ترانزیستور ماسفت (MOSFET) چیست؟

بررسی کامل انواع و پکیج‌های ماسفت

ترانزیستورهای MOSFET یا Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor یکی از پرکاربردترین قطعات نیمه‌رسانا در دنیای الکترونیک مدرن هستند.
از تقویت‌کننده‌های سیگنال گرفته تا سوئیچ‌های توان بالا در منابع تغذیه و اینورترها، ماسفت‌ها نقشی حیاتی ایفا می‌کنند.

در این مقاله از دکتر الکترونیک، به‌صورت کامل با ساختار، نحوه عملکرد، انواع و پکیج‌های مختلف MOSFET آشنا می‌شویم.

فهرست مطالب

ترانزیستور ماسفت چیست؟

MOSFET نوعی ترانزیستور اثر میدانی (FET) است که برای کنترل جریان الکتریکی از طریق یک میدان الکتریکی استفاده می‌کند.
تفاوت اصلی آن با ترانزیستورهای BJT در این است که کنترل جریان در MOSFET بر اساس ولتاژ گیت انجام می‌شود، نه جریان بیس.

ساختار و اجزای ماسفت

یک MOSFET از سه پایه اصلی تشکیل شده است:

  • Gate (گیت): کنترل‌کننده‌ی عبور جریان بین سورس و درین.
  • Drain (درین): خروجی جریان از ترانزیستور.
  • Source (سورس): ورودی جریان به ترانزیستور.

بین گیت و کانال، یک لایه نازک از اکسید سیلیکون قرار دارد که باعث ایجاد خاصیت عایق می‌شود. این ویژگی موجب می‌شود مصرف توان ماسفت بسیار پایین باشد.

ساختار داخلی MOSFET :

شماتیک مقطع عرضی یک N-channel MOSFET — گیت، لایهٔ عایق SiO₂، کانال نوع N، بستر P-type، سورس و درین نشان داده شده‌اند.

توضیح اجزا

  • Gate (گیت): الکترود کنترل — با اعمال ولتاژ به گیت، میدان الکتریکی در زیر لایهٔ SiO₂ ایجاد می‌شود و کانال تشکیل می‌گردد.
  • SiO₂: لایهٔ نازک عایق بین گیت و نیمه‌رسانا — باعث جداسازی الکتریکی و کاهش جریان نشتی گیت می‌شود.
  • N-channel: کانالی که پس از اعمال ولتاژ مناسب گیت شکل می‌گیرد و مسیر اصلی جریان الکترون‌ها از سورس به درین را فراهم می‌کند.
  • P-type substrate (بستر P): مادهٔ زیرین سیلیکون که نواحی N در آن ساخته شده‌اند و نقش پشتیبانی و تعیین پلاریته را دارد.
  • Source (سورس): ناحیهٔ تامین‌کنندهٔ حامل‌ها (الکترون‌ها در N-channel) — معمولاً به مرجع یا زمین مدار متصل می‌شود.
  • Drain (درین): ناحیهٔ جمع‌کنندهٔ حامل‌ها که جریان به سمت آن رانده می‌شود؛ در کاربردهای توان، اختلاف پتانسیل درین بزرگ‌تر است.

نکات فنی کوتاه

  1. وقتی گیت بالاتر از ولتاژ آستانه (Vth) برود، کانال چگال می‌شود و رسانایی بین سورس و درین افزایش می‌یابد.
  2. لایهٔ SiO₂ بسیار نازک است؛ ضخامت آن و کیفیتش تاثیر مستقیم روی ظرفیت گیت (Cgs) و سرعت سوئیچینگ دارد.
  3. در مدارهای توان، ساختارهای اضافی (مثلاً ناحیهٔ drift، اتصالات فلزی بزرگ و پکیج مناسب) برای تحمل ولتاژ و دفع حرارت لازم‌اند — این موارد در نسخه‌های صنعتی دیتاشیت‌ها توصیف می‌شود.
  4. در تصویر جهت جریان الکترون (e⁻) نشان داده شده — دقت کن که جهت جریان قراردادی الکترون‌ها عکس است (جریان قراردادی از درین به سورس نشان داده می‌شود).

نحوه عملکرد MOSFET

هنگامی که ولتاژی به گیت اعمال می‌شود، در کانال بین سورس و درین میدان الکتریکی ایجاد می‌شود.
این میدان می‌تواند عبور جریان را کنترل یا قطع کند.
در MOSFETهای نوع N، ولتاژ مثبت باعث هدایت جریان می‌شود،
و در نوع P، ولتاژ منفی گیت باعث هدایت خواهد شد.

به همین دلیل ماسفت‌ها در مدارهای سوئیچینگ و دیجیتال بسیار محبوب‌اند؛ چون با کمترین جریان ورودی می‌توانند جریان‌های بزرگ را کنترل کنند.

انواع MOSFET و تفاوت آن‌ها

MOSFETها به دو دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شوند:

  • Enhancement Type (نوع افزایشی): در حالت عادی خاموش‌اند و با اعمال ولتاژ به گیت فعال می‌شوند.
  • Depletion Type (نوع کاهشی): در حالت عادی روشن‌اند و با تغییر ولتاژ گیت خاموش می‌شوند.

همچنین از نظر پلاریته به دو نوع تقسیم می‌شوند:

  • N-Channel MOSFET (NPN) : هدایت توسط الکترون‌ها انجام می‌شود؛ سرعت بالا و مقاومت کمتر دارد.
  • P-Channel MOSFET (PNP) : هدایت توسط حفره‌ها انجام می‌شود؛ معمولاً در مدارات مکمل (CMOS) همراه با نوع N استفاده می‌شود.

انواع پکیج‌های MOSFET

ماسفت‌ها در پکیج‌های مختلفی تولید می‌شوند تا برای کاربردهای گوناگون مناسب باشند. انتخاب نوع پکیج به عوامل زیر بستگی دارد:

  • میزان جریان و توان قابل تحمل
  • نحوه نصب (سطحی یا سوراخ‌دار)
  • نیاز به خنک‌سازی و انتقال حرارت

پکیج‌های متداول ماسفت‌ها:

  • TO-220: پکیج رایج برای ماسفت‌های قدرت با قابلیت نصب هیت‌سینک.
  • TO-247: مناسب برای جریان‌های بالا و توان زیاد؛ دارای سطح فلزی بزرگ‌تر برای دفع حرارت.
  • D2PAK (TO-263): نوع نصب سطحی (SMD) از TO-220 با کارایی مشابه اما ابعاد کوچکتر.
  • SO-8: برای مدارهای کم‌قدرت و کاربردهای منطقی در مدارات دیجیتال.
  • DFN / QFN: پکیج‌های کوچک و مدرن برای مدارهای با چگالی بالا، مخصوص دستگاه‌های قابل‌حمل.

کاربردهای ترانزیستور MOSFET

  • منابع تغذیه‌ی سوئیچینگ (SMPS)
  • تقویت‌کننده‌های صوتی
  • درایورهای موتور DC
  • مدارات دیجیتال CMOS
  • مدارات حفاظتی و کنترل توان

جمع‌بندی

ترانزیستور MOSFET یکی از اجزای اصلی در طراحی مدارهای مدرن است. با بهره‌گیری از ساختار ساده، توان مصرفی پایین و سرعت سوئیچینگ بالا، ماسفت‌ها جایگزین بسیاری از ترانزیستورهای قدیمی شده‌اند.

شناخت درست از انواع و پکیج‌های مختلف MOSFET به طراحان کمک می‌کند تا مدارهایی کارآمدتر، سبک‌تر و ایمن‌تر بسازند.

 

برای تهیه انواع ترانزیستور های ماسفت میتوانید به صفحه مخصوص ماسفت ها در فروشگاه دکتر الکترونیک مراجعه کنید.

نویسنده: تیم دکتر الکترونیک | مرجع آموزش تخصصی الکترونیک و طراحی مدار