MOSFET là transistor hiệu ứng trường, là van điện từ đóng/ngắt rất nhanh dòng điện giữa 2 cực Drain và Source tùy theo điện áp điều khiển ở cực Gate, điều khiển hoàn toàn bằng điện áp (điện trường), không tiêu thụ dòng kích như BJT
Cấu tạo:
- Cực Gate (G): Nơi đặt điện áp điều khiển. Cực Gate cách điện bằng lớp SiO2 mỏng, nên không có dòng điện chay qua. Tạo ra điện trường để điều khiển dòng chảy của hạt điện trong kênh dẫn
- Cực Drain (D): Máng, nơi dòng điện đi tới khi MOSFET dẫn
- Cực Source (S): Nguồn, là điểm xuất phát của các hạt tải điện (electron hoặc lỗ trống)
| Loại | Cách kích hoạt | Hướng dòng điện | Ứng dụng |
| N-Channel MOSFET | Dẫn khi Vgs > Vth (dương) | Drain -> Source | Bộ nguồn xung, Driver motor, mạch DC-DC buck |
| P-Channel MOSFET | Dẫn khi Vgs < Vth (âm) | Source -> Drain | Mạch High-side switch, điều khiển pin lithium |
Trong mạch thức tế, luôn tồn tại 2 nguồn điện áp riêng biệt:
-
Nguồn điều khiển (VGS ): Cấp vào cực Gate để quyết định "độ mở" của kênh dẫn (cho phép dòng ID tối đa đi qua là bao nhiêu).
-
Nguồn động lực (VDD ): Nguồn điện chính cấp cho tải (như 12V, 24V, 220V...), nguồn này chính là nguyên nhân tạo ra điện áp VDS giữa hai cực Drain và Source.
Các chế độ chạy:
- Cut-off: Vgs <= Vth, không có dòng điện đi qua, kênh dẫn chưa hình thành , như công tắc mở
- Tuyến tính (Linear/Ohmic): Khi điện áp cổng tăng lên, kênh dẫn điện mở rộng, dòng điện giữa Drain và Source tăng tuyến tính theo điện áp
- Điều kiện:
- NMOS: Vgs > Vth (dương) và Vds < Vgs - Vth
- PMOS: Vgs < Vth (âm) và Vds > Vgs - Vth
- Điều kiện:
- Bão hòa: Khi điện áp giữa Drain và Source đạt đến một ngưỡng, dòng điện đạt mức bão hòa ổn định, như công tắc đóng
RDS(on) là điện trở giữa chân Drain (D) và Source (S) khi MOSFET đang mở hoàn toàn (ON) ở một điện áp cổng (VGS) xác định.
Khi MOSFET dẫn dòng, nó vẫn cản dòng điện một chút, giống đoạn dây có điện trở nhỏ
Nhiệt lượng tỏa ra khi MOSFET dẫn:
PD ≈ ID2. RDS(on)
Các biến thể
| Loại MOSFET | Ưu điểm | Nhược điểm |
| Tăng cường kênh N | Chuyển mạch nhanh, điện trở thấp | Cần điện áp kích để bật |
| Tăng cường kênh P | Đơn giản, được dùng ở mạch thuận | Chuyển mạch chậm hơn, điện trở cao |
| Suy giảm kênh N/P | Có thể dẫn dòng ở không điện áp cổng | Ít phổ biến, ứng dụng hạn chế |
| Power MOSFET | Xử lý công suất lớn, bền bỉ | Kích thước lớn hơn, giá thành cao hơn |
| MuGFET và biến thể khác | Hiệu suất cao, kiểm soát dòng tốt | Công nghệ phức tạp, chi phí cao |
Ứng dụng: Mạch nguồn xung, bộ chuyển đổi DC-DC, mạch kích từ và tầng khuếch đại công suất của biến tần (Inverter) điện mặt trời
Phương pháp kiểm tra MOSFET hoạt động
1. Đồng hồ kim
- Thang đo điện trở x1 kΩ (hoặc x1KW): Que đen nối với cực (+) của khối pin trong đồng hồ, que đỏ nối với cực (-) của khối pin trong đồng hồ
-
Lớp cách điện cực Gate của MOSFET khi hỏng thường bị rò nhẹ với điện trở khoảng 100kΩ - 1MΩ
-
Nếu đặt thang x1 hoặc x10: Giá trị 100kΩ là quá lớn so với dải đo. Kim đồng hồ sẽ đứng yên hoàn toàn tại vạch ∞ (không nhích tí nào)
-
Nếu đặt thang 1kΩ: Mức rò 100kΩ sẽ làm kim nhích lên rõ rệt, giúp phát hiện ngay linh kiện đã bị rò điện.
- Điện áp xuất ra: Vừa đủ (1.5V - 3V), Đủ áp kích mở Gate
- Dòng điện xuất ra: An toàn (≈100µA), Nếu MOSFET đã bị chập/rò cực Gate, cũng sẽ không nóng chảy, bốc khói, nổ
-
- khử điện tích còn lại trên MOSFET: Nối tắt 3 chân G, D, S (điện tích lưu lại có thể làm sai lệch kết quả đo)
- Nạp điện tích cho chân G: Que đen vào chân G, que đỏ vào chân D hoặc S
- Đo điện trở giữa D và S: Que đen vào chân D, que đỏ vào chân S, kim đồng hồ sẽ nhích lên nếu MOSFET còn hoạt động tốt (điện trở thay đổi, cho thấy kênh MOSFET đã được mở)
- Xả điện tích chân Gate: Chập chân G vào S (Vgs = 0) để thoát điện tích, vào trạng thái Cut-off
- Đo lại giữa D và S: Sau khi xả điện tích, kim đồng hồ không nhích lên nữa (điện trở rất lớn), chứng tỏ MOSFET đóng ngắt đúng
