Mosfet có cấu tạo và nguyên lý hoạt động của linh kiện này như thế nào? Cùng theo dõi bài viết dưới đây để được bật mí tới bạn đọc những kiến thức bổ ích có liên quan tới Mosfet là gì nhé!
Mosfet và khái niệm về loại transistor ?
Mosfet có tên viết tắt trong tiếng Anh là “Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect có nghĩa là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Tức một Transistor – linh kiện điện tử đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường.
Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa vào các hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện. Đây là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho việc khuếch đại các nguồn tín hiệu yếu.
Bên cạnh đó, linh kiện Mosfet có khả năng đóng nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên chúng được sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường. Khả năng đóng cắt nhanh, từ đó làm cho dòng điện biến thiên. Linh kiện này thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều khiển điện áp cao.
Mosfet được xây dựng dựa trên lớp chuyển tiếp bán dẫn và Oxit Kim loại. Hiện nay trên thị trường có các loại mosfet phổ biến, bao gồm 2 loại là:
- N: Loại linh kiện này chỉ hoạt động khi nguồn điện Gate là zero. Trong đó, các electron bên trong vẫn tiến hành hoạt động bình thường cho đến khi bị ảnh hưởng bởi nguồn điện Input.
- P-MOSFET: Khi các electron sẽ bị cut-off cho đến khi nó làm gia tăng nguồn điện thế vào ngõ Gate.
Cách xác định chân của linh kiện Mosfet
Thông thường thì chân của linh kiện Mosfet có quy định chung không như Transistor. Chi tiết được quy định như sau: chân G ở bên trái và chân S ở bên phải còn chân D ở giữa.
Dụng cụ chuẩn bị để kiểm tra linh kiện Mosfet
Khi dùng một đồng hồ vạn năng với 2 que đo, để đồng hồ thang x1KΩ, kiểm tra dây đo còn tốt. Sau đó, dùng dụng cụ kẹp linh kiện cố định hay miếng lót cách điện. Trước khi đo linh kiện Mosfet – FET (FET) dùng dây dẫn hay tô vít nối tắt 3 chân của chúng– FET lại để khử hết điện tích trên các chân (lý do bởi FET là linh kiện rất nhạy cảm, điện tích trên các chân có thể ảnh hưởng đến kết quả đo).
Mosfet còn tốt khi nào?
- Là khi người đo trở kháng giữa G với S và giữa G với D có điện trở bằng vô cùng ( khi kim không lên cả hai chiều đo).
- Và khi G đã được thoát điện nên trở kháng giữa D và S phải là vô cùng.
Hướng dẫn cách đo Mosfet
Đối với từng thiết bị khi còn tốt và hỏng sẽ có phương pháp đo khác nhau, chi tiết cách để có thể đo được thiết bị này chính xác cụ thể như sau:
Hướng dẫn cách đo khi Mosfet còn tốt
- Bước 1: Người đo chuẩn bị để thang đo x1KW
- Bước 2: Nạp cho G một điện tích cụ thể ( để que đen vào G que đỏ vào S hoặc D )
- Bước 3: Sau khi người đo nạp cho G một điện tích ta đo giữa D và S ( que đen vào D que đỏ vào S ) => Khi đó kim sẽ lên.
- Bước 4: Người đo, chập G vào D hoặc G vào S để thoát điện chân G.
- Bước 5: Sau khi đã thoát điện chân G, thì tiến hành đo lại DS như bước 3 kim không lên
- Kết quả kiểm tra cho thấy linh kiện như vậy cho ta thấy Mosfet còn tốt.
Hướng dẫn cách đo khi Mosfet bị hỏng
- Bước 1: Người đo, để đồng hồ thang x 1KW
- Bước 2: Tiến hành đo giữa G và S hoặc giữa G và D nếu kim lên = 0 W là chập
- Bước 3: Đo giữa D và S khi thấy cả hai chiều đo kim lên = 0 W là chập D S
- Kết quả kiểm tra linh kiện như vậy cho thấy Mosfet đã hỏng.
Cách kiểm tra linh kiện Mosfet trong mạch
Khi kiểm tra linh kiện điện tử trong mạch, ta chỉ cần để thang x1W
Đo giữa hai chân D và S:
- Nếu lên 1 chiều kim đảo chiều đo kim không lên => Tức là Mosfet bình thường.
- Nếu cả hai chiều kim lên = 0 W là linh kiện Mosfet bị chập DS.
Đặc điểm nhận dạng và cấu tạo các bộ phận
Linh kiện Mosfet có khả năng đóng nhanh với các dòng điện và điện áp có tương đối lớn. Chính vì thế chúng được sử dụng phổ biến trong các bộ dao động tạo ra nguồn từ trường. Khả năng đóng cắt nhanh làm cho dòng điện biến thiên nên linh kiện Mosfet thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều khiển điện áp cao.
Loại linh kiện này được sử dụng rất phổ biến, nên cả các mạch kỹ thuật số và các mạch tương tự. Giống như FET thì linh kiện Mosfet có hai lớp chính bao gồm:
- N-MOSFET: Điện áp với điều khiển mở là Ugs >0. Điện áp với điều khiển đóng là Ugs <=0 và khi dòng điện sẽ đi từ D xuống S.
- P-MOSFET: Điện áp với điều khiển mở là Ugs <0. Điện áp điều khiển khóa là Ugs~0 và dòng điện sẽ đi từ S cho đến D.
Do bố trí cực cổng cách ly nên loại linh kiện này còn được gọi là “transistor hiệu ứng trường cổng cách ly”. Thông thường thì chất bán dẫn được chọn thường là silic. Tuy nhiên một số hãng vẫn sản xuất các loại vi mạch bán dẫn từ hỗn hợp của hai chất là silic và germani.
Một ví dụ điển hình là hãng IBM nổi tiếng trên thị trường . Ngoài silic và germani ra thì còn có một số chất bán dẫn khác được dùng như gali asenua, bởi chúng có đặc tính điện tốt hơn. Tuy nhiên chúng lại không thể tạo nên các lớp oxide đạt yêu cầu và phù hợp. Vì thế nên không thể dùng chúng để chế tạo các transistor Mosfet.
Nguyên lý hoạt động của công cụ Mosfet
Nguyên lý hoạt động của loại linh kiện Mosfet là chúng hoạt động ở 2 chế độ là đóng và mở. Do là một phần tử với các hạt mang điện hoạt động vô cùng cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất lớn. Tuy nhiên, để có thể đảm bảo thời gian đóng cắt nhanh nhất thì vấn đề điều khiển lại là vấn đề vô cùng quan trọng.
Thí nghiệm: Cấp nguồn một chiều UD qua 1 bóng đèn vào hai cực là cực D và S của linh kiện Mosfet Q (Phân cực thuận cho Mosfet ngược). Sau đó, ta sẽ thấy bóng đèn không phát sáng. Điều đó có nghĩa là không có dòng điện đi qua cực DS khi chân G không có nguồn điện.
- Khi công tắc K1 đóng thì tức nguồn UG cấp vào hai cực GS làm cho điện áp UGS > 0V => Khi đó đèn Q1 dẫn và bóng đèn D sáng.
- Khi công tắc K1 ngắt, khi đó điện áp tích trên tụ C1 (tụ gốm) vẫn duy trì hoạt động cho đèn Q dẫn. Điều đó chứng tỏ không có bất kỳ dòng điện đi qua cực GS.
- Khi công tắc K2 đóng, khi đó điện áp tích trên tụ C1 giảm bằng 0 => UGS = 0V và đèn tắt.
Từ thí nghiệm trên, chúng ta có thể rút ra một kết luận rằng: So với Transistor thông thường thì điện áp cấp vào chân G không tạo ra dòng GS mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường. Điều này làm cho điện trở của RDS sẽ giảm xuống.
Ứng dụng và cách mắc của công cụ Mosfet trong lý học
Một số ứng dụng cùng cách để mắc các công cụ này trong vật lý học chi tiết có:
Ứng dụng của công cụ Mosfet
Linh kiện Mosfet được ứng dụng rất nhiều trong các mạch công xuất như mạch nguyền, mạch điều khiển tải….
Sự ra đời của loại linh kiện này cho phép sử dụng các bóng bán dẫn làm thành phần lưu trữ tế bào bộ nhớ. Qua đó, một chức năng trước đây được phục vụ bởi các lõi từ tính trong bộ nhớ máy tính.
Cách mắc mosfet hoạt động hiệu quả
Ứng dụng phổ biến của linh kiện Mosfet nằm ở công tắc điện. Khi Điện áp đầu vào ở cực cổng VGS giữa G và S của linh kiện dương, động cơ sẽ ở trạng thái Bật và ngược lại khi điện áp âm thì khi đó động cơ sẽ ở trạng thái Tắt.
Trường hợp chúng ta bật linh kiện này bằng cách cung cấp lượng điện áp cần cho cực cổng, chúng sẽ luôn ở trạng thái bật trừ khi áp dụng lượng điện áp 0V. Để tránh trường hợp này xảy ra, chúng ta nên luôn sử dụng điện trở kéo xuống (R1). Trong các ứng dụng để làm mờ đèn hay điều khiển tốc độ động cơ, chúng ta có thể sử dụng tín hiệu PWN chuyển đổi nhanh.
Trong trường hợp này, cực cổng của linh kiện Mosfet sẽ tạo ra một dòng điện ngược chiều nhờ hiệu ứng điện dung ký sinh. Cách giải quyết trường hợp này là chúng ta sử dụng tụ điện có giới hạn dòng.
Tải điện trên là loại tải điện trở nên mạnh của chúng không quá khó khăn. Nếu áp dụng tải điện cảm hoặc tải điện dung, người dùng nên sử dụng các thiết bị bảo vệ Mosfet không bị hư hỏng. Nguyên nhân là vì khi sử dụng tải điện dung mà không có điện tích thì sẽ dẫn đến sự cố ngắn mạch. Điều này sẽ làm cho dòng điện tăng cao và khi điện áp được cắt khỏi tải điện sẽ có một lượng cực lớn điện áp ngược được tích tụ trong mạch.
So sánh trực tiếp ưu điểm và nhược điểm của transistor
Dụng cụ có rất nhiều điểm mạnh và yếu khác nhau được chia sẻ chi tiết dưới đây:
Ưu điểm
- Linh kiện Mosfet cung cấp hiệu quả cao hơn trong khi hoạt động ở điện áp thấp hơn.
- Sự vắng mặt của dòng điện cực gate sẽ dẫn đến trở kháng đầu vào cao tạo ra tốc độ chuyển mạch cao.
- Hoạt động của linh kiện ở công suất thấp hơn và không có dòng điện.
- Có trở kháng đầu vào cao hơn nhiều so với linh kiện JFET.
- Chế tạo, sản xuất công cụ Mosfet dễ dàng hơn JFET.
- Tốc độ hoạt động của linh kiện này cao hơn so với JFET.
- Khả năng tùy biến kích thước rất lớn.
- Linh kiện này không có diode cổng nên điều này làm cho nó có thể hoạt động với điện áp cổng dương hoặc âm.
- Nó có mức tiêu thụ điện năng tương đối thấp, để cho phép nhiều thành phần hơn trên diện tích bề mặt chip.
Nhược điểm
- Lớp oxit mỏng làm cho các linh kiện Mosfet dễ bị hỏng bởi các điện tích tĩnh điện (tuổi thọ thấp).
- Điện áp quá tải làm cho linh kiện không ổn định.
- Chúng không hoạt động tốt trong tần số vô tuyến tín hiệu thấp.
Tổng kết
Trên đây là toàn bộ thông tin về linh kiện mosfet là gì mà bài viết muốn chia sẻ tới bạn đọc. Hy vọng với những chia sẻ trên giúp người dùng hiểu rõ hơn về mosfet là gì. Và hẹn gặp lại mọi người trong các bài viết tiếp theo nhé!