پاورپوینت ترانزیستور ماسفت MOSFET از نحوه عملکرد تا کاربردها

در این پاورپوینت به طور کامل به بررسی ترانزیستور ماسفت MOSFET از نحوه عملکرد تا کاربردها پرداخته شده است. این پاورپوینت برای دانشجویان و مهندسان برق که علاقه‌مند به یادگیری اصول کارکرد ترانزیستور ماسفت هستند مناسب است.

مقدمه

مقدمه ای از پاورپوینت ترانزیستور ماسفت
در این پاورپوینت المانی سه ترمینالی که ترانزیستور نامیده میشود را بررسی خواهیم کرد. ترانزیستور در مدارات زیادی از جمله تقویت کننده ها، مدارات دیجیتال و حافظه ها کاربرد دارد. اصول کلی کارکرد ترانزیستور بر این پایه است که با اعمال ولتاژ به دو ترمینال جریان ترمینال سوم را کنترل میکنند. دو نوع ترانزیستور مهم وجود دارد: MOSFET, BJT MOSFET ازBJT کوچکتر بوده و ساخت آن ساده تر بوده و توان کمتری مصرف میکند. در ساخت بسیاری از مدارات مجتمع کاربرد دارد.

ترانزیستور بر روی یک پایه از نوع p ساخته می‌شود و بر روی پایه، دو ناحیه با نیمه هادی نوع n که دارای ناخالصی زیادی هستند، ایجاد می‌شود. این دو ناحیه به نام‌های سورس و درین شناخته می‌شوند و با یک اتصال فلزی به هم وصل می‌شوند. بین این دو ناحیه و در سطح پایه، عایقی از جنس شیشه کشیده می‌شود و روی این عایق یک لایه فلزی قرار داده می‌شود که اتصالی با نام گیت ایجاد می‌کند. ممکن است پایه نیز به یک اتصال فلزی وصل شود.

نحوه عملکرد

این ترانزیستور به صورت یک المان با سه ترمینال Source، Drain، و Gate استفاده می‌شود. اگر ولتاژی به گیت وصل نشده باشد، بین سورس و درین دو دیود وجود خواهند داشت؛ یکی بین n سورس و p پایه و دیگری بین p پایه و n درین. چون این دو دیود پشت به پشت به هم وصل شده اند، هیچ جریانی بین سورس و درین برقرار نمی‌شود و مقاومت بین این دو ترمینال به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. این اتصال باعث ایجاد یک ناحیه تخلیه بین دو قطعه p و n مجاور می‌شود، که از عبور جریان بین پایه و درین و همچنین پایه و سورس جلوگیری می‌کند.

ایجاد کانالی برای عبور جریان

اگر درین و سورس را به زمین وصل کرده و ولتاژ مثبتی به گیت وصل کنیم، ناقلهای مثبت زیر ناحیه گیت تحت تأثیر این ولتاژ از زیر گیت دور شده و به سمت substrate رانده می‌شوند. این ولتاژ متقابلاً الکترون‌های منفی را از ناحیه‌های سورس و درین جذب می‌نماید. اگر در ناحیه زیر گیت الکترون کافی جمع شود، یک ناحیه منفی بوجود می‌آید که دو ناحیه n مربوط به سورس و درین را به هم وصل می‌کند. در واقع، کانالی برای عبور جریان الکترون از سورس به درین تشکیل می‌شود. توجه شود که substrate که قبلاً از نوع p بود، در ناحیه زیر گیت به نوع n تبدیل می‌شود (inversion layer).

اثر بدنه

برای عملکرد صحیح ترانزیستور هر دو پیوند BS وBD باید بصورت معکوس بایاس شده باشند. معمولا بدنه یک ترانزیستور NMOS به منفی ترین ولتاژ مدار وصل میشود. با افزایش VSB ناحیه تخلیه بین پایه و سورس نیز بزرگتر میشود و در نتیجه در ناحیه زیر کانال پیشروی مینماید. از آنجائیکه بار منفی زیادی در ناحیه تخلیه جمع شده در نتیجه ولتاژ لازم برای ایجاد کانال افزایش می یابد. به این اثر body Effect گفته میشود. این اثر میتواند کارائی مدار را تاحد زیادی تحت تاثیر قرار دهد.

اثر حرارت

مقدار Vt به ازای هر درجه افزایش در حرارت به اندازه ~۲mV افزایش پیدا میکند. مقدار kn با حرارت کاهش پیدا میکند در نتیجه مقدار iD با افزایش دما کاهش پیدا میکند. برای یک مقدار ثابت از ولتاژ بایاس میتوان گفت که در حالت کلی با افزایش دما مقدار جریان iD کاهش می یابد.

شکست و محافظت از ورودی

با افزایش ولتاژ درین، به نقطه‌ای می‌رسیم که پیوند درین و پایه به صورت بهمنی شکست پیدا می‌کند (بین 20 تا 150 ولت) و این باعث می‌شود که جریان به شدت افزایش یابد (Weak avalanche). در ترانزیستورهایی که ناحیه کانال کوچک باشد، با افزایش ولتاژ درین، ناحیه تخلیه گسترش زیادی پیدا کرده و تا سورس امتداد پیدا می‌کند؛ این پدیده به نام Punch Through شناخته می‌شود و باعث افزایش قابل توجه جریان می‌شود.

پدیده شکست دیگری وجود دارد که با افزایش ولتاژ گیت – سورس رخ می‌دهد (در حدود 30 ولت) و باعث از بین رفتن عایق ناحیه گیت می‌شود و به ترانزیستور ماسفت صدمه غیر قابل برگشت می‌زند (Gate-oxide breakdown). باید توجه شود که مقاومت ورودی MOSFET بسیار بالا و خازن ورودی آنها بسیار کم است، بنابراین یک بار الکتریکی ساکن کم می‌تواند ولتاژ گیت را از آستانه شکست بالا برده و ترانزیستور را بسوزاند (لذا از لمس کردن ترانزیستور با دست خودداری کرد). البته اکثر نیمه‌هادی‌های MOSFET امروزه دارای مدارات دیودی در ورودی برای محافظت از ترانزیستور می‌باشند.

ترانزیستور ماسفت چگونه کار میکند

ترانزیستور ماسفت (MOSFET) یک نوع ترانزیستور اثر میدانی است که کنترل جریان خروجی آن توسط ولتاژ ورودی انجام می‌شود. این ترانزیستور از سه پایه تشکیل شده است که عبارتند از: سورس (S)، درین (D) و گیت (G).

در وضعیت عادی، ترانزیستور ماسفت خاموش است و هیچ جریانی از سورس به درین نمی‌گذرد. برای فعال‌سازی ترانزیستور، باید ولتاژ مثبتی به گیت وارد شود. این ولتاژ باعث ایجاد یک میدان الکتریکی در زیر گیت می‌شود که حامل‌های بار را در نیمه‌هادی کانال جذب می‌کند. حامل‌های بار باعث ایجاد یک کانال هدایت می‌شوند که جریان از سورس به درین را فراهم می‌کند.

میزان جریان خروجی ترانزیستور ماسفت به ولتاژ ورودی گیت وابسته است. هرچه ولتاژ گیت بیشتر باشد، کانال هدایت نیز بزرگ‌تر می‌شود و جریان خروجی افزایش می‌یابد. ترانزیستور ماسفت به عنوان یک عنصر مهم در مدارات الکترونیکی، از جمله مدارات تقویت‌کننده، مدارات سوئیچینگ، و مدارات منطقی استفاده می‌شود.

یک نمونه ساده از نحوه عملکرد ترانزیستور ماسفت به این صورت است: اگر ترانزیستور ماسفت با کانال N را در نظر بگیریم و ولتاژ گیت را صفر ولت نگه داریم، هیچ جریانی از سورس به درین عبور نخواهد کرد. با افزایش ولتاژ گیت به 1 ولت، یک کانال هدایت در زیر گیت ایجاد می‌شود و جریان از سورس به درین جاری می‌شود. اگر ولتاژ گیت به 2 ولت افزایش یابد، کانال هدایت بزرگ‌تر می‌شود و جریان خروجی نیز افزایش می‌یابد.

ترانزیستور ماسفت smd

ترانزیستور ماسفت SMD (Surface Mount Device) یک نوع ترانزیستور ماسفت است که برای نصب سطحی طراحی شده و از ابعاد کوچکتری نسبت به ترانزیستورهای ماسفت معمولی برخوردار است. این ترانزیستورها به دلیل ابعاد کوچک و طراحی سطحی، به خوبی در مدارهای الکترونیکی کوچک و فشرده قرار می‌گیرند.

ترانزیستورهای ماسفت SMD از سه پایه تشکیل شده‌اند: سورس (S)، درین (D) و گیت (G). این پایه‌ها معمولاً در یک ردیف قرار گرفته و با حروف S، D و G مشخص می‌شوند.

این ترانزیستورها به عنوان عناصر کلیدی در مدارات الکترونیکی متنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها در مدارات تقویت‌ کننده، مدارات سوئیچینگ، مدارات منطقی و سایر بخش‌های مختلف الکترونیک استفاده می‌شود.

یک مثال ساده از کاربرد ترانزیستورهای ماسفت SMD می‌تواند در سوئیچینگ باشد. به عنوان مثال، اگر ولتاژ گیت را در حالت صفر ولت نگه داریم، ترانزیستور خاموش خواهد بود و جریانی از سورس به درین نخواهد گذشت. اما اگر ولتاژ گیت را به 1 ولت افزایش دهیم، ترانزیستور روشن می‌شود و جریان از سورس به درین عبور می‌کند.

فهرست مطالب

پاورپوینت ترانزیستور ماسفت MOSFET از نحوه عملکرد تا کاربردها
مقدمه
نحوه عملکرد
ایجاد کانالی برای عبور جریان
ترانزیستور NMOS
اعمال ولتاژی کوچک به درین و سورس
رابطه جریان و ولتاژ
افزایش ولتاژ VDS
اشباع ترانزیستور
بدست آوردن رابطه جریان و ولتاژ ترانزیستور MOSFET
جریان در ناحیه تریود
جریان در ناحیه اشباع
تکنولوژی زیر میکرونی(Sub Micron)
ترانزیستور MOSFET با کانال p (PMOS)
ترانزیستور CMOS
شمای ترانزیستورها
شمای ترانزیستور NMOS
عملکرد ترانزیستور در ناحیه زیر ولتاژ آستانه
مشخصه iD-VDS
مقاومت کانال
اثر محدود بودن مقاومت خروجی
اثر تغییر طول کانال در مقدار جریان
رابطه جریان خروجی و ولتاژ VDS
مقاومت خروجی
ترانزیستور PMOS
اثر بدنه و حرارت
شکست و محافظت از ورودی
مدارات MOSFET در حالت کار بصورتDC
استفاده از MOSFET در مدارات تقویت کننده
مشخصه انتقال ترانزیستور: کار با سیگنال بزرگ
بدست آوردن مشخصه انتقال به روش گرافیکی
مشخصه ولتاژ vi-vo
انتخاب نقطه کار مناسب
تحلیل عملکرد تقویت کننده از روی رابطه
روشهای مختلف بایاس کردن MOSFET
بایاس از طریق ثابت نگه داشتن VGS
تغییر جریان بواسطه تغییر در مشخصه های ترانزیستور های مختلف
بایاس از طریق ثابت نگه داشتن VG و قرار دادن مقاومت در سورس
مدار عملی
بایاس از طریق مقاومت فیدبک
بایاس از طریق یک منبع جریان ثابت
مدار منبع جریان ثابت (Current Mirror)
مدل سیگنال کوچک
نقطه بایاس DC
جریان سیگنال در درین
گین ولتاژ
مدار معادل سیگنال کوچک
آنالیز سیگنال کوچک
مدلT با در نظر گرفتن مقاومت خروجی
تقویت کننده های یک طبقه
تقویت کننده سورس مشترک
مشخصه های تقویت کننده سورس مشترک
تاثیر مقاومت خروجی ترانزیستور
تقویت کننده سورس مشترک با مقاومت در سورس
تقویت کننده گیت مشترک
مدل سیگنال کوچک تقویت کننده گیت مشترک
مشخصات تقویت کننده گیت مشترک
عملکرد MOSFET بعنوان سوئیچ
یک گیت NOT با استفاده از CMOS
نقطه کار برای ورودی صفر
مشخصه انتقال گیت معکوس کننده CMOS

دانلود فایل پاورپوینت ترانزیستور ماسفت MOSFET

در فروشگاه تحقیق و مقالات علمی، امکان دانلود رایگان قسمتی از مقاله یا پاورپوینت محصول به شما اعطا می‌شود تا قبل از خرید، به اطمینان از محتوای محصول دست یابید. پس از مشاهده و ارزیابی این قسمت، می‌توانید با اطمینان خریداری نمایید.

دانلود رایگان نمونه پاورپوینت ترانزیستور ماسفت