نحوه عملکرد ماسفت ها

اصل کار ماسفت عمدتاً بر اساس خواص ساختاری منحصر به فرد و اثرات میدان الکتریکی آن است. در زیر توضیح دقیقی از نحوه کار ماسفت ها ارائه شده است:

I. ساختار اساسی ماسفت

یک ماسفت عمدتاً از یک دروازه (G)، یک منبع (S)، یک تخلیه (D) و یک بستر (B، گاهی اوقات به منبع متصل می شود تا یک دستگاه سه پایانی را تشکیل دهد) تشکیل شده است. در ماسفت‌های تقویت‌کننده کانال N، بستر معمولاً یک ماده سیلیکونی نوع P با دوپ کم است که بر روی آن دو ناحیه از نوع N با دوپ بالا ساخته می‌شوند تا به ترتیب به عنوان منبع و تخلیه عمل کنند. سطح زیرلایه نوع P با یک لایه بسیار نازک اکسید (دی اکسید سیلیکون) به عنوان یک لایه عایق پوشانده شده است و یک الکترود به عنوان دروازه کشیده می شود. این ساختار باعث می شود که گیت از زیرلایه نیمه هادی نوع P، زهکش و منبع عایق شده باشد و به همین دلیل لوله اثر میدان دروازه عایق نیز نامیده می شود.

II. اصل عملیات

ماسفت ها با استفاده از ولتاژ منبع گیت (VGS) برای کنترل جریان تخلیه (ID) کار می کنند. به طور خاص، زمانی که ولتاژ منبع گیت مثبت اعمال شده، VGS، بزرگتر از صفر باشد، یک میدان الکتریکی مثبت بالا و پایین‌تر روی لایه اکسید زیر دروازه ظاهر می‌شود. این میدان الکتریکی، الکترون‌های آزاد را در ناحیه P جذب می‌کند و باعث می‌شود که آنها در زیر لایه اکسید تجمع کنند، در حالی که حفره‌های ناحیه P را دفع می‌کنند. با افزایش VGS، قدرت میدان الکتریکی افزایش می یابد و غلظت الکترون های آزاد جذب شده افزایش می یابد. هنگامی که VGS به یک ولتاژ آستانه معین (VT) می رسد، غلظت الکترون های آزاد جمع شده در منطقه به اندازه کافی بزرگ است که یک ناحیه جدید نوع N (کانال N) را تشکیل می دهد، که مانند پلی عمل می کند که تخلیه و منبع را به هم متصل می کند. در این مرحله، اگر یک ولتاژ محرک مشخص (VDS) بین تخلیه و منبع وجود داشته باشد، شناسه جریان تخلیه شروع به جریان می کند.

III. تشکیل و تغییر کانال هدایت

تشکیل کانال رسانا کلید عملکرد ماسفت است. زمانی که VGS بزرگتر از VT باشد، کانال رسانا برقرار می شود و شناسه جریان تخلیه تحت تأثیر VGS و VDS قرار می گیرد. توجه به این نکته مهم است که اگر کانال رسانا برقرار نباشد (یعنی VGS کمتر از VT باشد)، حتی اگر VDS وجود داشته باشد، شناسه جریان تخلیه ظاهر نمی شود.

IV. ویژگی های ماسفت ها

امپدانس ورودی بالا:امپدانس ورودی ماسفت بسیار بالا و نزدیک به بی نهایت است، زیرا یک لایه عایق بین گیت و ناحیه منبع تخلیه وجود دارد و فقط یک جریان گیت ضعیف وجود دارد.

امپدانس خروجی کم:ماسفت‌ها دستگاه‌هایی هستند که با ولتاژ کنترل می‌شوند که در آنها جریان منبع تخلیه می‌تواند با ولتاژ ورودی تغییر کند، بنابراین امپدانس خروجی آنها کوچک است.

جریان ثابت:هنگامی که در ناحیه اشباع کار می کند، جریان ماسفت عملاً تحت تأثیر تغییرات ولتاژ منبع تخلیه قرار نمی گیرد و جریان ثابت عالی را ارائه می دهد.

پایداری دمایی خوب:ماسفت ها دارای محدوده دمای عملیاتی گسترده ای از -55 درجه سانتیگراد تا حدود +150 درجه سانتیگراد هستند.

V. کاربردها و طبقه بندی ها

ماسفت ها به طور گسترده در مدارهای دیجیتال، مدارهای آنالوگ، مدارهای قدرت و سایر زمینه ها استفاده می شوند. با توجه به نوع عملکرد، ماسفت‌ها را می‌توان به انواع بهبود و کاهش طبقه‌بندی کرد. با توجه به نوع کانال هادی می توان آنها را به کانال N و کانال P تقسیم کرد. این انواع مختلف ماسفت ها مزایای خاص خود را در سناریوهای کاربردی مختلف دارند.

به طور خلاصه، اصل کار ماسفت کنترل تشکیل و تغییر کانال رسانا از طریق ولتاژ منبع دروازه است که به نوبه خود جریان جریان تخلیه را کنترل می کند. امپدانس ورودی بالا، امپدانس خروجی کم، جریان ثابت و پایداری دما، ماسفت ها را به یک جزء مهم در مدارهای الکترونیکی تبدیل کرده است.