Mosfet là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng của mosfet

28/09/2022 09:58 UTC - Lượt xem: 3275

Mosfet là gì? Bạn đang tìm hiểu về mosfet để tìm hiểu chi tiết về thiết bị mosfet này? Nó có cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao? Dùng để làm cái gì? Tất cả những thông tin mà bạn đang thắc mắc sẽ được AME Group trả lời trong bài viết dưới đây. Cùng khám phá ngay nhé.

Mosfet

Mosfet là gì?

Để giúp bạn có thể hiểu rõ hơn thì chúng ta đi tìm hiểu về khái niệm cũng như ký hiệu của thiết bị này nhé.

Khái niệm mosfet là gì?

Mosfet là tên viết tắt của cụm từ Tiếng anh Metal Oxide Semiconductor Field Effect TransistorTransistor hiệu ứng trường và là một Transistor đặc biệt. Chúng có cấu tạo và hoạt động khác so với Transistor thông thường mà chúng ta đã biết. Nguyên tắc hoạt động của Mosfet dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện. Chúng là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn, rất thích hợp cho khuếch đại các nguồn tín hiệu yếu.

Mosfet có khả năng đóng nhanh với các dòng điện và điện áp khá lớn. Chính vì thế nó được sử dụng phổ biến trong các bộ dao động tạo ra từ trường. Do đóng cắt nhanh làm cho dòng điện biến thiên nên Mosfet thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều khiển điện áp cao.

Mosfet là gì

Ký hiệu của mosfet là gì?

Mosfet có chân tương đương với Transistor: Chân G sẽ tương đương với B. Chân D sẽ tương đương với chân C. Và chân S tương đương với E

Các loại mosfet hiện nay

Mosfet được sử dụng rất phổ biến trong cả các mạch kỹ thuật số và các mạch tương tự. Giống như FET thì Mosfet có hai lớp chính bao gồm:

  • N-MOSFET: chỉ hoạt động khi nguồn điện Gate là zero. Các electron bên trong vẫn sẽ tiến hành hoạt động như bình 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 những dòng điện và có điện áp rất lớn.  Chính vì vậy nó được sử dụng nhiều trong những bộ dao động tạo ra các từ trường. Do đóng cắt nhanh chóng khiến cho điện áp thay đổi nên Mosfet hay thấy trong những bộ nguồn xung hay mạch điều khiển điện áp cao.

Mosfet được dùng rộng rãi trong các mạch kỹ thuật số và các loại mạch cùng loại. Cũng như PET thì Mosfet có 2 lớp chính:

  • N-MOSFET: Điện áp với điều khiển mở Mosfet là Ugs >0. Điện áp với điều khiển đóng là Ugs <=0. Và dòng điện sẽ đi từ D xuống S.
  • P-MOSFET: Điện áp với điều khiển mở Mosfet là Ugs <0. Điện áp điều khiển khóa là Ugs~0. Dòng điện sẽ đi từ S cho đến D.

Đặc điểm của Mosfet là gì

Do bố trí cực cổng cách ly nên MOSFET còn được gọi là “transistor hiệu ứng trường cổng cách ly”. Trong tiếng anh có tên là Insulated Gate Field-effect Transistor. Viết tắt là IGFET, cái tên IGFET này sát nghĩa hơn so với các FET có thực thể điều khiển ở cực cổng không phải là kim loại. Mà chúng thường là những kết cấu tích lũy điện tích khác. Ví dụ như dung dịch điện phân trong các FET cảm biến sinh học (Bio-FET), FET cảm biến khí (GAS FET), FET cảm biến enzym (ENFET)…

Chất bán dẫn thông thường hay được sử dụng sẽ là silic. Nhưng có một số hãng vẫn sản xuất các vi mạch bán dẫn từ hỗn hợp của silic và germani. Ngoài 2 chất bán dẫn này thì còn có một số loại khác đó là arsenua. Chất này có đặc tính điện tốt nhưng lại không thể tạo ra được oxide phù hợp. Vì vậy mà không thể dùng 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.

Cấu tạo của Mosfet là gì

Dựa vào hình ta có thể thấy được cấu tạo của Mosfet, trong đó:

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

Mosfet kênh N có hai miếng bán dẫn là loại P đặt ở trên nền bán dẫn. Ở giữa hai lớp P-N sẽ được trang bị 1 lớp cách điện là SiO2. Và 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. Sau đó tất cả sẽ được đấu ra thành cực G.

Mosfet có điện trở ở giữa cực G với cực S và ở giữa cực G với cực D là vô cùng lớn. Còn đối với điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc nhiều vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S (UGS).

Khi điện áp UGS = 0 thì có nghĩa là điện trở RDS đang ở mức rất lớn. Còn khi điện áp UGS > 0 thì do hiệu ứng từ trường nên sẽ làm cho điện trở RDS giảm đi. Điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS sẽ càng trở nên nhỏ đi.

Nguyên lý hoạt động của Mosfet là gì?

Thiết bị này hoạt động ở 2 chế độ là đóng và mở. Do là một phần tử của các hạt mang điện nên Mosfet có thể thực hiện đóng cắt với một tần số rất cao. Tuy nhiên để có thể đạt được hiệu quả đóng cắt thì vấn đề điều khiển lại là vấn đề vô cùng quan trọng.

Mạch điện tương đương của Mosfet có thể cho ta thấy được cơ chế đóng cắt của chúng phụ thuộc vào các tụ điện ký sinh trên nó.

  • Đối với kênh P : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs0. 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. Dòng điện sẽ đi từ D xuống S.

Do đảm bảo thời gian đóng cắt là ngắn nhất: Mosfet kênh N điện áp khóa là Ugs = 0 V còn kênh P thì Ugs=~0.

Nguyên lý hoạt động của Mosfet

Ưu nhược điểm của mosfet

Mỗi thiết bị đều có ưu và nhược điểm cho riêng mình và thiết bị Mosfet này cũng vậy. Để bạn có những thông tin chi tiết nhất về thiết bị này chúng tôi sẽ cung cấp đến bạn:

Ưu điểm

  • 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 với mức 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 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. 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.

Nhược điểm

  • Lớp oxit mỏng làm cho các MOSFET dễ bị hỏng bởi các điện tích tĩnh điện dẫn đến tuổi thọ thấp, không được lâu bền.
  • Điện áp quá tải làm cho thiết bị này 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 được Mosfet còn tốt hay không thì bạn tiến hành đo trở kháng giữa G với S và G với D có điện trở bằng vô cùng (kim sẽ không lên ở cả 2 chiều đo) và sau khi G đã được thoát điện thì trở kháng giữa D và S cũng phải là vô cùng.

 Cách đo Mosfet ở ngoài mạch

  • Bước 1 : Chuẩn bị để thang x1KW

Cách đo và kiểm tra Mosfet sống hay chết

  • Bước 2 : Nạp cho G một lượng điện tích ( để que đen vào đầu G và que đỏ vào đầu S hoặc D)

Cách đo và kiểm tra Mosfet sống hay chết

  • Bước 3 : Sau khi nạp cho G một điện tích bạn sẽ tiến hành đo giữa D và S ( que đen vào đầu D que đỏ vào đầu S ). Lúc này  kim sẽ lên.

Cách đo và kiểm tra Mosfet sống hay chết

  • Bước 4 : Chập đầu G vào đầu D hoặc đầu G vào đầu S để thoát điện chân G.

Cách đo và kiểm tra Mosfet sống hay chết

  • Bước 5 : Sau khi đã thoát điện chân G đo lại DS như bước 3 kim không lên.

Cách đo và kiểm tra Mosfet sống hay chết

Kết quả kiểm tra MOSFET như vậy là Mosfet tốt. Còn xem có bị chập hay không thì bạn có thể đo như sau:

  • Bước 1 : Để đồng hồ thang x 1KW

Cách đo và kiểm tra Mosfet sống hay chết

  • Bước 2 : Đo giữa G và S hoặc giữa G và D nếu kim lên = 0 W là chập.

Cách đo và kiểm tra Mosfet sống hay chết

  • Bước 3 : Đo giữa D và S mà cả hai chiều đo kim lên = 0 W là chập  D S

Cách đo và kiểm tra Mosfet sống hay chết

Cách đo kiểm tra Mosfet trong mạch

Khi kiểm tra Mosfet trong mạch, bạn chỉ cần để thang ở mức x1W  và tiến hành đo giữa 2 đầu D và S

  • Nếu 1 chiều kim lên đảo chiều đo kim không lên => là Mosfet bình thường
  • Nếu cả hai chiều kim lên đều = 0 W là Mosfet bị chập DS.

Vùng hoạt động của Mosfet

Một MOSFET sẽ có 3 vùng hoạt động. Vậy đó là những vùng nào? Cùng tìm hiểu kỹ hơn về 3 vùng này thông qua các thông tin được cung cấp dưới đây:

Vùng giới hạn

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

Vùng Ohmic

Đây là vùng mà khi dòng điện IDS tăng lên khi  giá trị VDS tăng lên. Thiết bị MOSFET được tạo ra để sử dụng trong môi trường như thế này thì thường được sử dụng làm bộ khuếch đại.

Vùng bão hòa

Trong vùng bão hòa các MOSFET có IDS  không đổi mặc dù VDS  tăng và khi xảy ra khi VDS vượt quá giá trị điện ngắt VP Trong điều kiện như thế này thì thiết bị sẽ hoạt động như một chiếc công tắc đóng. Qua đó giá trị bão hòa của IDS chảy qua. Do đó, vùng hoạt động này được chọn bất cứ khi nào MOSFET được yêu cầu để thực hiện các hoạt động chuyển mạch.

Ứng dụng của mosfet là gì?

Hiện nay mosfet được ứng dụng ngày càng phổ biến.

Ứng dụng của mosfet là gì

Trong sản xuất điện tử

  • Do Mosfet có khả năng đóng nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên chúng được sử dụng nhiều ở trong các bộ dao động tạo ra từ trường.
  • Dùng để điều chỉnh động cơ DC hay trong các thiết kế mạch chopper.
  • Được sử dụng làm công tắc điện tử, mạch tích hợp để sản xuất ra các mạch chuyển đổi nguồn, bộ khuếch đại.

Trong đời sống

Trong đời sống thiết bị này cũng được ứng dụng khá nhiều khi được sử dụng để:

  • 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; thông qua các xung đồng hồ tương ứng
  • Các ứng dụng được điều khiển bằng sóng vô tuyến như tàu thuyền; máy bay trực thăng và máy bay không người lái.
  • Mô-men xoắn động cơ và kiểm soát tốc độ.
  • Môi trường điều khiển công nghiệp và người máy.

Như vậy vừa rồi AME Group đã cung cấp đến cho bạn toàn bộ những thông tin về Mosfet là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng trong đời sống. Hy vọng với những gì mà chúng tôi cung cấp có thế giúp ích cho bạn trong quá trình tìm hiểu. Cảm ơn bạn đã đọc bài viết và hẹn gặp lại trong các bài chia sẻ thông tin hữu ích tiếp theo.

 




Bài xem nhiều