على 30/05/2024 772

فهم MOSFET: الأنواع ومبادئ العمل والتطبيقات

MOSFETS هي مكونات صغيرة ولكنها قوية من الإلكترونيات الحديثة ، مما يجعل كل شيء من الهواتف الذكية إلى إمدادات الطاقة يعمل بكفاءة.إذا كنت جديدًا في الإلكترونيات أو تتطلع إلى تعميق فهمك ، فإن هذا الدليل مثالي لك.سنقوم بتفكيك أساسيات MOSFETs ، نوضح كيفية عملها ، والأنواع المختلفة المتاحة ، وكيفية اختيار المؤتمر المناسب لمشروعك.سنستكشف أيضًا العديد من طلباتهم ونناقش إيجابيات وسلبيات استخدامها.دعونا نكتشف كيف يمكن لـ MOSFETs تحويل إبداعاتك الإلكترونية!

كتالوج

الشكل 1: MOSFETS

مقدمة إلى MOSFETs

يعد الترانزستور MOSFET ، أو أكسيد أشباه الموصلات ، وهو نوع من الترانزستور المصمم للتغلب على قيود الترانزستورات التقليدية للتأثير الميداني (FETS).وتشمل هذه القيود مقاومة عالية للتصريف ، ومقاومة إدخال معتدلة ، وسرعات أبطأ.توفر MOSFETs شكلاً متطورًا وأكثر كفاءة من تكنولوجيا FET.وهي معروفة أيضًا باسم ترانزستورات تأثير حقل البوابة المعزولة (IGFETs) بسبب خاصية العزل لهيكل البوابة.MOSFETs هي الأجهزة التي تسيطر عليها الجهد.يتيح تطبيق جهد محدد على دبوس البوابة إجراء التيار الكهربائي بين دبابيس الصرف ودامن المصدر.

يكمن الفرق الرئيسي بين FETS و MOSFETs في بناء قطب البوابة.في MOSFET ، يتكون قطب البوابة من أكسيد المعادن ومعزول كهربائيًا من قناة أشباه الموصلات بواسطة طبقة رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون أو الزجاج.يزيد هذا العزل من مقاومة مدخلات MOSFET ، وغالبًا ما تصل إلى Mega-Ohms (MΩ).هذه المقاومة عالية المدخلات تجعل MOSFETs فعالة في العديد من التطبيقات.

تشمل حزم MOSFET الشائعة TO-220 ، والمعروفة بأدائها القوي وسهولة التعامل معها.يتم تفضيل النماذج الشائعة مثل IRFZ44N و BS170 و IRF520 و 2N7000 في مختلف التطبيقات بسبب أدائها الموثوق به وملاءمتها لبيئات مختلفة.

كيف يعمل Mosfet؟

يتمثل مبدأ العمل في MOSFET في العمل كمفتاح إلكتروني فعال ، والتحكم في الجهد والتدفق الحالي بين أطراف المصدر والتصريف.الجزء الرئيسي من هذه العملية هو مكثف MOS ، الذي يتغير من نوع P إلى النوع N عند تطبيق فولتية بوابة محددة.يسمح هذا التغيير لـ MOSFET بإدارة التدفق الحالي بدقة.

لتشغيل MOSFET ، يمكنك تطبيق جهد بين أطراف الصرف والمصدر (VDS).جهد إيجابي على الصرف والجهد السلبي على المصدر يمنع في البداية التيار من التدفق.عندما تقوم بتطبيق جهد إيجابي على محطة البوابة ، فإنه يجذب الإلكترونات في الركيزة من النوع P إلى منطقة البوابة.هذا يشكل قناة موصلة بين المناطق من النوع N (الصرف والمصدر).زيادة جهد البوابة الإيجابية تجذب المزيد من الإلكترونات ، وتوسيع القناة N والسماح بمزيد من التيار (ID) للتدفق.يبدأ MOSFET في إجراء جهد محدد يسمى الجهد العتبة.

الشكل 2: عملية النضوب

في MOSFETs وضع الاستنزاف ، القناة مفتوحة دون أي بوابة الجهد ، لذلك يتدفق التيار بحرية بين المصدر والاستنزاف.هذه هي في كثير من الأحيان تسمى أجهزة "تشغيل".عند تطبيق بوابة إيجابية الجهد ، تتسع القناة ، والمزيد من التدفقات الحالية (معرف).إذا قمت بتطبيق أ جهد بوابة سلبي للغاية ، تضيق القناة ، مما يقلل من التيار تدفق وربما إيقافها تماما.التيار الجهد (V-I) تُظهر خصائص MOSFETs الوضع النضج الجهد المصادر (VDS) على المحور الأفقي وتيار التصريف (ID) على العمودي محور.مع عدم وجود جهد بوابة ، يجري MOSFET بشكل جيد للغاية.إيجابية يزيد جهد البوابة من عرض القناة وتيار التصريف ، بينما أ جهد البوابة السلبية يقلل من عرض القناة وتيار التصريف.

الشكل 3: تشغيل وضع التحسين

تعمل MOSFETs وضع التحسين مثل المفتاح المفتوح.إنهم يديرون فقط عند تطبيق الجهد الإيجابي (+VGS) على محطة البوابة.هناك حاجة إلى هذا الجهد الإيجابي لإنشاء قناة موصلة بين الصرف والمصدر.مع زيادة الجهد البوابة ، تتسع القناة ، وتدفقات أكثر (معرف).بدون جهد البوابة ، يبقى MOSFET قبالة ، ولا يتدفق التيار بين المصدر والاستنزاف.

تُظهر خصائص VI لـ MOSFETs MOSFETs التيار الصرف (ID) على المحور العمودي والجهد المصدر المصدر (VDS) على المحور الأفقي.في منطقة القطع ، مع عدم وجود جهد بوابة ، يتم إيقاف تشغيل MOSFET ، ولا تتدفقات التيار.في المنطقة الأومية ، مع جهد البوابة ، يدير MOSFET ، ويزيد التيار خطيًا مع الجهد ، ويتصرف مثل المقاوم المتغير.في منطقة التشبع ، لا تزيد الزيادات الإضافية في VDs بشكل كبير معرف ، ويبقى MOSFET في حالة موصلة مع تدفق تيار ثابت ، وهو أمر جيد لتبديل التطبيقات.

أنواع مختلفة من MOSFETs

أنواع MOSFETs حسب أوضاع التشغيل

الشكل 4: وضع النضوب ووضع التحسين

وضع الاستنزاف MOSFETS (D-MOSFETS)-على عكس e-moSFETs ، تكون D-MOSFETs عادةً عندما يكون الجهد المصدر البوابة صفراً.تطبيق الجهد السلبي للبوابة المصدر ل D-mosfets n أو الجهد الإيجابي بوابة المصدر لـ P-channel d-mosfets يوقف الجهاز.غالبًا ما يتم استخدام هذه الترانزستورات في الدوائر التناظرية حيث تكون الحالة عادة مفيدة.

وضع التحسين MOSFETS (E-moSFETs)-في هذه MOSFETs ، يظل الترانزستور متوقفًا عندما يكون جهد المصور البوابة (V_GS) صفرًا.لتشغيل الجهاز ، يتم تطبيق جهد إيجابي بوابة المصدر للحصول على قناة n-mosfets ، أو الجهد السلبي للبوابة المصدر لل moSfets p-channel.يستخدم هذا النوع على نطاق واسع نظرًا لمقاومة المدخلات العالية وانخفاض استهلاك الطاقة ، مما يجعله مثاليًا للدوائر الرقمية.

أنواع MOSFETs حسب نوع القناة

الشكل 5: أنواع MOSFETs حسب نوع القناة

يتم تصنيف MOSFETs بشكل أكبر حسب نوع القناة التي يستخدمونها ، مما يؤدي إلى أربعة اختلافات أساسية:

وضع تحسين القناة N MOSFET-يتطلب هذا النوع جهد إيجابي بوابة المصدر للحث على قناة موصلة بين المصدر والتصريف.يتم استخدامها على نطاق واسع بسبب إمكانات التبديل الفعالة وهي شائعة في تطبيقات الطاقة والدوائر الرقمية.

وضع تحسين القناة P MOSFET-في هذا الاختلاف ، هناك حاجة إلى جهد سلبي بوابة المصدر لإنشاء قناة موصلة.غالبًا ما تستخدم MoSFETs P-channel في السيناريوهات حيث يجب تبديل الجهد الإيجابي للإمداد ، وغالبًا ما يتم إقرانها مع MOSFETs N في مراحل مكبر الصوت.

وضع استنزاف القناة N MOSFET - يحتوي هذا النوع على قناة موصلة عند عدم تطبيق الجهد على البوابة.يتطلب الجهد السلبي بوابة المصدر لاستنفاد القناة وإيقاف الجهاز.تشتهر N-channel D-MOSFETs بتنقلها العالي في الإلكترون مقارنة بنظيرات القناة P ، مما يسمح بأداء أفضل في التطبيقات عالية السرعة.

وضع استنزاف القناة P MOSFET - في هذا النوع ، توجد قناة موصلة أيضًا عندما لا يتم تطبيق الجهد على البوابة.ومع ذلك ، فإنه يتطلب إطفاء الجهد الإيجابي بوابة المصدر.عادةً ما يتم استخدام P-MOSFETs P في تكوينات تكميلية مع أجهزة N-channel لإنشاء دوائر منطقية CMOS (MOS التكميلية).

MOSFET بواسطة أنواع الجبل

لوحة مثبتة - يتم تثبيت MOSFETs المثبتة على اللوحة على ألواح معدنية أو أحواض الحرارة.إنه يتعامل مع تطبيقات حالية عالية مع إدارة حرارية ممتازة.التي تضمن التشغيل الفعال تحت الأحمال الثقيلة.

PCB مثبتة - MOSFETs المثبتة على PCB تتناسب بشكل آمن على لوحات الدوائر المطبوعة ، وغالبًا ما تكون مع علامات تبويب لمنع التركيب غير الصحيحة والحماية من الظروف الزائدة.هذا التثبيت شائع في الإلكترونيات الاستهلاكية والتطبيقات الصناعية.

توفر MOSFETs المثبتة على السطح - مجموعة سريعة وموثوقة على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور.هذه MOSFETs مثالية للتطبيقات المدمجة والعالية الكثافة.يستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات الحديثة بسبب سهولة التكامل والأداء الذي يمكن الاعتماد عليه.

من خلال مثبتة الثقب - توفر MOSFETs المثبتة من خلال الثقب روابط ميكانيكية قوية عن طريق إدخال خيوط مكون من خلال ثقوب ثنائي الفينيل متعدد الكلور.هذه الطريقة مفضلة للمكونات الكبيرة والثقيلة.هذا يضمن المتانة في التطبيقات عالية الطاقة والصناعية.

المكونات الرئيسية لـ MOSFET

الشكل 6: هيكل mosfet

بناء MOSFETS هو تحسن كبير على تصميم FET الأقدم.لفهم كيفية عمل MOSFETs ولماذا تكون فعالة في الإلكترونيات اليوم ، من المهم معرفة هيكلها الداخلي.

يحتوي MOSFET النموذجي على العديد من الأجزاء المهمة:

Gate Terminal - العنصر الأكثر أهمية ، الموجود على طبقة معدنية رقيقة.يتم عزله عن مادة أشباه الموصلات الرئيسية بواسطة طبقة ثاني أكسيد السيليكون (SIO2) ، مما يمنع التلامس الكهربائي المباشر.

المصدر - المصدر هو محطة حيث تدخل شركات النقل (الإلكترونات أو الثقوب) MOSFET.إنه بمثابة نقطة دخول لناقلات الشحن هذه التي تتدفق عبر الجهاز.

الصرف - الصرف هو المحطة حيث تغادر الناقلات mosfet.إنه بمثابة نقطة خروج لناقلات الشحن.حركة الناقلات من المصدر إلى الصرف تخلق التيار الذي يتدفق عبر MOSFET.

البوابة - البوابة هي محطة تتحكم في تدفق الناقلات بين المصدر والتصريف.يتم فصله عن القناة بطبقة عازلة رقيقة (عادة ما تكون ثاني أكسيد السيليكون).عندما تقوم بتطبيق الجهد على البوابة ، فإنه ينشئ حقلًا كهربائيًا يتحكم في مدى سهولة التدفق الحالي عبر القناة.بهذه الطريقة ، تنظم البوابة التدفق الحالي.

الركيزة (الجسم) - الركيزة ، التي تسمى أيضًا الجسم ، هي الجزء الرئيسي من MOSFET.عادة ما يكون مصنوعًا من السيليكون ويمكن أن يكون إما من نوع P أو N-type.يتم توصيل الركيزة بمحطة المصدر ، إما داخل MOSFET أو خارج.يمكن أن يؤثر على الجهد اللازم لتشغيل MOSFET.

طبقة الأكسيد - طبقة الأكسيد هي طبقة عازلة رقيقة (عادة ما تكون ثاني أكسيد السيليكون) بين البوابة والقناة.توقف هذه الطبقة التيار المباشر من التدفق بين البوابة والقناة.بدلاً من ذلك ، يتيح للبوابة التحكم في القناة باستخدام حقل كهربائي.

منطقة القناة - هذا هو المكان الذي يحدث فيه التوصيل.يحتوي على منطقتين من أشباه الموصلات من نوع N في محطات التصريف والمصدر ، مع القناة أيضًا مصنوعة من مواد من النوع N.تتكون الركيزة المحيطة من مادة من النوع P ، مما يخلق الظروف المناسبة لكي يعمل MOSFET بفعالية.

مناطق التشغيل MOSFET

• منطقة القطع

في منطقة القطع ، يعمل MOSFET مثل مفتاح مفتوح ولا يجري أي تيار بين أطراف الصرف والمصدر.في هذه الحالة ، يكون جهد بوابة المصدر (VGS) أقل من جهد العتبة ، لذلك لا توجد أشكال قناة موصلة.بدون هذه القناة ، يظل MOSFET غير موصل ، ولا يتدفق التيار من خلالها.تعتبر هذه المنطقة مهمة للدوائر المنطقية الرقمية والتطبيقات الأخرى التي يحتاج فيها MOSFET إلى العمل كمفتاح تشغيل ، وعزل الحمل من مصدر الطاقة عند إيقاف تشغيله.

• المنطقة الأومية

المنطقة الأومية ، التي تسمى أيضًا المنطقة الخطية ، هي المكان الذي يعمل فيه MOSFET مثل المقاوم المتغير.في هذه المنطقة ، يزداد التيار (ID) الذي يتدفق عبر MOSFET خطيًا مع جهد مصادر الصرف (VDS).يتجاوز الجهد المصدر بوابة (VGS) الجهد العتبة ، وبالتالي فإن القناة الموصلة بين الصرف والمصدر.مع زيادة جهد البوابة ، تنخفض مقاومة القناة ، مما يسمح بمزيد من التدفق الحالي إلى VDs معين.هذا يجعل MOSFET مفيدة للتطبيقات التناظرية ، مثل مكبرات الصوت ، حيث يلزم التحكم الدقيق في التيار.في هذه الحالات ، يمكن لـ MOSFET تضخيم إشارات الإدخال الصغيرة عن طريق تغيير تيار الإخراج بما يتناسب مع جهد الإدخال.

• منطقة التشبع

في منطقة التشبع ، يعمل MOSFET كمصدر تيار ثابت.هنا ، يبقى تيار التصريف (ID) كما هو الحال في الغالب حتى لو زاد الجهد المكتسب (VDS).يحدث هذا لأن القناة بين الصرف والمصدر مفتوحة بالكامل ، لذلك لا يغير المزيد من VDs التيار كثيرًا.يعمل MOSFET مثل مفتاح مغلق في هذه المنطقة ، مما يعطي تدفق تيار ثابت.هذا رائع لتبديل العمليات.في إلكترونيات الطاقة ، مثل تبديل إمدادات الطاقة أو وحدات التحكم في المحركات ، غالبًا ما يعمل MOSFET في منطقة التشبع لضمان أداء ثابت وتسليم الطاقة الفعال.

خيارات التعبئة والتغليف MOSFET

الشكل 7: خيارات تغليف MOSFET

تأتي MOSFETs في حزم مختلفة لتلبية احتياجات التطبيق المختلفة. يؤثر اختيار الحزمة على الأداء والتعامل والملاءمة استخدامات محددة.فيما يلي أنواع التغليف المختلفة وشائعة التطبيقات:

حزم جبل السطح

حزم تركيب السطح مضغوطة وتوفر تبديدًا فعالًا للحرارة.يتم تركيبها مباشرة على سطح لوحات الدوائر المطبوعة (PCBS) ، مما يجعلها مثالية لعمليات التصنيع عالية الكثافة والآلية.ومن الأمثلة على ذلك to-263 ، وهو انخفاض منخفض مع تبديد الحرارة الممتاز والاستخدام الشائع في إمدادات الطاقة.TO-252 (DPAK) لديه بصمة أصغر ويحظى بشعبية في التطبيقات السيارات والصناعية.MO-187 مناسب لإدارة الطاقة والتطبيقات الصوتية.تعتبر SO-8 مثالية للأجهزة التي تعمل بالبطاريات والإلكترونيات المحمولة.يوفر SOT-223 أداءًا حراريًا جيدًا وغالبًا ما يستخدم في تنظيم الجهد.SOT-23 هي واحدة من أصغر الحزم ، المستخدمة حيث تكون المساحة محدودة.TSOP-6 هي حزمة مخطط تفصيلي صغير رفيع تستخدم في إلكترونيات المستهلك المدمجة.

حزم من خلال الثقب

يتم استخدام الحزم من خلال الفتحة حيث هناك حاجة إلى روابط ميكانيكية قوية وحامات اليد السهلة.تتميز هذه الحزم بتخفيضات تمر عبر ثقوب ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، مما يوفر المتانة والموثوقية.ومن الأمثلة على ذلك to-262 ، المستخدمة في ترانزستورات الطاقة ومنظمات الجهد.TO-251 أصغر من TO-262 ويستخدم في تطبيقات الطاقة المتوسطة.TO-274 معروف بقدرة معالجة الطاقة العالية.TO-220 هي حزمة شهيرة مع تبديد حراري ممتاز وسهولة التثبيت.يتم استخدامه في مجموعة واسعة من التطبيقات من إمدادات الطاقة إلى وحدات التحكم في السيارات.TO-247 أكبر من TO-220 ، مما يوفر معالجة الطاقة المعززة والإدارة الحرارية للتطبيقات عالية الطاقة.

حزم PQFN (Power Quad Flat No-Lead)

تم تصميم حزم PQFN (Power Quad Flat Flat NoD) لإدارة الطاقة عالية الكفاءة مع الأداء الحراري الممتاز.فهي مناسبة للتطبيقات المدمجة وعالية الأداء.ومن الأمثلة على ذلك PQFN 2x2 ، مثالية للأجهزة المحمولة التي تتطلب الحد الأدنى من المساحة وإدارة الطاقة الفعالة.PQFN 3x3 أرصدة الحجم ومعالجة الطاقة ويستخدم في الإلكترونيات الاستهلاكية.PQFN 3.3x3.3 أكبر قليلاً لتحسين الأداء الحراري في تطبيقات الطاقة المتوسطة.PQFN 5x4 مناسب لتطبيقات الطاقة العليا مع تبديد حراري جيد.PQFN 5x6 هي واحدة من أكبر حزم PQFN ، وتستخدم في تطبيقات الطاقة العالية والكفاءة عالية مثل معدات الحوسبة والاتصالات.

حزم DirectFet

تم تصميم حزم DirectFet للأداء الحراري والكهربائي الأمثل.غالبًا ما تستخدم في تطبيقات الحوسبة عالية الأداء وإدارة الطاقة.هذه الحزم تقضي على روابط الأسلاك التقليدية ، وتقليل المقاومة وتحسين الكفاءة.توفر الاختلافات مثل DirectFet M4 و MA و MD و ME و S1 و SH أحجامًا مختلفة وقدرات معالجة الطاقة.وهي مصممة لتطبيقات محددة عالية الأداء.يسمح تصميم DirectFet بتبديد حرارة ممتاز ومعالجة التيار العالي.مناسبة للتطبيقات الصعبة مثل الخوادم وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وإمدادات الطاقة عالية الكفاءة.

اختيار MOSFET المناسب لمشروعك

يتضمن اختيار MOSFET المناسب لمشروعك تقييمًا دقيقًا لمتطلباتك المحددة وخصائص MOSFETs المتاحة في السوق.على الرغم من أن هذه المهمة يمكن أن تبدو معقدة ، فإن تبسيطها في اعتبارات رئيسية تجعل العملية أكثر ودودة.إن فهم الفروق الأساسية بين قناة N و MOSFETs P-channel ، والجهد والتصنيفات الحالية ، ومعلمات البوابة ، والسمات الأخرى سوف توجهك نحو الخيار الأفضل لتطبيقك.

N-channel vs. p-channel

تتمثل الخطوة الأولى في اختيار MOSFET في تحديد ما إذا كانت القناة N أو قناة P MOSFET تناسب احتياجاتك.MOSFETs N-channel أكثر كفاءة واستخدامها على نطاق واسع لأنها تجري عندما يتم تطبيق جهد إيجابي على البوابة بالنسبة للمصدر.وبالتالي ، فهي مثالية للتبديل منخفضة الجانب.من ناحية أخرى ، تقوم MOSFETs P-channel عندما يتم تطبيق جهد سلبي على البوابة بالنسبة إلى المصدر.بسبب ذلك ، فإنها تتناسب مع تطبيقات التبديل العالي.يؤثر هذا الاختلاف على الكفاءة الكلية وأداء دائرتك.

الجهد والتقييمات الحالية

بالنسبة للتشغيل المعقول ، تحتاج إلى التأكد من أن جهد MOSFET والتصنيفات الحالية يتجاوز الحد الأقصى للقيم في دائرتك.يجب أن يكون تصنيف جهد المصدر (VDS) أعلى من جهد الذروة في دائرتك لمنع الانهيارات ، في حين يجب أن يكون جهد بوابة المصدر (VGS) متوافقًا مع جهد القيادة من دائرة التحكم.بصرف النظر عن ذلك ، يجب أن يتعامل تصنيف تيار التصريف (ID) بشكل مريح للحد الأقصى الذي سيقوم تطبيقك برسمه ، مع هامش أمان إضافي للعروض المحتملة.هذا يضمن أن MOSFET يعمل ضمن حدود آمنة.من شأنه أن يمنع ارتفاع درجة الحرارة والفشل المحتمل.

معلمات البوابة وتأثير التكنولوجيا

تحتاج معلمات البوابة الخاصة بـ MOSFET إلى التفكير في التأكد من تشغيل فعالة مع دائرة السائق.يجب أن يكون جهد عتبة البوابة (VGS (TH)) ، وهو الجهد اللازم لبدء تشغيل MOSFET ، ضمن النطاق الذي يمكن أن يوفره سائقك.علاوة على ذلك ، فإن شحنة البوابة السفلية (QG) مرغوبة للتبديل بشكل أسرع وتقليل استهلاك الطاقة ، وخاصة في التطبيقات عالية السرعة.

ضع في اعتبارك أيضًا تقنية البناء في MOSFET ؛توفر Trench MoSfets ، على سبيل المثال ، انخفاض المقاومة والمعالجة الحالية العليا مقارنة بـ MOSFETs المستوية ، في حين توفر تقنية Super Junction كفاءة معززة للتطبيقات عالية الجهد.

أخيرًا ، هناك حاجة إلى مراعاة الإدارة الحرارية المناسبة ، مثل أحواض الحرارة الكافية أو حلول التبريد.مطلوب للحفاظ على درجات حرارة الوصلات الآمنة وضمان طول العمر في التطبيقات عالية الطاقة.

الاستخدامات الشائعة لـ MOSFETs

الشكل 8: تطبيقات MOSFET

MOSFETs هي مكونات متعددة الاستخدامات تستخدم لتبديل أو تضخيم الإشارات الكهربائية عن طريق تغيير الموصلية استجابة للجهد التطبيقي.تم العثور عليها في الملايين داخل رقائق الذاكرة ، المعالجات الدقيقة ، حاسبة الجيب ، ساعات المعصم الرقمية ، إلخ.

MOSFET كمفتاح

MOSFETs تحكم بكفاءة التيارات الكبيرة مع الفولتية المدخلات الصغيرة.على سبيل المثال ، يمكنهم تشغيل المصابيح وإيقافها في الدوائر.يقوم جهد البوابة الإيجابية بتشغيل MOSFET ، مما يسمح للتيار بإلقاء الضوء على المصباح.جهد البوابة الصفر أو السلبية يطفئه ، ويوقف التيار وإطفاء المصباح.

لتحسين الأداء أثناء التبديل السريع ، يتم استخدام مكونات إضافية مثل المقاومات المنسدلة والمكثفات التي تحد من التيار.تبقي المقاومات المنسدلة جهد البوابة منخفضة عندما لا يتم دفعها عالياً ، مما يمنع التبديل غير المقصود.تدير المكثفات المحددة الحالية سعة البوابة ، وتقليل التأثيرات الطفيلية وتحسين سرعة التبديل.بالنسبة للأحمال الاستقرائية أو السعة ، تمنع المكونات الوقائية مثل دوائر Snubber أو الثنائيات الحرة الأضرار الناجمة عن التيارات العالية أو الفولتية العكسية.

كما مفاتيح ، فإنها تتعامل مع مستويات الجهد والتيار المختلفة مع الحد الأدنى من فقدان الطاقة وتوليد الحرارة.هذا يجعلها مثالية للمعدات الصوتية ومعالجة الإشارات والتطبيقات الأخرى.

دوائر متكاملة MOS

يتم استخدام MOSFETs في إنتاج دوائر متكاملة (ICS).على عكس الترانزستورات ثنائية القطب ، لا تحتاج MOSFETs إلى عزل تقاطع P-N.إنه يبسط التصنيع والسماح بإنتاج ICS عالي الكثافة.هذا أمر مهم لإنشاء المعالجات الدقيقة ورقائق الذاكرة والدوائر الرقمية الأخرى المعقدة.

دوائر CMOS

تستخدم تقنية CMOS (تكميلي أكسيد أكسيد الأكسدة) كلاً من MOSFETs القناة P و N-channel لإنشاء رقائق IC عالية الكفاءة.يتم استخدام دوائر CMOS على نطاق واسع في الدوائر المنطقية الرقمية بسبب مناعة الضوضاء العالية واستهلاك الطاقة الثابتة المنخفضة.تتيح هذه الميزات وظائف منطقية عالية الكثافة مع الحد الأدنى من توليد الحرارة.

إلكترونيات الطاقة

تلعب MOSFETs دورًا رئيسيًا في إلكترونيات الطاقة ، وإدارة وتحويل الطاقة بكفاءة.يتم استخدامها لحماية البطارية ، وتبديل مصادر الطاقة ، وإدارة الأحمال في الأجهزة المختلفة.إن حجمها المدمج ، وسعة الحالية العالية ، وحماية ESD المدمجة تجعلها تبرز في إمدادات الطاقة والمزولات وشبكات الاتصالات.

ذاكرة MOS

MOSFETs هي المفتاح في تطوير ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكي (DRAM).أنها توفر الأداء العالي ، وانخفاض استهلاك الطاقة ، وفعالية التكلفة مقارنة بالذاكرة الأساسية المغناطيسية التقليدية.وبالتالي ، فهي مثالية لمجموعة من تطبيقات الحوسبة من أجهزة الكمبيوتر الشخصية إلى مراكز البيانات الكبيرة.

مستشعرات MOSFET

أجهزة استشعار MOSFET ، أو أجهزة استشعار MOS ، تقيس مختلف المعلمات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية والبيئية.يتم استخدامها في النظم الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) ، والتفاعل مع عناصر ومعالجتها مثل المواد الكيميائية والضوء والحركة.تُستخدم تقنية MOSFET أيضًا في استشعار الصور ، وتشكل الأساس للأجهزة المقترنة بالرسوم (CCDS) وأجهزة استشعار بكسل نشط في الكاميرات وغيرها من معدات التصوير.

الفيزياء الكم

تستخدم MOSFETs المتقدمة ، مثل الترانزستورات ذات التأثير الكمي (QFETs) وترانزستورات الحقل الكمومي للبئر (QWFETs) ، النفق الكمومي لتعزيز السرعة والأداء.تعتمد هذه الأجهزة على المعالجة الحرارية السريعة للتشغيل الفعال.وبالتالي ، فهي مثالية للحوسبة الكمومية والتطبيقات الأخرى عالية الأداء.

مزايا وعيوب MOSFET

MOSFETs جزء لا يتجزأ من الإلكترونيات الحديثة بسبب فوائدها العديدة.ومع ذلك ، فإنها تأتي أيضا مع عيوب.يمكن أن يساعد فهم هذه الإيجابيات والسلبيات في تصميم الدوائر واختيار المكونات بشكل فعال.

مزايا MOSFET

سرعة التبديل العالية - يمكن أن تتحول MOSFETs بسرعة بين حالات التشغيل وإيقافها.بسبب ذلك ، فهي مثالية للتطبيقات التي تتطلب تبديلًا سريعًا وفعالًا ، مثل الدوائر المنطقية الرقمية وإمدادات الطاقة.تعمل قدرتها عالية السرعة على تحسين الكفاءة في التعامل مع إشارات عالية التردد.

استهلاك الطاقة المنخفض - تستهلك MOSFETs القليل جدًا من القوة ، خاصة في حالات الخمول.هذا مفيد بشكل خاص للأجهزة التي تعمل بالبطاريات ، حيث تمتد عمر البطارية ويقلل من استهلاك الطاقة الإجمالي.إن الحد الأدنى من سحب الطاقة في حالة إيقاف التشغيل يجعلها مناسبة للتطبيقات الموفرة للطاقة.

مقاومة المدخلات العالية - MOSFETs لديها معاوقة مدخلات عالية للغاية ، مما يتطلب الحد الأدنى من تيار المدخلات للعمل.هذا يقلل من الحمل على مراحل الدوائر السابقة ، مما يعزز كفاءة وأداء النظام بشكل عام.كما أن مقاومة المدخلات تعمل أيضًا على تحسين تكامل الإشارة ويقلل من التشويه في التطبيقات التناظرية.

مستويات الضوضاء المنخفضة - MOSFETs تولد ضوضاء كهربائية منخفضة.وبالتالي ، فهي مثالية للدوائر التناظرية الحساسة حيث تكون هناك حاجة إلى نقاء الإشارة.تضمن خصائص الضوضاء المنخفضة تضخيم إشارة أكثر وضوحًا وأكثر دقة.هذه الميزة مطلوبة في تطبيقات الصوت و RF.

التصنيع الفعال من حيث التكلفة-جعلت التطورات في تصنيع أشباه الموصلات MOSFETs فعالة من حيث التكلفة.على الرغم من أن عملية التصنيع الأولية الخاصة بها معقدة ، إلا أن القدرة على إنتاجها بكميات كبيرة باستخدام تقنيات معالجة رقاقة السيليكون القياسية قد أدت إلى انخفاض التكاليف.توفرها على نطاق واسع أيضا في القدرة على تحمل التكاليف.إنها خيار صديق للميزانية للمصممين والمصنعين.

أداء درجات الحرارة العالية-أداء MOSFETs بشكل جيد في بيئات درجات الحرارة العالية.وبالتالي ، فهي مثالية للتطبيقات الصناعية والسيارات.على عكس BJTS ، التي يمكن أن تعاني من الهرب الحراري بسبب زيادة التيارات التسرب في درجات حرارة عالية ، تحافظ MOSFETs على الاستقرار والأداء.هذا الاستقرار الحراري مهم للأجهزة المعرضة لظروف قاسية أو تتطلب تشغيلًا موثوقًا في درجات حرارة مرتفعة.

تضخيم الجهد الفعال - MOSFETs Excel في تطبيقات تضخيم الجهد.أنها تمتلك معاوقة عالية المدخلات وخفض المعاوقة الإخراج.هذا يجعلها فعالة في تضخيم الإشارات الضعيفة دون تحميل المرحلة السابقة.من خلال اثنين من المحطتين المتجهين (التصريف والمصدر) ، توفر MOSFETs وسيلة واضحة وفعالة لتضخيم الجهد مقارنةً بـ BJTS ، والتي تتطلب تقاطعًا للأبواق الأساسية للتحكم في التدفق الحالي.

عيوب موسفيت

القابلية للانهيار - MOSFETs لديها طبقات أكسيد بوابة رقيقة جدا.ولهذا السبب ، فهي عرضة للانهيار في ظل ظروف الجهد العالي.هذه الطبقة الرقيقة ، مع تحسين الأداء ، تجعلها عرضة للتفريغ الإلكتروستاتيكي (ESD) أو الجهد المفرط.هناك حاجة إلى مراعاة الاعتبارات الدقيقة للتصميم والتصميم للوقاية من الأضرار.

حساسية درجة الحرارة - يمكن أن يتأثر أداء MOSFET بتغيرات درجات الحرارة.درجات الحرارة المرتفعة يمكن أن تغير خصائص التشغيل.يمكن أن يؤدي إلى انخفاض الكفاءة أو الفشل.تعد استراتيجيات الإدارة الحرارية الفعالة ، مثل أحواض الحرارة أو التبريد النشط ، ضرورية ، خاصة في التطبيقات عالية الطاقة.

سعة الجهد المحدودة - تتمتع MOSFETs بسعة جهد محدودة مقارنةً بالترانزستورات الأخرى ، مثل الترانزستورات ثنائية القطب المعزولة (IGBTs).هذا القيد يجعلها أقل مثالية لتطبيقات الجهد العالي للغاية دون المخاطرة بالانهيار.يجب على المصممين اختيار MOSFETs مع تصنيفات الجهد المناسبة لضمان تشغيل موثوق.

تكاليف التصنيع المرتفعة - عمليات التصنيع لـ MOSFETs معقدة وتساهم في ارتفاع تكلفتها مقارنة بالترانزستورات الأخرى.ويشمل ذلك الدقة اللازمة لإنشاء طبقات أكسيد بوابة رقيقة وعملية تصنيع أشباه الموصلات الشاملة.على الرغم من انخفاض التكاليف مع التطورات التكنولوجية ، إلا أن MOSFETs لا تزال أكثر تكلفة من أنواع الترانزستور الأكثر بساطة ، مما يؤثر على تكلفة المنتج النهائي.

خاتمة

MOSFETs هي الأجزاء الرئيسية التي تجعل العديد من أعمالنا الإلكترونية الحديثة.إنها مفيدة بشكل لا يصدق لأنها يمكن أن تعمل على تشغيلها وإيقافها بسرعة واستخدام القليل من القوة.من خلال التعرف على الأنواع المختلفة من MOSFETs ، وكيفية عملها ، وكيفية اختيار المشاريع الصحيحة ، يمكنك تحسين مشاريعك الإلكترونية.سواء كنت تعمل على نظام بسيط أو معقد تصنيع ، فإن فهم MOSFETs سيساعدك على إنشاء أجهزة أكثر كفاءة وموثوقية.مع هذه المعرفة ، يمكنك جعل مشاريعك الإلكترونية أفضل وأكثر فاعلية.

الأسئلة المتداولة [الأسئلة الشائعة]

1. كيف يمكنني اختبار mosfet؟

لاختبار MOSFET ، استخدم مقياس متعدد في وضع الصمام الثنائي.تحقق من تقاطع البوابة إلى المصدر عن طريق وضع المسبار الموجب على البوابة والسلبية على المصدر ؛لا ينبغي أن يكون هناك قراءة.شحن البوابة عن طريق وضع المسبار الإيجابي على الصرف والسلبية على المصدر ؛يجب أن ترى مقاومة منخفضة إذا كانت MOSFET هي قناة ن (مقاومة عالية للقناة P).لمس المسبار الإيجابي باختصار البوابة مع الحفاظ على المسبار السلبي على المصدر.تحرك المسبار الإيجابي مرة أخرى إلى الصرف.يجب أن تظل المقاومة منخفضة (أو عالية للقناة P).تصريف البوابة عن طريق لمسها مع مسبار سلبي وإعادة فحص المقاومة ؛يجب أن تظهر مقاومة عالية (أو منخفضة للقناة p).

2. كيف يمكنني تفسير الأرقام على mosfet؟

تتضمن الأرقام الموجودة على MOSFET رقم الجزء ، وتصنيف الجهد (VDS) ، والتصنيف الحالي (ID) ، وجهد عتبة البوابة (VGS (TH)) ، ونوع الحزمة.

3. هل تستخدم MOSFETs مع طاقة AC أو DC؟

عادةً ما يتم استخدام MOSFETs مع طاقة التيار المستمر ولكن يمكن استخدامها في الدوائر التي تتعامل مع إشارات التيار المتردد ، خاصة في تطبيقات مثل محولات التيار المتردد.

4. ما هي الأسباب الشائعة لفشل MOSFET؟

الأسباب الشائعة لفشل MOSFET تشمل ارتفاع درجة الحرارة ، الجهد الزائد ، التيار الزائد ، التفريغ الإلكتروستاتيكي (ESD) ، ومحرك بوابة غير لائق.

5. هل MOSFETs فعالة من حيث التكلفة؟

نعم ، MOSFETs فعالة من حيث التكلفة بسبب كفاءتها العالية ، وسرعات التبديل السريع ، واستهلاك الطاقة المنخفضة.إنها خيار اقتصادي لمجموعة واسعة من التطبيقات.كما أدى التقدم في التصنيع إلى خفض التكاليف.