الترانزستورات ج16 ترانزستورات MOSFET ج2

نتابع حديثنا في مقال اليوم عن ترانزستورات MOSFET ونتحدث عن ترانزستور MOSFET من النمط المعزز، إضافة لتطبيقات ترانزستورات MOSFET..

متابعة مفيدة وممتعة..

ترانزستورات MOSFET من النمط المعزز:

تعتبر أكثر استخداماً من النوع الناضب وتعمل بشكل معاكس له، فالقناة الناقلة تكون مُشابة قليلاً أو غير مشابة على الإطلاق مما يجعلها غير ناقلة أي مغلقة (غير موجودة)، وبالتالي يكون الترانزستور متوقف عن العمل عند انحياز بوابة صفر.

يمر تيار المصرف فقط عندما يكون جهد البوابة المُطبق أكبر من جهد العتبة VTH، حيث نحصل على ناقلية تجعل الترانزستور متغير الناقلية.

يدفع جهد البوابة الموجب الثقوب بعيداً ضمن القناة لتجذب الثقوب باتجاه طبقة الأكسيد مما يزيد عرض القناة التي تسمح بمرور تيار، وقد سميت هذه الترانزستورات بالمُعَزَّز لأن جهد البوابة يعزز القناة الناقلة.

إنَّ زيادة جهد البوابة الموجب سيقلل من المقاومة وبالتالي سيزداد مرور تيار المصرف ID عبر القناة.

فعلى سبيل المثال: من أجل ترانزستور MOSFET من النمط المعزز قناته N، يقوم الجهد الموجب VGS بتشغيل الجهاز بينما الجهد السالب أو المساوي للصفر سيوقف عمل الجهاز، لذلك تكون هذه الترانزستورات في وضعية Normally open.

الشكل 4: منحني خواص ترانزستور MOSFET من النمط المعزز قناته N

يملك الترانزستور ثلاث مناطق للعمل هي:

منطقة القطع Cut-off Region: يكون فيها جهد (بوابة – منبع) أصغر من جهد العتبة VGS < Vthreshold، حيث يكون الترانزستور في حالة قطع تام Fully OFF أي يعمل كدارة مفتوحة، ويكون تيار المصرف معدوم IDS = 0 .

المنطقة الأومية الخطية Linear (Ohmic) Region: يكون جهد (بوابة – منبع) أكبر من جهد العتبة VGS > Vthreshold ، وجهد (مصرف – بوابة) أكبر من جهد (بوابة – منبع) VDS > VGS، ويكون الترانزستور ضمن منطقة المقاومة الثابتة ويعمل كمقاومة متغيرة تتحدد قيمتها من خلال جهد البوابة VGS.

منطقة الإشباع Saturation Region: يكون جهد (بوابة – منبع) أكبر من جهد العتبة VGS > Vthreshold، ويكون الترانزستور في منطقة التيار الثابت أي يكون الترانزستور في حالة التشغيل التام Fully ON، أما تيار المصرف فيكون أعظمياً ويعمل الترانزستور كدارة مغلقة.

ملاحظة 1: يوصل غلاف هذا الترانزستور دوماً مع طرف المنبع.

ملاحظة 2: يمكن تشغيل الترانزستور MOSFET من النمط الناضب وقناته N كترانزستور MOSFET من النمط المعزز وذلك بوصل جهد موجب ما بين البوابة والمنبع.

تعد ترانزستورات MOSFET المعززة جيدة ومناسبة في صنع المفاتيح الالكترونية بسبب المقاومة المنخفضة التي تبديها في حالة التششغيل والمرتفعة في حالة التوقف، كما تستخدم في صنع الدارات المتكاملة والبوابات المنطقية CMOS ومفاتيح التبديل للدارات من النمط P و N.

تطبيقات ترانزستورات MOSFET:

استخدام ترانزستورات البوابة المعزولة كمكبرات:

تستخدم ترانزستورات البوابة المعزولة في صنع دارات التكبيرمن النوع A، وتعد ترانزستورات MOSFET نوع المعزز ونمط القناة N بتوصيلة منبع مشترك، هي الأكثر استخداماً في صنع هذه الدارات، كما تشبه دارات التكبير لترانزستورات MOSFET النوع الناضب دارات التكبير لترانزستورات الوصلة JFET، إلا أنها تمتاز بمقاومة دخل أكبر.

يتحكم جهد انحياز البوابة بمقاومة الدخل العالية وذلك من خلال شبكة مقاومات متمثلة بـ R1 و R2، ويتم تحويل إشارة الخرج لمكبرات من النوع المعزز وموصولة بوصلة منبع مشترك لأنه عندما يكون جهد البوابة VG صغير سيكون الترانزستور في حالة قطع ويكون جهد الخرج VD أو VOut كبير، أما عندما يكون جهد البوابة كبير سيعمل الترانزستور ويكون جهد الخرج صغير كما هو موضح في الشكل التالي:

الشكل 5: مخطط دارة التضخيم باستخدام ترانزستورات MOSFET من النوع المعزز والقناة N

يشبه الانحياز بالتيار المستمر في دارة التكبير لترانزستور MOSFET الانحياز لترانزستورات الوصلة JFET، حيث يحدث انحياز لدارة المضخم نوع A بسبب شبكة مقسم الجهد المكونة من المقاومات R1 و R2 حيث تكون قيمة مقاومة الدخل للتيار المتناوب: RIN = RG = 1MΩ

إن ترانزستورات البوابة المعزولة هي ترانزستورات ثلاثية الأطراف يتم تصنيعها باستخدام مواد نصف ناقلة مختلفة تعمل أحياناً كعازل وأحياناً كناقل وذلك عند تطبيق إشارة جهد صغيرة.

مسألة:

لدينا ترانزستور MOSFET من النمط المعزز قناته N، يعمل في المنطقة الأومية عند القيم:

VDS = 0.4 v , VTH = 3.2 v

فإذا كانت القيمة الفعلية لمقاومة القناة RDS معطاة بالعلاقة:

R_DS=512/(V_GS-3.2)

أحسب قيمة تيار المصرف ID في الحالات التالية:

عندما VGS = 5v

عندما RDS = 500 Ω

عندما VGD = 4v

الحل:

رابط حل المسألة:

تلخيص:

فيما يلي جدول يبين حالات التشغيل ON والتوقف OFF بالاعتماد على جهد البوابة - المنبع:

رابط الجدول:

يتبع ...

سنتحدث في المقال التالي عن استخدامات وتطبيقات ترانزستورات تأثير الحقل الكهربائي ذو البوابة المعزولة MOSFET ، تابعونا ..

للمزيد من المعلومات عن الترانزستورات تابعوا مقالاتها

هنا

المراجع:

هنا

Solayman, Prof. Nadim. الهندسة الالكترونية 1. Hims : جامعة البعث, 2004, 6.

مراجع الصور :

هنا

هنا