มอสเฟต MOSFET

หน้าที่และการทำงาน,การคำนวณหาค่าของ MOSFET
ความรู้พื้นฐานที่เกี่ยวกับมอสเฟต (MOSFET)
ถ้าจะกล่าวถึงอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) นั้น ก็สามารถที่จะอธิบายได้ดังนี้ครับ โดยอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) นั้นจะเป็นทรานซิสเตอร์อีกแบบหนึ่ง และเป็นอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ได้รับความนิยมมากในปัจจุบันครับ ในการนำไปใช้ในการออกแบบเป็นวงจรรวม ซึ่งอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET)นั้นจะแบ่งได้เป็น 2 ชนิด คือ n-channel และ p-channel โดยอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์นี้จะสร้างขึ้นมาจากสารกึ่งตัวนำซึ่งจะประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด N และสารกึ่งตัวนำชนิด P โดยมอสเฟต(MOSFET) นั้นจะแบ่งตามโครงสร้าง 

ลักษณะโครงสร้างพื้นฐานของอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) โดยอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) นั้นจะแบ่งตามโครงสร้างได้เป็น 2 ชนิด คือ มอสเฟต(MOSFET) ชนิด n-channel และมอสเฟต(MOSFET) ชนิด p-channel โดยจะเห็นว่ามอสเฟต(MOSFET) ทั้งสองชนิดนั้นจะมีขาที่ต่อออกมาใช้งานหลักๆ อยู่ทั้งหมด 3 ขา ด้วยกันครับ ซึ่งประกอบด้วย ขาเกท (G : Gate), ขาเดรน (D : Drain) และขาซอร์ส (S : Source) นั้นเองครับ ส่วนอีกขาที่เห็นจากโครงสร้างนั้นก็คือ ขาเบส (B : Base) ซึ่งจะถูกต่อเข้ากับขาซอร์ส (S : Source) นั้นเองครับ ดังนั้นในการนำมาใช้งานเราจะเห็นขาของอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) เพียง 3 ขาเท่านั้นเองครับ
แต่ในส่วนของการที่จะนำอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) ไปใช้งานและการทำให้อุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) นี้สามารถที่จะทำงานได้นั้นหรือสามารถที่จะนำกระแสได้นั้น เราก็จะต้องทำการกำหนดค่าของแรงดันให้มีค่าที่เหมาะสมกับลักษณะโครงสร้างของมอสเฟต(MOSFET) นั้นๆ ครับ ซึ่งเราจะเรียกว่า การไบแอส (Bias) ให้กับอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) สามารถที่จะทำงานตามที่เราต้องการนั้นเองครับ โดยลักษณะของการไบแอสอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) นั้นก็คือการป้อนแรงดันให้กับขาเกท(G : Gate) เพื่อใช้ในการควบคุมการไหลของกระแสนั้นเองครับ โดยสามารถที่จะแบ่งออกได้ตามชนิดของอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) ดังนี้ครับ

1.) มอสเฟต(MOSFET) ชนิด n-channel ถ้าเราทำการกำหนดค่าของแรงดันที่ขาเกท มีค่าน้อย ก็จะส่งผลให้ขาเดรน(D) และขาซอร์ส(S) ไม่มีกระแสไหลผ่านนั้นเองครับ แต่ถ้าเราทำการกำหนดค่าของแรงดันที่ขาเกท มีค่ามาก ก็จะส่งผลให้ขาเดรน(D) และขาซอร์ส(S) มีกระแสไหลผ่านนั้นเองครับ 
2.) มอสเฟต(MOSFET) ชนิด p-channel ถ้าเราทำการกำหนดค่าของแรงดันที่ขาเกท มีค่ามาก ก็จะส่งผลให้ขาเดรน(D) และขาซอร์ส(S) ไม่มีกระแสไหลผ่านนั้นเองครับ แต่ถ้าเราทำการกำหนดค่าของแรงดันที่ขาเกท มีค่าน้อย ก็จะส่งผลให้ขาเดรน(D) และขาซอร์ส(S) มีกระแสไหลผ่านนั้นเองครับ 

ซึ่งในการที่จะนำอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) มาใช้งานนั้น เราจะต้องทำการกำหนดค่าของแรงดันไบแอสที่จะนำมาใช้งานให้มีค่าที่เหมาะสมให้กับมอสเฟต(MOSFET) ที่เราเลือกมาใช้งาน ซึ่งถ้าเราพิจารณาถึงโครงสร้างของมอสเฟต(MOSFET) เราก็จะพบว่าการที่จะเปลี่ยนสภาพของสารกึ่งตัวนำที่เชื่อมต่อที่ขา (D) กับขา (S) ให้เป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเดียวกันนั้นจะเกิดขึ้นได้จากการป้อนแรงดันไบแอส นั้นเองครับ และถ้าเรากำหนดให้แรงดัน ก็จะไม่มีกระแส ไหล แต่แรงดันของ นั้นจะไม่ได้มีค่าเป็น นะครับ แต่มันจะเกิดค่าแรงดันที่เราจะเรียกว่าแรงดันเทรชโฮลด์ (Threshold Voltage : ) นั้นเองครับ และถ้าเราพิจารณาดูจากโครงสร้างภายในของอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) เราก็จะพบอีกว่ามันจะแรงดันระหว่างขา (B) กับขา (S) ซึ่งค่าแรงดันที่เกิดขึ้นนี้นะครับ มันจะทำให้ค่าแรงดันเทรชโฮลด์ มีค่าแรงดันที่เปลี่ยนแปลงไป และจะส่งผลต่อค่าของกระแส ที่ไหลด้วยนะครับ โดยค่าแรงดันที่เกิดขึ้นนี้เราจะเรียกว่า แรงดัน Body Effect : นั้นเองครับ และจากคุณสมบัติต่างๆ ที่ได้กล่าวมานั้น เราก็จะกล่าวถึงลักษณะการทำงานของมอสเฟต(MOSFET) โดยสามารถที่แบ่งออกได้เป็น 3 สภาวะการทำงาน คือ
1.) สภาวะการทำงานแบบคัตออฟ (Cut-off Mode)
2.) สภาวะการทำงานแบบไตรโอด (Triode Mode)
3.) สภาวะการทำงานแบบแอกทีฟ (Active Mode)
ซึ่งจากลักษณะการทำงานของอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) ทั้ง 3 สภาวะการทำงานนั้น 
โดยจากลักษณะการทำงานของอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) ทั้ง 3 สภาวะที่ได้แสดงใน รูปที่ 4 นั้นจะสามารถทำงานในแต่ละสภาวะได้ดังต่อไปนี้ครับ
- สภาวะการทำงานแบบคัตออฟ (Cut-off Mode) : อุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) จะทำงานในสภาวะนี้ได้ เมื่อเรากำหนดให้ นั้นเองครับ
- สภาวะการทำงานแบบไตรโอด (Triode Mode) : อุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) จะทำงานในสภาวะนี้ได้ เมื่อเรากำหนดให้ นั้นเองครับ
- สภาวะการทำงานแบบแอกทีฟ (Active Mode) : อุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) จะทำงานในสภาวะนี้ได้ เมื่อเรากำหนดให้ นั้นเองครับ
เป็นอย่างไรบ้างครับพอที่จะเข้าใจถึงอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) แล้วนะครับ ทีนี้มาดูกันต่อนะครับกับอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) ซึ่งจะเป็นการกล่าวถึงอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) ในทางอุดมคตินะครับ เพราะในอันดับแรกนั้นเราจะต้องทำการศึกษาถึงอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) ในอุดมคติก่อนนะครับ เพื่อใช้เป็นพื้นฐานในการออกแบบวงจรต่างๆ ครับ โดยอุปกรณ์มอสเฟต(MOSFET) ในทางอุดมคตินั้นจะเป็นอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่จะมีคุณสมบัติความสัมพันธ์ระหว่างค่าแรงดัน และค่าของกระแส ซึ่งสามารถที่จะเขียนสมการแสดงความสัมพันธ์นี้ได้ครับ โดยจะแบ่งสมการออกได้เป็น 3 สภาวะการทำงาน ดังแสดงในสมการที่ 1 สมการที่ 2 และสมการที่ 3
และจากสมการที่ได้แสดงไว้นั้น เราสามารถที่จะเขียนสมการที่จะแสดงถึงตัวแปรที่สำคัญของสมการได้ดังสมการที่ 4 สมการที่ 5 และสมการที่ 6
เมื่อ คือ ค่าคงที่ของโครงสร้างมอสเฟต(MOSFET) โดยที่มอสเฟต(MOSFET) แต่ละเบอร์นั้นจะมีค่าคงที่นี้แตกต่างกันไปครับ โดยค่าของ นี้จะมีค่ามากหรือน้อยนั้นจะขึ้นอยู่กับขนาดความกว้าง ,ความยาว ,ค่าการเคลื่อนที่ของพาหะในตัวกลาง และค่าของประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอยู่ระหว่างชนิดของสารกึ่งตัวนำในโครงสร้างมอสเฟต(MOSFET) นั้นเองครับ

การวัด MOSFET เบื้องต้น
  จับตัว MOSFET นอนหงายหันหน้ามาตรง ๆ ห้อยขาลงข้างล่างส่วนใหญ่ขาจะเรียง
 G-S-D ตามลำดับ ( การวัดนี้เป็นตัวอย่างการวัด MOSFET N-Channal
1. วัด G-S โดยตั้งมิเตอร์ X10K วัดสลับสายไปมา ต้องได้อินฟินิตี้ทั้งสองครั้ง
2. วัด D-S โดยตั้งมิเตอร์
2.1 ต่อสาย + เข้าขา S , สาย - เขาขา G
2.2 ย้ายสาย - ไปขา D ทันที ผล เข็มมิเตอร์จะขึ้นเกือบสุด แล้วค่อย ๆ ลดลงจนสุด
3. วัดสลับสาย
3.1 ต่อสาย - เข้า S , ต่อสาย + เข้า G
3.2 ย้ายสาย - ไป D , ย้ายสาย + ไป S เข็มไม่กระดิกเลย
3.3ย้ายสลับสายระหว่าง D-S เข็มจะขึ้น ชี้ที่ความต้านทานต่ำ 
  ** ถ้าวัดขั้นตอนใดไม่เป็นไปตามนี้ แสดงว่า MOSFET เสีย**