Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (MOSFETs) គឺស្ថិតក្នុងចំណោមឧបករណ៍ semiconductor ដ៏សំខាន់បំផុតនៅក្នុងអេឡិចត្រូនិចទំនើប។ ប្រតិបត្តិការគ្រប់គ្រងវ៉ុលរបស់ពួកគេ impedance បញ្ចូលខ្ពស់ និងសមត្ថភាពប្តូរលឿនធ្វើឱ្យពួកវាល្អសម្រាប់កម្មវិធីឌីជីថល អាណាឡូក និងថាមពល។ អត្ថបទនេះពន្យល់ពីរចនាសម្ព័ន្ធ MOSFET ប្រតិបត្តិការ ប្រភេទ កញ្ចប់ គុណសម្បត្តិ និងការប្រើប្រាស់ជាក់ស្តែងក្នុងរបៀបច្បាស់លាស់ និងមានរចនាសម្ព័ន្ធ។
គ១. ទិដ្ឋភាពទូទៅ MOSFET
គ២. និមិត្តសញ្ញា MOSFET និងស្ថានីយ
គ៣. រចនាសម្ព័ន្ធខាងក្នុងនៃ MOSFET
គ៤. MOSFET គោលការណ៍ការងារ
គ៥. ប្រតិបត្តិការ MOSFET ជាកុងតាក់អេឡិចត្រូនិច
គ៦. ប្រភេទនៃ MOSFETs
គ៧. កញ្ចប់ MOSFET
គ៨. ការអនុវត្ត MOSFETs
គ៩. គុណសម្បត្តិ និងគុណវិបត្តិនៃ MOSFETs
គ១០. សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
គ ១១. សំណួរដែលគេសួរញឹកញាប់ [FAQ]
ទិដ្ឋភាពទូទៅ MOSFET
MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) គឺជាត្រង់ស៊ីស្ទ័រឥទ្ធិពលវាលដែលលំហូរចរន្តត្រូវបានគ្រប់គ្រងដោយវាលអគ្គិសនីដែលបង្កើតឡើងដោយវ៉ុលដែលបានអនុវត្តទៅច្រកទ្វារ។ វាត្រូវបានគេហៅផងដែរថា IGFET (Insulated-Gate Field-Effect Transistor) ពីព្រោះច្រកទ្វារត្រូវបានអ៊ីសូឡង់អគ្គិសនីពីឆានែល semiconductor ដោយស្រទាប់ស្តើងនៃស៊ីលីកុនឌីអុកស៊ីត (SiO₂) ។ អ៊ីសូឡង់នេះបណ្តាលឱ្យមាន impedance បញ្ចូលខ្ពស់ខ្លាំង និងអនុញ្ញាតឱ្យឧបករណ៍ដំណើរការជាសមាសធាតុគ្រប់គ្រងវ៉ុល ដែលវ៉ុល gate-to-source (VGS) គ្រប់គ្រងចរន្តរវាងបង្ហូរ និងប្រភព។
និមិត្តសញ្ញា MOSFET និងស្ថានីយ
MOSFET មានស្ថានីយចំនួនបួន៖ Gate (G), Drain (D), Source (S) និង Body or Substrate (B)។ នៅក្នុងឧបករណ៍ជាក់ស្តែងភាគច្រើន រាងកាយត្រូវបានភ្ជាប់ខាងក្នុងទៅប្រភព ដូច្នេះ MOSFET ជាទូទៅត្រូវបានតំណាង និងប្រើជាឧបករណ៍បីស្ថានីយ។
រចនាសម្ព័ន្ធខាងក្នុងនៃ MOSFET
MOSFET ត្រូវបានបង្កើតឡើងជុំវិញរចនាសម្ព័ន្ធច្រកទ្វារអ៊ីសូឡង់។ អេឡិចត្រូតច្រកទ្វារត្រូវបានបំបែកចេញពីផ្ទៃ semiconductor ដោយស្រទាប់ SiO₂ ស្តើង។ នៅក្រោមអុកស៊ីដនេះ ប្រភព និងតំបន់បង្ហូរទឹកត្រូវបានបង្កើតឡើង ហើយឆានែល conductive លេចឡើងរវាងពួកវានៅពេលដែលឧបករណ៍មានភាពលំអៀងត្រឹមត្រូវ។
នៅក្នុងឧបករណ៍ NMOS ធម្មតា ស្រទាប់ខាងក្រោមគឺ p-type ខណៈពេលដែលប្រភព និងបង្ហូរគឺ n-type ។ បើគ្មានភាពលំអៀងច្រកទ្វារ មិនមានផ្លូវ conductive ខ្លាំងរវាងប្រភព និងបង្ហូរ ដែលធ្វើឱ្យ MOSFETs សមរម្យសម្រាប់កម្មវិធីដែលទាមទារស្ថានភាពបើក និងបិទច្បាស់លាស់។
MOSFET គោលការណ៍ការងារ
MOSFET គ្រប់គ្រងចរន្តដោយប្រើវាលអគ្គិសនីដែលបង្កើតឡើងដោយវ៉ុលច្រកទ្វារ។ ស្រទាប់ច្រកទ្វារ និងស្រទាប់អុកស៊ីដបង្កើតជារចនាសម្ព័ន្ធស្រដៀងទៅនឹង capacitor ដែលជាញឹកញាប់ហៅថា capacitor MOS ។ ចរន្តបង្ហូរសំខាន់ហូរតែនៅពេលដែលវ៉ុលច្រកទ្វារបង្កើតឆានែល conductive ។
សម្រាប់ឧបករណ៍ NMOS វ៉ុលច្រកទ្វារវិជ្ជមានទាក់ទាញអេឡិចត្រុងឆ្ពោះទៅរកចំណុចប្រទាក់អុកស៊ីដ។ នៅពេលដែលវ៉ុលច្រកទ្វារលើសពីវ៉ុលកម្រិត (VTH) ឆានែល conductive បង្កើតរវាងប្រភព និងបង្ហូរ។ ការបង្កើន VGS ពង្រឹងឆានែល និងបង្កើនចរន្តបង្ហូរ (ID) ។
ប្រតិបត្តិការ Depletion-Mode
MOSFET របៀបបំផ្លាញជាធម្មតាត្រូវបានបើក។ ជាមួយនឹងវ៉ុលច្រកទ្វារសូន្យ ឆានែល conductive មាន និងចរន្តលំហូរនៅពេលដែល VDS ត្រូវបានអនុវត្ត។ ភាពលំអៀងច្រកទ្វារវិជ្ជមានបង្កើនចរន្តឆានែល ខណៈពេលដែលភាពលំអៀងច្រកទ្វារអវិជ្ជមានកាត់បន្ថយអ្នកដឹកជញ្ជូន និងអាចជំរុញឧបករណ៍ឆ្ពោះទៅរកការកាត់ផ្តាច់។ នេះអនុញ្ញាតឱ្យការគ្រប់គ្រងចរន្តបង្ហូរដោយរលូនដោយប្រើវ៉ុលច្រកទ្វារ។
ប្រតិបត្តិការរបៀបពង្រឹង
MOSFET របៀបធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងជាធម្មតាត្រូវបានបិទ។ ជាមួយ VGS = 0 មិនមានឆានែលទេ ហើយឧបករណ៍មិនដំណើរការទេ។ នៅពេលដែល VGS លើសពី VTH ឆានែលបង្កើត និងលំហូរចរន្ត។
ប្រតិបត្តិការរបស់វាត្រូវបានពិពណ៌នាជាទូទៅដោយប្រើតំបន់បី៖
• តំបន់កាត់ផ្តាច់៖ VGS ក្រោមកម្រិត MOSFET បិទ
• តំបន់ Ohmic (លីនេអ៊ែរ)៖ ឧបករណ៍មានឥរិយាបថដូចជា resistor ដែលគ្រប់គ្រងដោយវ៉ុល
• តំបន់ឆ្អែត: ចរន្តបង្ហូរត្រូវបានគ្រប់គ្រងជាចម្បងដោយវ៉ុលច្រកទ្វារ
ប្រតិបត្តិការ MOSFET ជាកុងតាក់អេឡិចត្រូនិច
MOSFETs ត្រូវបានប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយជាកុងតាក់អេឡិចត្រូនិចសម្រាប់ការគ្រប់គ្រងបន្ទុក។ នៅពេលដែលវ៉ុលច្រកទ្វារទៅប្រភពឈានដល់កម្រិតដែលត្រូវការ MOSFET បើក និងដំណើរការរវាងបង្ហូរ និងប្រភព។ ការដក ឬបញ្ច្រាសច្រកទ្វារវ៉ុលtage បិទឧបករណ៍។
នៅក្នុងសៀគ្វីជាក់ស្តែង សមាសធាតុបន្ថែមធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវភាពជឿជាក់នៃការប្តូរ។ Gate pull-down resistor ការពារការបើកដោយអចេតនានៅពេលដែលសញ្ញាបញ្ជាកំពុងអណ្តែត។ នៅក្នុងកម្មវិធីប្តូររហ័សដូចជាការគ្រប់គ្រង PWM gate resistor ជួយគ្រប់គ្រងការសាកច្រកទ្វារ និងកាត់បន្ថយសំឡេង និង EMI ។
ប្រភេទផ្ទុកក៏មានសារៈសំខាន់ផងដែរ. បន្ទុក inductive ដូចជាម៉ូទ័រ និងបញ្ជូនតអាចបង្កើតវ៉ុលខ្ពស់នៅពេលបិទ ខណៈពេលដែលបន្ទុក capacitive អាចបណ្តាលឱ្យមានចរន្ត inrush ធំ។ សមាសធាតុការពារជាញឹកញាប់ត្រូវបានទាមទារដើម្បីការពារការខូចខាត MOSFET ។
ប្រភេទនៃ MOSFETs
ដោយរបៀបប្រតិបត្តិការ
• របៀបពង្រឹង MOSFET (E-MOSFET)៖ មិនមានប៉ុស្តិ៍ចរន្តនៅវ៉ុលច្រកទ្វារសូន្យទេ។ VGS សមស្របត្រូវតែត្រូវបានអនុវត្តដើម្បីបង្កើតឆានែល និងអនុញ្ញាតឱ្យលំហូរចរន្ត។
• Depletion-mode MOSFET (D-MOSFET)៖ ឆានែលចរន្តមាននៅវ៉ុលច្រកទ្វារសូន្យ។ ការអនុវត្តភាពលំអៀងច្រកទ្វារផ្ទុយគ្នាកាត់បន្ថយចរន្តឆានែល និងអាចបិទឧបករណ៍។
តាមប្រភេទឆានែល
• N-channel (NMOS)៖ ប្រើអេឡិចត្រុងជាអ្នកដឹកជញ្ជូនភាគច្រើន ហើយជាទូទៅផ្តល់នូវល្បឿនខ្ពស់ និងធន់ទ្រាំទាប។
• P-channel (PMOS)៖ ប្រើរន្ធជាក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនភាគច្រើន ហើយជាញឹកញាប់ត្រូវបានជ្រើសរើសនៅកន្លែងដែលគ្រោងការណ៍ gate-drive សាមញ្ញជាងត្រូវបានពេញចិត្ត។
កញ្ចប់ MOSFET
MOSFETs មាននៅក្នុងប្រភេទកញ្ចប់ផ្សេងៗគ្នា ដើម្បីឱ្យសមនឹងកម្រិតថាមពល និងតម្រូវការកំដៅផ្សេងៗគ្នា។
• ផ្ទៃម៉ោន: TO-263, TO-252, SO-8, SOT-23, SOT-223, TSOP-6
•តាមរយៈរន្ធ: TO-220, TO-247, TO-262
• PQFN: 2×2, 3×3, 5×6
• DirectFET៖ M4, MA, MD, ME, S1, SH
ការអនុវត្ត MOSFETs
• ឧបករណ៍ពង្រីក៖ ប្រើក្នុងសៀគ្វីពង្រីកវ៉ុល និងចរន្ត ជាពិសេសនៅក្នុងដំណាក់កាលបញ្ចូលដែលទាមទារ impedance បញ្ចូលខ្ពស់ និងដំណើរការសំឡេងរំខានទាប។
• ការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលប្តូរ៖ សមាសធាតុមូលដ្ឋាននៅក្នុងឧបករណ៍បំប្លែង DC-DC និងសៀគ្វី SMPS ដែលផ្តល់នូវការប្តូរប្រេកង់ខ្ពស់ប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពជាមួយនឹងការបាត់បង់ថាមពលតិចតួចបំផុត។
• តក្កវិជ្ជាឌីជីថល៖ បង្កើតមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃតក្កវិជ្ជា CMOS ដែលអនុញ្ញាតឱ្យប្រតិបត្តិការដែលអាចទុកចិត្តបាននៃ microprocessors, microcontrollers និង ICs ឌីជីថលជាមួយនឹងការរំសាយថាមពលឋិតិវន្តទាប។
• ការគ្រប់គ្រងថាមពល៖ ប្រើនៅក្នុងកុងតាក់បន្ទុក និយតករវ៉ុល អ្នកបើកបរម៉ូទ័រ និងប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រងថាមពល ដើម្បីគ្រប់គ្រង និងគ្រប់គ្រងបន្ទុកចរន្តខ្ពស់ប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព។
• ឧបករណ៍អង្គចងចាំ៖ ប្រើក្នុងបច្ចេកវិទ្យា RAM និងអង្គចងចាំ flash ដែលរចនាសម្ព័ន្ធដែលមានមូលដ្ឋានលើ MOS អនុញ្ញាតឱ្យផ្ទុកទិន្នន័យដង់ស៊ីតេខ្ពស់ និងប្រតិបត្តិការអាន/សរសេរលឿន។
គុណសម្បត្តិ និងគុណវិបត្តិនៃ MOSFETs
គុណសម្បត្តិ
• ល្បឿនប្តូរខ្ពស់៖ អនុញ្ញាតឱ្យប្រតិបត្តិការប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពនៅក្នុងកម្មវិធីប្តូរឌីជីថលដែលមានប្រេកង់ខ្ពស់ និងលឿន។
• ការប្រើប្រាស់ថាមពលទាប៖ ទាមទារចរន្តច្រកទ្វារតិចតួចណាស់ ដែលធ្វើឱ្យ MOSFETs ល្អសម្រាប់សៀគ្វីដែលមានប្រសិទ្ធភាពថាមពល និងថាមពលថ្ម។
• impedance បញ្ចូលខ្ពស់ណាស់៖ កាត់បន្ថយផលប៉ះពាល់នៃការផ្ទុកលើដំណាក់កាលមុន និងសម្រួលសៀគ្វីដ្រាយ។
• ដំណើរការសំឡេងរំខានទាប៖ សាកសមសម្រាប់កម្មវិធីពង្រីកសញ្ញាទាប និងអាណាឡូក ដែលភាពសុចរិតនៃសញ្ញាគឺជាកត្តាចាំបាច់។
គុណវិបត្តិ
• ភាពប្រែប្រួលនៃអុកស៊ីដច្រកទ្វារ៖ ស្រទាប់អុកស៊ីដស្តើងងាយរងគ្រោះចំពោះការឆក់អគ្គិសនី (ESD) និង overvoltage ច្រកទ្វារលើស ដែលទាមទារការដោះស្រាយ និងការការពារដោយប្រុងប្រយ័ត្ន។
• ការអាស្រ័យលើសីតុណ្ហភាព៖ ប៉ារ៉ាម៉ែត្រអគ្គិសនីដូចជាវ៉ុល threshold និង on-resistance ប្រែប្រួលជាមួយសីតុណ្ហភាព ដែលប៉ះពាល់ដល់ស្ថេរភាពដំណើរការ។
• ដែនកំណត់វ៉ុល៖ MOSFETs មួយចំនួនមានចំណាត់ថ្នាក់វ៉ុលអតិបរមាទាប ដែលរឹតបន្តឹងការប្រើប្រាស់របស់ពួកគេនៅក្នុងកម្មវិធីតង់ស្យុងខ្ពស់។
• តម្លៃផលិតខ្ពស់៖ ដំណើរការផលិតកម្រិតខ្ពស់អាចបង្កើនតម្លៃឧបករណ៍បើប្រៀបធៀបទៅនឹងបច្ចេកវិទ្យាត្រង់ស៊ីស្ទ័រសាមញ្ញ។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
MOSFETs ត្រូវបានប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងប្រព័ន្ធអេឡិចត្រូនិចទំនើប ចាប់ពីដំណើរការសញ្ញាថាមពលទាបដល់ការបំប្លែងថាមពលដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។ ការយល់ដឹងអំពីរចនាសម្ព័ន្ធ គោលការណ៍ប្រតិបត្តិការ ឥរិយាបថប្តូរ និងដែនកំណត់របស់ពួកគេអនុញ្ញាតឱ្យការជ្រើសរើសឧបករណ៍ និងការរចនាសៀគ្វីកាន់តែមានប្រសិទ្ធភាព។ ភាពបត់បែន ល្បឿន និងប្រសិទ្ធភាពរបស់ពួកគេធានាថា MOSFETs នៅតែជាសមាសធាតុដ៏មានប្រយោជន៍នៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យាបច្ចុប្បន្ន និងអនាគត។
សំណួរដែលគេសួរញឹកញាប់ [FAQ]
តើខ្ញុំជ្រើសរើស MOSFET ត្រឹមត្រូវសម្រាប់សៀគ្វីរបស់ខ្ញុំដោយរបៀបណា?
ជ្រើសរើស MOSFET ដោយផ្អែកលើប៉ារ៉ាម៉ែត្រសំខាន់ៗដូចជា drain-source voltage rating (VDS) ចរន្តបង្ហូរបន្ត (ID) ភាពធន់ទ្រាំ (RDS(on)) វ៉ុលកម្រិតច្រកទ្វារ (VTH) និងដែនកំណត់កំដៅកញ្ចប់។ ការផ្គូផ្គងការវាយតម្លៃទាំងនេះទៅនឹងបន្ទុករបស់អ្នក វ៉ុលផ្គត់ផ្គង់ និងតម្រូវការល្បឿនប្តូរធានាបាននូវប្រតិបត្តិការដែលមានសុវត្ថិភាព និងប្រសិទ្ធភាព។
តើអ្វីទៅជា RDS(on) ហើយហេតុអ្វីបានជាវាសំខាន់នៅក្នុង MOSFETs?
RDS(on) គឺជាភាពធន់នឹងការបង្ហូរទៅប្រភពនៅពេលដែល MOSFET បើកយ៉ាងពេញលេញ។ RDS(on) ទាបកាត់បន្ថយការបាត់បង់ចរន្ត ការបង្កើតកំដៅ និងការរំសាយថាមពល ដែលធ្វើឱ្យវាមានសារៈសំខាន់ជាពិសេសក្នុងការប្តូរថាមពល និងកម្មវិធីដែលមានចរន្តខ្ពស់។
ហេតុអ្វីបានជា MOSFET ក្តៅ ទោះបីជាវាបើកពេញលេញក៏ដោយ?
កំដៅ MOSFET កើតឡើងដោយសារការបាត់បង់ចរន្ត (ការបាត់បង់ I²R ពី RDS(on)) ការប្តូរការខាតបង់កំឡុងពេលបើក និងបិទ និងការរំសាយកំដៅមិនគ្រប់គ្រាន់។ ប្លង់ PCB មិនល្អ ការលិចកំដៅមិនគ្រប់គ្រាន់ ឬប្រេកង់ប្តូរច្រើនពេកអាចបង្កើនសីតុណ្ហភាពឧបករណ៍យ៉ាងខ្លាំង។
តើ MOSFET អាចត្រូវបានជំរុញដោយផ្ទាល់ដោយមីក្រូคอนโทรลเลอร์បានទេ?
បាទ/ចាស ប៉ុន្តែមានតែប្រសិនបើ MOSFET គឺជាឧបករណ៍កម្រិតតក្កវិជ្ជាប៉ុណ្ណោះ។ MOSFETs កម្រិតតក្កវិជ្ជាត្រូវបានរចនាឡើងដើម្បីបើកយ៉ាងពេញលេញនៅវ៉ុលច្រកទ្វារទាប (ជាធម្មតា 3.3 V ឬ 5 V)។ MOSFETs ស្តង់ដារអាចទាមទារវ៉ុលច្រកទ្វារខ្ពស់ជាង ហើយប្រហែលជាមិនប្តូរប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពនៅពេលបើកបរដោយផ្ទាល់។
តើអ្វីបណ្តាលឱ្យ MOSFET បរាជ័យនៅក្នុងសៀគ្វីពិត?
មូលហេតុទូទៅរួមមានវ៉ុលច្រកទ្វារលើស ការខូចខាត ESD កំដៅលើស វ៉ុលកើនឡើងពីបន្ទុក inductive និងប្រតិបត្តិការលើសពីដែនកំណត់ដែលបានវាយតម្លៃ។ ការការពារច្រកទ្វារត្រឹមត្រូវ diodes flyback សៀគ្វី snubber និងការគ្រប់គ្រងកំដៅធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវភាពជឿជាក់របស់ MOSFET ។
