يستخدم الموسفت MOSFET مع الجهد والتيار العالي ولذلك تستخدم بكثرة في التطبيقات عالية الطاقة، يطلق أيضا على الموسفت أسم ترانزستور تأثير المجال نوع الأكسيد المعدني و ذو البوابة المعزولة Insulated Gate FET لأن بوابة الترانزستور المعدنية تكون معزولة عن القناة بطبقة عازلة من أكسيد السيليكون، مما يجعل مقاومة دخل هذا الترانزستور عالية جدا.
ما هو الموسفت MOSFET ؟
 |
| الموسفت MOSFET |
هو ترانزستور الأثر الحقلي للأكاسيد المعدنية لأشباه الموصلات metal–oxide–semiconductor field-effect transistor ويختصر إلى MOSFET.
تعريف الموسفت MOSFET
هو ترانزستور حقلي ذو قناة نقل تعتمد في بنائها على المواد شبه موصلة، ويتكون من مصدر ومصب وبوابة والجسم، ويفصل بين الجسم والبوابة طبقة عازلة، يتحكم الجهد الكهربائي المطبق على البوابة في التيار الكهربي المار من المصدر إلى المصب - مثلما في الصمام الثلاثي حيث يتحكم جهد الشبكة في التيار المار من الكاثود إلى المصعد.
أنواع الموسفت Types Of MOSFET
هناك نوعان للترانزستور الموسفت هما:
- الترانزستورMOSFET الاستنزافي Depletion Mode MOSFET.
- الترانزستور MOSFET التعزيزي Enhancement Mode MOSFET.
الترانزستور الموسفت MOSFET الاستنزافي (DEMOSFET)
 |
| الترانزستور الموسفت MOSFET الاستنزافي (DEMOSFET) |
يوجد ترانزستور DEMOSFT بالقناة السالبة (N) وأخر بالقناة الموجبة(P)،
ويكون المنبع والمصرف منتشر في مادة الأساس للترانزستور، ويتصل المنبع والمصرف مع
بعضهما بقناة ضيقة ملامسة للبوابة المعزولة، وتكون البوابة معزولة عن القناة بطبقة
من ثاني أكسيد السيليكون (Sio2).
مبدأ عمل الترانزستور الموسفت الاستنزافي
سنتعرف هنا على مبدأ عمل ترانزستور MOSFET الاستنزافي بالقناة السالبة إذ لا يختلف عن مبدأ عملMOSFET الاستنزافي بالقناة الموجبة سوى أن فولطيات الانحياز تكون معكوسة.
في الترانزستور MOSFET الاستنزافي بالقناة السالبة تطبق فو لطية سالبه على المنبع و فولطية موجبة على المصرف مما يؤدي إلى جريان تيار خلال القناة من المنبع إلى المصرف.
إذا طبقت فو لطية سالبة على البوابة فإن الشحنة السالبة على البوابة سوف تدفع الالكترونات السالبة في القناة إلى منطقة الأساس الموجبة نتيجة قوة التنافر بين تلك الالكترونات في القناة والشحنات السالبة على البوابة، ويسبب ذلك استنزافا للإلكترونات في القناة فتزيد مقاومة تلك القناة ويقل التيار الذي يسري من مصدر الفولطية الموجب إلى المصرف ثم المنبع وزيادة الفولطية السالبة على البوابة يؤدي إلى زيادة مقاومة القناة ونقصان التيار وهكذا، وتعرف هذه الحالة بحالة الاستنزاف للترانزستور.
أما إذا وصلت فولطية موجبة بالبوابة بدلا من الفو لطية السالبة فإن ذلك يؤدي إلى زيادة الالكترونات في القناة فتزداد موصليتها( تقل مقاومتها) وبذلك يزداد التيار الجاري بين المصرف والمنبع، وتعرف هذه الحالة بالحالة التعزيزية للترانزستور، وعلى هذا فإن التيار بين المنبع والمصرف في ترانزستورMOSFET الاستنزافي يكون محكوما بالفو لطية السالبة أو الموجبة المطبقة على البوابة.
الترانزستور الموسفت MOSFET التعزيزي (EMOSFET)
 |
| الترانزستور الموسفت MOSFET التعزيزي (EMOSFET) |
يختلف MOSFET التعزيزي في بنائه عن ترانزستور MOSFET الاستنزافي في أنه لا
يحتوي على قناة فيزيائية، وتكون مادة الأساس تمتد لغاية المادة الفاصلة على
البوابة(أكسيد السيليكون)؛في الوضع الطبيعي لا يسري تيار بين المنبع والمصرف إلا
بعد أن تتشكل قناة وهمية بين المنبع والمصرف على خلاف ترانزستورMOSFET الاستنزافي
الذي يحتوي على قناة فيزيائية ضمن بنائه باستمرار .
مبدأ عمل الترانزستور الموسفت التعزيزي
عند تطبيق فو لطية موجبة على البوابة، فإن هذه الفولطية تجذب الالكترونات السالبة من مادة الأساس نحو البوابة وتصبح المنطقة المحاذية للبوابة غنية بالإلكترونات وتصبح كأنها امتداد للمادة (N) بين المصرف والمنبع مشكلة قناة وهمية، مما يسمح بسريان التيار بين المنبع والمصرف من خلال هذه القناة، وتؤدي زيادة الفولطية على البوابة إلى زيادة عرض القناة الوهمية وزيادة تدفق التيار الكهربائي خلال القناة.
عيوب الترانزستور الموسفت MOSFET
هناك مشكلة تواجهنا في ترانزستور ألا وهي عند تطبيق فولطية عالية نسبيا على بوابة الترانزستور قد تثقب الطبقة العازلة الرقيقة مما يؤدي إلى تلف الترانزستور، ونظرا لمقاومة البوابة العالية جدا فإن مجرد تطبيق ساكنة من رؤوس اصابعك تستطيع ان تخترق طبقة الأكسيد وهذا أيضا يعرض الموسفت للتلف.
كيف يتم حماية الموسفت من التلف؟
تقوم الشركات المصنعة كاحتياط امان بعمل واصل أطراف الترانزستور معا بشكل
مؤقت للمحافظة عليه أثناء التداول، ويتم ذلك بغرس أطراف الترانزستور بقطعة من
المطاط الموصل؛ وكذلك الحال بالنسبة للدارات المتكاملة التي تصنع .
الطريقة
الأخرى لحماية الموسفت هي ان نقوم بربط دايودي زينر بين طرفي توصيل البوابة حتى
نضمن أن الفولطيه المطبقة على البوابة لن تتجاوز فولطية الزينر أبدا.
رمز الموسفت MOSFET symbol
 |
| رمز الموسفت MOSFET symbol |
يوضح الشكل التالي رمز الموسفت الاستنزافيDEMOSFET والموسفت التعزيزيEMOSFET، نجد أن في الموسفت الاستنزافي تكون البوابة معزولة عن القناة ويميز طرف مادة الأساس بواسطة السهم فنجد أن عندما يشير السهم نحو المادة السالبة (N) حيث أن اتجاه السهم يكون إلى داخل الترانزستور بالقناة السالبة ويكون إلى خارج الترانزستور بالقناة الموجبة، أما في الموسفت التعزيزي نجد ان القناة الوهمية تكون على شكل خط متقطع في حين تم تمثيل القناة في الترانزستور الاستنزافي بخط صلب متصل.
تطبيقات الموسفت MOSFET
للموسفت استخدامات وتطبيقات كثيرة، مثل استخدام الموسفت كمفتاح، وكمبر للصوت، وفي الدوائر المتكاملة التي تكون مقاومتها منخفضة، وفي منظمات الجهد الخطي.
الموسفت كمفتاح MOSFET as a Switch
 |
| الموسفت كمفتاح MOSFET as a Switch |
إن التطبيق الأكثر شيوعًا لـ MOSFET هو استخدامه كمفتاح؛ حيث يستخدم الموسفت MOSFET كمفتاح لتشغيل وإيقاف تشغيل مصباح مثلا، يتم تطبيق جهد إدخال البوابة V GS بمساعدة مصدر جهد دخل، عندما يكون الجهد المطبق موجبا سيكون المحرك في حالة التشغيل، وإذا كان الجهد المطبق صفرا أو سالبا فسيكون المصباح في حالة إيقاف التشغيل.
فحص الموسفت
يمكنك التعرف على طريقة فحص الترانزستور الموسفت MOSFET من هنا
الفرق بين الموسفت والترانزستور MOSFET VS BJT
يمكنك التعرف على الترانزستور العادي أو ثنائي القطبية BJT من هنا، أما أهم الاختلافات بين الموسفت والترانزستور تتلخص فيما يلي:
- الترانزستورBJT ثنائي القطبية NPN أو PNP، بينما الموسفت MOSFET أحادي القطبية N أو P.
- الترانزستورBJT ثلاث اطراف هم طرف Emitter الباعث وطرف Collector المجمع و طرف Base القاعدة، اما الموسفت MOSFET له ثلاث أطراف Source المصدر و Drain المصرف و Gate البوابة.
- يتم التحكم في تيار الخرج عن طريق القاعدة Base في الترانزستور BJT، بينما يتم التحكم في تيار الخرج عن طريق البوابة Gate في الموسفت MOSFET.
- حجم الموسفت أصغر مما يسهل استخدامه في الدوائر المتكاملة ( integrated Circuits) وأسهل في تصنيعه من BJT ولكنه أغلى ثمنا من الترانزستور BJT.
- يمثل التفريغ الكهروستاتيكي مشكلة في الترانزستور الموسفت MOSFET، بينما لا يمثل مشكلة في الترانزستور BJT.
- مقاومة الدخل للترانزستور BJT منخفضة، بينما اللموسفت مقاومة الدخل له مرتفعة.
- يتم استخدام الترانزستور BJT في التيارات المنخفضة، بينما الموسفت يتم استخدامه للتيارات المرتفعة.
الفرق بين الموسفت و الثايرستور MOSFET VS Thyristor
ما هو الثايرستور وكيف يعمل؟
أهم الاختلافات بين الموسفت و الثايرستور تتلخص فيما يلي:
- الثايرستور له ثلاث أطراف Anode وCathode وGate، بينما الموسفت له ثلاث أطراف Source و Drain و Gate.
- يحتاج الثايرستور إلى نبضة واحدة عند Gate لتشغيله، بينما الموسفت يحتاج إلى تيار مستمر للحفاظ على التوصيل المتوقع أثناء التشغيل وإيقاف التشغيل.
- مقاومة الدخل للثايرستور منخفضة بينما مقاومة الدخل للموسفت مرتفعة.
- يمكن توصيل الثايرستور بسهولة بدائرة معادلة الجهد بينما يصعب توصيل MOSFET بدائرة معادلة الجهد.
- الثايرستور أقل حساسية لدرجة الحرارة، بينما الموسفت MOSFET لديه حساسية عالية جدًا لدرجة الحرارة مما يعرضه للتلف أكثر.
الفرق بين الموسفت و ترانزستور (IGBT ) MOSFET VS IGBT
ما هو ترانزستور IGBT
أهم الاختلافات بين الموسفت و ترانزستور IGBT تتلخص فيما يلي:
- الترانزستور IGBT له له ثلاث أطراف وهي Emitter و Collector و Gate، بينما الموسفت له ثلاث أطراف Source و Drain و Gate.
- على الرغم من أن كلاً من IGBT و MOSFET يتم التحكم في تيار الخرج عن طريق البوابة Gate إلا أن IGBT لها خصائص توصيل تشبه الترانزستور ثنائي القطبيةBJT.
- يعمل الموسفت على ترددات عالية بينما يعمل الترانزستور IGBT على ترددات متوسطة.
- نجد أن مقاومة الدخل لكلا من IGBT و MOSFET مرتفعة ولكن مقاومة الخرج للترانزستور IGBT مرتفعة، بينما مقاومة الخرج للموسفت متوسطة.
- الترانزستور IGBT أغلى ثمنا من الموسفت.
المصادر
موسفت-
Fundamentals of MOSFETs and Their Working-
What is a MOSFET : Working and Its Applications-
Applications of MOSFET
?What are the Differences between BJT and MOSFET-
Difference between thyristor and MOSFET
Difference Between IGBT and MOSFET