NHỮNG ĐIỂM CƠ BẢN VỀ MOSFET

Mosfet là transistor hiệu ứng trường có dùng kim loại và oxit bán dẫn ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ) - nó là một transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta đã biết. Mosfet thường có công suất lớn hơn rất nhiều so với BJT. Đối với tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa đóng mở. Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu.

1.     Cấu tạo và kí hiệu của Mosfet:

Khác với BJT, Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện áp với dòng điện điều khiển cực nhỏ.

Ký hiệu và sơ đồ chân tương đương
giữa Mosfet và Transistor

Qua đó ta thấy Mosfet này có chân tương đương với Transitor:

     + Chân G tương đương với B

     + Chân D tương đương với chân C

     + Chân S tương đương với E

*Cấu tạo của Mosfet:

Trạng thái phân cực và dòng chảy trong transistor MOSFET kênh N và kênh P

G : Gate gọi là cực cổng 
S : Source gọi là cực nguồn 
D : Drain gọi là cực máng

*Trong đó :

Mosfet kênh N có hai miếng bán dẫn loại P đặt trên nền bán dẫn N, giữa hai lớp P-N được cách điện bởi lớp SiO2 hai miếng bán dẫn P được nối ra thành cực D và cực S, nền bán dẫn N được nối với lớp màng mỏng ở trên sau đó được dấu ra thành cực G.

Mosfet có điện trở  giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D  là vô cùng lớn , còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào  điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S ( UGS )

Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0  => do hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng nhỏ.

2. Nguyên lý hoạt động:


Mạch điện thí nghiệm.

                          

Mạch thí nghiệm sự hoạt động của Mosfet

• Thí nghiệm : Cấp nguồn một chiều UD qua một bóng đèn D vào hai cực D và S của Mosfet Q (Phân cực thuận cho Mosfet ngược) ta thấy bóng đèn không sáng nghĩa là không có dòng điện đi qua cực DS khi chân G không được cấp điện.
• Khi công tắc K1 đóng, nguồn UG cấp vào hai cực GS làm điện áp UGS > 0V => đèn Q1 dẫn => bóng đèn D sáng.
• Khi công tắc K1 ngắt, điện áp tích trên tụ C1 (tụ gốm) vẫn duy trì cho đèn Q dẫn => chứng tỏ không có dòng điện đi qua cực GS.
• Khi công tắc K2 đóng, điện áp tích trên tụ C1 giảm bằng 0 =>  UGS= 0V  => đèn tắt
• 
  
• => Từ thực nghiệm trên ta thấy rằng : điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng GS như trong Transistor thông thường mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường => làm cho điện trở RDS giảm xuống .

*Các thông số thể hiện khả năng đóng cắt của Mosfet

Thời gian trễ khi đóng/mở khóa phụ thuộc giá trị các tụ kí sinh Cgs.Cgd,Cds. Tuy nhiên các thông số này thường được cho dưới dạng trị số tụ Ciss, Crss,Coss. Nhưng dưới điều kiện nhất đinh như là điện áp Ugs và Uds. Ta có thể tính được giá trị các tụ đó.

   Ở đây các hình vẽ cho thấy tính phân cực và dòng điện chảy qua kênh dẫn điện.

   * Với loại MOSFET kênh N, khi trên chân Gate chưa có tích điện tích âm, thì trong kênh dẫn N chưa hình thành đường hầm dẫn điện. Lúc này Bạn đo Ohm trên chân DS kim sẽ không lên. Chỉ khi trên chân Gate có tích điện tích âm, lúc đó nó tạo ra rất nhiều lỗ (tương đương điện tích dương) trong kênh N (Bạn xem hình), nhờ có đường hầm này nối thông giếng chân S và chân D nên lúc này chân DS sẽ dẫn điện và nó cho dòng điện chảy qua.

   * Ngược lại, với loại MOSFET kênh P thì chỉ khi trên chân Gate có tích điện tích dương, lúc đó giữa hai giếng S và D mới hình thành đường hầm với nhiều diện tử tự do (Bạn xem hình), lúc này transistor mới dẫn điện và cho dòng điện chảy qua kênh.

   Vậy, chỉ khi cực Gate của transistor MOSFET kênh N có mức áp thấp hơn chân S thì lúc đó nó mới dẫn điện. Và ngược lại khi cực Gate của transistor MOSFET kênh P có mức áp cao hơn chân S thì lúc đó nó mới dẫn điện.

   Hình vẽ thứ 2 cho thấy, người ta dùng 2 transistor MOSFET hỗ bổ để làm cầu kéo đẩy, lúc chân Gate ở mức áp thấp  (L., Low) thì transistor MOSFET kênh N dẫn điện (hình bên tay trái) và lúc mức áp của tín hiệu trên chân Gate lên cao (H, High)  thì đến transistor MOSFET kênh P dẫn điện (hình bên tay phải). Điều này sẽ tạo ra dòng điện luôn đổi chiều cho chảy qua cuộn sơ cấp của biến áp và với hiện tượng cảm ứng điện từ của biến áp, lúc này trên cuộn thứ cấp quấn nhiều vòng hơn sẽ cho ra mức áp volt cao.

3. Đo kiểm tra MOSFET:

    Một Mosfet còn tốt : Là khi đo trở kháng giữa G với S và giữa G với D có điện trở bằng vô cùng ( kim không lên cả hai chiều đo)  và khi G đã được thoát điện thì trở kháng giữa D và S phải là vô cùng.

    Các bước kiểm tra như sau :

                                           

Đo kiểm tra Mosfet ngược thấy còn tốt

•     Bước 1 : Chuẩn bị để thang x1KW

      Bước 2 : Nạp cho G một điện tích ( để que đen vào G que đỏ vào S hoặc D )

      Bước 3 :  Sau khi nạp cho G một điện tích  ta đo giữa D và S ( que đen vào D que đỏ vào S  ) => kim sẽ lên.

      Bước 4 : Chập G vào D hoặc G vào S để thoát điện chân G.

      Bước 5 : Sau khi đã thoát điện chân G đo lại DS như bước 3 kim không lên.

  
  

      => Kết quả như vậy là Mosfet tốt.
• 
  
•                                              
• Đo kiểm tra Mosfet ngược thấy bị chập

• 
  
•     Bước 1 : Để đồng hồ thang x 1KW

      Đo giữa G và S hoặc giữa G và D nếu kim lên = 0 W là chập

  
  

      Đo giữa D và S mà cả hai chiều đo kim lên = 0 W là chập  D S

    4. Ứng dụng của MOSFET trong thực tế:

    Mosfet trong nguồn xung của Monitor

Mosfet được sử dụng làm đèn công xuất nguồn Monitor

    Trong bộ nguồn xung của Monitor hoặc máy vi tính, người ta thường dùng cặp linh kiện là IC tạo dao động và đèn Mosfet, dao động tạo ra từ IC có dạng xung vuông được đưa đến chân G của Mosfet, tại thời điểm xung có điện áp > 0V => đèn Mosfet dẫn, khi xung dao động = 0V Mosfet ngắt => như vậy dao động tạo ra sẽ điều khiển cho Mosfet liên tục đóng ngắt tạo thành dòng điện biến thiên liên tục chạy qua cuộn sơ cấp => sinh ra từ trường biến thiên cảm ứng lên các cuộn thứ cấp => cho ta điện áp ra.

    * Đo kiểm tra Mosfet trong mạch .
Khi kiểm tra Mosfet trong mạch , ta chỉ cần để thang x1W và đo giữa D và S => Nếu 1 chiều kim lên đảo chiều đo kim không lên => là Mosfet bình thường, Nếu cả hai chiều kim lên = 0 W là Mosfet bị chập DS.

    5. Bảng tra cứu MOSFET thông dụng:

        Loại kênh dẫn :  P-Channel : là Mosfet thuận ,   N-Channel là Mosfet ngược.

     Đặc điểm ký thuật : Thí dụ:   3A, 25W : là dòng D-S cực đại và công xuất cực đại.

    Tra bảng:

         Download

         Bảng tra MOSFET