"الموسفت (MOSFET)"

الترانزيستور ذو حقل معتاد أو الموسفت هو نوع من الترانزيستورات التي تستخدم في الدوائر الإلكترونية للتحكم في تدفق وتصريف التيار بين مصدرين. يتميز هذا النوع من الترانزيستورات بالقدرة على التحكم في تيار التصريف، وذلك باستخدام حقل كهربائي.

بنية الموسفت

يتكون الموسفت من ثلاثة أجزاء رئيسية، وهي:

المصدر (Source): وهو المصدر للتيار الكهربائي.

البوابة (Gate): وهي الجزء الذي يتحكم في تدفق التيار بين المصدر والصرف.

الصرف (Drain): وهو الجزء الذي يستقبل التيار الكهربائي.

تتمثل فكرة عمل الموسفت في إنشاء حقل كهربائي بين البوابة والصرف، وهذا الحقل يؤثر على تدفق التيار بين المصدر والصرف. يتم التحكم في هذا الحقل الكهربائي عن طريق تطبيق جهد كهربائي على البوابة.

هناك نوعان رئيسيان من موسفيت P-Channel MOSFET 2./ N-Channel MOSFET.1

موسفيت (N):

- يتألف من مصدر (Source) وصريف (Drain) وبوابة (Gate).

- عندما يُطبَّق جهد إيجابي على بوابته، يسمح بتدفق التيار من المصدر إلى التصريف.

- يستخدم غالبًا في تكنولوجيا CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) في الدوائر المتكاملة.

موسفيت (P):

- يعمل بطريقة معكوسة قليلاً عن N-Channel MOSFET.

- عندما يُطبَّق جهد سالب على بوابته، يسمح بتدفق التيار من التصريف إلى المصدر.

الخصائص الرئيسية للMOSFET تشمل:

- التوصيل (Conductance): يتحكم MOSFET في تدفق التيار بين مصدرين وتصريفه بناءً على التوتر المطبق على بوابته.

- مقاومة الإغلاق (On-Resistance): تعبر عن مقدار المقاومة عندما يكون MOSFET في حالة التوصيل.

- الجهد العائق (Threshold Voltage): الجهد الذي يحتاج إليه MOSFET للبدء في التوصيل.

- القدرة القاطعة (Cutoff Current): التيار الذي يمر عبر MOSFET عندما يكون في حالة القطع (الإيقاف).

- تواجد البوابة (Gate Capacitance): السعة بين بوابة MOSFET والمصدر/التصريف.

كيف يعمل الموسفت؟

عند تطبيق جهد كهربائي على البوابة، يتكون حقل كهربائي بين البوابة والصرف. يعتمد تأثير هذا الحقل الكهربائي على نوعية الموسفت، حيث يمكن أن يكون الموسفت من نوع N أو P.

في حالة الموسفت من نوع N، يكون البوابة موجبة بالنسبة للصرف، وعند تطبيق جهد كهربائي على البوابة، يتم جذب الشحنات السالبة نحو البوابة، مما يقلل من عرض القناة بين المصدر والصرف، وبالتالي يقل التيار المار بينهما.

أما في حالة الموسفت من نوع P، يكون البوابة سالبة بالنسبة للصرف، وعند تطبيق جهد كهربائي على البوابة، يتم جذب الشحنات الموجبة نحو البوابة، مما يزيد من عرض القناة بين المصدر والصرف، وبالتالي يزيد التيار المار بينهما.

استخدامات الموسفت

يستخدم الموسفت في العديد من الدوائر الإلكترونية والتطبيقات، ومن أبرز استخداماته:

التكنولوجيا الرقمية: حيث يستخدم في بناء البوابات المنطقية والدوائر المنطقية المتكاملة.

التكنولوجيا اللاسلكية: حيث يستخدم في بناء الدوائر اللاسلكية مثل الهوائيات والمكبرات اللاسلكية.

التطبيقات الصوتية: حيث يستخدم في بناء دوائر تكبير الصوت وتحكم في مستوى الصوت.

التطبيقات الكهروضوئية: حيث يستخدم في بناء الخلايا الشمسية وأجهزة الاستشعار الضوئي.

مزايا الموسفت

يتميز الموسفت بعدة مزايا تجعله خيارًا شائعًا في الدوائر الإلكترونية، ومن أبرز هذه المزايا:

استهلاك طاقة منخفض: يعتبر الموسفت من الترانزيستورات ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة، مما يجعله مثاليًا في الأجهزة الإلكترونية ذات البطاريات المحدودة.

سرعة التبديل: يتميز الموسفت بسرعة التبديل العالية، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في الدوائر التي تتطلب تبديل سريع للتيار الكهربائي.

مقاومة عالية للحرارة: يتحمل الموسفت درجات حرارة عالية، مما يجعله مثاليًا في الدوائر التي تتعرض لظروف حرارية قاسية.

حجم صغير: يتميز الموسفت بحجمه الصغير، مما يسهل تضمينه في الدوائر الإلكترونية ذات الحجم المحدود.

قياس الموسفيت

تقاس الموسفت (MOSFET) باستخدام عدة معايير تقنية لضمان أداءها الفعّال في الدوائر الإلكترونية. إليك بعض الخصائص الرئيسية وكيفية قياسها:

1. مقاومة التوصيل (On-Resistance):

- يتم قياس مقاومة التوصيل أثناء حالة التوصيل (عندما يسمح الموسفت بتدفق التيار).

- يُقاس عادةً بوحدة أوم (Ω) ويتأثر بالتيار والجهد المطبق.

2. الجهد العائق (Threshold Voltage):

- يُقاس بالفعل عندما يبدأ الموسفت في التوصيل.

- يُقاس بالفولت ويعتمد على نوع الموسفت (N-Channel أو P-Channel).

3. تواجد البوابة (Gate Capacitance):

- يتم قياس سعة بوابة الموسفت بين بوابته والمصدر/التصريف. ويُقاس بوحدة الفاراد (فاراد).

4. القدرة القاطعة (Cutoff Current):

- يُقاس التيار عبر الموسفت عندما يكون في حالة القطع (الإيقاف).

- يُقاس بالأمبير.

5. المواصفات الديناميكية:

- تشمل سرعة التبديل واستجابة التيار والجهد.

- يُقاس الزمن اللازم للموسفت للانتقال بين حالة التوصيل وحالة القطع.

6. التحمل الحراري والتبريد:

- يتم قياس قدرة الموسفت على التعامل مع الحرارة وفعالية نظام التبريد.

- قد تُقاس درجة الحرارة الحدية (الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل).

7. المعلمات الكهربائية:

- يتم قياس الأمبير والفولت في حالات مختلفة لضمان توافق الموسفت مع متطلبات التطبيق.

يجب أن تتم هذه القياسات باستخدام معدات اختبار خاصة وفي ظروف محددة تحاكي تطبيقات الاستخدام المعيارية. يُشدد على أهمية اختبار الموسفت لضمان أدائها الصحيح وتوافقها مع متطلبات الدوائر الإلكترونية المختلفة.