คุณรู้เกี่ยวกับวงจร MOSFET หรือไม่?

วงจร MOSFET มักใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และ MOSFET ย่อมาจาก Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor การออกแบบและการประยุกต์ใช้วงจร MOSFET ครอบคลุมหลากหลายสาขา ด้านล่างนี้เป็นการวิเคราะห์โดยละเอียดของวงจร MOSFET:

 

I. โครงสร้างพื้นฐานและหลักการทำงานของ MOSFET

 

1. โครงสร้างพื้นฐาน

MOSFET ส่วนใหญ่ประกอบด้วยอิเล็กโทรดสามอิเล็กโทรด: เกท (G), แหล่งกำเนิด (S) และเดรน (D) พร้อมด้วยชั้นฉนวนโลหะออกไซด์ ขึ้นอยู่กับประเภทของช่องสัญญาณนำไฟฟ้า MOSFET แบ่งออกเป็นประเภท N-channel และ P-channel ตามผลการควบคุมของแรงดันเกตบนช่องนำไฟฟ้า พวกมันยังสามารถแบ่งออกเป็นโหมดการปรับปรุงและ MOSFET โหมดพร่อง

 

2. หลักการทำงาน

หลักการทำงานของ MOSFET ขึ้นอยู่กับผลของสนามไฟฟ้าเพื่อควบคุมค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เมื่อแรงดันเกตเปลี่ยนแปลง การกระจายประจุบนพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์ใต้เกทจะเปลี่ยนแปลง ซึ่งจะควบคุมความกว้างของช่องนำไฟฟ้าระหว่างแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำ ซึ่งจะเป็นการควบคุมกระแสเดรน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อแรงดันเกตเกินเกณฑ์ที่กำหนด ช่องนำไฟฟ้าจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้เกิดการนำไฟฟ้าระหว่างแหล่งกำเนิดและท่อระบาย ในทางกลับกัน หากช่องหายไป แหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำจะถูกตัดออก

 

ครั้งที่สอง การประยุกต์ใช้วงจร MOSFET

 

1. วงจรเครื่องขยายเสียง

MOSFET สามารถใช้เป็นแอมพลิฟายเออร์ได้โดยการปรับแรงดันเกตเพื่อควบคุมเกนกระแส ใช้ในวงจรเสียง ความถี่วิทยุ และวงจรขยายสัญญาณอื่นๆ เพื่อให้สัญญาณรบกวนต่ำ ใช้พลังงานต่ำ และกำลังขยายสัญญาณสูง

 

2. การสลับวงจร

MOSFET ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นสวิตช์ในวงจรดิจิตอล การจัดการพลังงาน และตัวขับมอเตอร์ ด้วยการควบคุมแรงดันไฟประตู ทำให้สามารถเปิดหรือปิดวงจรได้อย่างง่ายดาย เนื่องจากองค์ประกอบการสลับ MOSFET มีข้อดี เช่น ความเร็วการสลับที่รวดเร็ว การใช้พลังงานต่ำ และวงจรขับเคลื่อนที่เรียบง่าย

 

3. วงจรสวิตช์แบบอะนาล็อก

ในวงจรแอนะล็อก MOSFET ยังทำหน้าที่เป็นสวิตช์แอนะล็อกได้ด้วย ด้วยการปรับแรงดันไฟฟ้าเกต พวกเขาสามารถควบคุมสถานะเปิด/ปิด ทำให้สามารถสลับและเลือกสัญญาณอะนาล็อกได้ แอปพลิเคชันประเภทนี้พบได้ทั่วไปในการประมวลผลสัญญาณและการเก็บข้อมูล

 

4. วงจรลอจิก

นอกจากนี้ MOSFET ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรลอจิกดิจิทัล เช่น ลอจิกเกต (AND, OR เกต ฯลฯ) และหน่วยหน่วยความจำ ด้วยการรวม MOSFET หลายตัวเข้าด้วยกัน จะสามารถสร้างระบบวงจรลอจิกดิจิทัลที่ซับซ้อนได้

 

5. วงจรการจัดการพลังงาน

ในวงจรการจัดการพลังงาน MOSFET สามารถใช้สำหรับการสลับพลังงาน การเลือกพลังงาน และการควบคุมพลังงาน ด้วยการควบคุมสถานะเปิด/ปิดของ MOSFET ทำให้สามารถจัดการและควบคุมพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

 

6. ตัวแปลง DC-DC

MOSFET ใช้ในตัวแปลง DC-DC สำหรับการแปลงพลังงานและการควบคุมแรงดันไฟฟ้า ด้วยการปรับพารามิเตอร์ เช่น รอบการทำงานและความถี่ในการสลับ จึงสามารถแปลงแรงดันไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพและเอาต์พุตมีเสถียรภาพ

 

ที่สาม ข้อควรพิจารณาในการออกแบบที่สำคัญสำหรับวงจร MOSFET

 

1. การควบคุมแรงดันไฟฟ้าประตู

แรงดันเกตเป็นพารามิเตอร์หลักในการควบคุมค่าการนำไฟฟ้าของ MOSFET เมื่อออกแบบวงจร จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมั่นใจในความเสถียรและความแม่นยำของแรงดันเกตเพื่อหลีกเลี่ยงการเสื่อมประสิทธิภาพหรือความล้มเหลวของวงจรเนื่องจากความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า

 

2. ข้อจำกัดกระแสระบาย

MOSFET สร้างกระแสเดรนจำนวนหนึ่งระหว่างการทำงาน เพื่อปกป้อง MOSFET และปรับปรุงประสิทธิภาพของวงจร จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องจำกัดกระแสเดรนด้วยการออกแบบวงจรอย่างเหมาะสม ซึ่งสามารถทำได้โดยการเลือกรุ่น MOSFET ที่เหมาะสม การตั้งค่าแรงดันเกตที่เหมาะสม และใช้ความต้านทานโหลดที่เหมาะสม

 

3. ความเสถียรของอุณหภูมิ

ประสิทธิภาพของ MOSFET จะได้รับผลกระทบอย่างมากจากอุณหภูมิ การออกแบบวงจรควรคำนึงถึงผลกระทบด้านอุณหภูมิต่อประสิทธิภาพของ MOSFET และควรใช้มาตรการเพื่อเพิ่มความเสถียรของอุณหภูมิ เช่น การเลือกรุ่น MOSFET ที่ทนต่ออุณหภูมิได้ดี และการใช้วิธีการทำความเย็น

 

4. การแยกและการป้องกัน

ในวงจรที่ซับซ้อน จำเป็นต้องมีมาตรการแยกเพื่อป้องกันการรบกวนระหว่างส่วนต่างๆ เพื่อป้องกัน MOSFET จากความเสียหาย ควรใช้วงจรป้องกัน เช่น การป้องกันกระแสเกินและแรงดันไฟฟ้าเกิน

 

โดยสรุป วงจร MOSFET เป็นส่วนสำคัญของการใช้งานวงจรอิเล็กทรอนิกส์ การออกแบบและการใช้งานวงจร MOSFET อย่างเหมาะสมสามารถตอบสนองการทำงานของวงจรต่างๆ และตอบสนองความต้องการการใช้งานที่แตกต่างกัน