هل تعرف عن دوائر MOSFET؟

تُستخدم دوائر MOSFET بشكل شائع في الإلكترونيات، ويرمز MOSFET إلى ترانزستور تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية. يغطي تصميم وتطبيق دوائر MOSFET مجموعة واسعة من المجالات. فيما يلي تحليل مفصل لدوائر MOSFET:

 

I. الهيكل الأساسي ومبدأ العمل للدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET).

 

1. الهيكل الأساسي

تتكون الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة بشكل أساسي من ثلاثة أقطاب كهربائية: البوابة (G)، والمصدر (S)، والصرف (D)، بالإضافة إلى طبقة عازلة من أكسيد المعدن. بناءً على نوع القناة الموصلة، يتم تصنيف الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) إلى أنواع القنوات N والقنوات P. وفقًا لتأثير التحكم في جهد البوابة على القناة الموصلة، يمكن أيضًا تقسيمها إلى وضع التعزيز ووضع الاستنفاد MOSFETs.

 

2. مبدأ العمل

يعتمد مبدأ عمل MOSFET على تأثير المجال الكهربائي للتحكم في موصلية المواد شبه الموصلة. عندما يتغير جهد البوابة، فإنه يغير توزيع الشحنة على سطح أشباه الموصلات أسفل البوابة، مما يتحكم في عرض القناة الموصلة بين المصدر والمصرف، وبالتالي ينظم تيار الصرف. على وجه التحديد، عندما يتجاوز جهد البوابة عتبة معينة، تتشكل قناة موصلة على سطح أشباه الموصلات، مما يسمح بالتوصيل بين المصدر والمصرف. وعلى العكس من ذلك، إذا اختفت القناة، ينقطع المصدر والصرف.

 

ثانيا. تطبيقات دوائر MOSFET

 

1. دوائر مكبر للصوت

يمكن استخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) كمكبرات صوت عن طريق ضبط جهد البوابة للتحكم في كسب التيار. يتم استخدامها في الصوت وتردد الراديو ودوائر مكبر الصوت الأخرى لتوفير ضوضاء منخفضة واستهلاك منخفض للطاقة وتضخيم عالي الكسب.

 

2. تبديل الدوائر

تُستخدم الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) على نطاق واسع كمفاتيح في الدوائر الرقمية وإدارة الطاقة ومحركات المحركات. من خلال التحكم في جهد البوابة، يمكن للمرء بسهولة تشغيل الدائرة أو إيقاف تشغيلها. كعناصر تبديل، تتمتع الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) بمزايا مثل سرعة التبديل السريعة، وانخفاض استهلاك الطاقة، ودوائر القيادة البسيطة.

 

3. دوائر التبديل التناظرية

في الدوائر التناظرية، يمكن أن تعمل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) أيضًا كمفاتيح تناظرية. من خلال ضبط جهد البوابة، يمكنهم التحكم في حالة التشغيل/الإيقاف، مما يسمح بتبديل واختيار الإشارات التناظرية. هذا النوع من التطبيقات شائع في معالجة الإشارات والحصول على البيانات.

 

4. الدوائر المنطقية

تُستخدم الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة أيضًا على نطاق واسع في الدوائر المنطقية الرقمية، مثل البوابات المنطقية (AND، OR، وما إلى ذلك) ووحدات الذاكرة. من خلال الجمع بين الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs)، يمكن إنشاء أنظمة دوائر منطقية رقمية معقدة.

 

5. دوائر إدارة الطاقة

في دوائر إدارة الطاقة، يمكن استخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) لتبديل الطاقة واختيار الطاقة وتنظيم الطاقة. من خلال التحكم في حالة التشغيل/الإيقاف لـ MOSFET، يمكن تحقيق الإدارة والتحكم الفعالين في الطاقة.

 

6. محولات DC-DC

تُستخدم الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) في محولات DC-DC لتحويل الطاقة وتنظيم الجهد. من خلال ضبط المعلمات مثل دورة العمل وتردد التبديل، يمكن تحقيق تحويل الجهد الفعال والإخراج المستقر.

 

ثالثا. اعتبارات التصميم الرئيسية لدوائر MOSFET

 

1. التحكم في جهد البوابة

يعد جهد البوابة معلمة أساسية للتحكم في موصلية MOSFET. عند تصميم الدوائر، من الضروري ضمان استقرار ودقة جهد البوابة لتجنب تدهور الأداء أو فشل الدائرة بسبب تقلبات الجهد.

 

2. استنزاف الحد الحالي

تولد الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) قدرًا معينًا من تيار التصريف أثناء التشغيل. لحماية MOSFET وتحسين كفاءة الدائرة، من الضروري الحد من تيار التصريف من خلال تصميم الدائرة بشكل مناسب. يمكن تحقيق ذلك عن طريق اختيار نموذج MOSFET المناسب، وضبط الفولتية المناسبة للبوابة، واستخدام مقاومات الحمل المناسبة.

 

3. استقرار درجة الحرارة

يتأثر أداء MOSFET بدرجة كبيرة بدرجة الحرارة. يجب أن تأخذ تصميمات الدوائر في الاعتبار تأثيرات درجة الحرارة على أداء MOSFET، ويجب اتخاذ تدابير لتعزيز استقرار درجة الحرارة، مثل اختيار نماذج MOSFET ذات تحمل جيد لدرجة الحرارة واستخدام طرق التبريد.

 

4. العزلة والحماية

في الدوائر المعقدة، هناك حاجة إلى تدابير العزل لمنع التداخل بين الأجزاء المختلفة. لحماية MOSFET من التلف، يجب أيضًا تنفيذ دوائر الحماية مثل الحماية من التيار الزائد والجهد الزائد.

 

في الختام، دوائر MOSFET هي جزء أساسي من تطبيقات الدوائر الإلكترونية. يمكن للتصميم والتطبيق المناسبين لدوائر MOSFET أن يفي بوظائف الدوائر المختلفة ويلبي متطلبات التطبيقات المختلفة.