شرح ترانزستور الموسفت من البداية للنهاية

بسم الله الرحمن الرحيم

والصلاة والسلام علي خير خلق الله اجمعين

سيدنا محمد صلي الله عليه وعلي اله واصحابه الطيبين الطاهرين

درسنا اليوم ان شاء الله سيكون الحديث فيه عن نجم كبير

وتبدء قصة اختراع هذا النجم عندما استطاع العلماء اكتشاف اشباه الموصلات بعدها استطاع مجموعة من العلماء الأمريكيون وهم (والتر براتن) و(جون باردين) و(وليام شكولي ).باختراع نجمنا اليوم

أحدث اختراعه ثورة كبيرة في صناعة الكمبيوتر مما ادى إلى تقليل حجمه بدرجة كبيرة جدا وزيادة سرعته مقارنة بالجيل الأول منه و الذى كان يستخدم الصمامات أو الأنابيب المفرغة كعناصر للبناء و المكثفات و المقاومات. حيث وصل وزن الجيل الأول من الحواسيب إلى ما يزيد عن 30 طن في حين أن الجيل الثاني منه والذي تم استخدامه فيه كعناصر بناء وصل حجمه إلى أقل من نصف كمبيوتر الجيل الأول بالإضافة إلى انخفاض درجة الحرارة الصادرة عنه مقارنة بنظيره من الجيل الأول.

وما سبق اخوانى كان مقدمه فقط ومعلومات عامه يجب ان نعرفها عن هذا النجم

نجمنا اليوم هو

الترانزيستور
ويوجد منه انواع كثيره لن نتعرض لها كلها بينما سنركز على واحد منهم فقط وهو الموجود فى 99.9% من الاجهزه الالكترونية ..... وهو ما اطلق العلماء عليه ترانزيستور موسفيت ... وطبعا اسم mosfet اختصار لجمله طويله هى

Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

وترجمتها العربيه هى

ترانزستور التأثير المجالى والمصنوع من أشباه الموصلات والأكسيد والمعدن

وهنا على المازربورد

انظر الى خراطيم الفريون تجد تحت كل خرطون قطعة نحاس
هذه النحاسه يتم تركيبها فوق الموسفيت للتبريد ... وهذا طبعا لم نره فى العالم العربى حتى الان
وهنا صوره اوضح للموسفيت

طيب يلا نعرف فكرة عمل الموسفيت ونعرف يعنى ايه اشباه موصلات
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 كما بالشكل المرفق 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 فى الحقيقة الثنائى المعروف بالدايود .

الإنحياز الأمامى :
الشكل المرفق التالى يبين الإنحياز الأمامى للثنائى حيث 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) :
الشكل المرفق التالى يبين الإنحياز العكسى للثنائى حيث 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.

الإنحياز الخلفى (العكسى) :
الشكل المرفق التالى يبين الإنحياز العكسى للثنائى حيث 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.

ترانزستور التأثير المجالى والمصنوع من أشباه الموصلات والأكسيد والمعدن :

كل هذه المقدمة كانت لوضع الأساس الذى سنستند عليه فى عمل الترانزستور المجالى MOSFET

>> وهو كما بالشكل التالى يتركب من :

1- طبقة سفلية Substrate وهى إما من النوع N (كما بيمين الشكل) أو من النوع P (كما بيسار الشكل)
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 الكهربى (عازلة).
4- طبقة من المعدن وتمثل الطرف الثالث للترانزستور وهو البوابة Gate

>> ونجد أيضا من الشكل أن هذا الترانزستور له نوعان هما ال P-Cahnnel وال N-Channel بحسب
أختيار نوع الطبقة السفلية والبلورتين الجانبيتين (المصرف والمنبع).

>> ومن النقاط الأربع السابقة نكون قد فهمنا الجزء MOS (شبه موصل - أكسيد- معدن) من أسم هذا الترانزستور .

فكرة عمل الـMOSFET :

فى هذا النوع من الترانزستورات يتم التحكم بتيار الخرج عن طريق جهد (المجال الكهربى) الدخل .. فكيف ذلك ؟
أنظر الشكل التالى (حيث تم توصيل المصرف بالطرف الموجب لبطارية والمنبع بالطرف السالب لها)
1- فى حالة عدم وضع جهد على البوابة Gate فإنه لن يمر أى تيار بين المنبع والمصرف (الشكل الأيسر)
2- فى حالة وضع جهد موجب على البوابة (فى الشكل الأيمن) - لاحظ أن الترانزستور من نوع القناة N -
فإن الإلكترونات الحرة الموجودة فى بلورتى المنبع والمصرف ستنجذب للمجال
الكهربى الموجب المتكون عند البوابة مكونة قناة لمرور التيار بين المنبع والمصرف.
ويتغير حجم هذه القناة تبعا لقوة المجال الكهربى عند البوابة وبالتالى تتغير قيمة التيار المار بين المنبع والمصرف.
url=https://servimg.com/view/13091763/487][/url]

3- ى حالة وضع جهد سالب على البوابة (فى الشكل الأيمن) - لاحظ أن الترانزستور من نوع القناة P- فإن الفجوات
الموجودة فى بلورتى المنبع والمصرف ستنجذب للمجال الكهربى
السالب المتكون عند البوابة مكونة قناة لمرور التيار بين المنبع والمصرف.
ويتغير حجم هذه القناة تبعا لقوة المجال الكهربى عند البوابة وبالتالى تتغير قيمة التيار المار بين المنبع والمصرف.

[لاحظ أنه لوجود مادة الأوكسيد (العازلة) بين البوابة وبقية الترانزستور فإن التيار لا يمر بينهما . وفقط يتم التحكم
بالتيار المار بين المنبع والمصرف عن طريق الجهد
(المجال الكهربى) الموجود على البوابة.
__________________

الـMOSFET المتمم (CMOS) :

مصطلح الCMOS هو أختصار للجملة Complementary Metal 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 وذلك بإدخال نبضة ساعة على البوابة .

وببساطه شديده جدا جدا الموسفيت عباره عن صنبور ماء (حنفيه بالمصرى)

طيب حد هايقولى صنبور ايه ياراجل ايه اللى جاب الصنبور للالكترونيات

ما تستعجلش هاقولك

الموسفيت عباره عن منبع وبوابه ومصرف
وكذالك الحنفيه عباره عن منبع وبوابه ومصرف

فى الموسفيت المنبع يكون الطرف الذى يدخل كهرباء اما فى الحصنبور فهو يكون الماسوره التى تدخل مياه

فى الموسفيت البوابه بتكون الطرف الذى نتحكم به فى خرج الكهرباء بينما فى الصنبور تكون هى اليد التى نتحكم بها فى الغلق والفتح

فى الموسف المصرف بيكون الطرف الذى يخرج الكهرباء المطلوبه اما فى الصنبور فهو يكون مسئول عن خرج الماء....

هكذا اخوانى اتضح لنا وجه الشبه الكبير بين الموسفيت والصنبور طبعا فى الموسفيت يتم التحكم فى جهد الخرج عن طريق وضع جهد على البوابه

اما فى الصنبور بنتحكم فى جهد الخرج عن طريق المحبس
هذا ماعندى وما استطعت الحصول عليه
وبكده انتهى الجزء الاول من الموسفيت وان شاء الله جارى وضع الجزء الثانى

يتبع

R