ترانزیستور ماسفت (MOSFET) یک عنصر نیمه هادی می باشد که برای سوئیچینگ و تقویت سیگنال های الکترونیکی به کار می رود. در این مقاله به نحوه عملکرد این دستگاه می پردازیم.
ماسفت چیست؟
یک قطعه الکترونیک 4 پایه می باشد که دارای پایانه های سورس(S)، گیت (G)، درین(D) و بدنه (B) می باشد. به طور کلی، بدنه این دستگاه با ترمینال سورس در ارتباط می باشد. بنابراین دستگاه سه ترمینالی مانند ترانزیستور اثر میدان را تشکیل می دهد. از این دستگاه در مدارهای آنالوگ و دیجیتال استفاده می شود. همچنین به میزان قابل توجهی انرژی کمتری مصرف می کنند و دارای سرعت سوئیچینگ سریع و بالایی می باشند. به طور خلاصه، ماسفت یک ترانزیستور اثر میدان نیمه هادی اکسید فلز می باشد که برای تغییر یا تقویت ولتاژ در مدارها استفاده می شود. هدف از این ترانزیستور کنترل ولتاژ/ جریان بین سورس و درین است. ساختار کلی این دستگاه به شرح زیر است:
ترانزیستور ماسفت چطور عمل می کند
عملکرد ترانزیستور ماسفت به تغییرات الکتریکی که در عرض کانال همراه با جریان حامل ها (حفره یا الکترون) اتفاق می افتد بستگی دارد. حامل های شارژ از طریق ترمینال سورس وارد کانال می شوند و از طریق ترمینال درین نیز خارج می شوند.
همچنین عرض کانال از طریق ولتاژ الکترود کنترل می شود که به آن گیت می گویند. گیت دقیقاً در بین ترمینال های سورس و درین قرار دارد. ظرفیت MOS که در دستگاه وجود دارد بخش مهمی می باشد که در آن کل عملیات انجام می شود.
ترانزیستور ماسفت (MOSFET) می تواند به دو روش کار کند:
- حالت کاهشی
زمانی که ولتاژی در عرض ترمینال گیت وجود نداشته باشد، کانال حداکثر انتقال خود را نشان می دهد. در حالی که وقتی ولتاژ روی ترمینال هر یک از گیت های مثبت یا منفی باشد، بنابراین رسانایی کانال کاهش می یابد.
- حالت افزایشی
زمانی که ولتاژی در عرض ترمینال گیت وجود نداشته باشد، دستگاه هیچ عملی را انجام نمی دهد. هنگامی که حداکثر ولتاژ در عرض ترمینال گیت وجود داشته باشد، در این حالت دستگاه، انتقال افزایش یافته را نشان می دهد.
عملکرد اصلی ترانزیستور ماسفت، توانایی کنترل ولتاژ و جریان در بین پایانه های سورس و درین می باشد. این دستگاه تقریباً مانند یک سوئیچ عمل می کند و عملکرد آن بر اساس خازن MOS می باشد. خازن MOS قسمت اصلی از این ترانزیستور می باشد. سطح نیمه هادی در زیر لایه اکسید وجود دارد و همچنین این سطح بین ترمینال های سورس و درین قرار دارد. لذا این سطح نیمه هادی می تواند به ترتیب با اعمال ولتاژ گیت مثبت یا منفی از نوع p به نوع n معکوس شود. زمانی که بخواهیم برای ولتاژ گیت مثبت از یک نیروی دافعه استفاده کنیم، حفره های های که در زیر لایه اکسید وجود دارند به سمت پایین همراه با بستر کشیده می شوند.
منطقه درین با بارهای منفی وابسته و مرتبط با اتمهای پذیرنده پر می شود و با رسیدن الکترون ها، یک کانال به وجود می آید. ولتاژ مثبت نیز همچنین الکترون ها را از سورس n + جذب می کند و.حال، اگر بخواهیم ولتاژ را در بین پایانه های درین و سورس استفاده کنیم، جریان به طور آزادانه در بین ترمینال های سورس و درین در گذر می باشد و همینطور ولتاژ گیت، الکترون های موجود در کانال را کنترل می کند. حال اگر به جای ولتاژ مثبت، اگر از ولتاژ منفی استفاده کنیم، یک کانال حفره در زیر لایه اکسید ایجاد می شود.
ماسفت کانال P
ماسفت کانال P، یک منطقه کانال P دارد که این منطقه بین ترمینال های سورس و درین قرار دارد. این دستگاه چهار ترمینال دارد که شامل پایانه هایی به عنوان گیت، درین، سورس و بدنه می باشند. پایانه های درین و سورس از منطقه p + پیش بینی شده اند و پایانه بدنه نیز از نوع n می باشد.
بنابراین جریان در جهت حفره هایی می باشد که دارای بار مثبت هستند. زمانی که ما ولتاژ منفی را با نیروی دافعه در ترمینال گیت اعمال می کنیم، الکترونهای موجود در زیر لایه اکسید به سمت پایین و به درون پایانه بدنه کشیده می شوند. ولتاژ گیت منفی نیز همچنین حفره هایی را از سورس +p و منطقه درین را به منطقه کانال جذب می کند.
ماسفت کانال N
ماسفت کانال N، یک منطقه کانال N دارد که این منطقه بین ترمینال های سورس و درین قرار دارد. این دستگاه دارای چهار ترمینال می باشد که شامل پایانه های گیت، درین، سورس، بدنه می باشند. در این نوع از ترانزیستور اثر میدان، ترمینال های درین و سورس با منطقه n+ پیش بینی شده اند و بدنه نیز از نوع P می باشند.
جریان فعلی در این نوع ترانزیستور به دلیل وجود الکترونهای دارای بار منفی اتفاق می افتد. اگر بخواهیم ولتاژ مثبت را در ترمینال گیت به صورت نیروی دافعه وارد کنیم، حفره های که در زیر لایه اکسید وجود دارند به سمت پایین و به زیر لایه کشیده می شوند. منطقه درین نیز توسط بارهای منفی وابسته و مرتبط با اتم های پذیرنده پر می شود.
بنابراین با رسیدن الکترون ها، کانال به وجود می آید. ولتاژ مثبت همچنین الکترون ها را از سورس n + جذب می کند و به درون کانال درین می کند. حال، اگر ما ولتاژ را بین ترمینال های درین و سورس به کار ببریم، جریان بطور آزادانه بین ترمینال های سورس و درین در حرکت می باشد و همچنین ولتاژ گیت نیز، الکترون هایی که در کانال موجود می باشند را بررسی و کنترل می کند. حال اگر بخواهیم ولتاژ منفی را به جای ولتاژ مثبت اعمال کنیم، در این صورت یک کانال حفره در زیر لایه
درمورد کاربرد سنسور خازنی بخوانید