สวัสดีครับ ยินดีต้อนรับทุกท่านเข้าสู่ช่อง ZimZimDIY
สำหรับในวันนี้ มาคุยกันสนุกๆกันครับ ผมจะมาพูดถึง มอสเฟต นะครับ ว่าทำไม ถึงได้รับความนิยมมากกว่า ทรานซิสเตอร์ แบบ BJT?
ปัจจุบัน MOSFET ก็ถือว่าเป็นอุปกรณ์ที่ได้รับความนิยมสูง พบได้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์น่าจะแทบทุกชนิด แล้วครับ ทั้ง ทีวี, ตู้เย็น, แอร์
และแม้กระทั่งในมือถือของเพื่อนๆเอง ก็มีเยอะแยะเต็มไปหมด ทำไมเทคโนโลโยยี ที่ตามมาทีหลังถึง 14ปี
ถึงได้รับความนิยมมากกว่า ?
งั้นเราไปดู พื้นฐานการทำงาน ของมันทั้งคู่ครับ
ผมจะบอกว่า จริงๆแล้ว ทั้ง MOSFET และ BJT ต่างก็มีพื้นฐานในการทำงานที่ คล้ายกัน
นั้นก็คือ การสวิต เปิด/ปิด และ การขยาย สัญญาณ
การสวิต เปิด/ปิด ในระดับความถี่ หลัก kHz ขึ้นไป เราจะเรียกว่าเป็นการ สวิตชิ่ง ซึ่งการ สวิตชิ่ง เป็นสิ่งที่สำคัญมาก
ในงานอิเล็กทรอนิกส์และการสื่อสาร ครับ
หลักการทำงานของ MOSFET กับ BJT
แต่ถ้าเรามาเจาะลึกดู หลักการทำงานของมัน ทั้งคู่ ก็จะเห็นความแตกต่าง ในการทำงานกัน อย่างสิ้นเชิง เลยครับ
ปกติเรามักจะได้ยินมาว่า
(MOSFET) จะมีการใช้แรงดัน ควบคุม กระแส
ส่วน (BJT) จะมีการใช้กระแส ควบคุม กระแส อีกทีหนึ่ง
ทรานซิสเตอร์
เดี๋ยว มาดูในส่วนของทรานซิสเตอร์ BJT กันก่อนละกันนะครับ BJT เป็นเทคโนโลยี ยุคบุกเบิก แรกเริ่ม เป็นเทคโนโลยีต้นแบบ
โดยนักวิจัย คนที่คิดค้นขึ้นได้ เขาก็ได้รับรางวัลโนเบลจากการ ค้นพบครั้งนี้ด้วยนะครับ
ก็ถือว่าเป็นเหล่าบุคลากร ยุคแรกที่ ทรงคุณค่ามากๆ ที่ถือว่าตอนนี้เป็นเทคโนโลยีเปลี่ยนโลกไปเลย
ปกติ ทรานซิสเตอร์ มันจะมีอยู่ 3 ขาใช่ไหมครับ ขาBase ขาColector และ ขาEmitter
ให้เพื่อนๆจำไว้ว่า ทรานซิสเตอร์ NPN กระแสจะไหล จากขั้วบวกของแหล่งจ่าย
ผ่านขา C ลงมายังขา E เสมอๆ
แต่ถ้าอยู่ในสถาวะปกติ ยังไม่ได้ทำอะไร กระแสไฟก็จะมารออยู่ที่ขา C
ถ้ามาดูที่ภาพนี้ ผม ก็เปรียบเทียบ กระแสน้ำ เป็นเสมือน กระแสไฟ นะครับ
ถ้าหากเราต้องการให้ กระแสน้ำส่วนใหญ่เนี้ยะ ไหลจาก ท่อ C ลงมาท่อ E เราจะต้องดึงบานประตู บานใหญ่ ให้มันเปิดออกใช่ไหมครับ
สำหรับการเปิดประตูบานใหญ่ เราจะมีเทคนิคก็คือ เราจะใช้ ประตูสวิง บานเล็ก ซึ่ง ผูกขึงติดกับ สลิง ติดเอาไว้กับ ลูกลอกตัวทด
สังเกตุว่า เมื่อ ประตูบานเล็กเปิด ประตูบานใหญ่ก็จะเปิดตาม
ถ้าประตูบานเล็กเปิดสุด ประตูบานใหญ่ก็จะเปิดสุดเช่นกัน
เนื่องจากประตูบานใหญ่อาจจะหนักหน่อย
ต้องใช้แรงดันน้ำในระดับหนึ่ง ถ้าเป็นทรานซิสเตอร์ก็คือ แรงดัน VBฎ นั้่นแหละครับ
ยิ่งปริมาณ กระแสนำในประตูเล็ก มากเท่าไหร่ มันก็จะเป็นการเปิด ประตูบานใหญ่ ให้เปิดกว้างมากขึ้นเท่านั้น
และนี่แหละครับ ก็คือที่มาของคำว่า ทำไมทรานซิสเตอร์ "ถึงใช้กระแสในการควบคุมกระแส"
ผมอธิบายประมาณนี้ เพื่อนๆ น่าจะพอเข้าใจนะครับ
ทีนี้มาดูในฝั่ง MOSFET กันบ้างครับ MOSFET
ถึงตัวจริงรูปลักษณ์ ภายนอกจะคล้ายๆกัน แต่ หลักการทำงาน คนละเรื่องเลย
ไปดูกันครับ
มอสเฟตจะมีอยู่ 3 ขาเหมือนกัน แต่เรียกคนละอย่าง ก็จะมี ขา Gate ขา Drain ขา Sourc
ให้เพื่อนๆจำไว้ว่า กระแสจากขั้วบวกของแหล่งจ่าย จะไหลจากขา Drain ไปหาขา Sourc เสมอๆ นะครับ สำหรับชนิด N chanel
แต่ในสถาวะปกติ กระแสก็จะไม่ไหลไปไหน เหมือนกันครับ
เราจะใช้แรงดันไฟบวกบางส่วนจากขา Gate สร้าง อิธิพลของสนามไฟฟ้าในการดูด อิเล็กตรอนมาอยู่ใกล้ แทน
ยิ่งแรงดันขา Gate มากเท่าไหร่ มันยิ่งดูดอิเล็กตรอนมาติดกับ ออกไซด์ มากขึ้นเท่านั้น สะพานทางเดิน ก็จะใหญ่มากขึ้น กระแสหลัก ก็เลยไหลได้อย่างสะดวกครับ
ส่วน.... รายะละเอียดการทำงานของมอสเฟต ผมทำคลิปอธิบายไว้หมดแล้ว ยังไงก็กลับย้อนไปดูได้ครับ
สังเกต ข้อดีของการ ไบอัส ด้วยแรงดันของ MOSFET
ก็คือ จะไม่มีกระไหลผ่านขา Gate เลย เพราะมี ออกไซด์เป็นฉนวนกั้นอยู่
ต่างจาก ทรานซิสเตอร์ที่ ถ้าหากต้องการกระแสหลักมาก ก็ต้อง ไบอัสมาก
ซึ่งในข้อนี้ MOSFET จะกุมความได้เปรียบในเรื่องนี้มากกว่า เพราะว่าใช้พลังงานน้อยกว่า
ซึ่งในบางครั้ง มอสเฟต อาจจะใช้พลังงานต่ำกว่า BJT ในสภาวะเดียวกันนี้ มากถึง 90% เลยทีเดียวครับ
ส่วนความเร็วในการตอบสนอง
MOSFET มีความเร็วในการสวิตซ์ เหนือกว่า BJT ประมาณ 5เท่า - 100 เท่าได้เลยนะครับ
ที่จริงที่ BJT กระแสไฟมันไม่ได้ไหลช้านะครับ แต่ที่มันช้าก็เพราะว่า กระบวนการ ที่ทำให้เกิดการสอดคล้อง ระหว่าง อิเล็กตรอน และ โพซิทีฟโฮล
มันต้องใช้เวลานิดหนึ่งในการปรับสมดุล เพื่อให้กระแสมันไหลได้เต็มที่ มันก็เลยช้าตรงนี้ครับ
ส่วน Mosfet ใช้ สนามไฟฟ้าดูด อิเล็กตรอนซึ่งมันเร็วมากครับ ก็คือสั่งปุ๊บมาบั๊บ สั่งบุํบมาทันที
Mosfet มันจึงเหมาะสมกับการทำงานในวงจรความถี่สูง มากกว่า
ต่อไป มอสเฟต มีอุณหภูมิการทำงานที่คงที่มากๆ ถึงแม้ว่าอุณภูมิของมอสเฟตจะร้อนจัด แต่อัตราการขยายของมันจะไม่เพิ่มไม่ลด
หรือเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ
บางตัวสามารถทนความร้อนได้ถึง 150°C ก็มี บางตัวก็ มากกว่านั้นครับ
MOSFET มันจึงเหมาะสม ในการใช้งานวงจรสวิตช์กำลังสูง
เช่น Inverter หรือ Switching Power Supply
ต่อไป มอสเฟสมีความต้านทานอินพุตสูงมาก
ซึ่งมันเป็นข้อดี ในแง่ของการ สูญเสียพลังงานน้อยลง
เพราะแทบไม่มีกระแสไฟไหลเข้าไปที่ขั้ว Gate เลย
มอสเฟต ทนกระแสได้สูง
เนื่องจาก โครงสร้างของมัน มีความต้านทานต่ำ
ถ้าดูที่ Datasheet
ค่าความต้านทานระหว่าง Drain และ Source ของ MOSFET
จะมีไม่กี่มิลลิโอห์ม (mΩ) เท่านั้นเอง
มอสเฟต มีเสียงรบกวนต่ำ
มอสเฟต ทนต่อรังสีต่างๆได้ดี
มอสเฟต ออกแบบให้เล็กกว่าทรานซิสเตอร์ได้
ก็สรุปได้ว่า ถ้าถามผมผมเลือกมอสเฟต