Vật lý ✅ (ĐÃ XÁC MINH)

MOSFET Là Gì? Kiến Thức Bạn Cần Biết Về MOSFET Trong Mạch Điện – Antshome

Trong những bộ chuyển mạch, MOSFET là thiết bị quan trọng được vận dụng trong nhiều kiểu phong cách thiết kế mạch điện, từ mạch tinh chỉnh và điều khiển đơn thuần đến những bộ chỉnh lưu và biến tần phức tạp. MOSFET có năng lực giải quyết và xử lý dòng điện có điện áp cao, do đó chúng rất phổ cập trong những thiết bị công suất lớn. Trong bài viết này, Antshome sẽ san sẻ MOSFET là gì và những kiến thức và kỹ năng bạn cần biết để vận dụng chúng trong mạch điện .

MOSFET là gì ?

MOSFET, viết tắt của Metal Oxide Field Semiconductor Effect Transistor hay là transistor hiệu ứng trường, là một thiết bị bán dẫn có nguyên tắc hoạt động giải trí dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện được sử dụng thoáng rộng như một công tắc nguồn điện từ và khuếch đại tín hiệu điện tử .
Trong những năm gần đây, sự tăng trưởng của linh phụ kiện bán dẫn như MOSFET dẫn đến việc sử dụng hầu hết những linh phụ kiện này trong những mạch tích hợp kỹ thuật số, do cấu trúc tiêu biểu vượt trội của nó. Lớp Silicon Dioxide ( SiO2 ) hoạt động giải trí như một chất cách điện giữa cực cổng và cực máng. Hoạt động giữa nguồn và máng phân phối trở kháng nguồn vào cao gần như vô hạn do đó thu được tổng thể tín hiệu nguồn vào .

Tìm hiểu thêm: IGBT là gì? Mối liên hệ giữa IGBT và MOSFET

Kí hiệu của MOSFET là gì ?

MOSFET là linh phụ kiện có 4 bộ phận chính : Chân máng ( Drain ), chân nguồn ( Source ), chân cổng ( Gate ) và phần thân ( Body ). Phần thân được liên kết với chân nguồn nên nó hoạt động giải trí như một linh phụ kiện 3 chân như bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Trong hình dưới đây bộc lộ kí hiệu của MOSFET kênh N ( trái ) và MOSFET kênh P ( Phải ) .
Kí hiệu của mosfet là gì?

Cấu tạo của MOSFET là gì ?

Như đã đề cập ở trên, MOSFET có cấu trúc từ 4 bộ :

  • G: Cực cổng hay còn gọi là cực điều khiển. 
  • S: Cực nguồn. 
  • D: Cực máng. 
  • Phần thân.

Cấu tạo của mosfetCực cổng ( G ) được cách ly trọn vẹn khỏi lớp cách điện môi cực mỏng mảnh Silicon Dioxide ( SiO2 ). Cực máng ( D ) là cực đón những hạt mang điện. Điện trở giữa cực G và S và giữa cực G và cực D là vô cùng lớn. Điện trở giữa cực D và cực S nhờ vào vào điện áp chênh lệch ( UGS ). Khi đó, những trường hợp sau sẽ xảy ra :

  • Khi điện áp UGS = 0, điện trở RDS sẽ rất lớn. 
  • Khi điện áp UGS > 0, hiệu ứng từ trường sẽ làm cho điện trở RDS giảm. Khi điện áp UGS càng lớn thì điện áp RDS càng nhỏ. 

Nguyên lý thao tác của MOSFET là gì ?

MOSFET trấn áp điệp áp và dòng điện giữa cực nguồn và cực máng. Hoạt động của MOSFET nhờ vào vào tụ điện MOS, một mặt phẳng bán dẫn nằm bên dưới lớp Silicon Dioxide giữa cực nguồn và cực máng. Nó hoàn toàn có thể đảo ngược từ cực p sang cực n bằng cách đặt điện áp dương hay điện áp âm lên cực cổng. Hình ảnh bên dưới bộc lộ sơ đồ khối của MOSFET.
Nguyên lý làm việc của mosfetKhi mà nguồn điện áp VDC được nối giữa cực máng và cực nguồn, cực máng được áp điện áp dương và cực nguồn là điện áp âm. Lúc này, điểm nối PN ở cực máng được phân cực ngược và điểm nối PN ở cực nguồn được phân cực thuận. Ở quy trình tiến độ này, không có dòng điện này chạy qua giữa cực máng và cực nguồn .
Nếu tất cả chúng ta cung ứng điện áp dương ( VGS ) vào cực cổng, do lực hút tĩnh điện, những hạt electron ở P-Substrate sẽ mở màn tích tụ ở cực cổng và tạo thành cây cầu dẫn điện giữa hai vùng n +. Số lượng electron tích tụ sẽ nhờ vào vào mức độ mạnh yếu của điện áp. Điện áp được tính năng càng cao thì kênh nối n sẽ càng lớn và điều này dẫn tới tăng mức độ dẫn điện. Dòng điện ID sẽ mở màn chạy giữa cực nguồn và cực máng .
Khi không có nguồn điện đặt ở cực cổng, sẽ không có bất kể dòng điện nào chạy qua. Điện áp tối thiểu mà MOSFET khởi đầu dẫn được gọi là điện áp ngưỡng .

MOSFET kênh P

MOSFET kênh P là thiết bị 4 cực gồm có : cực cổng, cực máng, cực nguồn và phần thân. Cực máng và cực nguồn thuộc vùng P + và phần quen thuộc loại N. Chiều của dòng điện tỉ lệ thuận theo hướng của lỗ tích cực ( positively charged holes ) .
Khi tất cả chúng ta cho điện áp âm chạy qua cực cổng, những electron ở lớp oxit được đẩy xuống những nguyên tử nền. Vùng suy giảm được tạo thành từ những nguyên tử mang điện tích dương link với những nguyên tử có tạp chất cho ( donor atoms ). Ngoài ra, điện áp âm còn lôi cuốn những lỗ trống điện từ từ nguồn P + và cực máng .

MOSFET kênh N

MOSFET kênh N là thiết bị 4 cực gồm : cực cổng, cực máng, cực nguồn và phần thân. Cực máng và cực nguồn thuộc vùng N + và phần quen thuộc loại P.
Dòng điện chạy qua MOSFET loại này diễn ra do những electron mang điện tích âm. Khi tất cả chúng ta cho điện áp dương chạy qua cực cổng thì những lỗ trống điện từ ở bên dưới lớp oxit được đẩy xuống những nguyên tử nền. Vùng suy giảm được tạo thành từ những nguyên tử mang điện tích âm link với những nguyên tử có tạp chất nhận ( acceptor atoms ) .
Khi những electrons tiếp cận sẽ hình thành kênh dẫn ( channel ) sẽ được hình thành. Điện áp dương sẽ lôi cuốn những electrons từ vùng N + và cực máng đến kênh dẫn này. Lúc này, nếu vận dụng điện áp giữa cực máng và cực nguồn thì dòng điện sẽ được truyền đi một cách tự do, và điện áp nguồn sẽ trấn áp những electron trong kênh dẫn. Ngược lại, nếu vận dụng điện áp âm thì kênh dẫn chứa lỗ hổng điện từ được hình thành dưới lớp oxit .

Chế độ hoạt động giải trí của MOSFET

Hoạt động của MOSFET hoàn toàn có thể được chia thành 3 chính sách khác nhau :

  • Chế độ Cut-off – chế độ dưới ngưỡng giới hạn: Thiết bị luôn được đặt ở chế độ Tắt (OFF) và không có dòng điện chạy qua nó. Thiết bị sẽ hoạt động như là một công tắc cơ bản và chỉ sử dụng khi cần thiết. 
  • Chế độ bão hòa (Saturation): Ở chế độ này, cực máng sẽ đảm bảo điện áp được giữ ổn định, dù điện áp giữa cực máng và cực muốn tăng lên. Cơ chế này chỉ diễn ra khi điện áp chạy giữa cực máng và cực nguồn vượt quá định mức cho phép. Trong trường hợp này, thiết bị sẽ hoạt động như là một công tắc khép kín với dòng điện được bão hòa. 
  • Chế độ tuyến tính (Linear/Ohmic Region): Đây là chế độ mà dòng điện giữa cực máng đến cực nguồn tăng lên theo mức gia tăng của điện áp. MOSFET loại này thường thực hiện chức năng khuếch đại. 

Các thiết bị bán dẫn như MOSFET hay BJT về cơ bản hoạt động giải trí như một công tắc nguồn trong 2 trường hợp ở trạng thái Bật ( ON ) và trạng thái Tắt ( OFF ) :

  • Ở trạng thái Bật, chúng phải có giới hạn điện mức có thể chạy qua. 
  • Ở trạng thái Tắt, mức điện áp cản (Blocking voltage) không có một giới hạn nào. 
  • Khi thiết bị hoạt động ở trạng thái Bật, giá trị sụt áp về mức 0. 
  • Điện trở ở trạng thái Tắt phải là vô hạn. 
  • Chúng không có giới hạn nào về tốc độ hoạt động.

Hoạt động của MOSFET trong mạch điện

Ứng dụng thông dụng của MOSFET nằm ở công tắc nguồn điện. Hình ảnh bên dưới là bản vẽ của MOSFET hoạt động giải trí với công dụng Bật / Tắt. Khi Điện áp đầu vào ở cực cổng VGS giữa G và S dương, động cơ sẽ ở trạng thái Bật và ngược lại khi điện áp âm, động cơ sẽ ở trạng thái Tắt .
Hoạt động của mosfet trong mạch điệnTrường hợp tất cả chúng ta bật MOSFET bằng cách phân phối lượng điện áp cần cho cực cổng, nó sẽ luôn ở trạng thái bật trừ khi vận dụng lượng điện áp 0V. Để tránh yếu tố này xảy ra, tất cả chúng ta nên luôn sử dụng điện trở kéo xuống ( R1 ). Trong những ứng dụng để điều khiển và tinh chỉnh vận tốc động cơ hay làm mờ đèn, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể sử dụng tín hiệu PWN quy đổi nhanh. Trong trường hợp này, cực cổng của MOSFET sẽ tạo ra một dòng điện ngược chiều nhờ hiệu ứng điện dung ký sinh. Cách xử lý yếu tố này là tất cả chúng ta sử dụng tụ điện có số lượng giới hạn dòng .
Tải điện trên là loại tải điện trở nên mạch của chúng rất đơn thuần. Nếu vận dụng tải điện cảm hoặc tải điện dung, tất cả chúng ta nên sử dụng những thiết bị bảo vệ MOSFET không bị hư hỏng. Lý do là vì khi sử dụng tải điện dung mà không có điện tích thì sẽ dẫn đến sự cố ngắn mạch. Điều này sẽ làm dòng điện tăng cao và khi điện áp được ngắt khỏi tải điện sẽ có một lượng lớn điện áp ngược được tích tụ trong mạch .

Tìm hiểu thêm : Thế nào là công nghệ Inverter và vai trò của MOSFET trong công nghệ tiên tiến Inverter

Phân loại MOSFET

MOSFET được phân thành 2 loại dựa trên ứng dụng của chúng đó là MOSFET chính sách tăng cường ( Enhancement Mode MOSFET ) E-MOSFET và MOSFET chính sách suy giảm ( Depletion Mode MOSFET ) D-MOSFET .

MOSFET chính sách tăng cường ( Enhancement Mode MOSFET )

Khi không có dòng điện chạy qua cực cổng, thiết bị sẽ không hề hoạt động giải trí, nhưng một khi có điện áp tối đa, năng lực hoạt động giải trí của thiết bị được tăng cường đáng kể .

MOSFET chính sách suy giảm ( Depletion Mode MOSFET )

Khi không có điện áp chạy qua cực cổng, thiết bị hoàn toàn có thể hoạt động giải trí ở mức tối đa. Trong khi đó, điện áp qua cực cổng là dương hoặc âm thì năng lực hoạt động giải trí bị suy giảm .

Các MOSFET này được tiếp tục phân loại dựa loại chất liệu được sử dụng là kênh-n hay kênh-p:

  • Chế độ tăng cường kênh N (Tắt)
  • Chế độ tăng cường kênh P (Bật)
  • Chế độ suy giảm kênh N (Tắt)
  • Chế độ suy giảm kênh P (Bật)

ĐIểm độc lạ giữa MOSFET kênh N và MOSFET kênh P đó là ở kênh N, công tắc nguồn MOSFET sẽ luôn mở cho đến khi cực cổng được cung ứng điện áp. Lúc đó, công tắc nguồn sẽ được đóng lại. Ngược lại, công tắc nguồn MOSFET kênh P sẽ luôn đóng cho đến khi được phân phối điện .
Tương tự, điểm độc lạ giữa MOSFET chính sách tăng cường và chính sách suy giảm đó là điệp áp ở cực cổng MOSFET chính sách tăng cường luôn ở trạng thái dương, trong khi đó cực cổng MOSFET ở chính sách suy giảm hoàn toàn có thể âm hoặc dương .

Ưu điểm của MOSFET là gì ?

  • MOSFET cung cấp hiệu quả cao hơn trong khi hoạt động ở điện áp thấp hơn.
  • Sự vắng mặt của dòng điện cực gate dẫn đến trở kháng đầu vào cao tạo ra tốc độ chuyển mạch cao.
  • Hoạt động ở công suất thấp hơn và không có dòng điện.
  • Có trở kháng đầu vào cao hơn nhiều so với JFET.
  • Chế tạo, sản xuất MOSFET dễ dàng hơn JFET.
  • Tốc độ hoạt động cao hơn so với JFET.
  • Khả năng tùy biến kích thước rất cao.
  • MOSFET không có diode cổng. Điều này làm cho nó có thể hoạt động với điện áp cổng dương hoặc âm.
  • Nó có mức tiêu thụ điện năng thấp để cho phép nhiều thành phần hơn trên diện tích bề mặt chip.

Tìm hiểu thêm : Những tính năng ưu việt trên máy lạnh Inverter

Nhược điểm của MOSFET là gì ?

  • Lớp oxit mỏng làm cho các MOSFET dễ bị hỏng bởi các điện tích tĩnh điện.
  • Điện áp quá tải làm cho nó không ổn định.
  • Không hoạt động tốt trong tần số vô tuyến tín hiệu thấp

Ứng dụng của MOSFET là gì ?

  • Bộ khuếch đại MOSFET được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng vô tuyến với tần số rất cao.
  • Nó hoạt động như một yếu tố thụ động như điện trở, tụ điện và cuộn cảm.
  • Động cơ DC có thể được điều chỉnh bởi MOSFET công suất.
  • Tốc độ chuyển mạch cao của MOSFET làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng trong việc thiết kế mạch chopper.
  • Cảm biến MOS trên MOSFET, được sử dụng rộng rãi để đo các thông số vật lý, hóa học, sinh học và môi trường. Ví dụ, bóng bán dẫn hiệu ứng trường nhạy cảm với ion (ISFE), được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng y sinh.
  • Sò công suất MOSFET thường được sử dụng trong điện tử ô tô, IGBT. Đặc biệt là các thiết bị chuyển mạch trong các bộ điều khiển điện tử, và làm bộ chuyển đổi năng lượng trong xe điện hiện đại, các thiết bị chuyển đổi tín hiệu.
  • MOSFET được sử dụng rộng rãi trong điện tử tiêu dùng. Một trong những sản phẩm điện tử tiêu dùng có ảnh hưởng sớm nhất hoạt động bởi các mạch MOSFET LSI là máy tính bỏ túi điện tử.
  • Sự ra đời của MOSFET cho phép sử dụng các bóng bán dẫn MOSFET làm thành phần lưu trữ tế bào bộ nhớ, một chức năng trước đây được phục vụ bởi các lõi từ tính trong bộ nhớ máy tính.

Những câu hỏi thường gặp

Làm thế nào để lựa chọn MOSFET làm công tắc nguồn chuyển mạch ?

Sau đây là những điều kiện để bạn cần chú ý khi chọn MOSFET: 
– Sử dụng phân cực kênh P hoặc kênh N. 
– Giá trị điện áp tối đa. 
– Thông số Rds (ON). Đây là thông số đặc trưng của MOSFET thể hiện điện trở nội khi dẫn bão hòa. R càng nhỏ thì khả năng mang tải càng lớn và ngược lại. 
– Tần suất hoạt động của MOSFET.

Hiệu quả chuyển mạch của MOSFET là gì ?

Hạn chế của MOSFET khi hoạt động giải trí như một thiết bị chuyển mạch nằm ở dòng điện cực máng mà thiết bị hoàn toàn có thể thực thi được. Điều đó có nghĩa là thông số kỹ thuật Rds ở chính sách ON là thông số kỹ thuật quan trọng quyết định hành động năng lực chuyển mạch của MOSFET .

Kết

Antshome đã tổng kết những kỹ năng và kiến thức cơ bản về MOSFET. Hi vọng bài viết này sẽ giúp bản hiểu hơn về MOSFET và vai trò của chúng trong mạch điện, đặc biệt quan trọng là ở vị trí công tắc nguồn. Chúc bạn thành công xuất sắc !
Tài liệu tìm hiểu thêm : ECEE, Tempo Automation

Với đội ngũ sửa chữa điện nước, điện lạnh lành nghề chuyên nghiệp xuất thân từ các dự án thầu resort, khách sạn, Antshome sẽ hỗ trợ bất kỳ vấn đề kĩ thuật nào của bạn. Hãy liên hệ chúng tôi ngay để được tư vấn sửa chữa tận tâm, nhanh chóng!

GỌI THỢ NGAY

ĐẶT LỊCH HẸN

5/5 – ( 1 bầu chọn )

VIETLIKE.VN

CEO: Công ty TNHH Công Nghệ Truyền Thông Ez Media.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button