MOSFET là gì?

MOSFET là viết tắt của Metal Oxide Field Effect Transistor. MOSFET được phát minh để khắc phục những nhược điểm có trong FET như khả năng chống thoát cao; trở kháng đầu vào vừa phải và hoạt động chậm hơn. Vì vậy, một MOSFET có thể được gọi là hình thức nâng cao của FET. Trong một số trường hợp, MOSFET còn được gọi là IGFET (Transistor hiệu ứng trường cổng cách điện).  Thực tế mà nói, MOSFET là một thiết bị điều khiển bằng điện áp; nghĩa là bằng cách đặt một điện áp định mức vào chân cổng, MOSFET sẽ bắt đầu dẫn qua chân Xả và Nguồn. Chúng ta sẽ đi vào chi tiết ở phần sau của bài viết này.

Sự khác biệt chính giữa FET và MOSFET là MOSFET có điện cực Cổng Oxit kim loại; được cách điện về điện từ kênh n hoặc kênh p của chất bán dẫn chính bằng một lớp mỏng Silicon dioxide hoặc thủy tinh. Việc cô lập Cổng điều khiển; làm tăng điện trở đầu vào của MOSFET lên cực cao với giá trị Mega-ohms (M Ω ).

Lưu ý : Bài viết chia sẻ thông tin, bên mình không kinh doanh mặt hàng này, vui lòng không gọi điện, zalo hỏi hàng ! Xin cảm ơn

Biểu tượng của MOSFET

Nói chung, MOSFET là một thiết bị bốn đầu cuối; với các đầu cuối Drain (D), Source (S), gate (G) và Body (B) / Substrate. Đầu cuối thân sẽ luôn được kết nối với đầu cuối nguồn; do đó, MOSFET sẽ hoạt động như một thiết bị ba đầu cuối. Trong hình ảnh dưới đây, biểu tượng của N-Channel MOSFET được hiển thị ở bên trái; và biểu tượng của P-Channel MOSFET được hiển thị ở bên phải.

Gói được sử dụng phổ biến nhất cho MOSFET là To-220. Để hiểu rõ hơn chúng ta hãy xem sơ đồ chân của IRF540N MOSFET nổi tiếng (được hiển thị bên dưới). Như bạn có thể thấy chân Cổng, Bộ thoát và Nguồn được liệt kê bên dưới; hãy nhớ rằng thứ tự của các chân này sẽ thay đổi tùy theo nhà sản xuất. Các MOSFET phổ biến khác là IRFZ44N , BS170 , IRF520 , 2N7000 , v.v.

MOSFET dưới dạng công tắc

Ứng dụng phổ biến nhất của MOSFET là sử dụng nó như một công tắc. Mạch bên dưới cho thấy MOSFET hoạt động như một thiết bị Chuyển đổi để BẬT và TẮT đèn. Điện áp đầu vào cổng V _GS được áp dụng với sự trợ giúp của nguồn điện áp đầu vào. Khi điện áp đặt vào là dương, động cơ sẽ ở trạng thái BẬT; và nếu điện áp đặt bằng 0 hoặc âm, đèn sẽ ở trạng thái TẮT.

Khi bạn bật Mosfet bằng cách cung cấp điện áp cần thiết cho chân cổng; nó sẽ vẫn bật trừ khi bạn cấp 0V cho cổng. Để tránh vấn đề này, chúng ta nên luôn sử dụng một điện trở kéo xuống (R1); ở đây tôi đã sử dụng giá trị là 10k. Trong các ứng dụng như điều khiển tốc độ của động cơ hoặc đèn mờ; chúng tôi sẽ sử dụng tín hiệu PWM để chuyển đổi nhanh. Trong trường hợp này, điện dung cổng của MOSFET sẽ tạo ra dòng điện ngược do hiệu ứng ký sinh. Để giải quyết vấn đề này, chúng ta nên sử dụng tụ điện giới hạn dòng; tôi đã sử dụng giá trị 470 ở đây.

Phụ tải trên được coi là tải điện trở nên mạch điện rất đơn giản; trong trường hợp cần sử dụng tải điện cảm hoặc tải điện dung. Chúng ta cần sử dụng một số loại bảo vệ để tránh MOSFET bị hỏng. Ví dụ, nếu chúng ta sử dụng tải điện dung; mà không có điện tích thì nó được coi là ngắn mạch. Điều này sẽ dẫn đến dòng điện “xâm nhập” cao và khi điện áp đặt ra được loại bỏ khỏi tải cảm ứng; sẽ có một lượng lớn của sự tích tụ điện áp ngược trong mạch khi từ trường suy giảm, nó sẽ dẫn đến cảm ứng ngược trong cuộn dây của cuộn cảm.

Các loại MOSFET và Chức năng

Có hai lớp MOSFETS; Chế độ cạn kiệt và chế độ nâng cao. Mỗi lớp có sẵn dưới dạng kênh n hoặc kênh p, tổng cộng có tới bốn loại MOSFET!

Dưới đây là lời giải thích của nó, cùng với nguyên tắc hoạt động:

Chế độ cạn kiệt:

• Chế độ cạn kiệt có xu hướng được gọi là công tắc thường đóng
  • Nó nói rằng khi không có điện áp đặt ở cổng, độ dẫn kênh là tối đa
  • Khi điện áp được áp dụng ở cổng, độ dẫn điện của thiết bị giảm

Chế độ nâng cao:

• Chế độ nâng cao có xu hướng được gọi là công tắc thường mở, trong đó để xảy ra hiện tượng dẫn điện, cần phải có điện áp đi qua
  • Khi không có điện áp đặt ở cổng, không có điện dẫn
  • Khi điện áp được đặt ở cổng, độ dẫn điện của thiết bị tăng lên

MOSFET kênh N:

• Bộ thoát và nguồn được pha tạp chất n + trong khi chất nền là loại p
• Dòng điện chạy qua MOSFET kênh P
• Khi đặt một điện áp dương lên cổng, các điện tử từ nguồn n + và vùng thoát bị hút về phía nó, tạo thành một kênh tiếp cận điện tử

MOSFET kênh P:

• Không giống như kênh N, bộ thoát và nguồn được pha tạp chất p + trong khi chất nền ở loại n
• Dòng điện chạy qua MOSFET kênh P
• Khi một điện áp âm được đặt trên cổng, các điện tử bên dưới oxit lưu huỳnh phản ứng với dòng điện và bị đẩy xuống chất nền

Để tóm tắt những gì tôi đã trải qua trước đó, đây là hình minh họa của các ký hiệu bóng bán dẫn MOSFET tương ứng với nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý làm việc của MOSFET

Để hiểu cách hoạt động của bóng bán dẫn MOSFET, chúng ta sẽ xem xét sơ đồ mạch điển hình như sau:

• Một khối, còn được gọi là chất nền của chất bán dẫn loại p hoạt động như cơ sở cho MOSFET
• Hai mặt của chất nền loại p này được chế tạo pha tạp nhiều với tạp chất loại n (được đánh dấu là n +)
  • Các đầu nối thoát nước (Nguồn và Xả) sau đó được đưa ra từ hai vùng cuối này
• Toàn bộ bề mặt của đế được phủ một lớp silicon dioxide
  • Điôxít silic hoạt động như vật liệu cách nhiệt
• Sau đó, một tấm kim loại mỏng cách điện được đặt lên trên silicon dioxide, đóng vai trò như một tấm tụ điện
  • Thiết bị đầu cuối cổng sau đó được đưa ra khỏi tấm kim loại mỏng
• Sau đó, một mạch điện một chiều được hình thành bằng cách kết nối nguồn điện áp giữa hai vùng loại n này (được đánh dấu màu đỏ)

Khi điện áp được đặt vào cổng, nó tạo ra một điện trường làm thay đổi độ rộng bề rộng của vùng kênh, nơi các electron chạy qua. Vùng kênh càng rộng thì thiết bị càng dẫn điện tốt hơn.

Vùng hoạt động của MOSFET

Một MOSFET được coi là có ba vùng hoạt động. Ở đây, chúng ta sẽ thảo luận về các vùng đó.

Vùng giới hạn

Vùng cắt là vùng sẽ không có dẫn và kết quả là MOSFET sẽ TẮT. Trong điều kiện này, MOSFET hoạt động giống như một công tắc mở.

Vùng Ohmic

Vùng ohmic là vùng mà dòng điện ( I _DS ) tăng lên khi giá trị V _DS tăng lên . Khi MOSFET được tạo ra để hoạt động trong khu vực này, chúng được sử dụng làm bộ khuếch đại.

Vùng bão hòa

Trong vùng bão hòa, các MOSFET có I _DS không đổi mặc dù V _DS tăng và xảy ra khi V _DS vượt quá giá trị của điện áp ngắt V _P. Trong điều kiện này, thiết bị sẽ hoạt động giống như một công tắc đóng, qua đó giá trị bão hòa của I _DS chảy qua. Do đó, vùng hoạt động này được chọn bất cứ khi nào MOSFET được yêu cầu để thực hiện các hoạt động chuyển mạch.

MOSFET và BJT có gì khác biệt?

Trong phần này, chúng ta hãy thảo luận về một số điểm khác biệt giữa MOSFET và BJT.

Các ứng dụng MOSFET

• Các ứng dụng tần số vô tuyến sử dụng rộng rãi các bộ khuếch đại MOSFET.
• MOSFET hoạt động như một phần tử mạch thụ động.
• Các MOSFET nguồn có thể được sử dụng để điều chỉnh động cơ DC.
• MOSFET được sử dụng trong thiết kế mạch chopper.

• Công tắc điện tử

  MOSFET có thể được sử dụng làm công tắc điện tử; vì chúng có điện trở “BẬT” thấp và điện trở “TẮT” rất cao. Điện trở đầu vào cao vô hạn do sự hiện diện của một cổng cách ly; khiến chúng trở thành một ứng cử viên tuyệt vời cho các thiết bị chuyển mạch điện tử.

• Cổng logic

  MOSFET cũng được sử dụng trong các mạch tích hợp; để sản xuất các mạch chuyển đổi nguồn cũng như các cổng logic loại CMOS. Chúng ở dạng cổng PMOS và NMOS. Thiết bị logic bao gồm cả hai cổng trong thiết kế.

• Bộ khuếch đại

  Cả chế độ cạn kiệt và chế độ nâng cao MOSFET; đều có thể được sử dụng để chế tạo bộ khuếch đại lớp A một tầng do điện trở đầu vào cao của chúng.

Một số ứng dụng của MOSFET trong cuộc sống thực là gì?

• Điều khiển cường độ ánh sáng đường phố tự động.
• Ghép nối với bộ vi điều khiển để xây dựng hệ thống điều khiển đèn tự động; thông qua các xung đồng hồ tương ứng
• Các ứng dụng được điều khiển bằng sóng vô tuyến như tàu thuyền; máy bay trực thăng và máy bay không người lái.
• Mô-men xoắn động cơ và kiểm soát tốc độ.
• Môi trường điều khiển công nghiệp và người máy.

Ưu điểm của MOSFET

• MOSFETs hoạt động với hiệu suất cao hơn ở điện áp thấp hơn.
• Sự vắng mặt của dòng cổng dẫn đến trở kháng đầu vào cao tạo ra tốc độ chuyển mạch cao.

Nhược điểm của MOSFET

• MOSFET dễ bị phá hủy bởi các điện tích do lớp oxit mỏng.
• Điện áp quá tải làm cho MOSFET không ổn định.

Tóm lượt

• MOSFET là một thiết bị chuyển mạch đơn cực được điều khiển bằng điện áp.
• Nó có một lớp kim loại ở trên cùng, một lớp cách nhiệt oxit silic bên dưới; và một phần bán dẫn ở dưới cùng tạo cho nó một cấu trúc thẳng đứng gồm các lớp p và n.
• Dựa trên hoạt động, MOSFET được phân loại thành MOSFET nâng cao (kênh p và kênh n); và MOSFET cạn kiệt (kênh p và kênh n).
• Chúng có ba thiết bị đầu cuối: Cổng, Nguồn và Cống.
• Cổng đóng vai trò là thiết bị đầu cuối điều khiển và sự dẫn truyền thực tế xảy ra giữa nguồn và cống.
• Cổng được cách nhiệt với lớp bán dẫn bằng một lớp SiO ₂ mỏng .
• Thời gian chuyển mạch của MOSFET có thể được kiểm soát hoàn toàn bằng thiết kế truyền động cổng ngoài.

Công Ty Hưng Phát chân thành cảm ơn các bạn đã xem trang website prosensor.vn của chúng tôi. Khi quý khách có nhu cầu mua các loại cảm biến áp suất nước; các loại đồng hồ áp suất, thiết bị kỹ thuật hãy liên hệ trực tiếp với chúng tôi để được hỗ trợ tư vấn về sản phẩm.

Bài viết tham khảo:

Biến dòng đo lường?