MOSFET in anlamı, Metal Oksit Alan Etkili Transistör (Metal Oxide Field Effect Transistor) yada Geçidi Yalıtılmış Alan etkili Transistör (Isolated Gate Field Effect Transistor) dür. Kısaca, MOSFET, IGFET yada Surface Field Effect Transistör de denir. MOSFET, JFET' e pek çok yönden benzerlik gösterir. JFET' de Gate Source ters polarmalanmış bir PN oluşturmaktadır. MOSFET' de böyle değildir.
MOSFET' de gate öyle oluşturulmuşturki drain ile source arasındaki bölge üzerine silikon dioksit ve onun üzerine de gate elektrodu (metal plaka) konularak yapılmıştır. Böylece gate metal elektrodu ile drain ve source arasına bir yalıtkan konulmuş olur. Buradaki yalıkan silikon dioksit dir. Bütün oksitler iyi birer yalıtkandır. Hatırlarsanız, oksitlenmiş kontaklardan elektrik akımı geçmez ve biz de oksitlenmiş yerleri temizleriz.
Metal oksit ve yarı iletken ile bir Gate oluşturur ve MOSFET adının oluşmasını sağlar. Bu nedenle gate gerilimine JFET' de olduğu gibi bir sınırlandırma konulmamıştır. Tabi bu teoriktir. Gate yalıtkanı o kadar incedir ki eğer bir koruma yoksa vücudumuzdaki gerilim bile bu yalıtkanı delmeye yeter. Ayrıca bu yalıtkan yüzünden gate akımı neredeyse hiç yoktur ve giriş empedansı çok yüksektir. Tipik olarak gate akımı 10 -14 A (0,01piko amper) ve 10-14 ohm (10.000 Giga ohm). Yukarda belirttiğim gibi gate geriliminin sınırlı olmaması ayrıca MOSFET' de iki durumda çalışma olanağı sağlar. Bunlar "Arttırılmış - Enhancement" ve "Azaltıcı - Depletion" çalışma şekilleridir.
N+ nın anlamı, n katkılı bölgenin fazlaca n katkılanmış olmasıdır. Enhancement MOSFET' lere normal olarak çalışmayan "OFF" MOSFET lerde denir. Enhancemen MOSFET' ler uygun şekilde bayslanmadığı sürece üzerlerinden akım akmaz. Çünkü gate bayasının sıfır olması ile drain - source arasında iki tane arka arkaya bağlanmış PN eklemi vardır. Drain - Source voltajı ne değerde olursa olsun drain akımı akmaz. Depletion tipi bir MOSFET' iç yapısı ve şekilleri aşağıda görülmektedir.
N+ nın anlamı, n katkılı bölgenin fazlaca n katkılanmış olmasıdır. Enhancement MOSFET' lere normal olarak çalışmayan "OFF" MOSFET lerde denir. Enhancemen MOSFET' ler uygun şekilde bayslanmadığı sürece üzerlerinden akım akmaz. Çünkü gate bayasının sıfır olması ile drain - source arasında iki tane arka arkaya bağlanmış PN eklemi vardır. Drain - Source voltajı ne değerde olursa olsun drain akımı akmaz.
Depletion tipi MOSFET' ler depletion tiplerinin tam tersidir. Bu tip MOSFET' ler normalde "ON" tipi MOSFET' lerdir. Gate uygun şekilde bayslanmadığı sürece akım geçirirler. MOSFET ile ilgili hesaplamalar JFET ile büyük benzerlik gösterdiği için bu konuya girmeyeceğim. ID akımını veren formül; ID= IDSS x (1- (VGS/VT)2 MOSFET, girişinde hiç güç harcamadığı için ve drain - source arası tam olarak "ON" yapıldığında üzerinde çok az güç harcar. Bu nedenle içinde çok sayıda transistör olması istenen entegre devrelerin vazgeçilmez parçalarıdır.
Yazımın baş taraflarında da söz ettiğim gibi MOSFET' in gate sini oluşturan dioksit çok ince olduğundan vücut elektriğinden bile kolayca bozulabilir. Bu durumu önlemek için gate ile MOSFET' i oluşturan alt taş (substrate) arasına bir zener diyot fabrikasyon olarak yerleştirilir. Bu zenerin iletime geçme voltajı düşük olacağına göre dışardan gelebilecek gerilimler zener üzerinden kısa devre olur. Fabrikasyon tedbirler alınmasına rağmen bu tür transistörleri taşırken dikkatli olmalı, eğer bacakları bir tel yada benzeri bir şeyle kısa devre edilmişse bunu, transistörü yerine takıdıktan sonra çıkarmalıdır.
MOSFET'lerin sürülmesi
Güç Elektroniğibunalmis bildirdi: "Mos transistorlerin giriş empedansı gerçekten çok mu büyük. Güç elektroniğinde kullanılan Moslar için; Bazı kitaplarda ve tartışmalarda "Mos transistorlerin giriş empedansı çok büyüktür" şeklinde yanlış bir ifade kullanılır. Burada yanlış olan giriş empedans kavramının giriş direnci ile karıştırılmasından kaynaklanır. Zira empedans alternatif akıma gösterilen zorluk ikeni direnc akıma gösterilen zorluk demektir. Giriş direnci 10Mohm olan bir düzenek, pek ala 1Khz de 100Ohm gibi empedans gosterebilir. Ancak giriş direnci gerçekten de 10Mohmdur. Bu yanılgıdan dolayı da yeni başlayanlar Mosların çok kolay sürülebileceği sonucuna varırlar.
Moslar ne zaman kolay sürülür?
Bir ampullu (ıstediğiniz kadar güçlü olsun) uzun aralıklarda (1 kaç saniye gibi) yakıp söndüren bir devre yapacaksanız Mos ideal anahtar vazifesi görecektir ve çok kolay sürülür.
Bunun için mosun Gate - Source uclarına eşik değerinin biraz üzerinde voltaj vermek / kesmek yeterli olacaktır ve kumanda sinyalini, gate ucuna seri 1Mohm direnç üzerinden bile verebilirsiniz.
Moslar ne zaman zor sürülür?
Aynı devreyi saniyede 1000 kere anahtarlamak isterseniz problem başlayacaktır. Çünkü anahtarlama frekansı artınca artık giriş direnci değil giriş empedansı ön plana çıkmıştır.
Bir mosun Gate -Source ucları 100 lerce megaohm direnç ve bu dirence paralel baglı ve değeri yaklaşık 1nF kondansator gibi modellenebilir. Anahtarlama frekansı yüksekse bu 1nf civarındaki kondansatörün uclarındaki voltajı basit bir sürücü ile kolayca sıfıra yada eşik değerinin üstüne çekemezsiniz.
Bu iş için yüksek akıma ihtiyacınız olacaktır. Dolayısı ile Moslar giriş akımı çekmez diye bilenler bu konuyu gözardı ederler. Moslar bir güç transistörü gibi yüksek giriş akımı çeker ancak bir farkla. Transistörler, base sürüldüğü sürece giriş akımı çekerken, Moslarda sadece bu sözü edilen kondansatör sarj olana yada dejarj olana kadar akım çeker. Yüksek hızda sürekli olarak anahtarlanan Mosun Gate Source arasındaki bu iç kapasite sürekli şarj ve deşarj olacağından girişten akım çekilmesine neden olacaktır.
Eğer Mosu süren devre iyi yapılmamış ise G-S kapasitesi tam sarj olamayacak yada boşalamayacağından giriş voltajı ortalama bir voltaj değerinde salınacak buda Mosun anahtarlama modunda değil lineer modda çalışmasına neden olacak ve MOS da büyük güç kaybına neden olacaktır. Kare dalga gibi bir sinyal ile mosu sürmeye kalktığınızda mosu süren devreyi şu özelliklerde tasarlamalısınız.
1. Kare dalganın inen ve çıkan kenarlarında Mosa 100ma hatta mümkünse 1A akım verebilecek yetenekte olmalı.
2. Kare dalganın genliği Eşik değerinin üstünde ancak Gate'i bozma (delme) değerinin altında olmalıdır.
