای کنترل جریان عمل می کنند، ماسفت ها بر مبنای کنترل ولتاژ عمل می کنند و به جای سه پایه ی Base و Collector و Emitter دارای سه پایه ی Gate و Source و Drain می باشند.

پایه‌ی Gate عمل کنترل را انجام می دهد؛ پایه ی Source ورودی می باشد و پایه ی Drain خروجی است. هرگاه ولتاژی بر پایه ی Gate اِعمال شود آنگاه یک میدان الکتریکی ایجاد می کند که باعث کنترل جریان بین کانال Source و Drain می گردد. دقت داشته باشید که هیچ جریانی مابین Gate و ماسفت برقرار نیست.

ماسفتها می تواند مانند یک مقاومت متغیر عمل کنند. به این صورت که اختلاف ولتاژ بین Gate و Source باعث کنترل مقاومت بین Source و Drain می شود. زمانی که بر روی gate و Source هیچ ولتاژی اِعمال نشود در نتیجه مقاومت بین Source و Drain بسیار زیاد خواهد بود و هیچ جریانی بین این دو پایه برقرار نمی شود و مانند یک مدار باز عمل می کند. و هرگاه ولتاژی بر روی پایه های Gate و Source اِعمال شود در این صورت مقاومت بین Source و Drain کاهش می یابد و جریان بین این دو پایه برقرار می گردد و به عبارت دیگر مدار بسته می شود.

پس به طور خلاصه یک ماسفت بر اساس کنترل ولتاژ بین Gate و Source می تواند مانند یک سوییچ عمل کند و جریان را بین Source و Drain قطع و وصل کند. از این رو ماسفت ها برای کار با جریان های بالا و سوییچ ها بسیار مناسب می باشند.

کاربرد ماسفتها به عنوان سوییچ

برای استفاده از ماسفتها به عنوان یک سوییچ کافی است ولتاژ gate نسبت به Source بیشتر باشد. به این اختلاف ولتاژ V_GS  یعنی اختلاف ولتاژ بین Gate و Source گویند. بدیهی است که هرگاه پایه Gate را به پایه Source متصل کنیم در این صورت V_GS = ۰ می گردد پس در نتیجه هیچ جریانی از Drain خارج نمی شود و سوییچ باز خواهد بود.

انواع ماسفت

از نظر کاربرد ماسفتها آنها به سه دسته تقسیم میشوند

1. N-Channel یا P-Channel
2. حالت افزایشی (Enhancement) یا حالت کاهشی (Depletion)
3. معمولی (Normal) یا تبدیل منطقی (Logic Level)

شماتیک انواع ترانزیستورهای ماسفت به صورت زیر است:

نکته: همانطور که در تصویر بالا می بینید در ماسفت های N-Channel جهت دیود به سمت داخل و در ماسفت های P-Channel جهت دیود به طرف خارج قرار دارد.

ماسفت های N-Channel: این نوع ماسفت ها را به صورت N-MOS هم می نویسند. در این نوع ماسفت ها پایه Source باید به منفی منبع تغذیه (GND) وصل گردد. برای روشن کردن این نوع ماسفت ها باید ولتاژ Gate افزایش یابد و برای خاموش کردن آن ها باید Gate به GND وصل گردد.

ماسفت های P-Channel: این نوع ماسفت ها را به صورت P-MOS هم می نویسند. در این نوع ماسفت ها پایه Source باید به مثبت منبع تغذیه (Vcc) وصل گردد. برای روشن کردن این نوع ماسفت ها باید ولتاژ Gate به صفر برسد یعنی به GND وصل شود و برای خاموش کردن آن ها باید Gate به Vcc وصل گردد.

حالت Depletion: این نوع ماسفت ها که به صورت D-MOSFET هم نوشته می شوند بطور معمول اتصال را برقرار نگه می دارند تا زمانیکه ولتاژی به Gate اِعمال شود که در اینصورت اتصال بین Source و Drain را قطع می کنند.

حالت Enhancement: این نوع ماسفت ها که به صورت E-MOSFET هم نوشته می شوند بطور معمول اتصال را قطع نگه می دارند تا زمانیکه ولتاژی به Gate اِعمال شود که در اینصورت اتصال بین Source و Drain را وصل می کنند.

عملکرد ماسفتها چگونه است؟

اگر بخواهیم به زبان بسیار ساده طرز عمل ماسفت ها را بدانیم به این صورت است که پایه Gate توسط لایه ی بسیار نازکی از اکسید فلز از بقیه ی قسمت های ترانزیستور ایزوله شده است و اتصالی با بقیه قسمت های ترانزیستور ندارد. در واقع این لایه ی نازک مانند یکی از صفحات خازن عمل می کند که وقتی ولتاژی به آن اِعمال شد باعث بزرگ شدن عرض پالس بین Source و Drain می شود و در نتیجه جریان بین این دو پایه برقرار می شود. هرچه این عرض پالس بیشتر باشد در نتیجه جریان بین Source و Drain هم بیشتر می شود.

همانطور که گفته شد یکی از کاربرد های ماسفت ها خاصیت سوییچ بین قطع و وصل است. همچنین یکی دیگر از کاربرد های ماسفت ها خاصیت تقویت کنندگی توان است.

نکته: از آنجایی که ضخامت لایه ی اکسید بسیار بسیار کم است در نتیجه کمترین تحریک الکترو استاتیک باعث خراب شدن ماسفت می شود.

نکته: فرض کنیم می خواهیم یک موتور الکتریکی را توسط یک ماسفت راه اندازی کنیم. از آنجاییکه موتور الکتریکی دارای مقاومت است پس مانند یک مقاومت عمل می کند. پس برای یک ماسفت N-Channel مناسب است که این موتور الکتریکی را در سمت Drain قرار دهیم زیرا در این ماسفت ها معمولاً پایه Source به منفی منبع تغذیه (GND) وصل می شود. اما اگر موتور الکتریکی را به پایه Source وصل کردیم در این صورت ولتاژ بین Gate و Source یعنی (V_GS) نیاز به ولتاژ بالاتری است و در غیر اینصورت شدت جریان بین Source و Drain برای راه اندازی موتور الکتریکی ناکافی خواهد بود.

نکته: قسمت پشتی ماسفت ها یا همان Heat Sink که کار خنک کنندگی را بر عهده دارد به پایه Drain متصل است. پس مراقب باشید که چند ماسفت را به یک هیت سینک متصل نکنید و یا اگر مجبور به این کار هستید از عایق مناسب و مطمئن استفاده کنید.

و در پایان ماسفتها همانند همه قطعات الکترونیکی دارای شکل و شمایلهای مختلفی هستند که به زبان الکترونیکی به آنها پکیج گفته میشود و با کدهای خاص نامگذاری میشود

شما میتوانید در شکل زیر کدها و شکلهای اکثر پکیجها را ببینید