Što je to MOSFET?

Kada ste otvorili Croduino set za početnike, pronašli ste među mnogim dobivenim komponentama i jedan MOSFET tranzistor. Zasigurno ste se pitali što je to MOSFET i čemu on služi? U ovom članku detaljnije ćemo objasniti što je MOSFET, njegove osnovne karakteristike i princip njegovog rada kako biste što bolje razumjeli kako ova komponenta funkcionira i za što se može koristiti.

Što je to MOSFET?

MOSFET (engl. Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor) je naziv za posebnu vrstu unipolarnih FET (engl. Field Effect Transistor) tranzistora. MOSFET ima na sebi tri nožice poznatije kao Uvod (Source), Odvod (Drain) i Upravljačka elektroda (Gate). Uvod i odvod su elektrode izvedene iz slojeva poluvodiča koje se povezuju u takozvani "kanal". Upravljačkom elektrodom upravljamo protokom struje na tom kanalu. Glavna značajka MOSFET tranzistora je to što za razliku od bipolarnih tranzistora koji su strujno upravljani, MOSFET je naponski upravljiv. To znači da je protok struje (između uvodne i odvodne elektrode) kontroliran pomoću određene količine napona koji je doveden na upravljačku elektrodu MOSFET-a. To je omogućeno dodavanjem posebnog tankog sloja oksidnog materijala, najčešće silicijevog dioksida (SiO2 – primarni materijal za izradu stakla) oko upravljačke elektrode kojim je ona električki izolirana od „kanala“.

Rad MOSFET-a može se promatrati i kao promjenjivi otpornik gdje razlikom napona između uvodne i upravljačke elektrode možemo kontrolirati otpor između uvodne i odvodne elektrode. Kada nema napona između uvodne i upravljačke elektrode, otpor između uvodne i odvodne nožice jako je visok (može dostići vrijednosti i do MΩ), a to se zapravo može gledati kao da je strujni krug otvoren tj. da struja ne protječe strujnim krugom. No dovođenjem određenog napona između upravljačke i uvodne elektrode, smanjuje se navedeni otpor i time se omogućuje protok struje tj. možemo reći da je strujni krug zatvoren.
Pojava statičkih naboja može lako oštetiti izolirajući oksidni sloj. Budući da oksidni sloj djeluje kao vrlo tanki dielektrik kondenzatora, mali statički naboj može stvoriti dovoljno veliki naboj koji probija sloj i oštećuje tranzistor. Uporaba zahtjeva pažljivo rukovanje radi sprječavanja uništenja tranzistora statičkim elektricitetom.

Vrste MOSFET tranzistora

Razlikujemo dva tipa MOSFET tranzistora: P (engl. positive) i N (engl. negative) kanalni MOSFET. Funkcija im je ista, ali se primarno razlikuju u unutrašnjoj strukturi. Kod P-kanalnog MOSFET-a unutrašnja struktura je izrađena tako da je vodljivi kanal izrađen od P tipa dok je kod N-kanalnog MOSFETA vodljivi kanal izrađen od N tipa. Kod P-kanalnog MOSFET-a za ispravan rad potrebno je dovesti negativni napon na upravljačku elektrodu. Kod N-kanalnog MOSFET-a je potrebno dovesti pozitivni napon na upravljačku elektrodu kako bi ispravno radio. Slika ispod prikazuje unutrašnju strukturu P i N kanalnog MOSFETA

Uz to postoje dvije vrste MOSFET tranzistora: obogaćeni (engl. enhancement) i osiromašeni (engl. depeletion). U obogaćenom tipu MOSFET-a vodljivi kanal između uvodne i odvodne elektrode nastaje tek primjenom napona na upravljačkoj elektrodi. U osiromašenom tipu MOSFET-a je prisutna suprotna karakteristika. Kada nije prisutan napon na upravljačkoj elektrodi, otpor u vodljivom kanalu je minimalan. Povećanjem napona na upravljačkoj elektrodi povećava se otpor u vodljivom kanalu. Na slici ispod prikazani su simboli svih vrsta i tipova MOSFET tranzistora. Obratite pozornost na to da svaki tip ima različiti simbol kojim se prikazuje u strujnom krugu.

Za što se koristi MOSFET?

Zasigurno se sad pitate za što se koriste MOSFET tranzistori, trebaju li mi oni zapravo i gdje ih mogu pronaći u upotrebi? MOSFET se uglavnom koristi kao elektronički prekidač ili pojačalo gdje se pomoću određenog napona propušta i kontrolira protok struje različitog napona. Razni integrirani krugovi kao što su mikroprocesori i memorijski uređaji sadrže tisuće do milijun integriranih MOSFET tranzistora na svakom uređaju, pružajući osnovne funkcije sklopke potrebne za implementaciju logičkih operacija i pohrane podataka. Razni elektronički sklopovi koji sadrže MOSFET tranzistore naširoko se koriste u primjenama kao što su izvori napajanja, promjenjivi frekvencijski pogoni i ostale aplikacije za napajanje električnom energijom gdje svaki uređaj može kontrolirati električnu energiju snage čak i do 1000W. Radiofrekvencijska pojačala koja rade sve do vrlo visokih frekvencija (UHF spektar) koriste MOSFET tranzistore kao pojačala snage. Radio sustavi također koriste MOSFET tranzistore kao oscilatore. Vidljivo je da primjena za MOSFET tranzistore vrlo široka.
 
Zanima vas nešto više o MOSFET tranzistorima? Onda zasigurno pogledajte simulaciju (link) u kojoj možete vidjeti njegovo ponašanje u strujnom krugu te mijenjati parametre strujnog kruga i vidjeti kako oni utječu na rad MOSFET-a. Ako ste zainteresirani za primjer projekta koji uključuje MOSFET tranzistore, pogledajte naš tutorijal Kako koristiti MOSFET kao prekidač? (dolazi nakon pauze).

Leave a Reply