Mosfet: Nguyên lý hoạt động và ứng dụng trong đời sống

Mosfet là gì?

Để giúp bạn hiểu rõ hơn về Mosfet, chúng ta sẽ tìm hiểu về khái niệm và ký hiệu của thiết bị này.

Bạn đang xem: Mosfet: Nguyên lý hoạt động và ứng dụng trong đời sống

Khái niệm Mosfet là gì?

Mosfet là tên viết tắt của cụm từ Tiếng Anh “Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”, tức là “Transistor hiệu ứng trường bằng bán dẫn oxit kim loại”. Đây là loại Transistor đặc biệt, có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường. Nguyên tắc hoạt động của Mosfet dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện. Mosfet có trở kháng đầu vào lớn, rất thích hợp cho việc khuếch đại các nguồn tín hiệu yếu.

Mosfet có khả năng đóng mở nhanh với các dòng điện và điện áp lớn. Do đó, nó được sử dụng phổ biến trong các bộ dao động tạo ra từ trường và trong các mạch điều khiển điện áp cao.

Ký hiệu của Mosfet là gì?

Mosfet có các chân tương đương với Transistor: Chân G tương đương với chân B, chân D tương đương với chân C, và chân S tương đương với chân E.

Các loại Mosfet hiện nay

Mosfet được sử dụng phổ biến trong cả các mạch kỹ thuật số và các mạch tương tự. Có hai loại chính của Mosfet:

• N-MOSFET: chỉ hoạt động khi nguồn điện Gate là zero. Các electron bên trong vẫn tiến hành hoạt động như thông thường cho đến khi bị ảnh hưởng bởi nguồn điện Input.
• P-MOSFET: các electron sẽ bị cut-off cho đến khi bạn gia tăng nguồn điện thế vào ngõ Gate.

Đặc điểm của Mosfet là gì?

Mosfet có khả năng phản ứng nhanh với dòng điện và có điện áp rất lớn, vì vậy nó được sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường và trong mạch điều khiển điện áp cao.

Mosfet được sử dụng rộng rãi trong các mạch kỹ thuật số và các loại mạch tương tự. N-MOSFET có điện áp điều khiển mở là Ugs > 0 và điện áp điều khiển đóng là Ugs <= 0, trong khi P-MOSFET có điện áp điều khiển mở là Ugs < 0 và điện áp điều khiển khóa là Ugs ~ 0.

Do bố trí cực cổng cách ly, MOSFET còn được gọi là “transistor hiệu ứng trường cổng cách ly” (Insulated Gate Field-effect Transistor). Chất bán dẫn thông thường được sử dụng là silic, nhưng cũng có một số loại khác như arsenua. Tuy nhiên, arsenua không thể tạo ra được oxide phù hợp, nên không thể sử dụng để tạo ra các transistor Mosfet.

Cấu tạo của Mosfet là gì?

Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện áp với những dòng điện có điều khiển cực nhỏ.

Dựa vào hình ảnh, chúng ta có thể thấy cấu tạo của Mosfet, gồm:

• G (Gate) là cực cổng.
• S (Source) là cực nguồn.
• D (Drain) là cực máng.

Mosfet kênh N có hai miếng bán dẫn loại P đặt ở trên nền bán dẫn. Ở giữa hai lớp P-N có lớp cách điện là SiO2. Miếng bán dẫn P được nối ra thành cực giữa D và S, còn nền bán dẫn N được nối với một lớp màng mỏng nằm ở trên. Tất cả được đấu ra thành cực G.

Mosfet có điện trở rất lớn giữa cực G và cực S, và giữa cực G và cực D. Điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S (UGS). Khi UGS = 0, điện trở RDS là rất lớn. Khi UGS > 0, hiệu ứng từ trường làm giảm điện trở RDS. Điện áp UGS càng lớn, điện trở RDS càng nhỏ.

Nguyên lý hoạt động của Mosfet là gì?

Mosfet hoạt động ở hai chế độ là đóng và mở. Do là một phần tử của các hạt mang điện, Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao. Tuy nhiên, vấn đề điều khiển là rất quan trọng để đạt được hiệu quả đóng cắt.

Mạch điện tương đương của Mosfet cho thấy cơ chế đóng cắt của nó phụ thuộc vào các tụ điện ký sinh trên nó. Đối với kênh P, điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs0 và dòng điện sẽ đi từ S đến D. Đối với kênh N, điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs > 0, điện áp điều khiển đóng là Ugs <= 0, và dòng điện sẽ đi từ D xuống S.

Ưu nhược điểm của Mosfet

Xem thêm : Máy biến áp: công dụng và nguyên lý hoạt động

Mỗi thiết bị đều có ưu và nhược điểm riêng, và Mosfet cũng vậy. Dưới đây là những thông tin chi tiết về ưu và nhược điểm của Mosfet:

Ưu điểm

• MOSFET cung cấp hiệu quả cao hơn 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 với mức công suất thấp hơn và không có dòng điện.
• Có trở kháng đầu vào cao hơn nhiều so với JFET.
• Chế tạo và sản xuất MOSFET đơn giản và 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, cho phép hoạt động với điện áp cổng dương hoặc âm.
• Tiêu thụ điện năng thấp, cho phép nhiều thành phần hơn trên diện tích bề mặt chip.

Nhược điểm

• Lớp oxit mỏng làm cho MOSFET dễ bị hỏng bởi các điện tích tĩnh điện dẫn, làm giảm tuổi thọ.
• Điện áp quá tải làm cho thiết bị hoạt động không ổn định.
• Không hoạt động tốt trong môi trường có tần số vô tuyến tín hiệu thấp.

Cách đo và kiểm tra Mosfet sống hay chết

Để nhận biết Mosfet còn tốt hay không, bạn có thể thực hiện đo trở kháng giữa G và S, và G và D. Nếu đa điện trở bằng vô cùng (kim không lên ở cả 2 chiều đo) và sau khi G đã được thoát điện, trở kháng giữa D và S cũng phải là vô cùng, tức là Mosfet hoạt động tốt.

Ngoài ra, nếu bạn muốn kiểm tra xem Mosfet có bị chập hay không, bạn có thể đo như sau:

• Đặt đồng hồ thang x1KW.
• Đo giữa G và S hoặc giữa G và D. Nếu kim lên ở một chiều đo và đảo chiều đo kim không lên, đó là dấu hiệu của Mosfet bình thường.
• Đo giữa D và S. Nếu kim lên ở cả hai chiều đo là 0W, đó là dấu hiệu của Mosfet bị chập D-S.

Vùng hoạt động của Mosfet

Một Mosfet có 3 vùng hoạt động. Đó là:

Vùng giới hạn

Đây là vùng không có dẫn và Mosfet sẽ tắt, không hoạt động. Khi ở trong vùng này, thiết bị hoạt động giống như một công tắc mở.

Vùng Ohmic

Đây là vùng mà khi dòng điện IDS tăng, giá trị VDS cũng tăng. Mosfet được sử dụng trong môi trường như vùng này thường được sử dụng làm bộ khuếch đại.

Vùng bão hòa

Trong vùng này, Mosfet có IDS không đổi mặc dù VDS tăng. Khi VDS vượt qua giá trị điện ngắt VP, thiết bị sẽ hoạt động như một chiếc công tắc đóng, với giá trị bão hòa của IDS chảy qua. Vùng hoạt động này được chọn khi cần thực hiện các hoạt động chuyển mạch.

Ứng dụng của Mosfet

Mosfet được ứng dụng ngày càng phổ biến trong nhiều lĩnh vực:

Trong sản xuất điện tử

• Sử dụng trong các bộ dao động tạo ra từ trường do khả năng đóng mở nhanh với dòng điện và điện áp lớn.
• Điều chỉnh động cơ DC hoặc trong các thiết kế mạch chopper.
• Làm công tắc điện tử, mạch tích hợp để sản xuất các mạch chuyển đổi nguồn, bộ khuếch đại.

Trong đời sống

• Điều khiển cường độ ánh sáng đường phố tự động.
• Ghép nối với bộ vi điều khiển để xây dựng hệ thống điều khiển đèn tự động.
• Sử dụng trong các ứng dụng điều khiển sóng vô tuyến như tàu thuyền, máy bay trực thăng, máy bay không người lái.
• Kiểm soát mô-men xoắn động cơ và tốc độ.
• Sử dụng trong môi trường điều khiển công nghiệp và người máy.

Hy vọng thông tin về Mosfet mà chúng tôi cung cấp đã giúp bạn hiểu rõ hơn về thiết bị này. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, hãy để lại cho chúng tôi. Cảm ơn bạn đã đọc bài viết và hẹn gặp lại trong những chia sẻ thông tin hữu ích tiếp theo.

Nguồn: https://cite.edu.vn
Danh mục: Học tập