مقدمه ای کوتاه بر ماسفت ها و کاربرد آنها

مقدمه

ما در دوره الکترونیک به زبان ساده ، تقریباً به معرفی تمامی قطعات الکترونیکی پرداختیم. از خازن و مقاومت گرفته تا دیود و ترانزیستور.

ترانزیستورهای BJT را به صورت کامل معرفی کردیم و اکنون قصد داریم که در یک جلسه به صورت خلاصه و کاربردی به معرفی ترانزیستورهای MOSFET که نوعی خاص و پرکاربرد از ترانزیستورهای FET می‌باشند ، می پردازیم.

پیشنهاد می‌شود برای درک این جلسه ، چند جلسه زیر در مورد ترانزیستورهای BJT را مطالعه کنید‌:

• جلسه اول – مقدمه و معرفی
• جلسه دوم – بررسی ساختار و نحوه کار ترانزیستور
• جلسه سوم – بررسی حالت های کاری ترانزیستور
• جلسه چهارم – ترانزیستور در نقش یک کلید
• جلسه پنجم – ترانزیستور در نقش یک تقویت کننده

معرفی انواع خانواده های ترانزیستور و مقایسه آنها با BJT

به صورت کلی اگر بخواهیم یک نمودار از کل خانواده‌های ترانزیستورهای FET بکشیم ، در این صورت خواهیم داشت :‌ (البته این شکل کامل کامل هم نمی باشد ولی دید خوبی به ما می دهد)

[post_shop]

ما در این جلسه قصد داریم به نوع خاصی از ترانزیستورهای FET به نام MOSFET بپردازیم. از نوع MOSFET نیز نوع ENHANSMENT کانال N را برمیگزینیم.

یکی از مزایای مهم ماسفت ها این است که میتوانند در جریان های بالا کار کنند ، در حالی که ترانزیستورهای BJT بیشتر اوقات با جریان های کمتر از ۱ آمپر میتوانند کار کنند.

آشنایی و نحوه کار یک ترانزیستور ENHANCMENT

مشابه ترانزیستورهای BJT ، ماسفت ها نیز از ۳ پایه تشکیل شده اند. این سه پایه با نام های Gate و Source و Drain مشخص می شوند. در زیر نمونه از یک از Mosfet همراه با شماتیک آن آورده شده است :‌

حال بیایید کمی دقیق‌تر در مورد نحوه عملکرد این ترانزیستور بحث کنیم. ابتدا شکل زیر را در نظر بگیرید:‌

همانطور که مشاهده میکنید پایه به یک ولتاژ ۵ ولت متصل شده است و پایه Source نیز به زمین متصل گشته است.

در این حالت به علت اختلاف ولتاژ بین Gate و Source جریان از درین به سمت سورس جاری می‌شود و ترانزیستور مثل یک کلید بسته عمل می کند.

حال اگر ولتاژ بین سورس و گیت کاهش پیدا کنند به مرور این جریان کم و کمتر می‌شود و ترانزیستور مشابه با یک کلید باز عمل میکند.

در‌واقع میتوان این‌طور گفت که بین درین و سورس یک مقاومت متغیر وجود دارد که این مقاومت را میتوان به وسیله ولتاژ بین گیت و سورس کنترل کرد.

مقاومت بین درین و سورس را با RDS نشان می‌دهند و مقدار آن را میتوان در دیتاشیت های ماسفت پیدا کرد. به عنوان مثال ترانزیستور FQP30N06L را در نظر بگیرید. با نگاهی به دیتاشیت این ماسفت میتوانیم RDS آن را بدست آوریم. شکل زیر را ببینید‌:

همانطور که مشاهده میکند هنگامی که اختلاف ولتاژ گیت و سورس ۵ ولت باشد ، این مقاومت ۳۵ میلی اهم است و وقتی این اختلاف ولتاژ ۱۰ ولت باشد ، این مقاومت ۲۷ میلی اهم است.

نکته مهم :‌ حتماً باید توجه کنیم که ماسفت ما از نوع Logic Level می باشد. علت اینکه به آن‌ها Logic Level میگویند این است که اختلاف ولتاژ بین گیت و سورس حداکثر میتواند تا ۵ ولت باشد و این مناسب برای کارهایی است که در آن با میکروکنترلر و … سروکار داریم. توجه کنید که همه ماسفت ها در سطح Logic Level نمی باشند و حتماً باید در هنگام خرید به این موضوعات توجه کنید. نمونه از یک ماسفت Logic Level همان FQP30N06 می‌باشد که در بالا آن به آن پرداختیم.

استفاده از ماسفت در جریان های بالا

شاید مهمترین کاربرد ماسفت ها در جریان های بالا باشد و بسیار مهم است که بدانیم تا چه جریانی میتوانیم بدون استفاده از هت سینک از ترانزیستور خود استفاده کنیم. در این بخش محاسبات مربوط به توان مصرفی یک ترانزیستور را انجام میدهیم و بررسی میکنیم که چه هنگامی نیاز به استفاده از یک هت سینک می باشد.

همانطور که میدانیم توان مصرفی از رابطه زیر بدست می‌آید :

در رابطه بالا R همان RDS می‌باشد و جریان نیز همان جریان درین به سورس می باشد.

فرض کنید که یک موتور داریم که جریان مصرفی آن یک آمپر می‌باشد. در این صورت توان مصرفی ترانزیستور به صورت زیر بدست می آيد:

حال باید به دیتاشیت مراجعه کنیم و کمی محاسبات انجام دهیم ‌:

اولین چیزی که به آن نیاز داریم RjΘA می‌باشد که در مثال ما این پارامتر برابر با 62.5 می باشد. (به کمک دیتاشیت این ترانزیستور این مقدار را پیدا کنید و ببینید که آیا 62.5 می باشد یا خیر.)

پارامتر دیگری که به آن نیاز داریم Maximum Junction Temperature نیاز داریم. به کمک تصویر دیتاشیت که در زیر آورده شده است میبینیم که این پارامتر برابر با ۱۷۵ درجه سانتیر گراد می باشد.

[/post_shop]

حال به کمک فرمول زیر میتوانیم ماکزیمم توانی که یک ترانزیستور میتواند تحمل کند تا به آن آسیب نرسد را محاسبه کنیم :

مقدار بدست آمده برابر با ۲.۴ وات می‌باشد که این مقدار از مقدار ۳۵ میلی وات که در مرحله قبل آن را محاسبه کردیم بیشتر است و به همین دلیل نیازی به هت سینک نداریم.

حال به صورت خلاصه مرور میکنیم که چگونه میتوانیم از یک MOSFET به عنوان یک کلید استفاده کنیم :

در پایان میتوانید مثل همیشه ما را در تلگرام و یا اینستاگرام دنبال کنید: