يعتمد مبدأ عمل MOSFET بشكل أساسي على خصائصه الهيكلية الفريدة وتأثيرات المجال الكهربائي. فيما يلي شرح تفصيلي لكيفية عمل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET):
I. الهيكل الأساسي للMOSFET
يتكون MOSFET بشكل أساسي من بوابة (G)، ومصدر (S)، ومصرف (D)، وركيزة (B، متصلة أحيانًا بالمصدر لتشكيل جهاز ثلاثي الأطراف). في الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) لتعزيز القناة N، تكون الركيزة عادة عبارة عن مادة سيليكون من النوع P منخفضة التطعيم حيث يتم تصنيع منطقتين من النوع N عالي التطعيم لتكون بمثابة المصدر والصرف، على التوالي. يتم تغطية سطح الركيزة من النوع P بطبقة رقيقة جدًا من أكسيد (ثاني أكسيد السيليكون) كطبقة عازلة، ويتم رسم قطب كهربائي كبوابة. هذا الهيكل يجعل البوابة معزولة عن الركيزة شبه الموصلة من النوع P، والصرف والمصدر، وبالتالي تسمى أيضًا أنبوب تأثير المجال ذو البوابة المعزولة.
ثانيا. مبدأ التشغيل
تعمل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة باستخدام جهد مصدر البوابة (VGS) للتحكم في تيار التصريف (ID). على وجه التحديد، عندما يكون جهد مصدر البوابة الموجب المطبق، VGS، أكبر من الصفر، سيظهر مجال كهربائي موجب علوي ومجال كهربائي سالب سفلي على طبقة الأكسيد أسفل البوابة. يجذب هذا المجال الكهربائي الإلكترونات الحرة في المنطقة P، مما يؤدي إلى تراكمها تحت طبقة الأكسيد، بينما يقوم بصد الثقوب الموجودة في المنطقة P. ومع زيادة VGS، تزداد قوة المجال الكهربائي ويزداد تركيز الإلكترونات الحرة المنجذبة. عندما يصل VGS إلى جهد عتبة معين (VT)، يكون تركيز الإلكترونات الحرة المتجمعة في المنطقة كبيرًا بما يكفي لتشكيل منطقة جديدة من النوع N (قناة N)، والتي تعمل كجسر يربط بين المصرف والمصدر. عند هذه النقطة، في حالة وجود جهد قيادة معين (VDS) بين المصرف والمصدر، يبدأ معرف تيار التصريف في التدفق.
ثالثا. تشكيل وتغيير قناة التوصيل
إن تشكيل قناة التوصيل هو المفتاح لتشغيل MOSFET. عندما يكون VGS أكبر من VT، يتم إنشاء قناة التوصيل ويتأثر معرف تيار التصريف بكل من VGS وVDS. يؤثر VGS على ID من خلال التحكم في عرض وشكل القناة الموصلة، بينما يؤثر VDS على ID مباشرة باعتباره الجهد الدافع. من المهم ملاحظة أنه إذا لم يتم إنشاء قناة التوصيل (أي أن VGS أقل من VT)، فحتى لو كان VDS موجودًا، فلن يظهر معرف تيار التصريف.
رابعا. خصائص الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs).
مقاومة المدخلات العالية:إن مقاومة دخل MOSFET عالية جدًا، قريبة من اللانهاية، نظرًا لوجود طبقة عازلة بين البوابة ومنطقة تصريف المصدر وفقط تيار بوابة ضعيف.
مقاومة الإخراج منخفضة:الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) هي أجهزة يتم التحكم فيها بالجهد حيث يمكن لتيار استنزاف المصدر أن يتغير مع جهد الدخل، وبالتالي فإن ممانعة خرجها تكون صغيرة.
التدفق المستمر:عند التشغيل في منطقة التشبع، لا يتأثر تيار MOSFET فعليًا بالتغيرات في جهد تصريف المصدر، مما يوفر تيارًا ثابتًا ممتازًا.
استقرار جيد لدرجة الحرارة:تتمتع الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) بنطاق واسع لدرجة حرارة التشغيل من -55 درجة مئوية إلى حوالي +150 درجة مئوية.
خامساً: التطبيقات والتصنيفات
تستخدم الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) على نطاق واسع في الدوائر الرقمية والدوائر التناظرية ودوائر الطاقة وغيرها من المجالات. وفقًا لنوع التشغيل، يمكن تصنيف الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) إلى أنواع التعزيز والاستنفاد؛ وفقًا لنوع القناة الموصلة، يمكن تصنيفها إلى قناة N وقناة P. تتمتع هذه الأنواع المختلفة من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) بمزاياها الخاصة في سيناريوهات التطبيق المختلفة.
باختصار، مبدأ عمل MOSFET هو التحكم في تكوين وتغيير قناة التوصيل من خلال جهد مصدر البوابة، والذي بدوره يتحكم في تدفق تيار التصريف. إن مقاومة المدخلات العالية، ومقاومة الخرج المنخفضة، والتيار الثابت واستقرار درجة الحرارة تجعل من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) مكونًا مهمًا في الدوائر الإلكترونية.
وقت النشر: 25 سبتمبر 2024
