ترانزیستور fet چیست؟ معرفی انواع، مزایا و معایب آن

ترانزیستورهای اثر میدان یا FETs دسته ای از ترانزیستورها هستند که عملکرد آنها بر اساس کنترل جریان الکتریکی توسط یک میدان الکتریکی استوار می باشد. ترانزیستور FET چیست؟ ترانزیستور FET یک قطعه سه پایه است که جریان عبوری از دو پایه آن توسط پایه سوم کنترل می شود.

ترانزیستورهای اثر میدان (FET) در بسیاری از بردهای الکترونیکی یافت می شوند و نقش مهمی در عملکرد آنها ایفا می کنند. مونتاژ این قطعات روی بردها می تواند توسط شرکت های متخصص در خدمات مونتاژ برد الکترونیکی انجام شود. همچنین، افراد با دانش و تجربه کافی می توانند این کار را به صورت شخصی انجام دهند.

ترانزیستور اثر میدان (FET)

ترانزیستور اثر میدان (FET) نوعی ترانزیستور است که عملکرد آن توسط میدان الکتریکی کنترل می شود. FETها سه پایه اصلی دارند:

1. درین (Drain): پایه ای که جریان از آن خارج می شود.
2. سورس (Source): پایه ای که جریان از آن وارد می شود.
3. گیت (Gate): پایه ای که میدان الکتریکی را برای کنترل جریان بین درین و سورس اعمال می کند.

انواع ترانزیستور fet چیست؟

FETها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:

ترانزیستور اثر میدان پیوندی (JFET)

در این نوع FET، گیت توسط یک پیوند PN به کانال بین درین و سورس متصل می شود.

ترانزیستور اثر میدان نیمه رسانای اکسید فلز (MOSFET)

در این نوع FET، گیت توسط یک لایه نازک از اکسید عایق از کانال جدا می شود. MOSFETها خود به دو نوع تقسیم می شوند:

1. ماسفت کانال-N: در این نوع ماسفت، کانال بین درین و سورس از نوع N است.
2. ماسفت کانال-P: در این نوع ماسفت، کانال بین درین و سورس از نوع P است.

نواحی کار ترانزیستور FET

در ادامه بحث ترانزیستور FET چیست، به بررسی نواحی کاری و عملکرد آن خواهیم پرداخت. ترانزیستورهای اثر میدان (FET) مانند ترانزیستورهای دوقطبی (BJT)، در مدارهای الکترونیکی به عنوان تقویت کننده یا سوئیچ عمل می کنند. عملکرد FET ها را می توان در سه ناحیه کاری بررسی کرد:

ناحیه کاری	ولتاژ گیت-سورس (VGS)	ولتاژ درین-سورس (VDS)	عملکرد FET	کاربرد
قطع	VGS کم	–	کلید خاموش	خاموش کردن FET
اهمی	VGS زیاد	VDS کم	مقاومت متغیر	تقویت سیگنال های کوچک، کنترل جریان
اشباع	VGS زیاد	VDS زیاد	منبع جریان	تقویت سیگنال های بزرگ، ایجاد نوسان

1. ناحیه قطع (Cut-off Region)

در این ناحیه، ولتاژ گیت-سورس (VGS) به اندازه ای است که کانال بین درین و سورس کاملاً مسدود می شود و جریان بسیار کمی (تقریباً صفر) از آن عبور کرده و FET در این حالت مانند یک کلید خاموش عمل می کند. این ناحیه برای خاموش کردن FET و جلوگیری از عبور جریان در مدار استفاده می شود.

2. ناحیه اهمی (Ohmic Region) یا ناحیه خطی (Linear Region)

در این ناحیه، ولتاژ گیت-سورس (VGS) به اندازه ای است که کانال بین درین و سورس باز می شود و جریان از آن عبور می کند. FET در این حالت مانند یک مقاومت متغیر عمل می کند که مقدار آن توسط ولتاژ گیت-سورس (VGS) کنترل می شود. با افزایش ولتاژ گیت-سورس (VGS)، مقاومت کانال کاهش و جریان افزایش می یابد. این ناحیه برای تقویت سیگنال های کوچک و کنترل جریان در مدار مورد استفاده قرار می گیرد.

3. ناحیه اشباع (Saturation Region) یا ناحیه فعال (Active Region)

در این ناحیه، ولتاژ درین-سورس به اندازه ای است که جریان کانال به حداکثر مقدار خود می رسد و دیگر با افزایش ولتاژ درین-سورس افزایش نمی یابد. FET در این حالت مانند یک منبع جریان عمل می کند که جریان آن توسط ولتاژ گیت-سورس کنترل می شود. این ناحیه برای تقویت سیگنال های بزرگ و ایجاد نوسان در مدار مورد استفاده قرار می گیرد.

کاربردهای ترانزیستور اثر میدان

از جمله مباحث بسیار مهم در دسته سوالات ترانزیستور FET چیست، می توان به بررسی کاربردهای آن اشاره کرد. FETها به دلیل ویژگی های خاص خود، کاربردهای گسترده ای در مدارهای الکترونیکی دارند. برخی از کاربردهای رایج FETها عبارتند از:

1. تقویت کننده ها

FETها به دلیل امپدانس ورودی بالا و نویز کم، در مدارهای تقویت کننده مورد استفاده قرار می گیرند. امپدانس ورودی بالای FET باعث می شود که جریان ورودی به آن بسیار کم باشد و در نتیجه، سیگنال ضعیف را بدون افت تقویت کند. نویز کم FET نیز سیگنال تقویت شده را با کیفیت بالا و بدون نویز اضافی ارائه می دهد.

2. سوئیچ ها

FETها به دلیل سرعت سوئیچینگ بالا، در مدارهای سوئیچینگ کاربرد دارند. این سرعت بالا به FET این امکان را می دهد که به سرعت بین حالت روشن و خاموش تغییر وضعیت دهد و برای کنترل جریان در مدارها بسیار مناسب باشد. به همین دلیل، FETها در مدارهای سوئیچینگ گوناگونی مانند منابع تغذیه سوئیچینگ، مبدل های DC-DC و مدارهای کنترل موتور مورد استفاده قرار می گیرند.

3. مدارهای دیجیتال

MOSFETها به دلیل مصرف توان پایین و چگالی بالا، در مدارهای دیجیتال مانند پردازنده ها و حافظه ها کاربرد دارند. مصرف توان کم این ترانزیستورها امکان قرار دادن تعداد زیادی از آنها را در یک تراشه فراهم می کند و به ساخت مدارهای مجتمع پیچیده منجر می شود. همچنین، چگالی بالای MOSFETها اجازه می دهد مدارهای دیجیتال با سرعت بالا و توان مصرفی کم طراحی شوند.

4. سنسورها

FETها به دلیل حساسیت بالا به میدان الکتریکی، در سنسورهای گوناگون از جمله سنسورهای دما، فشار، نور و میدان مغناطیسی کاربرد دارند. تغییر میدان الکتریکی در محیط اطراف FET موجب تغییر جریان عبوری از آن می شود و می توان از این تغییر جریان برای اندازه گیری کمیت های مختلف بهره برد.

5. مدارهای RF

FETها به دلیل فرکانس کاری بالا، در مدارهای RF مانند تقویت کننده های RF، میکسرها و نوسان سازها مورد استفاده قرار می گیرند. این فرکانس کاری بالا، FETها را قادر می سازد تا سیگنال های RF را با کیفیت بالا تقویت و پردازش کنند.

انواع آرایش ترانزیستور fet چیست

ترانزیستورهای اثر میدان (FET) به دلیل ویژگی های خاص خود، در مدارهای الکترونیکی به عنوان تقویت کننده یا سوئیچ عمل می کنند. برای استفاده از FET در این کاربردها، باید آن را در مدارهای مختلف آرایش دهیم. در ادامه به بررسی انواع مدل های آرایش FET می پردازیم:

آرایش	پایه مشترک	ورودی	خروجی	بهره ولتاژ	بهره جریان	امپدانس ورودی	امپدانس خروجی	کاربرد
سورس مشترک	سورس	گیت	درین	بالا	پایین	بالا	نسبتاً بالا	تقویت کننده ولتاژ
درین مشترک	درین	گیت	سورس	پایین (≈1)	بالا	بسیار بالا	پایین	تطبیق امپدانس
گیت مشترک	گیت	سورس	درین	بالا	پایین	پایین	بالا	مدارهای RF

1. آرایش سورس مشترک (Common Source)

در این آرایش، پایه سورس به عنوان پایه مشترک بین ورودی و خروجی قرار می گیرد. سیگنال ورودی به پایه گیت اعمال و سیگنال خروجی از پایه درین دریافت می شود. این آرایش، تقویت ولتاژ خوبی دارد اما بهره جریان آن پایین و امپدانس ورودی و خروجی آن نیز نسبتاً بالا است. به همین دلیل، از این آرایش بیشتر در تقویت کننده های ولتاژ استفاده می کنند.

2. آرایش درین مشترک (Common Drain) یا دنبال کننده سورس (Source Follower)

در این نوع آرایش ترانزیستوری، پایه دِرین نقطه مشترک بین سیگنال ورودی و خروجی است. سیگنال ورودی به پایه گیت اعمال شده و خروجی از پایه سورس دریافت می شود. این پیکربندی بهره ولتاژ پایین (تقریباً برابر با یک) و بهره جریان بالا دارد. همچنین، امپدانس ورودی آن بسیار زیاد و امپدانس خروجی آن کم می باشد. به همین دلیل، این آرایش بیشتر به عنوان (Buffer) و به منظور تطبیق امپدانس مورد استفاده قرار می گیرد.

3. آرایش گیت مشترک (Common Gate)

در این آرایش، پایه گیت به عنوان پایه مشترک بین ورودی و خروجی قرار می گیرد. سیگنال ورودی به پایه سورس اعمال شده و سیگنال خروجی از پایه درین دریافت می شود. این آرایش دارای بهره ولتاژ بالا و بهره جریان پایین است. همچنین امپدانس ورودی آن پایین و امپدانس خروجی آن بالا می باشد. از این آرایش بیشتر در مدارهای فرکانس بالا (RF) استفاده می شود.

مزایای ترانزیستور اثر میدان

بعد از پاسخ به سوال ترانزیستور fet چیست، نیاز است مزایای آن را هم مورد بررسی قرار داد تا با فواید مهم آن آشنا شد. FETها در مقایسه با ترانزیستورهای دوقطبی (BJT) مزایای متعددی دارند که عبارتند از:

1. امپدانس ورودی بالا: FETها امپدانس ورودی بسیار بالایی دارند که باعث می شود جریان ورودی به آنها بسیار کم باشد. این ویژگی باعث می شود FETها برای تقویت سیگنال های ضعیف مناسب باشند.
2. نویز کم: FETها نویز کمتری نسبت به BJT ها تولید می کنند که باعث می شود در مدارهای حساس به نویز کاربرد داشته باشند.
3. سرعت سوئیچینگ بالا: FETها سرعت سوئیچینگ بالایی دارند که باعث می شود در مدارهای دیجیتال و سوئیچینگ کاربرد داشته باشند.
4. مصرف توان کم: MOSFETها به خصوص، مصرف توان بسیار کمی دارند که باعث می شود در مدارهای مجتمع و باتری خور کاربرد داشته باشند.

معایب ترانزیستور اثر میدان

در کنار مزایای فراوان، FETها معایبی نیز دارند که در ادامه به برخی از آنها اشاره می شود:

1. حساسیت به الکتریسیته ساکن: FETها در برابر الکتریسیته ساکن بسیار آسیب پذیرند و کوچکترین تخلیه الکتریکی می تواند به آنها صدمه بزند. از این رو، هنگام کار با FETها باید بسیار مراقب بود و از تجهیزات محافظت در برابر الکتریسیته ساکن استفاده کرد.
2. محدودیت ولتاژ گیت: ولتاژ گیت FETها نمی تواند از حد معینی فراتر رود. افزایش بیش از حد ولتاژ گیت می تواند باعث آسیب دیدن FET شود. این محدودیت در برخی از کاربردها می تواند مشکل ساز باشد.

در مجموع، FETها قطعات بسیار مفیدی در دنیای الکترونیک هستند، اما باید با معایب آنها نیز آشنا باشیم و در هنگام استفاده از آنها موارد احتیاطی لازم را رعایت کنیم.

در آخر؛ ترانزیستور fet یا اثر میدان

ترانزیستورهای اثر میدان (FET) قطعات الکترونیکی مهمی هستند که در مدارهای مختلف کاربرد دارند. FETها به دلیل مزایای خود مانند امپدانس ورودی بالا، نویز کم، سرعت سوئیچینگ بالا و مصرف توان کم، در بسیاری از کاربردها جایگزین ترانزیستورهای دوقطبی (BJT) شده اند. شناخت آنکه ترانزیستور fet چیست و نحوه عملکرد آنها برای هر مهندس و علاقه مند به الکترونیک ضروری است. با این حال، FETها معایبی نیز دارند که باید در طراحی مدارها در نظر گرفته شوند.

سوالات متداول ترانزیستور fet

ترانزیستور اثر میدان (FET) چیست؟

ترانزیستور نوعی قطعه الکترونیکی است که عملکرد آن بر اساس کنترل جریان الکتریکی است.

ترانزیستورهای اثر میدان (FET) دارای چند کانال هستند؟

آنها به دو نوع کانال n و کانال p تقسیم می شوند.

انواع ترانزیستورهای اثر میدان کدامند؟

این نوع ترانزیستورها به دو دسته اصلی ماسفت (MOSFET) و جی فت (JFET) تقسیم می شوند که هر کدام کاربردهای خاص خود را در مدارهای الکترونیکی دارند.