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

28/09/2022 09:58 +07 - Lượt xem: 370623

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 Transistor là Transistor 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.