ترانزستور تأثير المجال MOS (FET) هو نوع من أجهزة أشباه الموصلات التي تعمل على مبدأ تأثير المجال. بالمقارنة مع الترانزستورات ثنائية القطب الشائعة، يتميز FET بخصائص مقاومة الإدخال العالية، والضوضاء المنخفضة، والنطاق الديناميكي الكبير، وانخفاض استهلاك الطاقة والتكامل السهل، وقد تم استخدامه على نطاق واسع.

SLKOR MOSFET

هناك أنواع عديدة من ترانزستورات تأثير المجال، والتي تنقسم بشكل أساسي إلى ترانزستورات تأثير مجال الوصل وترانزستورات تأثير مجال البوابة المعزولة. لديهم جميعًا قناة N وقناة P.

يُطلق على ترانزستور تأثير المجال البوابة أيضًا اسم ترانزستور تأثير المجال شبه الموصل بأكسيد المعدن (MOSFET)، والذي ينقسم إلى ترانزستور MOS من النوع المستنفد وترانزستور MOS من النوع المعزز.

يمكن تقسيم ترانزستورات التأثير الميداني إلى ترانزستورات ذات بوابة واحدة وترانزستورات ذات بوابة مزدوجة. يحتوي FET ذو البوابة المزدوجة على بوابتين مستقلتين G1 وG2، وهما مكافئان هيكليًا لبوابتين FET أحاديتي البوابة متصلتين في سلسلة، ويتم التحكم في تغيير تيار الخرج الخاص به بواسطة جهدين للبوابة. ستوفر هذه الميزة لـ FET ذو البوابة المزدوجة راحة كبيرة عند استخدامها كمضخم عالي التردد، ومضخم يمكن التحكم فيه، وخلاط ومزيل تشكيل.

1. أنواع وهياكل أنابيب موس

MOSFET هو نوع من FET (الآخر هو JFET)، والذي يمكن تحويله إلى نوع التعزيز أو الاستنزاف، قناة P أو قناة N. ومع ذلك، فإن التطبيق النظري يحتاج فقط إلى ترانزستور MOS من نوع التعزيز N-channel وترانزستور MOS من نوع التعزيز P-channel، لذلك عادةً ما يتم ذكر NMOS أو PMOS. أما بالنسبة لسبب عدم استخدام ترانزستورات MOS المستنفدة، فلا يُنصح بمعرفة ذلك. أما بالنسبة لهذين الترانزستورين المعززين MOS، فيتم استخدام NMOS بشكل شائع. والسبب هو أن مقاومة التشغيل منخفضة ومن السهل تصنيعها. لذلك، في تطبيق مصدر الطاقة التبديلية ومحركات الأقراص، يتم استخدام NMOS عادةً. في المقدمة التالية، NMOS هو أيضًا الجزء الرئيسي. توجد سعة طفيلية بين أطراف ترانزستور MOS الثلاثة، وهو ليس ما نحتاجه، ولكن بسبب قيود عملية التصنيع. يُسهّل وجود السعة الطفيلية تصميم أو اختيار دائرة التشغيل، ولكن لا مفرّ منه، وهو ما سيتم شرحه بالتفصيل لاحقًا. يُوضّح الرسم التخطيطي لترانزستور MOS وجود ثنائي طفيلي بين المصرف والمصدر. يُعدّ هذا الثنائي بالغ الأهمية عند تشغيل حمل معقول. بالمناسبة، لا يوجد ثنائي الجسم إلا في ترانزستور شبه موصل أحادي أكسيد المعدن، وهو ما لا يوجد عادةً في رقائق الدوائر المتكاملة.

2. خصائص التوصيل لـ MOSFET

تشغيل يعني أنه، كمفتاح، يعادل إغلاق المفتاح. ميزات NMOS، عندما تكون Vgs أكبر من قيمة معينة، سيتم تشغيلها، وهو مناسب للحالة التي يكون فيها المصدر مؤرضًا (القيادة على الجانب المنخفض)، طالما أن جهد البوابة يصل إلى 4 فولت أو 10 فولت. خصائص PMOS، عندما تكون Vgs أقل من قيمة معينة، سيتم تشغيلها، وهو مناسب لاتصال المصدر VCC (محرك الأقراص عالي الجانب). ومع ذلك، على الرغم من أنه يمكن استخدام PMOS بسهولة كمحرك متطور، إلا أن NMOS يستخدم عادةً كمحرك متطور بسبب مقاومته العالية وسعره المرتفع وعدد قليل من أنواع التيار المتردد. أنبوب تبديل أشباه الموصلات بأكسيد معدني

3. مفتاح MOSFET 

بغض النظر عما إذا كانت الخسارة NMOS أو PMOS، هناك مقاومة مستمرة بعد التوصيل، وبالتالي فإن التيار سوف يستهلك الطاقة على هذه المقاومة، وهو ما يسمى بالخسارة. اختر ترانزستور MOS بمقاومة منخفضة لتقليل الخسارة. عادة، تبلغ مقاومة أنابيب MOS منخفضة الطاقة حوالي عشرات الميلي أوم، وبعضها يتم تشغيله وإيقافه خلال بضعة ميلي أوم. يجب ألا يتم إكمال MOS على الفور. يتناقص الجهد عند طرفي MOS ويزداد التيار. خلال هذه الفترة، يكون فقدان ترانزستور MOS هو نتاج الجهد والتيار، وهو ما يسمى فقدان التبديل. بشكل عام، تكون خسارة التبديل أكبر بكثير من خسارة التوصيل، وكلما زاد تردد التبديل، زادت الخسارة. إن ناتج الجهد والتيار اللحظي كبير جدًا، والخسارة الناتجة كبيرة جدًا أيضًا. تقصير وقت التبديل يمكن أن يقلل من كل وقت التوصيل؛ يمكن أن يؤدي تقليل فقدان تردد التبديل إلى تقليل أوقات التبديل لكل وحدة زمنية. كلتا الطريقتين يمكن أن تقلل من فقدان التبديل.

4. قيادة MOSFET

بالمقارنة مع الترانزستورات ثنائية القطب، يُعتقد عمومًا أن ترانزستورات MOS لا تحتاج إلى تيار للتوصيل، ولكنها تحتاج فقط إلى جهد GS أعلى من قيمة معينة. من السهل القيام بذلك، لكننا ما زلنا بحاجة إلى السرعة. في بنية ترانزستور MOS، يمكننا أن نرى أن هناك سعة طفيلية بين GS وGD. من الناحية النظرية، فإن قيادة ترانزستور MOS هي شحن وتفريغ السعة. هناك حاجة إلى التيار لشحن المكثف. نظرًا لأنه يمكن اعتبار المكثف بمثابة دائرة كهربائية قصيرة في لحظة الشحن، فإن التيار اللحظي سيكون كبيرًا نسبيًا.

عند اختيار/تصميم برامج تشغيل ترانزستور MOS، فإن أول شيء يجب الانتباه إليه هو تيار الدائرة القصيرة اللحظي. الملاحظة الثانية هي أن NMOS المستخدم بشكل شائع في القيادة على الجانب العلوي يتطلب أن يكون جهد البوابة عند تشغيله أعلى من جهد المصدر. من ناحية أخرى، فإن جهد المصدر وجهد التصريف (VCC) لترانزستور MOS ذو القيادة العالية هما نفس الجهد، وبالتالي فإن جهد البوابة أعلى بـ 4 فولت أو 10 فولت من VCC. لنفترض أنه في نفس النظام، من أجل الحصول على جهد أكبر من VCC، هناك حاجة إلى دائرة تعزيز خاصة. يتم دمج العديد من محركات السيارات مع مضخات الشحن. تجدر الإشارة إلى أنه ينبغي اختيار مكثف خارجي مناسب للحصول على ما يكفي من تيار الدائرة القصيرة لتشغيل ترانزستور أشباه الموصلات من أكسيد المعدن. إن 4V أو 10V المذكور أعلاه هو جهد التشغيل لترانزستورات MOS الشائعة، لذلك هناك بالتأكيد بعض الهامش في التصميم. بالإضافة إلى ذلك، كلما زاد الجهد، زادت سرعة التوصيل وقلت مقاومة التوصيل. تُستخدم دائمًا أنابيب MOS ذات جهد التوصيل المنخفض في فئات مختلفة، ولكن في الأنظمة الإلكترونية للسيارات بجهد 12 فولت، يكون التوصيل العادي بجهد 4 فولت كافيًا.

المعلمات الرئيسية لأنبوب MOS هي كما يلي:

1. جهد انهيار مصدر البوابة BVGS-VGS عندما يزيد تيار البوابة IG بشكل حاد من الصفر، يزداد جهد مصدر البوابة، وهو ما يسمى جهد انهيار مصدر البوابة BVGS.

2. جهد التشغيل VT- جهد التشغيل (يُسمى أيضًا جهد العتبة): تشكل نهاية البداية بين المصدر S والصرف D قناة موصلة؛ - جهد البوابة المطلوب لترانزستور MOS القياسي على قناة N هو حوالي 3 ~ 6 فولت. - يمكن تقليل قيمة VT لترانزستور MOS إلى 2 ~ 3 فولت بعد تحسين العملية.

3. جهد انهيار مصدر الصرف BVDS- في حالة VGS = 0 (وضع التحسين)، يسمى VDS جهد انهيار مصدر الصرف BVDS-ID في العملية عندما يبدأ ID في الزيادة بشكل حاد. هناك سببان للنمو:

(1) انهيار جليدي لطبقة النضوب بالقرب من الجانب الأيسر من الصرف.

(2) انهيار مصدر التصريف في بعض MOS، يكون طول القناة قصيرًا. زيادة VDS من وقت لآخر ستجعل طبقة استنفاد الصرف تمتد إلى منطقة المصدر من وقت لآخر، مما يجعل طول القناة صفرًا، أي ثقب مصدر الصرف. بعد التثقيب، سيتم امتصاص معظم الموجات الحاملة في منطقة المصدر مباشرة بواسطة المجال الكهربائي في الطبقة المستنفدة وتصل إلى منطقة التصريف، مما يؤدي إلى معرف كبير.4. السمة

4. مقاومة مدخلات التيار المستمر RGS - أي نسبة الجهد المطبق بين البوابة والمصدر إلى تيار البوابة - يتم التعبير عنها أحيانًا بواسطة تيار البوابة المتدفق عبر بوابة RGS لترانزستور أشباه الموصلات من أكسيد المعدن، والذي يتجاوز بسهولة 1010.5. موصلية منخفضة التردد GM- في ظل شرط أن تكون VDS قيمة ثابتة، فإن نسبة المتغير الصغير لتيار التصريف إلى المتغير الصغير لجهد مصدر البوابة الذي يسبب هذا التغيير تسمى transconductance-GM تعكس قدرة التحكم في يعد جهد مصدر البوابة لتصريف التيار معلمة مهمة لوصف قدرة تضخيم ترانزستورات MOS - عادةً في نطاق عدة Ma/V.