دوائر بسيطة لعنصرى الموسيفت IGBT/MOSFET

دوائر بسيطة لعنصرى الموسيفت IGBT/MOSFET

الترانزستور تأثير المجال المعدني أكسيدي شبه الموصل (MOSFET) هو نوع من الترانزستورات التي تستخدم في الدوائر الإلكترونية للتحكم في تدفق التيار الكهربائي  يتميز MOSFET بوجود بوابة معزولة بطبقة من أكسيد المعادن

ترانزستور تأثير المجال والمصنوع من أشباه الموصلات وأكسيد المعادن 

يتركب ترانزستور التأثير المجال من:

1- طبقة سفلية وهى من النوع N أو من النوع P 

2- منطقتين من بلورتين من نفس النوع بعكس الطبقة السفلية P/N ويمثلان طرفين من أطراف الترانزستور وهما المصرف DRAIN والمنبع SOURE

3- طبقة من الأكسيد (ثانى أكسيد السيليكون SIO2) وهى مادة غير موصلة للتيار الكهربائى (عازلة)

4- طبقة من المعدن وتمثل الطرف الثالث للترانزستور وهو البوابة GATE

----------------------------

توضيح اسم  الموسفيت:

MOSFET = Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

ويعني: ترانزستور تأثير المجال شبه الموصل بأكسيد المعدن.

الموسفيت هو نوع متطور من الترانزستورات، ويعد من العناصر الأساسية في عالم الإلكترونيات الحديثة. يُستخدم في تطبيقات متنوعة مثل التحكم في الأحمال، دوائر تحويل الطاقة، ومكبرات الصوت، إضافة إلى دوره المحوري في أنظمة الطاقة الشمسية والإلكترونيات الرقمية.

----------------------------

يتكوّن الموسفيت من ثلاثة أطراف رئيسية:

 يعمل MOSFET ترانزستور عن طريق استخدام جهد على البوابة لإنشاء أو إضعاف قناة موصلة، مما يسمح أو يمنع تدفق التيار بين المصدر والصرف. 

تتميز ترانزستورات MOSFET بثلاثة أطراف هى

البوابة (Gate): 

الطرف الذي يُستخدم للتحكم في فتح أو إغلاق الترانزستور.

المصرف (Drain):

الطرف الذي يدخل منه التيار الكهربائي.

المصدر (Source):

الطرف الذي يخرج منه التيار.

----------------------------

أنواع الترانزستورات الموسيفت :

أولا ترانزستور MOSFET اختصار لـ

Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor

وهو ترانزستور يستخدم في التحكم بالتيار والجهد ويعمل كمفتاح أو مضخم للإشارة 

وهذا الترانزستور له نوعين هما

1. موسفيت قناة سالبة (N-Channel): يبدأ بالتوصيل عندما نطبّق جهداً موجباً على البوابة.

2. موسفيت قناة موجبة (P-Channel): يبدأ بالتوصيل عند تطبيق جهد سالب على البوابة.

----------------------------

مميزات الموسفيت:

استهلاك طاقة منخفض جداً عند التشغيل.

سرعة عالية في الاستجابة.

كفاءة كبيرة في دوائر التحويل والتحكم.

أهم استخدامات الموسيفت

تشغيل وإيقاف الأحمال الكهربائية مثل المحركات أو المصابيح.

وحدات تنظيم الجهد والعاكسات.

الحواسيب والهواتف المحمولة.

دوائر PWM للتحكم في السرعة أو السطوع.

----------------------------

فكرة عمل ترانزستور موسيفت 

 يعمل MOSFET ترانزستور عن طريق استخدام جهد على البوابة لإنشاء أو إضعاف قناة موصلة، مما يسمح أو يمنع تدفق التيار بين المصدر والصرف. 

-----------------------------------

اعطال الموسيفت

اسباب أعطال الموسيفت هى :

القصر الكهربائي

قد يحدث قصر بين المصدر والمصرف، مما يؤدي إلى ارتفاع التيار وتلف المكون 

الجهد الزائد

تجاوز الجهد المحدد للبوابة يمكن أن يتلف MOSFET خاصةً في حالة التفريغ الكهروستاتيكي 

انهيار الجهد

يمكن أن يحدث انهيار للمكون إذا تجاوز الجهد على أي من أطرافه القيمة القصوى المحددة 

الحرارة الزائدة

يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى إتلاف المكون، خاصةً إذا لم يتم توفير تبريد كافٍ

التيارات العالية

 يمكن أن تتسبب التيارات العالية في ذوبان المكونات الداخلية، مما يؤدي إلى فشل الدائرة 

تلف البوابة

يمكن أن تتلف البوابة بسبب زيادة الجهد أو التفريغ الكهروستاتيكي، مما يؤدي إلى تغيير في خصائص الترانزستور أو تعطيله 

 ----------------------------

مميزات ترانزستور تأثير المجال

 الجهد المنخفض عند التحكم 

مناسب عند العمل فى التراددات العالية

سرعة عالية في التشغيل والإيقاف

قوة فى الأداء 

سهولة تصنيف وحجم صغيروتوفره بأنواع كثيرة

----------------------------

عيوب ترانزستور تأثير المجال 

 يتأثر بالمجالات الكهربية الخارجية القوية وقد تتسبب فى تلفه حيث يعتمد فى عمله على المجال الكهربى للتحكم فى التيار.

----------------------------

وظائف ترانزستور الموسيفت

الترانزستور الموسيفت له وظيفتان هما 

1- يعمل كمفتاح قاطع الكترونى 

يستخدم في فتح وغلق الدائرة بشكل إلكتروني

2- يعمل كمكبر اشارة 

يقوم بتكبير الإشارات الضعيفة، خاصة في دوائر التردد العالي

----------------------------

أولا الترانزستور الموسيفت كقاطع الكترونى :

يتم توصيل الترانزستور فى الدوائر الإلكترونية ليستخدم كمفتاح لقيادة الأحمال التى هى فى خرجه وذلك كوسيط بين مرحلة التحكم بالحمل 

-----------------------------

ثانيا الترانزستور الموسيفت كمكبر اشارة :

الترانزستور MOSFET هو نوع من الترانزستورات التي تستخدم في تكبير الإشارات الكهربائية عن طريق التحكم في تدفق التيار بين المصرف (drain) والمصدر (source) باستخدام جهد على البوابة (gate).

 يعمل MOSFET كمضخم عن طريق تغيير موصلية القناة بين المصرف والمصدر استجابةً للجهد المطبق على البوابة.

-----------------------------------

تدريبات عملية تستخدم ترانزستورات الموسيفت 

دائرة حساس الحرارة  سنوضح استخدام الموسيفت في التحكم الحراري، 

عند زيادة درجة الحرارة عند حد معين فإن الليد ينطفى.

الهدف من الدائرة:

 التحكم فى درجات الحرارة ، و حماية  الأجهزة الكهربائية  التى تعمل بالتسخين  من إرتفاع درجات الحرارة العالية، 

سنتعرف على مكونات دائرة التحكم الحرارى، 

ترانزستور موسيفت ومقاومتين 10k

ومقاومة 330 اوم  ولليد ضؤئ ومقاومة الثيرميستور

 وبطارية وأسلاك توصيل ، 

يتم تنفيذ الدائرة كما بالشكل 

فكرة عمل الدائرة 

تعمل المقاومة الحساس للحرارة R1 مع المقاومة  المتصلة بالجهدR2 كمجزى للجهد ،  

وعندما تزيد درجة الحرارة عند الحد المسموح، فإن الجهد على المقاومة الحساس R1 يكون أعلى من الجهد على R2، 

مما يسمح بتشغيل الموسيفت عبر المقاومة R3، ويعمل الموسيفت على إطفاءالليد،  

لتجربة الدائرة عملى :

الصورة تمثل دائرة إلكترونية لحساس حرارة باستخدام مقاومة حرارية (NTC Thermistor) وترانزستور MOSFET (نوع IRF630).

تهدف الدائرة إلى تشغيل/إطفاء مصباح LED بناءً على درجة الحرارة.

 يتم توصيل الدائرة بالبطارية ، سنجد الليد يضئ ، ويتم التسخين بولاعة بالقرب من  مقاومة الثيرميستور الحساس بالحرارة . 

وسنلاحظ عند زيادة درجة الحرارة عن المعدل الطبيعى فإن الليد ينطفى ، وعند عودة درجة الحرارة لمعدلها الطبيعى فإن الليد يضئ، 

يمكن استخدام الدائرة فى التحكم وحماية الأجهزة عند ارتفاع درجات الحرارة عند الحد المسموح ،

------------------------------

عرف ترانزستور ثنائى الوصلة ذو البوابة المعزولة IGBT؟

الترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة (IGBT) 

هو جهاز أشباه موصلات يستخدم في تطبيقات إلكترونيات الطاقة للتحكم في التيارات والجهود العالية.

يجمع بين ميزات الترانزستور ثنائي القطب (BJT) والترانزستور تأثير المجال (MOSFET). 

------------------------------

ما هى مميزات ترانزستور ثنائى القطبية BJT التى أخذها ترانزستور 

IGBT؟

مميزات BJT التي أخذها IGBT

يتميز BJT بقدرته على تمرير تيارات عالية، وهذه الميزة تم نقلها إلى IGBT، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات القدرة العالية.

IGBT لديه سرعة تبديل أعلى من BJT التقليدي، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب تبديلًا سريعًا للتيار.

------------------------------

ما هى مميزات ترانزستورMOSFFET التى أخذها ترانزستور 

IGBT

ترانزستور IGBT، مثل MOSFET، هو جهاز يتم التحكم فيه بالجهد، مما يعني أنه يمكن التحكم في تشغيله وإيقافه عن طريق تطبيق جهد على البوابة. هذا يجعله أسهل في القيادة من الترانزستورات ثنائية القطب (BJTs) التي تتطلب تيارًا للتحكم

------------------------------

ترانزستور الموسيفت له وظيفتان اذكرهما 

- يعمل كمفتاح قاطع الكترونى  لفتح وغلق الدائرة 
- يعمل كمكبر اشارة لتكبير الإشارات الضعيفة ، خاصة في دوائر التردد العالي

------------------------------

وضح فكرة عمل ترانزستور الموسيفت ؟

 يعمل MOSFET ترانزستور عن طريق استخدام جهد على البوابة لإنشاء أو إضعاف قناة موصلة، مما يسمح أو يمنع تدفق التيار بين المصدر والصرف. 

------------------------------

ما هى اسباب أعطال الموسيفت ؟

القصر الكهربائى والجهد الزائد وانهيار الجهد  والحرارة الزائدة والتيارات العالية وتلف البوابة .

------------------------------

مميزات ترانزستور تأثير المجال ؟

تتميز ترانزستورات تأثير المجال  

 الجهد المنخفض عند التحكم 

مناسب عند العمل فى التراددات العالية

سرعة عالية في التشغيل والإيقاف

قوة فى الأداء 

سهولة تصنيف وحجم صغيروتوفره بأنواع كثيرة

 

------------------------------

تتميز ترانزستورات MOSFET بثلاثة أطراف هى؟

البوابة (Gate)

الطرف الذي يُستخدم للتحكم في فتح أو إغلاق الترانزستور.

المصرف (Drain)

الطرف الذي يدخل منه التيار الكهربائي.

المصدر (Source)

الطرف الذي يخرج منه التيار.

------------------------------

مع تحيات سمير حسانين 

مصر - المنصورة - مدينة ميت سلسيل