สวัสดีครับ ยินดีต้อนรับทุกท่านเข้าสู่ช่อง Zimzim DIY
สำหรับวันนี้เหมือนเดิมครับ ผมจะมาอธิบายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ง่ายๆ สไตล์ช่อง Zimzim
แล้วอุปกรณ์ที่ผมจะอธิบายในวันนี้ ก็คืออุปกรณ์ที่ชื่อว่ามอสเฟต
แล้วมอสเฟตคืออะไร ?
มอสเฟตก็ คือทรานซิสเตอร์ชนิดหนึ่ง ถ้าเรียงลำดับ มันก็จะแตกย่อยลงมาจากทรานซิสเตอร์
เป็นแบบ Field effect transistor หรือ ทรานซิสเตอร์ ใช้แบบสนามไฟฟ้า ชื่อย่อที่เรามักจะเห็นบ่อยก็คือ FET
แล้วแตกย่อยลงมาเป็น Metaloxide semiconductor FET ชื่อย่อก็คือ Mosfet
แล้วก็ลงมาเป็นแบบ Enhancement Mode หรือเป็นโหมดที่ เพิ่มประสิทธิภาพเข้าไปอีก มีทั้ง N-chanel แล้วก็ P-chanel ให้เราได้เลือกใช้งาน
ในคลิปนี้ผมจะขอยกตัวอย่างเป็นแบบ N-chanel ในการอธิบาย ละกันนะครับ เพราะว่ามันง่ายง่าย
Mosfet ดูจากภายนอกผิวเผิน มันจะเหมือนกัน ทรานซิสเตอร์ แบบ BJT ทั่วไปมากเลยครับ แต่การทำงานวงจรข้างในนี้แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงเลยครับ
Mosfet มันจะใช้ อิทธิพลสนามไฟฟ้าเข้ามาเกี่ยวข้อง ในการนำกระแส
แล้วมันนำกระแสได้อย่างไร ?
ก่อนอื่นไปดูโครงสร้างคร่าวๆ ของมันก่อนนะครับ
มันจะมีพื้นผิวส่วนใหญ่ของวัตถุ เป็นแบบ P-type (P-type ก็อย่างที่เรารู้ๆกันนะครับ อิเล็กตรอนมันจะมีไม่มาก ก็เลยออกเป็นแนว สารกึ่งตัวนำไปทางบวก)
แล้วเราเราก็จะสร้าง ขั้ว N-type ไว้สองฝั่งแบบนี้ (N-type ก็จะมีอิเล็กตรอนที่มากกว่า มันก็เลยออกเป็นแนว สารกึ่งตัวนำไปทางลบ)
ขั้วทั้ง 2 ก็จะมีชื่อเรียกอีกทีหนึ่งนะครับ นั้นก็คือขั้ว Drain และก็ขั้ว Source
และระหว่างพื้นผิววัตถุ เราจะวาง Oxide บางๆ เข้าไป ซึ่งมัน ทำหน้าที่เป็น ฉนวน
จากนั้นก็วาง ชั้นของ metal ทับเข้าไปอีก1จุด เราก็จะได้ ขั้ว Gate ที่ขากลางมาใช้งาน
แค่นี้ก็จะทำให้โครงสร้างของ semiconductor หรือ สารกึ่งตัวนำ ที่เป็นแบบ FET สมบูรณ์แล้วละครับ
เมื่อนำพวกวัสดุการประกอบพวกนี้มารวมกัน ก็จะได้ Metal Oxide semiconductor + Fet หรือ ที่เราเรียกว่า MOSFET
แล้วที่เหลือเราก็แค่ต่อขาโลหะออกมายาวๆ เพื่อต่อใช้งาน
ก็จะได้มอสเฟต มาใช้งานแล้วครับ
เพื่อนๆลองสังเกตุดูดีๆครับว่า ขา Gate จะถูกแยกอยู่เดี่ยวๆ และ ไม่ได้เชื่อมต่อถึงขั้วโลหะใดๆ ทั้งนั้นใช่ไหมครับ
และถึงแม้ว่าขา G จะไม่มีชิ้นส่วนที่ เชื่อมต่อกับวัตถุ ที่สามารถนำไฟฟ้าได้โดยตรง
แถมยังมี oxide ที่มากั้นและทำหน้าที่เป็นฉนวนอีก
แล้วอย่างนี้ มอสเฟตของเรา มันจะนำกระแสได้อย่างไรครับ
เพื่อหาคำตอบ ก่อนอื่น
ผมที่ผมจะเชื่อม แหล่งจ่ายหลักทิ้งไว้ก่อน โดย
ขา D เราจะเชื่อมต่อกับขั้ว + ของแหล่งจ่ายวงจรหลัก
ขา S เราจะเชื่อมต่อกับขั้ว - ของแหล่งจ่ายวงหลัก
ตอนนี้กระแสไหลมารอที่ ขั้ว D เป็นที่เรียบร้อยแล้วครับ
และเพื่อให้มันนำกระแสได้
กระแสจะต้องไหลผ่าน ขา D ไปหาขา S แบบนี้ครับ
แต่ในความเป็นจริง ระยะห่างขั้ว D กับ S ถือว่ามันกว้างเกินไป (เหมือนคนกระโดด ไม่ข้ามน้ำ)
เพราะฉะนั้น มันต้องมีตัวนำอะไรบางอย่าง อยู่บริเวณตรงนี้ กระแสถึงจะไหล
เราจะต้อง หาจะต้องหาช่องทางให้มันสามารถเชื่อมต่อถึงกัน ให้ได้
แล้วเราจะสร้างวิธีการไหน
ก็แค่ง่ายๆครับ เราจะใช้ แหล่งจ่ายควบคุม ขั้วบวก มาต่อที่ขา Gate
เมื่อเราต่อลักษณะนี้แบตเตอร์รี่จะมีแรงดัน และมีกระแสไฟฟ้าที่เป็นประจุบวกออกมา มันจะมาออกันตรงแผ่นโลหะตรงนี้
แรงดันไฟฟ้าที่ขา G จะสร้าง อิธิพลสนามแม่เหล็กบางอย่าง ดูดอิเล็กตรอนที่อยู่ใน P-type เข้าไปหา
ดั่งที่ผมเคยบอกในคลิป คาปาซิเตอร์ ว่า แม่เหล็กขั้วเดียวกัน จะผลักกัน
แม่เหล็กต่างขั้วกันก็จะถูกดึงดูดเข้าหากัน สนามไฟฟ้าก็เป็นแบบนั้นครับ
ในสาร P-type จริงๆแล้ว มันก็ยังพอมี อิเล็กตรอนหลงเหลืออยู่บ้างนะครับ อิเล็กตรอนที่เป็น -
เหล่านี้ อพยบ มาหาประจุบวก มันอยากจะข้ามไปหา แต่เพราะมีออกไซด์เป็นฉนวนกั้นอยู่ มันก็เลยทำได้ดีที่สุดก็คือ สะสม อยู่ บริเวณนี้
ทีนี้ถ้าเราเพิ่ม แรงดันไฟขา G เพิ่มไปอีก มันก็จะสะสมอิเล็กตรอน มากขึ้นไปอีกเช่นกัน
อิเล็กตรอนตรงนี้ ก็เปรียบเสมือน มีทาง เชื่อมต่อระหว่างขั้ว D ไปหา S
เพราะฉะนั้น ถ้าหากเราเพิ่มแรงดันขา G มากเท่าไหร่ ทางเดินก็จะมีระยะที่กว้างมากเท่านั้น
กระแสที่ไหล จากขา D ไปหาขา S ก็จะเพิ่มขึ้นตามครับ
และถ้า ถ้าผมลดแรงดันขา G ระยะทางเดินก็แคบตาม กระแสก็จะไหลน้อยตาม
ส่วนข้อดีมอสเฟส มันก็มีมากมายก่ายกอง สำหรับผม ผมก็จะขอหยิบยก ข้อดีของมันมาคร่าวๆดังนี้ครับ
1. มอสเฟต มีอุณหภูมิการทำงานที่คงที่ หมายความว่า ถึงแม้ว่าอุณภูมิของมอสเฟตจะเปลี่ยนแปลง แต่อัตราการขยายของมันจะไม่ได้สูงขึ้นตาม
2.มอสเฟสมีความต้านทานอินพุตสูงมาก
3.ทนกระแสได้มากกว่าทรานซิสเตอร์
4.เสียงรบกวนต่างๆต่ำกว่า ทรานซิสเตอร์
5.ทนต่อรังสีต่างๆ ก็เลยเหมาะสำหรับงานด้านอวกาศ เราจะเห็นมอสเฟตหลายๆตัว อยู่ในแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ของดาวเทียม
6.ขนาดของมอสเฟต จะเล็กกว่าทรานซิสเตอร์
ที่เราเห็นใน CPU ก็จะใช้ ทรานซิสเตอร์ ประเภท FET นี้แหละครับ เพราะว่ามันย่อขนาดให้มันเล็กลงได้ ในระดับนาโนเมตร
มาเชื่อมต่อกัน เพื่อสร้างลอจิกเกตส์ สร้างหน่วยประมวลผล
ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่เราเห็นส่วนใหญ่ก็จะมี ทรานซิสเตอร์ BJT, มอสเฟต เขาจะเลือกใช้อย่างไดอย่างหนึ่ง
BJT จะทนแรงดันสูง แต่ จะทนกระแสต่ำ
Mosfet มันทนกระแสสูงหลายแอมป์ แต่ แต่มันจะทนแรงดันไฟต่ำ ครับ
ผมแถมให้อีกตัวละกันนะครับ
มันชื่อว่า IGBT ตัวนี้มาแรงครับ คุณสมบัติคือ ทนกระแสสูง และยังให้ ทนแรงดันสูงด้วยครับ
5 сен 2024
