ترانزیستور اثر میدانی اکسید فلزی یا ماسفت(MOSFET) یک المان نیمه هادی است که به طور گسترده، برای اهداف سوئیچینگ و تقویت سیگنال در دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شود. معرفی ماسفت تحولی بزرگ در حوزه سوئیچینگ در الکترونیک ایجاد کرده است. از ماسفت علاوه بر استفاده به عنوان یک قطعه مجزا، در درون پردازنده‌ها و حافظه‌‌ها به صورت گسترده‌ای استفاده می‌شود.
ترانزیستور ماسفت دارای سه پایه به نام‌های گیت (Gate) ، درین (Drain) و سورس (Source) است. از نظر ساختاری این ترانزیستورها دارای دو تیپ اصلی هستند: ماسفت‌های نوع تخلیه که این ترانزیستورها در حالت نرمال یا بدون بایاس مانند یک کلید بسته هستند و با تحریک پایه گیت به حالت مدار باز تغییر حالت می‌دهند. ماسفت‌های نوع افزایشی که برخلاف نوع قبلی در حالت نرمال مانند یک کلید باز هستند و پس از تحریک پایه گیت به حالت مدار بسته تغییر حالت می‌دهند. همچنین ماسفت‌ها مانند ترانزیستورهای دو قطبی دارای نوع مثبت و منفی هستند.
انواع ماسفت چیست ؟
اگر بخواهیم ماسفت‌ها را از نگاه ولتاژ راه انداز گیت بررسی و طبقه بندی کنیم، باید این قطعات را به دو نوع ماسفت پاور و ماسفت لاجیک لِوِل تقسیم بندی کنیم.
از ماسفت‌های لاجیک لِوِل در عملیات سوئیچ با ولتاژ و جریان کم استفاده می‌شود، این ماسفت‌ها معمولا به صورت مستقیم توسط میکروکنترلرها کنترل و راه‌اندازی می‌شوند. اکثر ماسفت‌های SMD ریز مانند ماسفت‌های با پکیج SOT-23 از این خانواده ماسفت هستند. همچنین در این خانواده ما قطعاتی که شامل یک جفت ماسفت در یک پکیج باشند، را داریم. این خانواده از ماسفت‌ها دارای تنوع بسیار زیادی هستند و به راحتی می‌توان برای این ماسفت‌ها مشابه و جایگزین پیدا کرد.
نوع دیگر ماسفت‌ها نوع پاور ماسفت یا ماسفت‌های توان بالا هستند. سطح ولتاژ تحریک گیت این ماسفت‌ها بین ۱۰ تا ۲۰ ولت است. از این قطعات به صورت گسترده‌ای در منابع تغذیه سوئیچینگ و مبدل‌های ولتاژ استفاده می‌گردد. این ماسفت‌ها دارای ولتاژ قابل تحمل بسیار متفاوت از حدود ۲۰ ولت تا ۱۰۰۰ ولت هستند و همچنین دارای سوئیچ جریان از حدود چند آمپر تا چند صد آمپر هستند. به صورت کلی مقاومت حالت روشن در ماسفت‌ها با ولتاژ قابل تحمل در آنها رابطه مستقیم دارد. مدل‌های دارای ولتاژ پایین بیشتر برای استفاده در خودرو طراحی شده‌اند و دارای مقاومت حالت روشن بسیار کمی هستند و به راحتی می‌توان آنها را با رله‌ها جایگزین نمود.
مهمترین نکات در خرید ماسفت
هر ماسفت دارای چندین مشخصه مهم است که حتما باید در هنگام خرید ترانزیستور ماسفت به آن دقت کرد. این موارد شامل ولتاژ قابل تحمل، جریان نامی، دمای کاری، مقاومت در حالت روشن، سرعت سوئیچ و پکیج قطعه است که در ادامه هر کدام از این ویژگی‌ها توضیح داده می‌شود.
ولتاژ قابل تحمل(VDS)
حداکثر ولتاژ قابل تحمل بین پایه‌های سورس و درین است. این پارامتر در ماسفت‌ها یک مقدار مطلق است و نباید از آن فراتر رفت. حداکثر ولتاژ یک ماسفت، ولتاژی است که دستگاه می‌تواند بدون آسیب در شرایط ایده آل تحمل کند. ماسفت‌ها بسته به نوع کاربرد در ولتاژهای مختلف از چند ولت تا چند صد ولت وجود دارند.
جریان نامی
جریان نامی برای ماسفت حداکثر جریانی است که دستگاه می‌تواند در شرایط مشخص بدون آسیب رسیدن تحمل کند. جریان ماسفت‌ها از چند میلی آمپر برای دستگاه‌های سیگنال کوچک تا چند صد آمپر برای دستگاه‌های قدرت متغیر است.
هنگام انتخاب ماسفت برای یک کاربرد خاص، به این نکته مهم توجه کنید که حداکثر جریانی را که دستگاه در معرض آن قرار می‌گیرد از جریان نامی ماسفت تجاوز نکند. تجاوز از جریان نامی می‌تواند باعث داغ شدن بیش از حد ماسفت شود و منجر به خرابی یا آسیب دستگاه شود.
دمای کاری
دمای کاری یک ماسفت محدوده دمایی است که دستگاه می‌تواند در آن ایمن و قابل اطمینان کار کند. محدوده دمای کاری ماسفت به عوامل مختلفی مانند ساختار دستگاه، خواص مواد، نوع پکیج ماسفت بستگی دارد. ماسفت ها معمولاً برای عملکرد در یک محدوده دمایی خاص طراحی می‌شوند که توسط سازنده در برگه اطلاعات دستگاه مشخص شده است.
محدوده دما معمولاً براساس دمای جانکشن بیان می‌شود که دمای مواد نیمه هادی داخل ماسفت است. معمولاً حداکثر دمای اتصال برای ماسفت‌ها حدود ۱۰۰-۲۰۰ درجه سانتیگراد است که بستگی به ساختار و نوع پکیج ماسفت دارد. تجاوز از حداکثر دمای کاری می‌تواند باعث از کار افتادن ماسفت و کاهش طول عمر آن و یا حتی آسیب دائمی شود.
سرعت سوئیچ
سرعت سوئیچ ماسفت به سرعت تغییر حالت دستگاه بین حالت‌های روشن و خاموش اشاره دارد. سرعت سوئیچینگ پارامتر مهمی است که هنگام طراحی مدارهایی که نیاز به زمان سوئیچ سریع دارند، مانند منابع تغذیه سوئیچینگ، درایوهای موتور و مدارهای مدولاسیون عرض پالس (PWM) باید در نظر گرفته شود.
سرعت سوئیچینگ ماسفت تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله ظرفیت گیت، ولتاژ درایو گیت و مقاومت داخلی دستگاه است. معمولاً ماسفت‌هایی با ظرفیت گیت کوچکتر و مقاومت داخلی کمتر می‌توانند سریعتر از آنهایی که ظرفیت و مقاومت بالاتری دارند، سوئیچ شوند. سرعت سوئیچینگ ماسفت معمولاً توسط سازنده در برگه اطلاعات دستگاه مشخص می‌شود و بر حسب Rise Time و Fall Time بیان می‌شود.
پکیج ماسفت
پکیج ماسفت به محفظه فیزیکی که نیمه هادی در آن بسته بندی می شود، اطلاق می‌گردد. پکیج ماسفت چندین عملکرد مهم از جمله محافظت از نیمه هادی در برابر شرایط محیطی، ایجاد اتصالات الکتریکی برای قطعه و دفع گرمای تولید شده در حین کار را انجام می‌دهد.
پکیج‌های ماسفت در اندازه‌ها و شکل‌های مختلف وجود دارند که هر کدام برای کاربردها و شرایط کاری خاص طراحی شده‌اند. برخی از پکیج های متداول ماسفت عبارتند از:
TO-220 : یک پکیج محبوب برای ماسفت‌های با قدرت متوسط است و دارای یک زبانه فلزی است که به عنوان هیت سینک عمل می‌کند و همچنین توسط آن قطعه به هیت سینک خارجی متصل می‌گردد.
DPAK (TO-252) : یک پکیج SMD است که معمولاً برای ماسفت‌های با توان کم تا متوسط استفاده می‌شود.
D2PAK(TO-263) :یک نسخه بزرگتر از DPAK است و برای ماسفت‌های با قدرت بالاتر استفاده می‌شود.
SOIC (Small Outline Integrated Circuit) : یک پکیج SMD است که معمولاً برای ماسفت‌های با توان کم در مدارهای دیجیتال و میکروکنترلرها استفاده می‌شود.
QFN (Quad Flat No-Lead) : یک پکیج SMD است که دارای یک پد بزرگ در زیر خود است که به عموان هیت سینک هم عمل می‌کند و گرمای قطعه از طریق این پایه به بیرون منتقل می‌شود. از این پکیج معمولاً برای ماسفت‌های قدرت با ولتاژ پایین استفاده می‌شود و عملکرد حرارتی عالی را ارائه می‌دهد.
قیمت ماسفت (Mosfet)
علاوه بر موارد فوق در هنگام خرید پاور ماسفت باید به کیفیت و اورجینال بودن آن دقت نمود. قیمت ماسفت با توجه به تنوع بسیار زیاد این المان از حدود چند صد تومان تا چند صد هزار تومان متغیر است و به طور کلی قیمت ماسفت‌های سیگنال بسیار کمتر از پاور ماسفت‌ها است. قیمت ماسفت‌های توان بالا با توجه به ولتاژ قابل تحمل و جریان نامی و پکیج آنها متفاوت است.
خرید ماسفت اصلی به دلیل نقش حساس این قطعه در مدارات الکترونیک، بسیار حائز اهمیت است. در هنگام خرید ترانزیستور ماسفت حتما از فروشنده گارانتی و یا مهلت تست بخواهید تا بتوانید در صورت بروز مشکل، قطعات را مرجوع کنید، همچنین در هنگام خرید Mosfet SMD و یا ماسفت‌های ارزان، تعداد بالاتری خریداری نمایید تا نیاز به تست قطعات در فواصل زمانی کوتاه نباشد.
همچنین در هنگام تعمیرات اگر ماسفت قدیمی باشد و نیاز باشد تا ماسفت دیگری را جایگزین کنیم، موارد زیر را رعایت کنید:
- اگر پاور ماسفت به صورت موازی استفاده شده بود، حتما هر دو پاور ماسفت را تعویض کنید.
- حتما ماسفت با مشخصات برابر یا توان بیشتر را جایگزین کنید.
- در مدارات توان بالا قبل از تعویض و تست دستگاه المان‌های اِسنابر را بررسی کنید و از صحت آنها اطمینان حاصل نمایید.
- حتما از اتصال درست هیت سینک به ماسفت اطمینان حاصل فرمایید.
پارامترهای ماسفت
- ولتاژ مسدود سازی یا ولتاژ قابل تحمل (BVDSS)
- حداکثر انرژی بهمنی تک پالسی (EAS)
- مقاومت در حالت روشن (RDS(ON))
- حداکثر دمای محل اتصال یا جانکشن (TJ (حداکثر))
- جریان عبوری دائم (ID)
- منطقه عملیاتی ایمن (SOA)
- بار شارژ گیت (QG)
- ولتاژ آستانه گیت (VGS(th))
- ولتاژ فروارد دیود بدنه (VSD)
- حداکثر اتلاف توان مجاز (PD)
- مقاومت حرارتی، اتصال به کیس (Rθjc)
- قابلیت dv/dt
- نوع کانال P/N
- بسته/کیس
ترانزیستور ماسفت MOSFET
ترانزیستور ماسفت در دو آرایش کانال P یا PMOS و ماسفت کانال N یا NMOS به دو صورت کاهشی یا افزایشی تولید می شود. ماسفت ها بیشتر به عنوان سوئیچ الکترونیکی یا تقویت کننده مورد استفاده قرار می گیرند. پارامترهای ولتاژ قابل تحمل و جریان عبوری از موارد مهم در انتخاب ماسفت می باشد.
ماسفت کانال P
ماسفت کانال P نوعی ترانزیستور اثر میدانی است که از حفره‌ها به عنوان حامل بار یا جریان در کانال بین پایه‌های سورس و درین استفاده می‌کند. کانال زمانی تشکیل می‌شود که یک ولتاژ منفی به ترمینال گیت اعمال شود ، گیت توسط یک لایه اکسید نسبت به کانال عایق شده است. ولتاژ منفی گیت حفره‌ها را از بستر نوع p جذب می‌کند و یک مسیر رسانا برای عبور جریان از پایه سورس به سمت پایه درین ایجاد می‌کند. ماسفت کانال P را می‌توان برای سوئیچینگ یا تقویت سیگنال‌های الکترونیکی و همچنین برای مدارهای منطقی کم توان در ترکیب با ماسفت‌های کانال N استفاده کرد.
مهمترین تفاوت های بین ماسفت کانال P و کانال N
تفاوت بین ماسفت کانال P و کانال N عمدتاً به نوع حامل‌های بار، قطبیت ولتاژ گیت و موقعیت قرار گرفتن بار در مدار مربوط می‌شود. برخی از تفاوت‌های اصلی این دو نوع ماسفت عبارتند از:
حامل های بار : ماسفت‌های کانال P از حفره‌ها به عنوان حامل بار استفاده می‌کنند، در حالی که ماسفت‌های کانال N از الکترون‌ها استفاده می‌کنند. الکترون‌ها تحرک بالاتری نسبت به حفره‌ها دارند، به همین دلیل می‌توانند سریعتر و راحت‌تر در طول کانال حرکت کنند.
ولتاژ گیت: ماسفت‌های کانال P برای روشن شدن به ولتاژ گیت سورس منفی ( VGS ) نیاز دارند، در حالی که ماسفت‌های کانال N برای روشن شدن به VGS مثبت نیاز دارند. مقدار VGS تعیین می‌کند که چه مقدار جریان می‌تواند از کانال عبور کند .
موقعیت بار : ماسفت‌های کانال P معمولاً به سمت مثبت بار ( VCC ) وصل می‌شوند، در حالی که ماسفت‌های کانال N معمولاً به سمت منفی بار (زمین) متصل می‌شوند. این موضوع بر نحوه کنترل MOSFET توسط یک سیگنال منطقی مانند میکروکنترلر تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، یک سیگنال منطقی با سطح ۱ (۵ ولت) یک ماسفت کانال N را روشن می‌کند، اما یک ماسفت کانال P را خاموش می‌کند.
خرید ماسفت از فروشگاه قطعات الکترونیک لیون الکترونیک
برای خرید انواع پاور ماسفت، خرید ماسفت اس ام دی (SMD) و خرید ترانزیستور ماسفت از فروشگاه اینترنتی قطعات الکترونیکی در تهران حتما به لیون الکترونیک سر بزنید.
منبع : لیون الکترونیک
