Ngày 29/07/2010 19:44:17 / Lượt xem: 33163 / Người đăng: biendt

MosFet Cấu tạo, kiểm tra và nguyên tắc hoạt động

---

1: Giới thiệu Mosfet
Mosfet là Transistor hiệu ứng trường ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ) 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 hợn cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu, Mosfet được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính
Hình dạng ngoài thực tế:

Ký hiệu trong sơ đồ nguyên lý

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

2: Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động - Mosfet
Khác với BJT, Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện áp với dòng điện điều khiển cực nhỏ.

Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N
G : Gate gọi là cực cổng
S : Source gọi là cực nguồn
D : Drain gọi là cực máng
Trong đó : G là cực điều khiển được cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn còn lại bởi lớp điện môi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực lớn dioxit-silic (Sio2). Hai cực còn lại là cực gốc  (S) và cực máng (D). Cực máng là cực đón các hạt mang điện.
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:
Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở. Do là một phần tử với các hạt mang điện cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao. Nhưng mà để đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vẫn đề quan trọng .
Mạch điện tương đương của Mosfet . Nhìn vào đó ta thấy cơ chế đóng cắt phụ thuộc vào các tụh điện ký sinh trên nó.
Ở đây tôi không nói rõ chi tiết cấu trúc bán dẫn của nó để nó đóng hoặc mở. Các bạn hiểu như sau :

+ Đối với kênh P : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs0. Dòng điện sẽ đi từ S đến D
+ Đối với kênh N : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs >0. Điện áp điều khiển đóng là Ugs<=0. Dòng điện sẽ đi từ D xuống S.
Do đảm bảo thời gian đóng cắt là ngắn nhất người ta thường : Đối với Mosfet Kênh N điện áp khóa là Ugs = 0 V còn  Kênh P thì Ugs=~0.

* Thí nghiệm vui về nguyên lý hoạt động của nó!
Mạch 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 K đóng, nguồn UG cấp vào hai cực GS làm điện áp UGS > 0V => đèn Q1 dẫn => bóng đèn D sáng.
Khi công tắc K ngắt, Nguồn cấp vào hai cực GS = 0V nên. Q1 khóa ==>Bóng 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
Chú ý : Mạch thử nghiệm trên chỉ là mạch mô phỏng khả năng đóng cắt và hoạt động của MosFet

3 : Các thông số thể hiện khả năng đóng cắt của Mosfet.

Thời gian trễ khi mở,khi đóng 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.
3 :Xác định kiểm tra ứng dụng - Mosfet
1 : Xác định chân cho Mosfet

Thông thường thì chân của Mosfet nó quy định chung không như Transitor. Chân của Mosfet được quy định :
Nhìn trên hình vẽ thì chân G ở bên trái, chân S ở bên phải còn chân D ở giữa. Hầu như Mosfet nào cũng như vậy.
2 : Kiểm tra Mosfet
Mosfet có thể được kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng . Do có cấu tạo hơi khác so với Transitor nên cách kiểm tra Mosfet không giống với Transitor.
Phương thức kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng khá là đơn giản các bạn chú ý.

* Kiểm tra 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.
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. (Cái này không có hình nhưng các bạn có thể tự hình dung ra được)
* Kiểm tra Mosfet chết hay 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
* 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

3 : Ứng dụng của Mosfet
Mosfet có khả năng đóng nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên nó được sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường Vì do đóng cắt nhanh làm cho dòng điện biến thiên.
Nó thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều khiển điện áp cao.
4: Chú ý
+ Theo đặc tính của Mosfet thì thông thường Mosfet được sử dụng với các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao, tuy nhiên Mosfet không có khả năng chịu được dòng điện cao.
+ MosFet ngày nay được sản xuất với tần số đóng cắt cao và RSD-ON nhỏ làm cho tổn thất trong quá trình đóng cắt nhỏ đi rất nhiều
+ Điện áp kích cho MosFet phải là điện áp sạch và trong phạm vi cho phép