چرا ولتاژ ماسفت ها کنترل می شود؟

ماسفت ها (ترانزیستورهای اثر میدان نیمه هادی اکسید فلز) دستگاه های کنترل شده با ولتاژ نامیده می شوند، زیرا اصل عملکرد آنها عمدتاً به کنترل ولتاژ دروازه (Vgs) بر جریان تخلیه (Id) متکی است، به جای اینکه بر جریان برای کنترل آن تکیه کنند. این مورد در مورد ترانزیستورهای دوقطبی (مانند BJT) است. در زیر توضیح دقیقی از ماسفت به عنوان یک دستگاه کنترل ولتاژ ارائه شده است:

اصل کار

کنترل ولتاژ گیت:قلب ماسفت در ساختار بین دروازه، منبع و زهکشی آن و یک لایه عایق (معمولا دی اکسید سیلیکون) در زیر دروازه قرار دارد. هنگامی که یک ولتاژ به گیت اعمال می شود، یک میدان الکتریکی در زیر لایه عایق ایجاد می شود و این میدان رسانایی ناحیه بین منبع و تخلیه را تغییر می دهد.

تشکیل کانال رسانا:برای ماسفت های کانال N، زمانی که ولتاژ گیت Vgs به اندازه کافی بالا باشد (بالاتر از یک مقدار خاص به نام ولتاژ آستانه Vt)، الکترون های موجود در بستر نوع P در زیر دروازه به سمت زیر لایه عایق جذب می شوند و یک N- را تشکیل می دهند. نوع کانال رسانایی که امکان رسانایی بین منبع و تخلیه را فراهم می کند. برعکس، اگر Vgs کمتر از Vt باشد، کانال رسانا تشکیل نمی شود و ماسفت در قطع است.

کنترل جریان تخلیه:اندازه شناسه جریان تخلیه عمدتاً توسط ولتاژ گیت Vgs کنترل می شود. هر چه Vgs بالاتر باشد، کانال رسانا عریض‌تر تشکیل می‌شود و Id جریان تخلیه بزرگ‌تر است. این رابطه به ماسفت اجازه می دهد تا به عنوان یک دستگاه جریان کنترل شده با ولتاژ عمل کند.

مزایای شخصیت پردازی پیزو

امپدانس ورودی بالا:امپدانس ورودی ماسفت به دلیل ایزوله شدن گیت و ناحیه منبع تخلیه توسط یک لایه عایق بسیار بالا است و جریان گیت تقریباً صفر است که باعث می شود در مدارهایی که امپدانس ورودی بالا مورد نیاز است مفید باشد.

نویز کم:ماسفت ها در حین کار صدای نسبتا کمی تولید می کنند که عمدتاً به دلیل امپدانس ورودی بالا و مکانیزم هدایت حامل تک قطبی است.

سرعت سوئیچینگ سریع:از آنجایی که ماسفت ها دستگاه هایی با ولتاژ کنترل می شوند، سرعت سوئیچینگ آنها معمولاً سریعتر از ترانزیستورهای دوقطبی است که باید در حین سوئیچینگ فرآیند ذخیره سازی و رها شدن شارژ را طی کنند.

مصرف برق کم:در حالت روشن، مقاومت منبع تخلیه (RDS(روشن)) ماسفت نسبتاً کم است که به کاهش مصرف برق کمک می کند. همچنین در حالت قطع مصرف برق ساکن بسیار کم است زیرا جریان گیت تقریباً صفر است.

به طور خلاصه، ماسفت‌ها را دستگاه‌های کنترل‌شده با ولتاژ می‌نامند، زیرا اصل عملکرد آن‌ها به شدت بر کنترل جریان تخلیه توسط ولتاژ گیت متکی است. این مشخصه کنترل‌شده با ولتاژ، ماسفت‌ها را برای طیف گسترده‌ای از کاربردها در مدارهای الکترونیکی امیدوار می‌کند، به ویژه در مواردی که امپدانس ورودی بالا، نویز کم، سرعت سوئیچینگ سریع و مصرف انرژی کم مورد نیاز است.