ماسفت، یک ترانزیستور نیمه هادی اثر میدانی اکسید فلزی است که کنترل عبور جریان را با یک میدان الکتریکی کنترل می‌کند. ماسفت ها که به دلیل سرعت سوئیچینگ بالا، مصرف انرژی کم، امپدانس و کارایی معروف هستند، در کاربردهای الکترونیک و برق ضروری هستند. این مقاله انواع کاربرد ماسفت و اصول کار آن‌ها را پوشش می‌دهد.
ماسفت چیست؟
ماسفت از سه پایانه تشکیل شده است: گیت، منبع و درین. گیت ماسفت توسط یک لایه نازک از مواد عایق، معمولا دی اکسید سیلیکون، از سورس و درین ایزوله می‌شود. سورس و درین به کانالی از مواد نیمه هادی، معمولاً سیلیکون، متصل می‌شوند. بسته به نوع ماسفت، کانال می‌تواند از نوع n یا نوع p باشد.
عملکرد ماسفت به ولتاژ اعمال شده به ترمینال گیت بستگی دارد. زمانی که هیچ ولتاژی در گیت وجود ندارد، بسته به اینکه ماسفت از نوع کاهشی با افزایشی باشد، کانال بسته یا باز است. یک ماسفت نوع کاهشی یا تخلیه دارای یک کانال باز است که می‌تواند با اعمال ولتاژ منفی به گیت بسته شود. یک ماسفت نوع افزایشی دارای یک کانال بسته است که می‌تواند با اعمال ولتاژ مثبت به گیت باز شود و از خود جریان عبور دهد و اگر اختلاف ولتاژ بین سورس و درین وجود داشته باشد، جریان در هنگام باز بودن از کانال عبور می‌کند. سطح جریان با مقاومت کانال که توسط ولتاژ گیت تنظیم می‌شود، تغییر می‌کند. این به ماسفت اجازه می‌دهد تا به‌عنوان یک سوئیچ یا یک تقویت کننده عمل کند.
کاربردهای سوئیچینگ ماسفت
یکی از انواع مهم کاربرد ماسفت استفاده به‌عنوان کلید در مدارهای الکترونیک قدرت است. ماسفت می‌تواند خیلی سریع روشن و خاموش شود که به آن امکان می‌دهد فرکانس‌های بالا را مدیریت کند و تلفات توان را کاهش دهد. ماسفت همچنین می‌تواند جریان‌ها و ولتاژهای بالا را مدیریت کند که آن را برای کاربردهای با توان بالا مناسب می‌کند. در ادامه چند نمونه از کاربردهای سوئیچینگ ماسفت‌ها را می‌گوییم تا هنگام خرید ماسفت به آن توجه کنید این کاربردها عبارت‌اند از:
- مبدل‌های DC-DC: مدارهایی هستند که یک سطح ولتاژ DC را به سطح دیگر تغییر می‌دهند. با استفاده از ماسفت به‌عنوان سوئیچ، شارژ و دشارژ یک سلف یا خازن را کنترل می‌کنند و انرژی را در یک چرخه مدیریت می‌کنند. سطح ولتاژ خروجی توسط Duty cycle سوئیچ تنظیم می‌شود. (نسبت زمان روشن به زمان خاموش بودن سوئیچ)
- کنترل موتور: مدارهایی هستند که سرعت و جهت گردش موتورهای الکتریکی را کنترل می‌کنند. ماسفت می‌تواند به‌عنوان یک کلید برای کنترل عبور جریان از طریق سیم‌پیچ‌های موتور استفاده شود که باعث ایجاد میدان‌های مغناطیسی در موتور می‌شود که شفت موتور را می‌چرخاند. سرعت و جهت موتور را می‌توان با تغییر فرکانس و قطبیت کلید کنترل کرد.
- اینورترها: مدارهایی هستند که ولتاژ DC را به ولتاژ AC تبدیل می‌کنند. ماسفت می‌تواند به‌عنوان یک کلید برای تغییر قطبیت ولتاژ DC استفاده شود که یک شکل موج AC در خروجی ایجاد می‌کند. فرکانس و دامنه خروجی AC را می‌توان با تغییر الگوی سوئیچینگ ماسفت کنترل کرد.
کاربردهای تقویت با ماسفت
یکی نمونه‌ی دیگر از مهمترین کاربرد ماسفت، استفاده از آن‌ها به‌عنوان تقویت کننده در مدارهای آنالوگ است. یک ماسفت می‌تواند یک سیگنال ورودی کوچک را تقویت و به یک جریان خروجی زیاد تبدیل کند. یک ماسفت بسته به ولتاژ ورودی و خروجی نیز می‌تواند در محدوده‌های مختلف مانند خطی، اشباع یا قطعی کار کند. چند نمونه از کاربردهای تقویت کننده ماسفت ها عبارت‌اند از:
- تقویت‌کننده‌های فرکانس رادیویی: ماسفت ها در طیف فرکانس رادیویی، از جمله امواج رادیویی و مایکروویو، می‌توانند امواج را تقویت کنند. ماسفت ها این سیگنال‌ها را تقویت کرده و قدرت آن‌ها را برای انتقال و دریافت بهتر افزایش می‌دهند. سرعت سوئیچینگ سریع به آن‌ها اجازه کار در فرکانس‌های بالا را می‌دهد.
- تقویت‌کننده‌های صوتی: مدارهایی هستند که سیگنال‌ها را در محدوده فرکانس صوتی، مانند امواج صوتی یا موسیقی تقویت می‌کنند. از ماسفت می‌توان به‌عنوان تقویت کننده برای افزایش حجم یا کیفیت صدا استفاده کرد. یک ماسفت همچنین به دلیل امپدانس ورودی بالا و امپدانس خروجی کم می‌تواند با اعوجاج و نویز کم کار کند.
- تقویت‌کننده‌های سنسور: مدارهایی هستند که سیگنال‌های خروجی حسگرها مانند سنسورهای دما، فشار، نور یا حرکت را تقویت می‌کنند. ماسفت می‌تواند به‌عنوان تقویت کننده برای افزایش حساسیت یا دقت خروجی سنسور استفاده شود که اندازه‌گیری یا تشخیص آن را بهبود می‌بخشد. ماسفت همچنین به دلیل ساختار ساده و مستحکم خود می‌تواند با مصرف برق کم و قابلیت اطمینان بالایی کار کند.
از دیگر مواردی که هنگام خرید ماسفت باید به آن دقت کنید توجه به تفاوت ماسفت و ترانزیستور bjt است زیرا افراد زیادی هنگام خرید بین این دو انتخاب سردرگم می‌شوند.
سایر نمونه‌های مهم دیگر برای کاربرد ماسفت
علاوه بر سوئیچینگ و تقویت، ماسفت ها نقش‌های مختلفی را در الکترونیک و فناوری ایفا می‌کنند. در اینجا چند نمونه‌ی دیگر از کاربرد ماسفت به‌عنوان مثال آورده شده است:
- چاپرها: مدارهایی هستند که ولتاژ DC را به ولتاژ AC با فرکانس و دامنه متغیر برش می‌دهند یا مدوله می‌کنند. ماسفت را می‌توان به‌عنوان یک چاپر برای کنترل Duty Cycle موج مربعی اعمال شده به ترانسفورماتور یا مدار LC استفاده کرد که ویژگی‌های خروجی آن را تغییر می‌دهد.
- رگولاتور های ولتاژ خطی: مدارهایی هستند که با وجود تغییرات در ولتاژ ورودی یا جریان بار، ولتاژ خروجی را ثابت نگه می‌دارند. ماسفت مد تخلیه می‌تواند به‌عنوان یک تنظیم کننده ولتاژ خطی استفاده شود تا به‌عنوان یک مقاومت متغیر به‌صورت سری با بار عمل کند که مقاومت آن با توجه به جریان بار تنظیم می‌شود.
- مدارهای دیجیتال: مدارهایی هستند که سیگنال‌های باینری (0 یا 1) را با استفاده از گیت‌های منطقی مانند AND، OR، NOT، NAND، NOR، XOR و غیره پردازش می‌کنند. ماسفت می‌تواند به‌عنوان یک عنصر مدار دیجیتال برای پیاده سازی توابع منطقی استفاده شود.
- ریزپردازنده‌ها: مدارهای مجتمعی هستند که با استفاده از دستورالعمل‌های ذخیره شده در حافظه، عملیات محاسباتی و منطقی را روی داده‌ها انجام می‌دهند. یک ریزپردازنده متشکل از میلیون‌ها ترانزیستور است که دارای معماری‌های پیچیده‌ای هستند. این ترانزیستورها با هم کار می‌کنند و وظایف مختلفی را انجام می‌دهند. ماسفت به دلیل چگالی بالا، مصرف انرژی کم و سرعت بالا یکی از انواع اصلی ترانزیستورهای مورد استفاده در ریزپردازنده ها است.
سخن پایانی
در این مقاله از لیون الکترونیک درباره‌ی انواع مهم کاربرد ماسفت صحبت کردیم. ماسفت ها قطعاتی همه فن حریف هستند که کاربردهای زیادی در الکترونیک دارند. آن‌ها بسته به حالت عملکرد و شرایط بایاس می‌توانند به‌عنوان سوئیچ یا تقویت کننده عمل کنند. آن‌ها همچنین می‌توانند عملکردهای مختلفی مانند برش، تنظیم، سنجش، پردازش و غیره را بسته به پیکربندی و طراحی مدار خود انجام دهند. آن‌ها به‌طور گسترده در الکترونیک قدرت، الکترونیک آنالوگ، الکترونیک دیجیتال، ریزپردازنده ها و بسیاری از زمینه‌های دیگر به دلیل مزایایی که دارند از جمله سرعت سوئیچینگ بالا، مصرف توان کم، امپدانس ورودی بالا، راندمان بالا و ساختار ساده استفاده می‌شوند.
نظرات کاربران