MOSFET là gì ? Đây là câu hỏi mà dientu5ngay.com chúng tớ gặp khá nhiều đối với các bạn đang nghiên cứu điện tử cơ bản. Hôm nay, hãy cũng chúng mình đi tìm hiểu về linh kiện thú vị này nhé. Let’s go!
MỤC LỤC
Khái niệm MOSFET là gì?
MOSFET là viết tắt của Metal Oxide Field Effect Transistor , nôm na là Transistor Oxit- Kim loại hiệu ứng trường. MOSFET được phát minh để khắc phục những nhược điểm có trong FET như độ bền 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 đặt một điện áp định mức vào chân cổng (chân G), MOSFET sẽ bắt đầu dẫn qua chân Máng (D) và Nguồn (S). 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 khỏi kênh N hoặc kênh P 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 hàng Mega-ohms (MΩ ).
Ký hiệu MOSFET trong mạch điện
Nói chung, MOSFET là một thiết bị bốn đầu cuối với các đầu cuối Drain (D), Source (S), gate (G) và vỏ kim loại. Vỏ MOSFET luôn được kết nối với cực S. Do đó, MOSFET sẽ hoạt động như một thiết bị ba đầu cuối. Trong hình ảnh dưới đây, biểu tượng của MOSFET kênh N được hiển thị ở bên trái và biểu tượng của MOSFET kênh P được hiển thị ở bên phải.
Kiểu MOSFET được sử dụng phổ biến nhất cho MOSFET là To-220, để hiểu rõ MOSFET là gì hơn chúng ta hãy xem sơ đồ chân của IRF540N MOSFET (được hiển thị bên dưới). Như bạn có thể thấy chân G, D và S được liệt kê bên dưới, hãy nhớ rằng thứ tự của các chân này sẽ thay đổi tùy theo nhà sản xuất. MOSFET phổ biến khác là IRFZ44N , BS170 , IRF520 , 2N7000 , vvv…
MOSFET như một công tắc điện
Ứng dụng phổ biến nhất của MOSFET là gì: 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. Các cổng đầu vào điện áp VGS được cung cấp bởi một 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, động cơ sẽ ở trạng thái TẮT.
Khi bạn bật Mosfet bằng cách cung cấp điện áp cần thiết cho chân cổng (G), nó sẽ vẫn bật trừ khi bạn cấp 0V cho cổng. Để tránh vấn đề này, chúng ta nên 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 cựa G của MOSFET sẽ tạo ra dòng 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 (Hình bên phải).
Phân loại MOSFET
MOSFET được phân loại thành hai loại dựa trên loại hoạt động, đó là MOSFET chế độ nâng cao (E-MOSFET) và MOSFET chế độ suy giảm (D-MOSFET), các MOSFET này được phân loại thêm dựa trên vật liệu được sử dụng để xây dựng là kênh n và kênh p. Vì vậy, nói chung, có 4 loại MOSFET khác nhau
- Chế độ suy giảm kênh N MOSFET
- Chế độ suy giảm kênh P MOSFET
- Chế độ nâng cao kênh N MOSFET
- Chế độ nâng cao kênh P MOSFET
MOSFET kênh N
Các MOSFET kênh N được gọi là NMOS và họ được đại diện bởi những biểu tượng sau đây.
Theo cấu trúc bên trong của MOSFET, các chân Cổng (G), Máng (D) và Nguồn (S) được kết nối vật lý trong MOSFET ở Chế độ suy giảm, trong khi chúng được tách biệt về mặt vật lý trong Chế độ nâng cao, đây là lý do tại sao biểu tượng xuất hiện bị hỏng đối với MOSFET Chế độ Nâng cao.
MOSFET kênh P
Các MOSFET kênh P được gọi là PMOS và chúng được biểu thị bằng các ký hiệu sau.
Trong số các loại hiện có, MOSFET Nâng cao Kênh N là MOSFET được sử dụng phổ biến nhất. Nhưng vì lợi ích của kiến thức, chúng ta hãy cố gắng đi vào sự khác biệt. Sự khác biệt chính giữa MOSFET kênh N và MOSFET kênh P là trong một kênh N, công tắc MOSFET sẽ vẫn mở cho đến khi điện áp cổng được cung cấp. Khi chân cổng nhận được điện áp, công tắc (giữa D và S) sẽ được đóng lại và trong MOSFET kênh P, công tắc sẽ vẫn đóng cho đến khi điện áp chân G được cung cấp.
Tương tự, sự khác biệt chính giữa Chế độ nâng cao và Chế độ suy giảm MOSFET là điện áp Cổng áp dụng cho E-MOSFET phải luôn dương và nó có điện áp ngưỡng mà trên đó nó sẽ bật hoàn toàn. Đối với D-MOSFET, điện áp cổng có thể là dương hoặc âm và nó không bao giờ bật hoàn toàn. Cũng lưu ý rằng D-MOSFET có thể hoạt động ở chế độ Nâng cao và suy giảm, trong khi E-MOSFET chỉ có thể hoạt động ở chế độ Nâng cao.
Cấu tạo MOSFET
Hình ảnh dưới đây cho thấy cấu trúc bên trong điển hình của MOSFET . Mặc dù MOSFET là một dạng FET nâng cao và hoạt động với ba thiết bị đầu cuối giống như FET nhưng cấu trúc bên trong của MOSFET thực sự khác với FET thông thường.
Nếu bạn nhìn vào cấu trúc, bạn có thể thấy rằng cực cổng được cố định trên lớp kim loại mỏng được cách nhiệt bởi một lớp Silicon Dioxide (SiO2) từ chất bán dẫn và bạn sẽ có thể thấy hai chất bán dẫn loại N được cố định. trong vùng kênh nơi đặt các cực cống và nguồn. Kênh giữa cống và nguồn của MOSFET là loại N, ngược lại với kênh này, chất nền là bán dẫn loại P. Điều này giúp MOSFET phân cực ở cả hai cực, tích cực hoặc tiêu cực. Nếu cực cổng của MOSFET không được phân cực, nó sẽ ở trạng thái không dẫn điện, do đó MOSFET chủ yếu được sử dụng trong việc thiết kế các công tắc và cổng logic.
Nguyên lý làm việc của MOSFET
Nói chung, MOSFET hoạt động như một công tắc, MOSFET kiểm soát điện áp và dòng điện giữa chân S và G. Hoạt động của MOSFET phụ thuộc vào tụ điện MOS , là bề mặt bán dẫn bên dưới các lớp oxit giữa S và đầu nối D. Nó có thể được đảo ngược từ loại p sang loại n, đơn giản bằng cách đặt điện áp cổng G dương hoặc âm tương ứng. Hình ảnh dưới đây cho thấy sơ đồ khối của MOSFET.
Khi một điện áp nguồn thoát (V DS ) được kết nối giữa G và S, một điện áp dương được đặt vào D và điện áp âm được đặt vào S. Ở đây điểm nối PN tại G được phân cực ngược và điểm nối PN ở S được phân cực thuận. Ở giai đoạn này, sẽ không có bất kỳ dòng điện nào chạy giữa G và S.
Khi có điện áp đặt vào chân G
Nếu chúng ta đặt một điện áp dương (V GG ) vào cực cổng, do lực hút tĩnh điện, các hạt mang điện tích thiểu số (electron) trong chất nền P sẽ bắt đầu tích tụ trên tiếp điểm G, tạo thành cầu dẫn điện giữa hai vùng n +. Số lượng các electron tự do tích lũy ở cửa tiếp xúc phụ thuộc vào cường độ của điện áp dương được đặt vào. Điện áp đặt vào càng cao thì độ rộng của kênh n được hình thành do tích tụ điện tử càng lớn, điều này cuối cùng làm tăng độ dẫn điện và dòng xả (I D ) sẽ bắt đầu chạy giữa S và D.
Khi không có điện áp đặt vào chân G sẽ không có bất kỳ dòng điện nào ngoài một lượng nhỏ dòng điện do các hạt tải điện thiểu số. Điện áp tối thiểu mà MOSFET bắt đầu dẫn được gọi là điện áp ngưỡng .
Hoạt động của MOSFET ở Chế độ suy giảm:
Các MOSFET ở chế độ suy giảm thường được gọi là thiết bị “BẬT đã chuyển” vì chúng thường ở trạng thái đóng khi không có điện áp phân cực ở cực cổng. Khi chúng ta tăng điện áp đặt vào cổng tích cực, độ rộng kênh sẽ được tăng lên ở chế độ suy giảm. Điều này sẽ làm tăng dòng I D qua kênh. Nếu điện áp cổng được áp dụng có giá trị âm cao, thì độ rộng kênh sẽ nhỏ hơn và MOSFET có thể đi vào vùng cắt.
Hoạt động của MOSFET trong Chế độ Nâng cao:
Hoạt động của MOSFET ở chế độ Tăng cường tương tự như hoạt động của công tắc mở. Nó sẽ bắt đầu dẫn chỉ khi điện áp dương (+ V GS ) được đặt vào cực cổng và dòng xả bắt đầu chạy qua thiết bị. Chiều rộng kênh và dòng tải sẽ tăng khi điện áp phân cực tăng. Nhưng nếu điện áp phân cực đặt vào bằng 0 hoặc âm, bóng bán dẫn sẽ vẫn ở trạng thái TẮT.
Các dạng MOSFET thường gặp
MOSFET có sẵn trong các dạng đóng vỏ, kích thước và tên khác nhau. Nói chung, MOSFET được phân phối trong 4 gói khác nhauđó là Surface Mount, Thru-Hole, PQFN và DirectFET.
Các MOSFET có sẵn với một tên khác nhau trong mỗi loại gói như sau:
Surface Mount: TO-263, TO-252, MO-187, SO-8, SOT-223, SOT-23, TSOP-6, v.v.
Thru-Hole: TO-262, TO-251, TO-274, TO-220, TO-247, v.v.
PQFN: PQFN 2×2, PQFN 3×3, PQFN 3.3×3.3, PQFN 5×4, PQFN 5×6, v.v.
DirectFET: DirectFET M4, DirectFET MA, DirectFET MD, DirectFET ME, DirectFET S1, DirectFET SH, v.v
CHÚC CÁC BẠN THÀNH CÔNG
Có thể bạn quan tâm
- Chia sẻ kiến thức điện tử cơ bản
- Tài liệu học điện tử miễn phí
- Kênh YouTobe hay về điện tử, mạch điện
- Fanpage cùng nhau học điện tử
- Cửa hàng của chúng tớ – Mua để ủng hộ admin nha ❤
NƠI MUA LINH KIỆN GIÁ TỐT
- Linh kiện điện tử giá siêu rẻ : Shop Ristina.vn
- Linh kiện điện tử, nhà thông minh : Shop Làm Chủ Công Nghệ
- Chuyên mạch nguồn, sạc dự phòng chỉ từ 1K: Shop Điện Tử AT
- Chuyên pin sạc 18650, Pin sạc AA: Shop Linhkiengiatot
- Chuyên các thiết bị điện công nghiệp: Shop Linhkien123
