تعرف على الترانزستورالحقلي ماهو وماهي أقسامه وماهي بنيته الداخلية وماهي آلية عمله (FET TRANSISTOR)

الترانزستورات الحقلية

FET TRANSISTORS

 الترانزستور الحقلي :

هو أداة إلكترونية مصنوعة من مواد نصف ناقلة ويسمى بالترانزستور وحيد القطبية لأنه يعتمد في نقل التيار على نوع واحد من الحوامل إما الإلكترونات او الثقوب ويتم التحكم بالتيار المار فيه عن طريق تغير جهد الدخل (أي الحق الكهربائي ) بينما في الترانزستورات ثنائية القطب يتم التحكم بالتيار عن طريق تيار الدخل  سنقدم جدول مقارنة بين ترانزستور ثنائي القطب  وأحادي القطب

الأقسام :

J FET:

ترانزستورات من النوع المجرد :

 قناةN 

قناة P 

رمز J FET  مجرد  قناة N و قناة B

MOS FET :

ترانزستورات من النوع المجرد :

قناة N

قناة P

رمز MOS FET  مجرد  قناة N و قناة B

ترانزستورات من النوع المعزز :

قناة N

قناة P

رمز MOS FET  معزز  قناة N و قناة B

البنية الداخلية :

عبارة عن ثلاثة  مناطق تتوسط المنطقتين منطقة تسمى القناة وإما تكون N  أو P  والمنطقتين تسمى قناتين P  ولكن يأخذ الترانزستور التسمية من القناة الموجودة في المنتصف  نحن نتكلم عن  ترانزستور ( قناة N )  وله ثلاثة ارجل  الرجل الأولى تمثل مكان دخول التيار في القناة  الوسطى  ويسمى (المصرف Drain) ويرمز له D ورجل في المنتصف تسمى (البوابة Gate) ويرمز له G والرجل الثالثة تسمى (المصدر Source) ويرمز لها ب S 

إن D  وS موصولات مع بعضهم مباشرة عكس الترانزستورات ثنائية القطب  فهذه عبارة عن قناة متصلة من D حتى S  ويوجد على طرفيها قناتين G تقوم بالتحكم بكمية التيار المار من خلال التضييق  على القناة فعمل ال G  كالمضيق 

    

       نوع P                                                              نوع N                      

آلية عمل الترانزستور FET:

القناة الوسطى الواصلة بين المصرف والمنبع بشكل مباشر وذلك في الترانزستور ذو القناة N حيث يتواجد الإلكترونات في هذه القناة أما القناتين الآخرتين هما البوابة وتمنع مرور الإلكترونات بالتالي التيار المار من المصرف الى المنبع سيقل عندما تتضيق البوابة عندما تقوم القناتان يجذب الإلكترونات في القناة الوسطى فإن عرض القناة الوسطى سيزداد وسيمرر تيار اكبر وتتم عملية جذب الإلكترونات بسبب وجود الثقوب في القناتان  وهذه الكلام عندما لا يكون هناك منبع تغذية جهدي موصول  وعندما نصل منبع جهد فإن إلكترونات المنبع ستذهل الى ثقوب القناتان وبالتالي ستقوم الإلكترونات بطرد إلكترونات القناة الوسطى وبالتالي ستضيق القناة ويقل مرور التيار ويفسر ذلك رياضيا على جهد البوابة 

VGS=0يمر تيار كبير 

VGS=-1 يمر تيار قليل 

VGS=-2 يمر تيار اقل من السابق 

 في حالة إعطاء القناتان اللتان تحويان الثقوب (تسمى بوابة) جهدا موجبا سوف يتم إتلاف الترانزستور لأنه سيمرر تيار كبير بين المصرف والمنبع

 صورة  حالة عدم مرور التيار                               صورة مرور التيار بشكل كبير 

آلية عمل الترانزستور MOS FET :

 طرف معدني يفصله عن داخل البنية الداخلية يعتبر كحاجز وتقوم بعملها عن طريق تأثير المجال او الحقل في هذه الحالة لايوجد حاجة لدخول تيار الى الترانزستور من طرف البوابة وتقوم بعملية توسيع او تضييق قناة N  عن طريق تأثير المجال  نقول عندما يوجد حاجز يمنع استهلاك تيار أي ان مقاومة الدخل للترانزستور  كبيرة جدا وبالتالي فإن هذا النوع لن يستهلك تيار للتحكم نحتاج فقط جهد يطبق على البوابة للتحكم بتيار المصرف والمنبع 

الطبقة العازلة التي ذكرناها أو الحاجز ممكن أن تعمل على تراكم شحنات موجبة وسالبة كبيرة  على كل من البوابة والاطراف الاخرى مما يجعل اي تلامس بيناه او لمس بسبب تفريغ إلكتروستاتيكي  يؤدي الى تلف الترانزستور 

صورة تظهر الحاجز الذي يمنع دخول التيار  وآلية  عمل الموسفت 

 الفرق بين الترانزستور  المعزز والمجرد :

المعزز :يكون الترانزستور في وضع OFF  من غير اي جهد على البوابة  NORMALLY OPENED

المجرد :يكون الترانزستور في وضع ON  من غير اي جهد على البوابة  NORMALLY CLOSED

جدول مقارنة بين ترانزستور BJT و FET :

مميزات الترانزستور الحقلي :

مميزة الخرج :

وهي العلاقة بين جهد الخرج VDS وتيار الخرج  ID من  اجل جهد دخل ثابت وهو VGS=const

من اجل VGS=0  تقسم مميزة الخرج الى ثلاثة مناطق 

1. المنطقة الخطية :يسلك فيها الترانزستور سلوك مقاومة ثابتة (مقاومة متحكم بها جهديا )ويوجد منطقة فرعية من المنطقة الخطية وهي منطقة ازدياد المقاومة وانخفاض ميل المميزة 
2. منطقة الإشباع :ويسلك الترانزستور فيها سلوك منبع تيار ثابت يعمل كمضخم في هذه المنطقة عندها يكون ID=IDSS تيار الدخل يساوي تيار الاشباع 
3. منطقة الانهيار :عندما يزداد جهد الخرج VDS عن قيمة جهد معينة ينهار الترانزستور  ID=IDSS(1-VGS/VP)

صورة بيانية لمميزة الخرج 

مميزة تبادلية :

وهي العلاقة بين تيار الخرج ID وجهد الدخل VGS من اجل جهد خرج ثابت VDS=const و تعطى بالعلاقة :

ID=IDSS(1-VGS/VP)^2 وتسمى علاقة شوكلي 

IDSS:هو تيار الإشباع وهو أكبر قيمة للتيار في الترانزستور والموافقة لجهد دخل VGS=0

VP:يسمى جهد الانقباض وهو قيمة جهد الدخل VGS التي تنغلق عندها القناة كليا وينعدم عندها تيار المصرف (ID=0)ويطلق عليها في الداتا شيت VGS off 

تتراوح قيمة  VP>VGS>0   :VGS

تتراوح قيمة  IDSS>ID>0   :ID

صورة بيانية للمميزة التبادلية

الاستخدامات :

مفتاح إلكتروني

تضخيم الإشارات 

مذبذب 

في المعالجات 

في المتحكمات 

المراجع :

المهندس وليد عيسى  

ملف جامعي هندسة إلكترونية 2