Là một linh kiện điện tử quan trọng, Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện. Thiết bị này có khả năng đóng nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên nó được sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường. Cụ thể đặc điểm, cấu tạo và công dụng của Mosfet ra sao? Mời quý độc giả cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé!
Mosfet là gì? Đôi nét giới thiệu về Mosfet
Mosfet là gì? Mosfet hay còn được biết đến với tên gọi là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) là một Transistor đặc biệt. Chúng có cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác hoàn toàn so với Transistor thông thường mà ta đã biết.
Mosfet là một trong số những linh kiện điện tử được cấu tạo trên main. Trong trường hợp thiếu Mosfet thì main sẽ không thể hoạt động bình thường. Linh kiện này có trở kháng đầu vào lớn nên rất thích hợp cho khuếch đại các nguồn tín hiệu yếu. Ngày nay, Mosfet được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn Monitor và nguồn máy tính.
Ứng dụng của Mosfet trong thực tế
Vậy trên thực tế, công dụng của Mosfet là gì? Trong bộ nguồn xung của Monitor hoặc nguồn máy tính, người ta thường dùng cặp linh kiện là IC tạo dao động và đèn Mosfet. Dao động tạo ra từ IC sẽ có dạng xung vuông, sau đó sẽ được đưa đến chân G của Mosfet.
Thời điểm xung có điện áp > 0V, đèn Mosfet dẫn, khi xung dao động = 0V thì Mosfet ngắt. Như vậy dao động tạo ra sẽ điều khiển cho Mosfet liên tục đóng ngắt tạo thành dòng điện biến thiên liên tục chạy qua cuộn sơ cấp, làm sinh ra từ trường biến thiên cảm ứng lên các cuộn thứ cấp và từ đó cho ta điện áp ra.
Đặc điểm của Mosfet là gì?
Về đặc điểm của Mosfet là gì, trước tiên ta cần biết đây là linh kiện có khả năng đóng nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên thường được sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường. Thiết bị này sẽ có trong các bộ nguồn xung và mạch điều khiển điện áp cao.
Mosfet được sử dụng phổ biến trong cả mạch kỹ thuật số và các mạch tương tự. Tương tự như Fet, đặc điểm của linh kiện Mosfet gồm 2 lớp chính chia theo kiểu kênh dẫn được sử dụng, cụ thể như sau:
- N-Mosfet: Điện áp với điều khiển mở Mosfet là Ugs >0 và điện áp điều khiển đóng là Ugs<=0. Dòng điện đi từ D xuống S
- P-Mosfet: Điện áp với điều khiển mở Mosfet là Ugs <0 và điện áp khóa là Ugs~0. Dòng điện đi từ S đến D.
Từ kiến trúc cơ bản của Mosfet, có nhiều biến thể dẫn xuất khác nhau để tạo ra phần tử thích hợp với các ứng dụng cụ thể. Ví dụ như: Mosfet nhiều cổng hay MuGFET (multigate field-effect transistor), Mosfet công suất lớn (Power Mosfet), MESFET (metal–semiconductor field-effect transistor)…
>>> Có thể tham khảo thêm bài viết: IC là gì? Cấu tạo và chức năng của IC
Vì được bố trí cực cổng cách ly nên Mosfet còn được gọi với cái tên “transistor hiệu ứng trường cổng cách ly”, viết tắt là IGFET. Tên gọi ký hiệu IGFET sát nghĩa hơn so với các FET có thực thể điều khiển ở cực cổng không phải là kim loại, mà là các kết cấu tích lũy điện tích khác. Ví dụ như dung dịch điện phân trong các FET cảm biến sinh học (Bio-FET), FET cảm biến khí (GASFET), FET cảm biến enzym (ENFET)…
Thông thường, chất bán dẫn được chọn là silic. Tuy nhiên, một số hãng vẫn sản xuất các vi mạch bán dẫn từ hỗn hợp của Silic và Germani (SiGe), điển hình nhất là hãng IBM. Ngoài hai chất Silic và Germani, cũng có một số chất bán dẫn khác như Gali Arsenua có đặc tính điện tốt hơn nhưng chúng lại không thể tạo nên các lớp oxide phù hợp. Vì vậy, không thể n dùng để chế tạo các transistor Mosfet.
Tìm hiểu cấu tạo và ký hiệu của Mosfet
Linh kiện Mosfet có cấu trúc bán dẫn, cho phép điều khiển bằng điện áp với dòng điện nhỏ nhất định. Mosfet kênh N có hai miếng bán dẫn loại P đặt trên nền bán dẫn N. Giữa hai lớp P–N sẽ được cách điện bởi lớp SiO2, 2 miếng bán dẫn P được nối ra thành cực D và cực S. Nền bán dẫn N nối với lớp màng mỏng ở trên sau đó được dấu ra thành cực G. Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N cụ thể như sau:
- G (Gate): là cực cổng. G là cực điều khiển được cách lý hoàn toàn với các cấu trúc bán dẫn còn lại bởi lớp điện môi cực mỏng, tuy nhiên lại có độ cách điện vô cùng lớn dioxit-silic
- S (Source): ký hiệu là cực nguồn
- D (Drain): là cực máng và có nhiệm vụ đón các hạt mang điện
Bên cạnh đó, thiết bị Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là rất lớn. Đối với điện trở giữa cực D và cực S sẽ bị phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S (UGS).
Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS lúc này ở mức rất lớn. Nếu điện áp UGS > 0 là do hiệu ứng từ trường có thể làm cho điện trở RDS giảm. Đồng thời, nếu điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS sẽ càng nhỏ.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị Mosfet
Ngoài tìm hiểu Mosfet là gì, người dùng cũng cần phải nghiên cứu và nắm rõ nguyên lý hoạt động của thiết bị. Hiện nay, Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đó là đóng và mở. Vì Mosfet là một phần tử với các hạt mang điện cơ bản nên chúng có thể đóng cắt với tần số rất cao, nhưng để đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn thì điều khiển lại là vấn đề rất quan trọng .
Có thể xem qua thí nghiệm như sau: Tiến hành cấp nguồn một chiều UD qua một bóng đèn D vào hai cực D và S của Mosfet Q (Phân cực thuận cho Mosfet ngược). Lúc này, ta thấy bóng đèn không sáng, tức là không có dòng điện đi qua cực DS khi chân G không được cấp điện.
- Khi công tắc K1 đóng, nguồn UG cấp vào cực GS sẽ làm điện áp UGS > 0V. Lúc này đèn Q1 dẫn và ;àm bóng đèn D sáng.
- Khi công tắc K1 ngắt, điện áp tích trên tụ C1 (tụ gốm) vẫn được duy trì cho đèn Q dẫn. Chứng tỏ rằng không có dòng điện đi qua cực GS.
- Khi công tắc K2 đóng, điện áp tích trên tụ C1=0. Lúc này UGS= 0V, đèn tắt.
Như vậy, từ thí nghiệm trên có thể thấy rằng điện áp đặt vào chân G sẽ không tạo ra dòng GS như trong Transistor thông thường. Điện áp này chỉ tạo ra từ trường, từ đó làm cho điện trở RDS giảm xuống.
Nhìn vào mạch điện tương đương của Mosfet, ta thấy cơ chế đóng cắt phụ thuộc vào các tụ điện ký sinh trên nó.
- Đối với kênh P: Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs0 và dòng điện đi từ S đến D.
- Đối với kênh N: Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs >0 và điện áp điều khiển đóng là Ugs<=0. Dòng điện đi từ D xuống S.
Đảm bảo thời gian đóng cắt là ngắn nhất thì đối với Mosfet kênh N, điện áp khóa là Ugs = 0 V và kênh P thì Ugs=~0.
Chi tiết cách đo và kiểm tra chất lượng Mosfet
Một Mosfet được đánh giá tốt là khi đo trở kháng giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D sẽ có điện trở bằng vô cùng (kim không lên ở cả hai chiều đo) và khi cực G đã được thoát điện thì trở kháng giữa hai cực D và S là vô cùng.
Kiểm tra Mosfet còn sống hay chết
Một Mosfet còn sống, khi kiểm tra sẽ cho ra kết quả như sau:
- Bước 1: Tiến hành đo giữa hai cực G và S, cả hai chiều kim không lên (tiếp giáp 2 chân G – S vẫn còn tốt).
- Bước 2: Đo giữa hai cực G và D, cả hai chiều kim không lên (tiếp giáp 2 chân G – D vẫn còn tốt).
- Bước 3: Sử dụng dây đồng nối tắt G vào D để thoát điện tích trên cực G (do quá trình đo đã để lại điện tích trên chân G).
- Bước 4: Đo giữa cực D và S, khi đó sẽ có một chiều kim không lên và một chiều kim lên (có đảo que đo).
Đo Mosfet ở ngoài mạch đơn giản
Cách đo Mosfet và kiểm tra chất lượng Mosfet tốt ở ngoài mạch được thực hiện với các bước làm như sau:
- Bước 1: Cần chuẩn bị để thang x1KW.
- Bước 2: Tiến hành nạp cho G một điện tích (để que đen vào G và que đỏ vào S hoặc D).
- Bước 3: Sau khi đã nạp cho G một điện tích, ta tiến hành đo giữa D và S ( đặt que đen vào D và que đỏ vào S). Lúc này kim sẽ lên.
- Bước 4: Thực hiện chập G vào D hoặc chập G vào S để thoát điện chân G.
- Bước 5: Khi đã hoàn tất thoát điện chân G, ta đo lại DS như bước 3. Lúc này kim sẽ không lên.
Đo và kiểm tra Mosfet trong mạch
Ngoài chất lượng Mosfet là gì ở ngoài mạch, ta cũng cần chú ý đến cách kiểm tra Mosfet trong mạch. Với phần này, cách làm sẽ không quá phức tạp.
Trước tiên, ta cần chuẩn bị để thang x1W và tiến hành đo giữa D và S. Nếu một chiều kim lên và đảo chiều đo kim không lên, có nghĩa là Mosfet của bạn hoàn toàn bình thường. Trong trường hợp cả hai chiều kim lên = 0W, nghĩa là Mosfet đã bị chập DS.
Trên đây là toàn bộ thông tin tìm hiểu và nghiên cứu về Mosfet là gì mà chúng tôi muốn chia sẻ tới bạn đọc. Hy vọng với những kiến thức bổ ích trên sẽ giúp khách hàng đảm bảo việc sử dụng Mosfet an toàn và hiệu quả hơn.
Bài viết liên quan