ترانزیستور اثر میدانی MOS (FET) نوعی دستگاه نیمه هادی است که بر اساس اصل اثر میدانی کار می کند. در مقایسه با ترانزیستورهای دوقطبی معمولی، FET دارای ویژگی‌های امپدانس ورودی بالا، نویز کم، محدوده دینامیکی زیاد، مصرف انرژی کم و ادغام آسان است و به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است.

SLKOR ماسفت

انواع مختلفی از ترانزیستورهای اثر میدان وجود دارد که عمدتاً به ترانزیستورهای اثر میدان اتصال و ترانزیستورهای اثر میدان دروازه عایق تقسیم می شوند. همه آنها دارای کانال N و کانال P هستند.

ترانزیستور اثر میدان دروازه همچنین ترانزیستور اثر میدان نیمه هادی اکسید فلزی (MOSFET) نامیده می شود که به ترانزیستور MOS نوع تخلیه و ترانزیستور MOS نوع افزایش تقسیم می شود.

ترانزیستورهای اثر میدانی را می توان به ترانزیستورهای تک گیت و ترانزیستورهای دو گیت تقسیم کرد. FET دو گیت دارای دو گیت مستقل G1 و G2 است که از نظر ساختاری معادل دو FET تک گیت متصل به صورت سری هستند و تغییر جریان خروجی آن توسط دو ولتاژ گیت کنترل می شود. این ویژگی FET دو دریچه هنگامی که به عنوان تقویت کننده فرکانس بالا، تقویت کننده با کنترل بهره، میکسر و دمدولاتور استفاده می شود، راحتی زیادی را به ارمغان می آورد.

1. انواع و ساختار لوله های mos

ماسفت نوعی FET است (دیگری JFET) که می تواند به نوع افزایش یا تخلیه، کانال P یا کانال N ساخته شود. با این حال، کاربرد نظری فقط به ترانزیستور MOS کانال N از نوع ارتقاء و ترانزیستور MOS کانال P از نوع ارتقاء نیاز دارد، بنابراین معمولاً NMOS یا PMOS ذکر می شود. در مورد اینکه چرا از ترانزیستورهای MOS تخلیه استفاده نمی شود، توصیه نمی شود که بفهمید. همانطور که برای این دو ترانزیستور MOS افزایش یافته، NMOS معمولا استفاده می شود. دلیل آن این است که مقاومت روی آن کم است و ساخت آن آسان است. بنابراین در کاربرد منبع تغذیه سوئیچینگ و درایو موتور معمولا از NMOS استفاده می شود. در مقدمه زیر، NMOS نیز بیت اصلی است. بین سه پایه ترانزیستور MOS ظرفیت انگلی وجود دارد که آن چیزی نیست که ما نیاز داریم، اما به دلیل محدودیت در فرآیند تولید است. وجود خازن انگلی طراحی یا انتخاب مدار محرک را آسان می کند، اما راهی برای اجتناب از آن وجود ندارد که در ادامه به تفصیل توضیح داده خواهد شد. در نمودار شماتیک ترانزیستور MOS مشاهده می شود که بین درین و منبع یک دیود انگلی وجود دارد. این دیود هنگام رانندگی یک بار معقول بسیار مهم است. اتفاقاً دیود بدنه فقط در یک ترانزیستور نیمه هادی اکسید فلزی وجود دارد که معمولاً در تراشه های مدار مجتمع یافت نمی شود.

2. ویژگی های هدایت ماسفت

روشن به این معنی است که به عنوان یک سوئیچ، معادل بسته شدن سوئیچ است. ویژگی های NMOS، زمانی که Vgs بیشتر از مقدار مشخصی باشد، روشن می شود، که برای مواردی که منبع زمین است (رانندگی در سمت پایین)، تا زمانی که ولتاژ گیت به 4 ولت یا 10 ولت برسد، مناسب است. ویژگی های PMOS، زمانی که Vgs کمتر از مقدار مشخصی باشد، روشن می شود که برای اتصال منبع VCC (درایو سمت بالا) مناسب است. با این حال، اگرچه PMOS را می توان به راحتی به عنوان یک درایور پیشرفته استفاده کرد، NMOS معمولاً به عنوان یک درایور سطح بالا به دلیل مقاومت بالا، قیمت بالا و انواع AC کمی استفاده می شود. لوله سوئیچ نیمه هادی اکسید فلز

3. سوئیچ ماسفت 

مهم نیست که تلفات NMOS یا PMOS باشد، پس از رسانش یک مقاومت روشن وجود دارد، بنابراین جریان انرژی این مقاومت را مصرف می‌کند که به آن ترانزیستور اتلاف گفته می‌شود. برای کاهش تلفات، ترانزیستور MOS با مقاومت کم را انتخاب کنید. معمولاً مقاومت روشن لوله های MOS کم مصرف حدود ده ها میلی اهم است و برخی از آنها در چند میلی اهم روشن و خاموش می شوند. MOS نباید فوراً تکمیل شود. ولتاژ در دو سر MOS کاهش می یابد و جریان افزایش می یابد. در این مدت تلفات ترانزیستور MOS حاصل ضرب ولتاژ و جریان است که به آن تلفات سوئیچینگ می گویند. به طور کلی، تلفات سوئیچینگ بسیار بیشتر از تلفات هدایت است و هر چه فرکانس سوئیچینگ سریعتر باشد، تلفات بیشتر است. حاصل ضرب ولتاژ و جریان لحظه ای بسیار زیاد است و تلفات حاصله نیز بسیار زیاد است. کوتاه کردن زمان سوئیچینگ می تواند هر زمان هدایت را کاهش دهد. کاهش تلفات فرکانس سوئیچینگ می تواند زمان سوئیچینگ را در واحد زمان کاهش دهد. هر دو روش می توانند تلفات سوئیچینگ را کاهش دهند.

4. ماسفت رانندگی

در مقایسه با ترانزیستورهای دوقطبی، عموماً اعتقاد بر این است که ترانزیستورهای MOS برای هدایت نیازی به جریان ندارند، بلکه فقط به ولتاژ GS بالاتر از یک مقدار معین نیاز دارند. انجام این کار آسان است، اما ما هنوز به سرعت نیاز داریم. در ساختار ترانزیستور MOS می توان دید که بین GS و GD ظرفیت انگلی وجود دارد. از نظر تئوری، حرکت ترانزیستور MOS شارژ و تخلیه ظرفیت خازن است. جریان برای شارژ خازن مورد نیاز است. از آنجایی که خازن را می توان به عنوان یک اتصال کوتاه در لحظه شارژ در نظر گرفت، جریان لحظه ای نسبتا زیاد خواهد بود.

هنگام انتخاب/طراحی درایورهای ترانزیستور MOS، اولین چیزی که باید به آن توجه کرد جریان اتصال کوتاه آنی است. نکته دوم این است که NMOS که معمولاً در رانندگی در سمت بالا استفاده می‌شود، نیازمند این است که ولتاژ گیت هنگام روشن شدن بیشتر از ولتاژ منبع باشد. از طرف دیگر، ولتاژ منبع و ولتاژ تخلیه (VCC) ترانزیستور MOS محرک سمت بالا یکسان است، بنابراین ولتاژ گیت 4 ولت یا 10 ولت بالاتر از VCC است. فرض کنید در همان سیستم، برای به دست آوردن ولتاژ بزرگتر از VCC، یک مدار بوست مخصوص نیاز است. بسیاری از درایورهای موتور با پمپ های شارژ یکپارچه شده اند. لازم به ذکر است که باید یک خازن خارجی مناسب برای به دست آوردن جریان اتصال کوتاه کافی برای به حرکت درآوردن ترانزیستور نیمه هادی اکسید فلز انتخاب شود. 4 ولت یا 10 ولت ذکر شده در بالا ولتاژ روشن ترانزیستورهای معمولی MOS است، بنابراین مطمئناً در طراحی حاشیه وجود دارد. علاوه بر این، هر چه ولتاژ بالاتر باشد، سرعت هدایت سریعتر و مقاومت هدایت کمتر می شود. لوله های MOS با ولتاژ هدایت پایین همیشه در دسته بندی های مختلف استفاده می شوند، اما در سیستم های الکترونیکی خودروهای 12 ولت، رسانایی معمولی 4 ولت کافی است.

پارامترهای اصلی لوله MOS به شرح زیر است:

1. ولتاژ شکست منبع گیت BVGS-VGS وقتی جریان IG گیت به شدت از صفر افزایش می یابد، ولتاژ گیت منبع افزایش می یابد که به آن ولتاژ شکست منبع گیت BVGS می گویند.

2. ولتاژ روشن VT- ولتاژ روشن (که ولتاژ آستانه نیز نامیده می شود): انتهای شروع بین منبع S و تخلیه D یک کانال رسانا را تشکیل می دهد. - ولتاژ گیت مورد نیاز ترانزیستور MOS کانال N استاندارد حدود 3 ~ 6 ولت است. - مقدار VT ترانزیستور MOS را می توان پس از بهبود فرآیند به 2 ~ 3 ولت کاهش داد.

3. ولتاژ شکست منبع تخلیه BVDS- تحت شرایط VGS=0 (حالت افزایش)، VDS در فرآیندی که ID شروع به افزایش شدید می کند، ولتاژ شکست منبع تخلیه BVDS-ID نامیده می شود. دو دلیل برای رشد وجود دارد:

(1) شکست بهمنی لایه تخلیه در نزدیکی سمت چپ زهکشی.

(2) خرابی پانچ منبع تخلیه - در برخی MOS، طول کانال کوتاه است. افزایش VDS هر چند وقت یکبار باعث می شود که لایه تخلیه تخلیه هر از چند گاهی به منطقه منبع گسترش یابد و طول کانال صفر شود، یعنی از طریق سوراخ کردن منبع تخلیه. پس از سوراخ کردن، اکثر حامل‌ها در ناحیه منبع مستقیماً توسط میدان الکتریکی در لایه تخلیه جذب می‌شوند و به ناحیه تخلیه می‌رسند و در نتیجه یک ID.4 بزرگ ایجاد می‌شود. ویژگی از

4. مقاومت ورودی DC RGS - یعنی نسبت ولتاژ اعمال شده بین گیت و منبع به جریان گیت - گاهی اوقات با جریان گیتی که از گیت RGS ترانزیستور نیمه هادی اکسید فلز می گذرد بیان می شود که به راحتی از 1010.5 تجاوز می کند. رسانایی فرکانس پایین GM-در شرایطی که VDS یک مقدار ثابت باشد، نسبت ریزمتغییر جریان تخلیه به ریزمتغیر ولتاژ منبع دروازه که باعث این تغییر می شود، انتقال رسانایی نامیده می شود- GM منعکس کننده توانایی کنترلی ولتاژ منبع دروازه برای تخلیه جریان - این یک پارامتر مهم برای مشخص کردن توانایی تقویت ترانزیستورهای MOS است - معمولاً در محدوده چند Ma/V.