لماذا يتم التحكم في جهد الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET)؟

تسمى MOSFETs (ترانزستورات التأثير الميداني لأشباه الموصلات المعدنية) بأجهزة التحكم في الجهد بشكل رئيسي لأن مبدأ تشغيلها يعتمد بشكل أساسي على التحكم في جهد البوابة (Vgs) على تيار الصرف (Id)، بدلاً من الاعتماد على التيار للتحكم فيه، كما هذا هو الحال مع الترانزستورات ثنائية القطب (مثل BJTs). فيما يلي شرح تفصيلي لـ MOSFET كجهاز للتحكم في الجهد:

مبدأ العمل

التحكم في جهد البوابة:يقع قلب MOSFET في الهيكل بين بوابته ومصدره ومصرفه، وطبقة عازلة (عادةً ثاني أكسيد السيليكون) أسفل البوابة. عندما يتم تطبيق الجهد على البوابة، يتم إنشاء مجال كهربائي تحت الطبقة العازلة، وهذا المجال يغير موصلية المنطقة بين المصدر والصرف.

تشكيل قناة موصلة:بالنسبة للدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة ذات القناة N، عندما يكون جهد البوابة Vgs مرتفعًا بدرجة كافية (أعلى من قيمة محددة تسمى جهد العتبة Vt)، تنجذب الإلكترونات الموجودة في الركيزة من النوع P أسفل البوابة إلى الجانب السفلي من الطبقة العازلة، مما يشكل N- اكتب قناة موصلة تسمح بالتوصيل بين المصدر والصرف. على العكس من ذلك، إذا كان Vgs أقل من Vt، لا يتم تشكيل قناة التوصيل ويكون MOSFET عند القطع.

استنزاف التحكم الحالي:يتم التحكم في حجم معرف تيار التصريف بشكل أساسي بواسطة جهد البوابة Vgs. كلما ارتفع Vgs، كلما تم تشكيل قناة موصلة أوسع، وكلما زاد معرف تيار التصريف. تسمح هذه العلاقة لـ MOSFET بالعمل كجهاز تيار يتم التحكم فيه بالجهد.

مزايا توصيف بيزو

مقاومة المدخلات العالية:إن ممانعة دخل MOSFET عالية جدًا بسبب عزل البوابة ومنطقة تصريف المصدر بطبقة عازلة، كما أن تيار البوابة يقارب الصفر، مما يجعله مفيدًا في الدوائر التي تتطلب ممانعة دخل عالية.

ضوضاء منخفضة:تولد الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) ضوضاء منخفضة نسبيًا أثناء التشغيل، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى مقاومة المدخلات العالية وآلية توصيل الموجة الحاملة أحادية القطب.

سرعة التبديل السريع:نظرًا لأن الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) عبارة عن أجهزة يتم التحكم فيها بالجهد، فإن سرعة التبديل الخاصة بها عادة ما تكون أسرع من الترانزستورات ثنائية القطب، والتي يجب أن تمر بعملية تخزين الشحنة وإطلاقها أثناء التبديل.

استهلاك منخفض للطاقة:في حالة التشغيل، تكون مقاومة مصدر التصريف (RDS(on)) الخاصة بـ MOSFET منخفضة نسبيًا، مما يساعد على تقليل استهلاك الطاقة. أيضًا، في حالة القطع، يكون استهلاك الطاقة الثابتة منخفضًا جدًا لأن تيار البوابة يكون صفرًا تقريبًا.

باختصار، تُسمى الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) بالأجهزة التي يتم التحكم فيها بالجهد لأن مبدأ تشغيلها يعتمد بشكل كبير على التحكم في تيار التصريف بواسطة جهد البوابة. هذه الخاصية التي يتم التحكم فيها بالجهد تجعل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) واعدة لمجموعة واسعة من التطبيقات في الدوائر الإلكترونية، خاصة عندما تكون هناك حاجة إلى مقاومة دخل عالية، وضوضاء منخفضة، وسرعة تبديل سريعة، واستهلاك منخفض للطاقة.