تطبيقات أساسية علي الترانزستورات MOSFET

تطبيقات أساسية

تبين الدارات المعطاة في الشكل كيفية استخدام ترانزستورات MOSFET للتحكم بمرور التيار عبر مصابيح ضوئية تختلف درجة التحكم بالإضاءة حسب الترانزستور الذي تستخدمه .

الشكل دارات تحكم بالإضاءة

تعاريف نظرية

يمكن اعتبار ترانزستورات MOSFET من النوع المقلل عند معها مثل ترانزستورات JFET مع ملاحظة أن مقاومات دخلها أعلي , وتلخص التعاريف والأشكال التالية كافة الأمور النظرية التي يجب أن تعرفها عن هذه الترانزستورات .

ترانزستورات MOSFET نوع مقلل قنال n

يبين الشكل ؤرمز هذا النوع من الترانزستورات ومميزة الفولت أمبير لخرجه , أي علاقة تيار المصرف (I_D) بالجهد (V_DS) عند قيم مختلفة للجهد (V_GS) .

تعاريف MOSFET نوع مقل قنال p

في الشكل القسم السفلي يعطي رمز هذا النوع من الترانزستور وتعطي كذلك مميزات خرج هذه الترانزستورات I_D) ) كتابع لــ (V_D) عند قيم مختلفة لــ (V_GS) .

الشكل : رموز خرج ترانزستور MOSFET نوع مقلل .

تعاريف أساسية

المنطقة الأومية (ohmic region) : في هذه المنطقة يعمل الترانزستور MOSFET كمقاومة .

المنطقة الفعالة (active region) : وفي هذه المنطقة يتعلق تيار المصرف بجهد البوابة أما تأثير الجهد V_DS علي التيار (عند قيمة محدد لـــ V_GS ) فيكون طفيفا جدا .

جهد القطع (cutoff voltage (V_GS,off) : يرمز لهذتا الجهد أيضا بالرمز (V_P) ويسمي جهد الانقباض (pinch-off voltage)وهو الجهد الذي إذا طبق بين البوابة والمنبع فإنه يؤدي إلي نقل الترانزستور إلي القطع .

جهد الإنهيار (Breakdown voltage (BV_DS): وهو جهد بين المصرف والمنبع , إذا تم تجاوزه فإن التيار بين المصرف والمنبع يزداد بشكل انهياري كبير جدا , يؤدي إلي تخريب الترانزستور .

تيار المصرف عند استقطاب صفري (Drain current for zero Bias) : يرمز لهذا التيار بالرمز IDSS , وهو التيار الذي يمر في الترانزستور بين المصرف والمنبع عندما يكون VCS مساويا الصفر .

الناقلية التبادلية transconductance (g_m) : وهي نسبة تغيرات المصرف إلي تغيرات الجهد (V_GS) عند قيمة ثابتة للجهد V_DS , وهي تشابه الناقلية التبادلية  1/R_tr  في الترانزستور ثنائي القطبية .

علاقات وقوانين مفيدة لترانزستور MOSFET من النوع المقلل

علاقة تيار المصرف في منطقة المقاومة الأومية :

علاقة تيار المصرف في المنطقة الفعالة :

مقاومة المصرف – منبع :

مقاومة حالة on بين المصرف والمنبع :

الجهد بين المنبع والمصرف :

الناقلية التبادلية :

الناقلية التبادلية عندما تكون البوابة موصولة مع المنبع :

في ترانزستور قنال (n) تكون (V_GS,off) سالبة , وفي ترانزستور قنال (p) تكون (V_GS,off) موجبة .

(V_GS,off) و IDSS هي عبارة عن معليم (معطيات ) , ويمكن الحصول علي قيمتها لترانزستور معين من جدول مواصفات العنصر . وفيما يلي بعض القيم النموذجية لبارامترات ترانزستور JFET :

IDSS : يتراوح بين 1mA و 1A .

VGS,off : تتراوح بين (-0.5V) و (-10V) لترانزستور قنال n , وبين (+0.5V) و (+ 10V) لترانزستور قنال p .

RDS,on : من 10Ω إلي 1000Ω.

BVDS : من 6 إلي 50 فولت .

أما _gm عند (1mA) فتتراوح قيمتها بين (500) و 3000µmho .

معلومات فنية وعلاقات لترانزستورات MOSFET من النوع المعزز

يجب تعلم بعض المفاهيم والقوانين لمعرفة سلوك ترانزستور MOSFET من النوع المعزز , وفيما يلي أهم التعاريف والعلاقات مع رومز هذه الترانزستورات ومميزات خرجها ( أنظر الشكل ) .

المنطقة الأومية : وهي منطقة يعمل فيها الترانزستور كمقاومة .

المنطقة الفعالية : وهي منطقة يتعلق فيها التيار (I_D) بالجهد V_GS وعند قيمة ثابتة لـــ V_GS يكون تأثير (V_GS)علي التيار (I_D) طفيفا جدا .

جهد العتبة Threshold voltage (V_GS,th) : وهو الجهد بين البوابة والمنبع الذي يبدأ عنده الترانزستور بنقل التيار .

جهد الانهيارBreakdown voltage (BV_DS) : هو جهد إذا طبق بين المنبع والمصرف فإن التيار المصرف يزداد كثيرا إلي درجة تؤدي إلي تخريب الترانزستور .

تيار المصرف الموافق لجهد استقطاب معين (I_D,on) هو التيار الذي يمر يبن المصرف والمنبع عند قيمة معينة للجهد V_GS . تعطي في نشرات المعطيات قيمة V_GS وقيمة I_D الموافقة لها .

الناقلية التبادلية (gm) : هي نسبة تغيرات تيار المصرف إلي تغيرات (V_GS) عند قيمة ثابتة لــــ V_DS . وهي تشابه الناقلية التبادلية (1/R_tr) للترانزستورات ثنائية القطبية .

الشكل : رموز ومميزات خرج ترانزستورات MOSFETs نوع معزز .

علاقة (معادلة )تيار المصرف في المنطقة الأومية :

علاقة تيار المصرف في المنطقة الفعالة :

بارامتر التركيب (construction parameter) :

الناقلية التبادلية :

مقاومة قنال المنبع –مصرف :

تتناسب قيمة البارامتر k (بارامتر التركيب ) مع نسبة (العرض /الطول) لقنال الترانزستور وتتعلق بالحرارة وتحسب من المعادلة المعطاة أعلاة .

V_GS,th موجب لترانزستور قنال (n) , وسالب لترانزستور قنال (p) . فيما يلي بعض القيم النموذجية لبارامترات الترانزستورات .

_IDS,on : من 1mA إلي1A

R_DS,on : من 1Ω إلي10kΩ

V_GS,off : من 0.5 إلي 10v

BV_DS(off) : من 6 إلي 50v

BV_GS,off : من 6 إلي 50v

تعتبر V_GS,th , I_D,on و g_m معطيات عند قيمة لـــ I_D ويمكن معرفة قيمها من جدول مواصفات العنصر R_DS1 هي مقاومة معطاة عند قيمة معرفة (V_G1) , أما R_DS2 فهي المقاومة التي تحسب عند قيمة أخري (V_G2) .