ماژول
قطعات الکترونیکی
سنسور
ابزار و تجهیزات
پروگرامر و بردهای آموزشی
تجهیزات جانبی
سیم و کابل
تولید داخل
ماسفت (MOSFET) یا ترانزیستور اثر میدان فلز-اکسید-نیمه‌هادی، یکی از پرکاربردترین قطعات الکترونیکی است که برای کنترل و تقویت جریان الکتریکی در مدارها استفاده می‌شود. این ترانزیستور با استفاده از ولتاژ گیت، میزان جریان عبوری را تنظیم می‌کند و به دلیل مصرف انرژی کم و سرعت سوئیچینگ بالا، در مدارات دیجیتال و آنالوگ بسیار محبوب است. ماسفت‌ها در منابع تغذیه، تقویت‌کننده‌های صوتی، درایورهای موتور، پردازنده‌های کامپیوتر و حتی خودروهای برقی به کار می‌روند. اگر به این فکر می‌کنید که ماسفت چیست و چرا اهمیت دارد، کافی است بدانید که این قطعه یکی از اجزای کلیدی در دنیای الکترونیک مدرن است که پیشرفت فناوری بدون آن امکان‌پذیر نبود.
ترانزیستور ماسفت چیست؟
ماسفت یا ترانزیستور اثر میدانی نیمه‌رسانای اکسید-فلز (metal-oxide-semiconductor field-effecttransistor)، پرکاربردترین نوع ترانزیستور اثر میدانی (FET) محسوب می‌شود. ماسفت به زبان ساده، نوعی ترانزیستور است که با هدف کنترل ولتاژ در مدارهای الکترونیکی به کار می‌رود. در واقع این قطعه الکترونیکی دارای دو عملکرد سوئیچ و تقویت‌کننده است و می‌تواند جریان الکتریکی بین پایانه‌های منبع و تخلیه را با استفاده از ولتاژ اعمال شده به پایانه گیت کنترل کند.
ماسفت به‌طور خاص برای رفع محدودیت‌های ترانزیستورهای اثر میدانی از جمله سرعت پایین، مقاومت در برابر تخلیه بالا و امپدانس ورودی اختراع شد؛ به‌طوری که معرفی آن، تحولی بزرگ در حوزه سوئیچینگ الکترونیکی ایجاد کرد. امروزه ماسفت‌ها با غلبه بر معایب ترانزیستورهای اثر میدانی، قطعاتی ضروری در مدارهای الکترونیکی مدرن تلقی می‌شوند؛ اما اجزای ترانزیستور ماسفت چیست و چگونه کار می‌کند؟ در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت.
همچنین بخوانید: انواع ترانزیستور
اجزای ترانزیستور ماسفت
با توجه به اینکه ماسفت چیست، دریافتید که این ترانزیستور یک قطعه سه‌پایه‌ای است که نقش کلیدی در مدارهای الکترونیکی برعهده دارد. اجزای اصلی این قطعه عبارتند از:
- سورس (Source): سورس پایه‌ای است که جریان ورودی به ماسفت را کنترل می‌کند.
- درین (Drain): درین پایه‌ای است که وظیفه کنترل جریان خروجی از ماسفت را برعهده دارد. جریان از سورس به درین منتقل می‌شود.
- گیت (Gate): گیت پایه‌ای از جنس اکسید سیلسیوم است و مانند یک سوئیچ عمل می‌کند. این پایه وظیفه کنترل جریان بین سورس و درین را برعهده دارد. اعمال ولتاژ به گیت باعث ایجاد یک میدان الکتریکی می‌شود و می‌توان از طریق آن، هدایت یا عدم هدایت جریان بین سورس و درین را مشخص کرد.
علاوه‌بر موارد فوق، ماسفت یک بخش چهارم به نام بدنه نیز دارد؛ اما در اغلب موارد به دلیل اتصال بدنه به سورس، ماسفت به عنوان یک قطعه الکترونیکی سه پایه‌ای محسوب می‌شود.
طرز کار ماسفت
پیش‌تر دریافتید که ماسفت چیست و اجزای تشکیل‌دهنده آن کدام‌اند، اکنون بهتر است نگاهی کوتاه به نحوه عملکرد این قطعه نیز داشته باشید. ماسفت با کنترل جریان بین پایه‌های سورس و درین توسط ولتاژ اعمال شده به گیت عمل می‌کند. این عملکرد شباهت زیادی به یک سوئیچ الکترونیکی دارد و بر اساس ساختار خازنی MOS بنا شده است. خازن MOS که بخش اصلی ماسفت محسوب می‌شود، نقش مهمی در این کنترل جریان ایفا می‌کند.
اعمال ولتاژ مثبت یا منفی به گیت، باعث می‌شود سطح نیمه‌رسانا در زیرلایه اکسید از نوع P به نوع N یا بالعکس تغییر کند. اعمال ولتاژ مثبت به گیت‌ها موجب دفع بارهای مثبت از زیرلایه اکسید و حرکت آن‌ها به سمت پایین می‌شود؛ در نتیجه، این امر یک ناحیه تخلیه با بارهای منفی ثابت ایجاد می‌کند. در نهایت با افزایش ولتاژ گیت، الکترون‌ها از سورس به سمت درین هدایت شده و یک کانال رسانا تشکیل می‌دهند. در صورت اعمال ولتاژ بین درین و سورس، جریان آزادانه بین سورس و درین عبور می‌کند. در واقع ولتاژ گیت وظیفه کنترل تعداد الکترون‌های موجود در کانال و در نتیجه میزان جریان عبوری را برعهده دارد. از طرف دیگر، در صورت اعمال ولتاژ منفی به جای مثبت به گیت، یک کانال از حفره‌ها (بارهای مثبت) در زیرلایه اکسید ایجاد می‌شود.
جهت تهیه و خرید انواع ترانزیستور با قیمت مناسب کلیک کنید.
انواع ترانزیستور ماسفت
انواع ترانزیستور ماسفت را می‌توان بر اساس نوع کانال (P یا N) و نوع عملکرد (کاهشی یا افزایشی) دسته‌بندی کرد که در ادامه به بررسی کامل هرکدام از آن‌ها خواهیم پرداخت.
- ماسفت کانال P
این نوع ماسفت که به عنوان ماسفت PMOS نیز شناخته می‌شود، متشکل از یون‌های منفی است و با ولتاژ منفی کار می‌کند. با اعمال ولتاژ منفی به گیت، الکترون‌های موجود در زیرلایه اکسید تحت تاثیر نیروی دافعه به سمت زیرلایه هدایت می‌شوند. ولتاژ منفی، حفره‌ها را از منبع +P و ناحیه تخلیه به ناحیه کانال جذب می‌کند. همچنین، ناحیه تخلیه نیز با بارهای مثبت مرتبط با اتم‌های دهنده پر می‌شود.
- ماسفت کانال N
در این نوع ماسفت با اعمال ولتاژ مثبت به گیت، حفره‌های موجود در زیرلایه اکسید به سمت زیرلایه دفع می‌شوند. همچنین، ناحیه تخلیه با بارهای منفی متصل به اتم‌های پذیرنده پر می‌شود؛ اما دیگر انواع ترانزیستور ماسفت چیست و بر چه اساس طبقه‌بندی شده‌اند؟
- نوع تخلیه یا کاهشی
انواع دیگر ماسفت بر اساس نوع عملکرد به دو دسته کاهشی یا افزایشی طبقه‌بندی می‌شوند. ماسفت تخلیه/کاهشی که به نام D-MOSFET نیز معروف است، نوعی خاص از ماسفت بوده که ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارد. در این نوع ترانزیستور، ناحیه‌های سورس و درین پخش شده در مواد زیرلایه از طریق یک کانال باریک واقع در مجاورت گیت عایق شده، به یکدیگر متصل می‌شوند. ماسفت‌های کاهشی در حالت عدم وجود ولتاژ در گیت، بیشترین میزان رسانایی را دارند؛ لذا با اعمال ولتاژ مثبت یا منفی به گیت، میزان هدایت کانال کم می‌شود.
- نوع بهبود یا افزایشی
ماسفت بهبود/افزایشی (E-MOSFET) فاقد حالت تخلیه بوده و تنها در حالت بهبود کار می‌کند. این نوع ماسفت برخلاف D-MOSFET، فاقد کانال ساختاری است؛ در واقع اعمال ولتاژ مناسب به گیت باعث ایجاد کانال می‌شود. در ماسفت کانال N، ولتاژ گیت بالای آستانه، کانالی از بارهای منفی در زیرلایه SiO2 تشکیل می‌دهد. افزایش ولتاژ گیت به منبع باعث افزایش رسانایی کانال شده و الکترون‌های بیشتری به ناحیه کانال جذب می‌شوند. در E-MOSFET، با افزایش ولتاژ گیت تا مقدار حداکثر، هدایت و رسانایی نیز بیشتر می‌شود.
مزایا و معایب ماسفت
امروزه استفاده از ماسفت‌ها در پروژه‌های الکترونیکی به دلیل برخورداری از مزایای متعدد، به‌طور چشم‌گیری افزایش یافته است. بازدهی بالا در ولتاژهای پایین، امپدانس ورودی بالا و سوئیچینگ سریع، کاهش اندازه بردهای الکترونیکی، مصرف انرژی کم و همچنین تولید آسان و کم‌هزینه تنها بخشی از مزایای این ترانزیستور پرکاربرد هستند.
اما معایب ماسفت چیست و چه مواردی منجر به محدودیت استفاده از این قطعه در برخی کاربردها می‌شود؟ هر قطعه الکترونیکی به موازات مزایای خود، معایبی نیز دارد و ماسفت نیز از این قائده مستثنی نیست. از جمله معایب این ترانزیستور می‌توان به آسیب‌پذیری در برابر بارهای الکترواستاتیکی، ناپایداری ماسفت به دلیل ولتاژ اضافه بار، عمر کوتاه و همچنین حساسیت بالا در برابر نوسانات و افزایش ولتاژ اشاره کرد.
جهت دیدن قیمت ترانزیستور BJT از جم ترونیک کلیک کنید.
کاربرد ماسفت
در بخش‌های قبلی دریافتید که ماسفت چیست و انواع رایج آن کدام‌اند، اکنون به بررسی کاربردهای مهم این ترانزیستور خواهیم پرداخت. انواع ماسفت کاربرد گسترده‌ای در دنیای الکترونیک مدرن دارند که از جمله آن‌ها می‌توان استفاده در مدارهای مجتمع MOS، فیزیک کوانتوم، مدارهای CMOS، الکترونیک قدرت، سوئیچ‌های آنالوگ، حافظه MOS و همچنین سنسورهای ماسفت را نام برد.
نکات مهم در انتخاب و کار با ماسفت
اکنون شاید برایتان سوال پیش بیاید که نکات مهم در هنگام خرید ماسفت چیست و به چه مواردی باید توجه کرد؟ برای اطمینان از سازگاری و عملکرد بهینه ماسفت بهتر است عواملی مانند رتبه‌بندی ولتاژ، ولتاژ آستانه (Vth)، رتبه‌بندی جریان، مقاومت ماسفت در حالت روشن (RDS-ON)، شارژ گیت و نوع بسته‌بندی را در نظر بگیرید. همچنین توصیه می‌شود برای کسب اطلاعات دقیق در مورد هرکدام از پارامترهای ماسفت و ویژگی‌های آن، به دیتاشیت مربوطه مراجعه کنید.
سخن پایانی
با توجه به اینکه ماسفت چیست، دریافتید که این قطعه، نوعی ترانزیستور اثر میدانی است که نقش کلیدی در دنیای الکترونیک برعهده دارد. انواع ماسفت بر اساس نوع عملکرد شامل دو دسته ماسفت افزایشی یا کاهشی هستند که هرکدام از آن‌ها به صورت ماسفت کانال P یا ماسفت کانال N نیز تولید می‌شوند. این ترانزیستور به دلیل مزایای متعدد خود، در طیف وسیعی از کاربردها اعم‌از تقویت‌کننده‌ها، سوئیچ‌ها و کلیدهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در نهایت برای اطمینان از عملکرد صحیح ماسفت‌های پرکاربرد، توصیه می‌شود آن‌ها را تنها از مراکز معتبر فروش قطعات الکترونیکی نظیر جم ترونیک خریداری کنید.
شما می‌توانید برای تهیه و خرید ترانزیستور ماسفت با بهترین قیمت کلیک کنید.
سوالات متداول
- تفاوت ترانزیستور ماسفت با ترانزیستور BJT چیست؟
ماسفت یک قطعه کنترل ولتاژ با امپدانس ورودی بالا و سوئیچینگ سریع است که برای موارد توان بالا کاربرد دارد؛ در حالی که BJT یک دستگاه کنترل جریان با امپدانس ورودی پایین و سرعت سوئیچینگ کم‌تر است.
- کاربردهای اصلی ماسفت چیست؟
از اصلی‌ترین کاربرد ماسفت می‌توان به استفاده در مدارهای مجتمع MOS، مدارهای CMOS، الکترونیک قدرت، سوئیچ‌های آنالوگ و حافظه MOS اشاره کرد.
- چه عواملی در انتخاب ماسفت مهم هستند؟
در هنگام انتخاب ماسفت مناسب بهتر است به نکاتی مانند رتبه‌بندی ولتاژ، ولتاژ آستانه (Vth)، رتبه‌بندی جریان، مقاومت ماسفت در حالت روشن (RDS-ON)، شارژ گیت و نوع بسته‌بندی آن توجه کنید.
