ترانزستورات MOSFET

ترانزستورات MOSFET

إن ترانزستورات MOSFET واسعة الانتشار جدا وكثيرة الاستخدام وهي نوعا ما تشبه ترانزستورات JFETs , فعندما يطبق جهد صغير علي بوابة هذه الترانزستورات بتغير التيار الذي يمر فيها , ولكن ترانزستورات MOSFET لها ممانعة دخل عالية جدا جدا في طرف البوابة , إذ تريد هذه الممانعة عن (10¹⁴Ω) , أما في ترانزستورات JFET فتبلغ مقاومة طرف البوابة تقريبا ((10⁹Ω, وهذا يعني أن الترانزستورات MOSFET لا تستهلك تيارات في طرف البوابة . ويعود سبب إرتفاع ممانعة (مقاومة) دخل طرف البوابة لترانزستورات MOSFET إلي هذه القيم إلي استخدام عازل مكون من أوكسيد معدن (Metal Oxide) فوق منطقة البوابة وهناك ثمن لمقاومة الدخل العالية هذه وهو سعة صغيرة جدا بين البوابة والقتال (very small gate to channel capacitance) بضعة pF , فإن الشحنة المتراكمة يمكن أن تعبر البوابة وتؤدي إلي تخريب الترانزستور الحقلي (بعض الترانزستورات الحقلية من نوع MOSFET مصممة لتكون محمية من هذا التأثير , ولكن ليس كل الأنواع ) .

النوعان الأساسيان لترانزستورات MOSFET هما :

· ترانزستورات MOSFET من النوع المعزز (enhancement type) .

· ترانزستورات Mosfet من النوع المقلل (depletion-type MOSFETs)

أنظر الشكل . تكون ترانزستورات MOSFET من النمط المقلل أو نمط النضوب عادة في الوضع الطبيعي في حالة (on) , أي يمر تيار أعظمي من المصرف إلي المنبع وذلك عندما لا يكون هناك فرق جهد البوابة والمنبع , أي عندما يكون (V_GS = V_G – V_S = 0), أما عند تطبيق جهد معين علي طرف البوابة , فإن الترانزستور يصبح أكثر مقاومة للتيار , وهذا السلوك يشبه سلوك ترانزستورات JFET . أما ترانزستورات MOSFET من النمط المعزز فتكون في الوضع الطبيعي في حالة (off) ويمر تيار أصغري من المصرف إلي المنبع عندما يكون (V_GS = 0) , أما عندما يطبق جهد علي البوابة فإن الترانزستور يصبح أقل مقاومة للتيار . يتوفر نوعا الترانزستور MOSFET المعزز والمقلل بقنال (n) وقنال (p) .

في ترانزستور MOSFET قنال (n) من النوع المقلل يؤدي تطبيق جهد سالب علي البوابة (V_G < V_S) إلي زيادة مقاومة القنال , أما في ترانزستور قنال p من نفس النوع فإن مقاومة القنال تزداد إذا كان (V_G > V_s) أي كان جهد البوابة موجبا بالنسبة للمنبع .

إذا كان جهد البوابة موجبا بالنسبة لجهد المنبع VG > Vs في ترانزستور قنال (n) من النوع المعزز , فإن مقاومة قنال المصرف – منبع تنخفض .

في ترانزستور قنال (p) من النوع المعزز , إذا كان جهد البوابة سالبا بالنسبة للمنبع (VG < VS) فإن مقاومة قنال المصرف – منبع تنخفض .

إن ترانزستورات MOSFET هي أكثر أنواع الترانزستورات استخداما هذه الأيام وذلك للأسباب التالية :

· استهلاكها المنخفض جدا للتيار في طرف الدخل .

· سهولة تصنيعها

· صغر حجمها

· استهلاكها المنخفض للطاقة

وتستخدم ترانزستورات MOSFET كمضخمات ذات مقاومات دخل فوق العالية (ultra high) , وكمقاومات متحكم بها جهديا , وفي دارات المفاتيح , كما توجد في الدارات المتكاملة ذات درجة التكامل العالية (large-scale integrated lCs) .

لترانزستورات MOSFET مقاومة تبادلية صغيرة مع الترانزستورات ثنائية القطبية , ولذلك يكون ربح مضخمات MOSFET منخفضا ولهذا السب نادرا ما تستخدم ترانزستورات MOSFET في دارات بسيطة , إلا إذا كان المضخم المطلوب يجب أن يحقق ممانعة دخل فوق عالية (ultra high impedance) .

الشكل : رموز ترانزستورات MOSFET

كيف تعمل ترانزستورات MOSFET

في ترانزستورات MOSFET من النوع المعزز أو المقلل يستخدم حقل كهربائي (electrical field) للتحكم بتدفق حوامل الشحنات عبر قنال العنصر بين المصرف والمنبع وهذا الحقل يتولد عن جهد البوابة . في ترانزستورات النوع المقلل تكون القنال ناقلة بسبب وجود حوامل شحنات فيها وحوامل الشحنات هي إلكترونات في القنال (n) وثقوب في القنال (p) . عند تطبيق جهد بوابة سالب في ترانزستور قناله (n) فإن هذا الجهد يؤدي إلي تضييق القنال مما يؤدي إلي إنخفاض تدفق الإلكترونات عبر القنال , أنظر الشكل و بالطبع فإن قنالاتها تكون مقاومة في الوضع الطبيعي لمرور التيارات بسبب قلية حوامل الشحنات القابلة للحركة الموجودة فيها . عند تطبيق جهد موجب علي بوابة ترانزستور قنال (n) , (VG > VS) , فإن إلكترونات المناطق ذات النوع (p) سوف تجذب إلي القنال ولذلك تزداد ناقلية القنال ويبدأ التيار بالمرور , أنظر الشكل , أما في ترانزستور MOSFET قنال (p) من النوع المعزز فيطبق جهد سالب علي البوابة بالنسبة للمنبع مما يؤدي إلي جذب الثقوب إلي منطقة القنال (من المناطق n) فتزداد ناقلية القنال , أنظر الشكل .

الشكل : أشكال توضيحية لشرح مبدأ عمل ترانزستورات MOSFET