ترانزیستور ماسفت چیست؟ (انواع ماسفت‌ها و کاربردهای آن‌ها)

ترانزیستورهای ماسفت به‌ویژه در تقویت‌کننده‌ها مفیدند، زیرا مقاومت ظاهری ورودی آنها نزدیک به بی‌نهایت است.
درنتیجه به تقویت‌کننده اجازه می‌دهند تا تمام سیگنال‌های ورودی را دریافت کند.
مزیت اصلی اما این است که برای کنترل جریان بار، تقریباً به هیچ جریان ورودی نیاز نیست.

چهار ترمینال اصلی، ساختار این ترانزیستور را تشکیل می‌دهند، منبع (S)، درین یا تخلیه (D)، گیت (G) و بدنه (B).
با این توضیح که، بدنه (B) معمولاً به ترمینال S متصل می‌شود، درنتیجه تعداد ترمینال‌ها به عدد ۳ کاهش می‌یابد.
حامل‌های شارژ از طریق منبع وارد کانال شده و از طریق درین خارج می‌شوند.
عرض کانال توسط ولتاژ الکترودی به نام Gate، که بین منبع و تخلیه قرار دارد، کنترل می‌شود.
از یک فلز اکسید شده برای جداسازی این قسمت از کانال استفاده می‌گردد.
با این توضیح که که عملکرد ترانزیستور ماسفت(MOSFET) به تغییرات الکتریکی مرتبط است که در عرض کانال آن رخ می‌دهد.
همچنین، جریان‌های مرتبط با سوراخ‌های ترانزیستور و الکترون‌ها در تغییر شیوه عملکردی ترانزیستور موثرند.
حامل‌های شارژ از طریق ترمینال منبع وارد کانال می‌شوند و از طریق ترمینال درین (تخلیه) از آن خارج می‌گردند.

به‌طور کلی ترانزیستور ماسفت در دو حالت کلی زیر عمل می‌کند:

• حالت تخلیه: برای خاموش کردن وسیله (سوئیچ کردن به حالت Off) ترانزیستور ماسفت به ولتاژ Gate-Source نیاز دارد. در حالت تخلیه، ترانزیستور ماسفت عملاً یک سوئیچ بسته است.
• حالت بهبود: این حالت تقریباً عکس حالت قبل است. ماسفت در اینجا از ولتاژ Gate-Source برای سوئیچ به حالت ON استفاده می‌کند. در این حالت، ترانزیستور ماسفت معادل یک سوئیچ باز است.

متناظر با این دو حالت کلی، انواع ترانزیستورهای ماسفت را می‌توان به شکل زیر طبقه‌بندی کرد:

در این نوع از ترانزیستور ماسفت، یک ناحیه P-Channel بین ترمینال‌های منبع و درین تعبیه شده است.
همچنین، ترمینال‌های منبع و درین به شدت دوپ شده و بدنه یا بستر از نوع n خواهد بود.
جهت جریان به سمت سوراخ‌های با بار مثبت است.
وقتی ولتاژ منفی را با نیروی دافعه در ترمینال گیت اعمال می‌کنیم، الکترون‌های موجود در زیر لایه اکسید به سمت پایین و به زیرلایه ترانزیستور برده می‌شوند. ناحیه تخلیه مملوء از بارهای مثبت و مرتبط با اتم‌های دونر (donor) است.
علاوه بر این، ولتاژ گیت منفی، حفره‌های موجود در منبع +p و ناحیه تخلیه را به ناحیه کانال سوق می‌دهد.

فروش ویژه

فروش میکروکنترلر  Atmega16a-au  در سایت هادی بان الکترونیک

• ✔میکروکنترولر

خرید میکروکنترلر

در این نوع از ترانزیستور ماسفت، ترمینال‌های درین و منبع به شدت از ناحیه +N دوپ شده و بستر از نوع p خواهد بود. علت حرکت جریان، وجود الکترون‌های با بار منفی است؛ درواقع، به همین دلیل است که کانال n نامیده می‌شود.
هنگامی که ولتاژ گیت مثبت اعمال می‌شود، سوراخ‌های موجود در زیر لایه اکسید، نیروی دافعه را تجربه می‌کنند و سوراخ‌های رو به پایین به سمت بارهای منفی و محدود شده که با اتم‌های گیرنده در ارتباط هستند، رانده می‌شوند.
ولتاژ گیت مثبت نیز، الکترون‌ها را از منبع +N و ناحیه تخلیه به داخل کانال جذب می‌کند؛ بنابراین، یک کانال برای دسترسی الکترون تشکیل می‌شود.

وقتی یک ترانزیستور ماسفت قرار است به عنوان یک سوئیچ ایده‌آل عمل کند، باید ویژگی‌های زیر را داشته باشد:
• در شرایط روشن، باید محدودیتی بر میزان جریان اعمال شده باشد.
• در شرایط خاموش، سطوح مختلف از مسدودشدن ولتاژ نباید هیچ نوع محدودیتی را اعمال کند.
• هنگامی که دستگاه در حالت روشن است، مقدار افت ولتاژ باید صفر باشد.
• مقاومت در حالت OFF باید بی‌نهایت باشد.
• هیچ محدودیتی در سرعت عمل نباید به وجود بیاید.

این ویژگی‌ها مرتبط به واقع‌بینانه بودن استفاده‌های ترانزیستورهای ماسفت در حالت عملی است. در سناریو عملی، دستگاه باید ویژگی‌های زیر را داشته باشد:

• در حالت ON، توانایی‌های مدیریت توان باید محدود باشند، یعنی امکان هدایت جریان باید محدود شده باشد.
• در حالت خاموش (OFF)، سطوح ولتاژ مسدودکننده نباید محدود گردد.
• روشن و خاموش کردن در بازه‌های محدود، محدودیت سرعت در دستگاه را با اختلال مواجه می‌کند و فرکانس‌های عملکردی نیز محدود می‌شوند.
• در شرایط ON از ترانزیستور ماسفت، مقدار مقاومت حداقل خواهد بود، همین امر منجر به افت ولتاژ در بایاس فورواردینگ می‌شود.
• هنگامی که دستگاه با ویژگی‌های عملی فعالیت می‌کند، در هر دو شرایط ON و OFF  توان از دست خواهد داد.