Mosfet là gì? các loại mosfet được sử dụng phổ biến hiện nay. Tất cả sẽ được Hoàng Vina cập nhật dưới bài viết sau đây.
Mosfet là gì?
Mosfet được viết tắt từ cụm từ Metal Oxide Semiconductor Firld Effect Transistor. Đây là một loại Transistor hiệu ứng trường, là một thiết bị bán dẫn được sử dụng rộng rãi hiện nay với chức năng như một công tắc điện tử và khuếch đại tín hiệu điện tử. Chúng có cấu tạo đặc biệt và hoạt động khác với những Transistor thông thường. Chúng hoạt động dưa trên hiệu ứng của từ trường để tạo ra dòng điện, có điện trở kháng đầu vào lớn phù hợp cho khuếch đại vào các nguồn tín hiệu yếu.
Mosfet được sử dụng cho cả mạch tương tự và kỹ thuật số với khả năng đóng nhanh với dòng điện, điện áp lớn. Chính vì khả năng này nên ta sẽ thường thấy chúng trong các bộ nguồn xung và mạch điều khiển điện áp cao. Do cấu tạo của chúng có phần đặc biệt hơn nên những năm gần đây mosfet được dùng trong các mạch tích hợp kỹ thuật số.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Mosfet
Cấu tạo
Mosfet gồm có 3 chân: chân nguồn (S), chân cổng (G), chân máng (D) và chất nền.
Mosfet kênh N gồm hai miếng bán dẫn loại P đặt ở trên lớp nền bán dẫn. Ở giữa hai lớp P-N là một lớp cách điện SiO2. Hai miếng bán dẫn P nối lại thành cực D và S. Nền bán dẫn N được nối với lớp màng mỏng bên trên và đấu thành cực G.
G là cực điều khiển được cách ly hoàn toàn bởi lớp điên môi dioxit silic với cấu trúc bán dẫn còn lại. Cực máng D là cực đón hạt mang điện.
Giữa cực G với cực S và cực G với cực D có điện trở vô cùng lớn. Điện trở của lớp D và S phụ thuộc vào độ chênh lệch điện áp Uqs và xảy ra hai trường hợp
- Điện áp Uqs = 0 thì điện trở Rds rất lớn.
- Điện áp Uqs > 0 thì điện trở Rds càng nhỏ.
Nguyên lý hoạt động:
Mosfet là một loại bóng dẫn được điều khiển bằng điện áp, Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở. Điện cực G được cách điện bởi chất bán dẫn bằng một lớp thủy tinh cách điện mỏng. Cổng kim loại cách điện hoạt động giống như một tụ điện có điện trở đầu vào cao gần như vô hạn. Do ở cổng có sự cách ly nên dòng chảy vào Mosfet được ngăn lại. Khi điện áp đặt tại cổng sẽ thay đổi độ rộng của kênh D và S. Kênh càng rộng, thiết bị càng dẫn điện tốt.
Ưu điểm và nhược điểm của Mosfet
Ưu điểm
- Mosfet cung cấp hiệu quả khi hoạt động ở điện áp thấp.
- Khi dòng điện cực G vắng mặt thì trở kháng đầu vào cao tạo nên tốc độ chuyển mạch cao.
- Có thể hoạt động ở công suất thấp hoặc không có dòng điện.
- Trở kháng đầu vào và tốc độ hoạt động cao hơn JFET.
- Khả năng tùy biến kích thước rất cao.
- Không có diode cổng, dễ dàng hoạt động ở điện áp cổng dương và cổng âm.
- Mức tiêu thụ điện năng thấp, cho phép nhiều thành phần hơn trên diện tích bề mặt chip.
Nhược điểm
- Lớp oxit mỏng nên dễ bị hư hỏng bởi các điện tích tĩnh điện.
- Điện áp quá tải sẽ dẫn đến không ổn định.
- Ở tần số vô tuyến, tín hiệu thấp thì khả năng hoạt động của chúng không tốt.
Các loại Mosfet
Dựa vào cơ chế hoạt động của Mosfet mà có thể chia chúng ra thành 2 loại là Mosfet ở chế độ tăng cường và Mosfet ở chế độ suy giảm
Mosfet chế độ tăng cường
Ở chế độ này không có sự dẫn điện nào khi điện áp bằng 0, được bật tắt theo mặc định mà không có dòng máng. Điện áp cổng tăng nhiều hơn điện áp nguồn thì các hạt mang điện sẽ dịch chuyển chỉ còn lại các electron và tạo thành kênh rỗng. Điện áp cổng tỷ lệ thuận với dòng điện. Mosfet chế độ tăng cường cũng được chia ra thành 2 loại:
- Mosfet chế độ tăng cường kênh N: Kênh N có đa số phần tử là electron, điện áp cổng ở chế độ dương để bật ON thiết bị. Chúng có điện dung thấp và các vùng tiếp giảm nhỏ. Điện trở cực máng thấp hơn so với loại P.
- Mosfet chế độ tăng cường kênh P: Kênh P có đa số phần tử là lỗ, điện áp cổng ở chế độ âm để bật ON thiết bị. Chúng có điện dung và tính di động, trở kháng cực máng cao hơn so với loại N.
Mosfet chế độ suy giảm
Ở chế độ này kênh được thiết lập sự truyền dẫn ngay cả khi điện áp bằng 0, được mở theo chế độ ON mặc định. Ở đây kênh bị cạn kiệt các hạt mang điện để giảm độ rộng của kênh. Điện áp cổng tỷ lệ nghịch với dòng điện. Mosfet chế độ suy giảm cũng được chia ra thành 2 loại:
- Mosfet chế độ suy giảm kênh N: điện áp cổng là âm, cạn kiệt các electron tự do.
- Mosfet chế độ suy giảm kênh P: điện áp cổng là dương, cạn kiệt các lỗ trống.
Ứng dụng của Mosfet
Ngày nay Mosfet được sử dụng khá phổ biến trong các bo mạch điện tử, chip xử lý, ngoài ra còn được dùng cho một số lĩnh vực sau:
- Ứng dụng vô tuyến với tần số cao.
- Hoạt động giống một yếu tố thụ động như điện trở, cuộn cảm,…
- Nhờ vào khả năng chuyển mạch với tốc độ cao, Mosfet còn được dùng trong việc thiết kế mạch chopper.
- Ngoài ra còn được dùng làm cảm biến để đo các thông số vật lý, hóa học, sinh học, môi trường,…
- Mosfet còn được sử dụng trong ngành sản xuất ô tô, IGBT, các thiết bị chuyển mạch trong bộ điều khiển điện tử, bộ chuyển đổi năng lượng trong xe điện, các thiết bị chuyển đổi tín hiệu,…
- …
