....Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
ترانزستور التأثير المجالى والمصنوع من أشباه الموصلات والأكسيد والمعدن
تعتبر الترانزستورات من نوع MOSFET خليفة الترانزستورات BJT حيث تدخل فى معظم الدوائر الحديثة وخصوصا فى بناء الدائرات المتكاملة والدائراتالرقمية خاصة لما تتميز به من سرعة فى الأداء خصوصا عند إستخدامها كمفاتيح.
-تعتبر أشباه الموصلات النقية (مثل الجرمانيوم والسليكون) موادا ليست جيدة التوصيل للكهرباء كما أنها ليست رديئة التوصيل للكهرباء . وتتوزع الإلكترونات فى أشباه الموصلات حول أنويتها فى مدارات ولكن تتميز أشباه الموصلات النقية بوجود 4 إلكترونات فقط فى المدار الأخير مما يجعلها مستقرة . أى أنها لا تنقل الكهرباء إلا بعد أن يتم تحرير إلكترون من الأربعة عن طريق الحرارة أو عن طريق إضافة شوائب . كما أنها تتحول لعوازل عندما نجبرها على إستقبال إلكترونات أخرى فى مدارها الأخير (بإضافة شوائب ايضا).
>> البلورة السالبة N
بإضافة شوائب من مادة يحتوى المدار الأخير للإلكترونات حول ذراتها على 5 إلكترونات مثل الفسفور أو الزرنيخ إلى المادة شبه الموصلة تتكون البلورة السالبة N وهى موصلة حيث يزيد فيها عدد الإلكترونات (السالبة) الحرة .
>> البلورة الموجبة P
بإضافة شوائب من مادة يحتوى المدار الأخير للإلكترونات حول ذراتها على 3 إلكترونات مثل البورون والألومينيوم والجاليوم إلى المادة شبه الموصلة تتكون البلورة الموجبة P حيث ينقصها إكتساب إلكترونات للوصول لحالة الإتزان (يعنى وجود فجوات Holes).
>> الوصلة الثنائية:
عند توصيل بللورة من نوع P مع بلورة من نوع N تنجذب بعض الألكترونات الحرة من البللورة N إلى الفجوات فى البلورة P وتتكون منطقة وسطية فارغة من حاملات التيار (بعد أن أنجذب كل ألكترون فى هذه المنطقة مع فجوة ولم يعد حرا) وتسمى هذه المنطقة بالمنطقة الميتة (أو المنزوحة) Depletion Area ونتيجة لهذه الظاهرة ووجود نوعين مختلفين من حاملات الشحنة على جانبى المنطقة المنزوحة يتكون جهد على هذه المنطقة يعرف بالجهد الحاجز Barrier Voltage .
والوصلة الثنائية هى الثنائى المعروف بالدايود .
الإنحياز الأمامى :
في الإنحياز الأمامى للثنائى يوصل الطرف الموجب للبطارية بالبلورة P والطرف السالب بالبللورة N وبهذه الطريقة نستطيع أن نقلل من الجهد الحاجز وندفع الإلكترونات للمرور عبر المنطقة المنزوحة لتغلق الدارة ويمر التيار فيها.
الإنحياز الخلفى (العكسى):
في الإنحياز العكسى للثنائى يوصل الطرف الموجب للبطارية بالبلورة N والطرف السالب بالبللورة P وبهذه الطريقة نستطيع أن نزيد من الجهد الحاجز وندفع الإلكترونات للإنجذاب للطرف الموجب للبطارية والفجوات للإنجذاب للطرف السالب للبطارية مما يزيد من الجهد الحاجز والمنطقة المنزوحة ويوقف مرور التيار فى الدارة.
يتركب الترانزستور من :
1- طبقة سفلية Substrate وهى إما من النوع N أو من النوع P
2- منطقتين من بلورتين من نفس النوع (بعكس الطبقة السفلية N P ) ويمثلان طرفين من أطراف الترانزستور وهما (المصرف Drain والمنبع Source).
3- طبقة من الأوكسيد (ثانى أكسيد السليكون SIO2) وهى مادة غير موصلة للتيار الكهربائي (عازلة).
4- طبقة من المعدن وتمثل الطرف الثالث للترانزستور وهو البوابة Gateا
للترانزستور نوعان هما ال P-Cahnnel وال N-Channel بحسب أختيار نوع الطبقة السفلية والبلورتين الجانبيتين
فكرة عمل الـMOSFET:
فى هذا النوع من الترانزستورات يتم التحكم بتيار الخرج عن طريق جهد الدخل ..
1- فى حالة عدم وضع جهد على البوابة Gate فإنه لن يمر أى تيار بين المنبع والمصرف
2- فى حالة وضع جهد موجب على البوابة في الترانزستور من نوع القناة N - فإن الإلكترونات الحرة الموجودة فى بلورتى المنبع والمصرف ستنجذب للمجال الكهربائي الموجب المتكون عند البوابة مكونة قناة لمرور التيار بين المنبع والمصرف.
ويتغير حجم هذه القناة تبعا لقوة المجال الكهربائي عند البوابة وبالتالى تتغير قيمة التيار المار بين المنبع والمصرف.
3-في حالة وضع جهد سالب على البوابة- في الترانزستور من نوع القناة P- فإن الفجوات الموجودة فى بلورتى المنبع والمصرف ستنجذب للمجال الكهربائي السالب المتكون عند البوابة مكونة قناة لمرور التيار بين المنبع والمصرف.
ويتغير حجم هذه القناة تبعا لقوة المجال الكهربائي عند البوابة وبالتالى تتغير قيمة التيار المار بين المنبع والمصرف.
الـMOSFET المتمم : (CMOS)
مصطلح الCMOS هو أختصار للجملة Complementary ....l Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
وهو عبارة عن دارة تجمع بين ترانزستورين من نوعى N-Channel ,P-Channel
ويكون عمله كالآتى :
1- عندما يكون مستوى الدخل منخفضا على البوابة (LOW) يعمل الترانزستور P-MOS FET (أى الترانزستور ذو القناة P) على تمرير التيار من مصدره لمصرفه . ولا يعمل الترانزستور الآخر.
2- عندما يكون مستوى الدخل مرتفعاعلى البوابة (High) يعمل الترانزستور N-MOS FET (أى الترانزستور ذو القناة N) من مصرفه لمصدره . ولا يعمل الترانزستور الآخر.
أى أنه فى دارة الCMOS يعمل الN-MOS و الPMOS بصورة عكسية (أحدهما يمرر والآخر لا).
ويستفاد من هذه الحالة عند التعامل مع تيارت عالية (قدرات عالية) فيخفف ذلك من تسخين كلا من الترانزستورين حيث يعمل كلا منهما نصف الوقت بينما يريح الأخر مع الحفاظ على حالات الخرج
التمثيل الكهربائي لترانزستور في التراكيب الالكترونية:
مبادئ التشغيل:
اذا قمنا بربط منبع التوتر بين المربطين C&E الترانزستور لا يسمح بمرور التيار.
اذا اردنا تمرير تيار بين المربطين C& E, علينا استعمال منبع توتر ومقاومة مناسبة.
إذا كان هناك تيار IB بين B & E فــإن الترانزستور يسمح بمرور تيار
ارجو ان تستفيدو من هذه المعلومات .......... تحياتى م/هشام فوزي
ترانزستور التأثير المجالى والمصنوع من أشباه الموصلات والأكسيد والمعدن
تعتبر الترانزستورات من نوع MOSFET خليفة الترانزستورات BJT حيث تدخل فى معظم الدوائر الحديثة وخصوصا فى بناء الدائرات المتكاملة والدائراتالرقمية خاصة لما تتميز به من سرعة فى الأداء خصوصا عند إستخدامها كمفاتيح.
-تعتبر أشباه الموصلات النقية (مثل الجرمانيوم والسليكون) موادا ليست جيدة التوصيل للكهرباء كما أنها ليست رديئة التوصيل للكهرباء . وتتوزع الإلكترونات فى أشباه الموصلات حول أنويتها فى مدارات ولكن تتميز أشباه الموصلات النقية بوجود 4 إلكترونات فقط فى المدار الأخير مما يجعلها مستقرة . أى أنها لا تنقل الكهرباء إلا بعد أن يتم تحرير إلكترون من الأربعة عن طريق الحرارة أو عن طريق إضافة شوائب . كما أنها تتحول لعوازل عندما نجبرها على إستقبال إلكترونات أخرى فى مدارها الأخير (بإضافة شوائب ايضا).
>> البلورة السالبة N
بإضافة شوائب من مادة يحتوى المدار الأخير للإلكترونات حول ذراتها على 5 إلكترونات مثل الفسفور أو الزرنيخ إلى المادة شبه الموصلة تتكون البلورة السالبة N وهى موصلة حيث يزيد فيها عدد الإلكترونات (السالبة) الحرة .
>> البلورة الموجبة P
بإضافة شوائب من مادة يحتوى المدار الأخير للإلكترونات حول ذراتها على 3 إلكترونات مثل البورون والألومينيوم والجاليوم إلى المادة شبه الموصلة تتكون البلورة الموجبة P حيث ينقصها إكتساب إلكترونات للوصول لحالة الإتزان (يعنى وجود فجوات Holes).
>> الوصلة الثنائية:
عند توصيل بللورة من نوع P مع بلورة من نوع N تنجذب بعض الألكترونات الحرة من البللورة N إلى الفجوات فى البلورة P وتتكون منطقة وسطية فارغة من حاملات التيار (بعد أن أنجذب كل ألكترون فى هذه المنطقة مع فجوة ولم يعد حرا) وتسمى هذه المنطقة بالمنطقة الميتة (أو المنزوحة) Depletion Area ونتيجة لهذه الظاهرة ووجود نوعين مختلفين من حاملات الشحنة على جانبى المنطقة المنزوحة يتكون جهد على هذه المنطقة يعرف بالجهد الحاجز Barrier Voltage .
والوصلة الثنائية هى الثنائى المعروف بالدايود .
الإنحياز الأمامى :
في الإنحياز الأمامى للثنائى يوصل الطرف الموجب للبطارية بالبلورة P والطرف السالب بالبللورة N وبهذه الطريقة نستطيع أن نقلل من الجهد الحاجز وندفع الإلكترونات للمرور عبر المنطقة المنزوحة لتغلق الدارة ويمر التيار فيها.
الإنحياز الخلفى (العكسى):
في الإنحياز العكسى للثنائى يوصل الطرف الموجب للبطارية بالبلورة N والطرف السالب بالبللورة P وبهذه الطريقة نستطيع أن نزيد من الجهد الحاجز وندفع الإلكترونات للإنجذاب للطرف الموجب للبطارية والفجوات للإنجذاب للطرف السالب للبطارية مما يزيد من الجهد الحاجز والمنطقة المنزوحة ويوقف مرور التيار فى الدارة.
يتركب الترانزستور من :
1- طبقة سفلية Substrate وهى إما من النوع N أو من النوع P
2- منطقتين من بلورتين من نفس النوع (بعكس الطبقة السفلية N P ) ويمثلان طرفين من أطراف الترانزستور وهما (المصرف Drain والمنبع Source).
3- طبقة من الأوكسيد (ثانى أكسيد السليكون SIO2) وهى مادة غير موصلة للتيار الكهربائي (عازلة).
4- طبقة من المعدن وتمثل الطرف الثالث للترانزستور وهو البوابة Gateا
للترانزستور نوعان هما ال P-Cahnnel وال N-Channel بحسب أختيار نوع الطبقة السفلية والبلورتين الجانبيتين
فكرة عمل الـMOSFET:
فى هذا النوع من الترانزستورات يتم التحكم بتيار الخرج عن طريق جهد الدخل ..
1- فى حالة عدم وضع جهد على البوابة Gate فإنه لن يمر أى تيار بين المنبع والمصرف
2- فى حالة وضع جهد موجب على البوابة في الترانزستور من نوع القناة N - فإن الإلكترونات الحرة الموجودة فى بلورتى المنبع والمصرف ستنجذب للمجال الكهربائي الموجب المتكون عند البوابة مكونة قناة لمرور التيار بين المنبع والمصرف.
ويتغير حجم هذه القناة تبعا لقوة المجال الكهربائي عند البوابة وبالتالى تتغير قيمة التيار المار بين المنبع والمصرف.
3-في حالة وضع جهد سالب على البوابة- في الترانزستور من نوع القناة P- فإن الفجوات الموجودة فى بلورتى المنبع والمصرف ستنجذب للمجال الكهربائي السالب المتكون عند البوابة مكونة قناة لمرور التيار بين المنبع والمصرف.
ويتغير حجم هذه القناة تبعا لقوة المجال الكهربائي عند البوابة وبالتالى تتغير قيمة التيار المار بين المنبع والمصرف.
الـMOSFET المتمم : (CMOS)
مصطلح الCMOS هو أختصار للجملة Complementary ....l Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
وهو عبارة عن دارة تجمع بين ترانزستورين من نوعى N-Channel ,P-Channel
ويكون عمله كالآتى :
1- عندما يكون مستوى الدخل منخفضا على البوابة (LOW) يعمل الترانزستور P-MOS FET (أى الترانزستور ذو القناة P) على تمرير التيار من مصدره لمصرفه . ولا يعمل الترانزستور الآخر.
2- عندما يكون مستوى الدخل مرتفعاعلى البوابة (High) يعمل الترانزستور N-MOS FET (أى الترانزستور ذو القناة N) من مصرفه لمصدره . ولا يعمل الترانزستور الآخر.
أى أنه فى دارة الCMOS يعمل الN-MOS و الPMOS بصورة عكسية (أحدهما يمرر والآخر لا).
ويستفاد من هذه الحالة عند التعامل مع تيارت عالية (قدرات عالية) فيخفف ذلك من تسخين كلا من الترانزستورين حيث يعمل كلا منهما نصف الوقت بينما يريح الأخر مع الحفاظ على حالات الخرج
التمثيل الكهربائي لترانزستور في التراكيب الالكترونية:
مبادئ التشغيل:
اذا قمنا بربط منبع التوتر بين المربطين C&E الترانزستور لا يسمح بمرور التيار.
اذا اردنا تمرير تيار بين المربطين C& E, علينا استعمال منبع توتر ومقاومة مناسبة.
إذا كان هناك تيار IB بين B & E فــإن الترانزستور يسمح بمرور تيار
ارجو ان تستفيدو من هذه المعلومات .......... تحياتى م/هشام فوزي
