ماسفت 2N7000 کانال N پکیج TO-92

ماسفت 2N7000 یک ترانزیستور MOSFET کانال N از نوع افزایشی یا Enhancement Mode است. این قطعه در حالت عادی خاموش بوده و با اعمال ولتاژ مثبت مناسب میان پایه Gate و Source شروع به هدایت جریان می‌کند.

2N7000 برای کاربردهای کم‌توان و کم‌جریان طراحی شده است و می‌توان از آن به‌عنوان کلید الکترونیکی یا عنصر تقویت‌کننده در مدارهای مختلف استفاده کرد.

پکیج TO-92 این قطعه امکان نصب روی بردبورد، برد سوراخ‌دار و مدار چاپی را فراهم می‌کند و برای نمونه‌سازی، آموزش، تولید و تعمیر تجهیزات الکترونیکی مناسب است.

ماسفت N-Channel از نوع Normally-Off

2N7000 از نوع N-Channel Enhancement Mode است. در این ساختار، زمانی که ولتاژ گیت نسبت به سورس نزدیک صفر باشد، مسیر درین به سورس در حالت عادی قطع است.

با اعمال ولتاژ مثبت مناسب به گیت، کانال هدایت ایجاد شده و جریان از پایه Drain به Source عبور می‌کند.

این رفتار باعث می‌شود بتوان از 2N7000 برای کنترل بارهای کوچک با سیگنال‌های منطقی یا مدارهای کنترلی استفاده کرد.

حداکثر ولتاژ درین به سورس

در نسخه‌های استاندارد 2N7000، حداکثر ولتاژ شکست Drain-Source برابر با 60 ولت اعلام می‌شود.

این مقدار یک حد مطلق است و به معنی مناسب‌بودن قطعه برای کار دائمی در ولتاژ 60 ولت بدون حاشیه ایمنی نیست. در طراحی مدار باید افزایش‌های لحظه‌ای ولتاژ، بارهای القایی، نویز و شرایط حرارتی نیز در نظر گرفته شوند.

برای کنترل رله، موتور، سلونوئید یا سایر بارهای القایی، استفاده از دیود هرزگرد یا مدار حفاظتی متناسب ضروری است.

جریان قابل تحمل ماسفت

مقدار جریان قابل تحمل 2N7000 به شرکت سازنده، نسخه قطعه، دمای محیط و شرایط نصب بستگی دارد.

در دیتاشیت برخی نسخه‌های استاندارد، جریان پیوسته درین حدود 200 میلی‌آمپر و جریان پالسی حدود 500 میلی‌آمپر اعلام شده است. بعضی نسخه‌های جدیدتر یا بهینه‌شده ممکن است جریان بیشتری را تحمل کنند، اما این مشخصات نباید به تمام قطعات دارای نام 2N7000 تعمیم داده شوند.

برای انتخاب قطعه باید موارد زیر بررسی شوند:

• جریان پیوسته بار
• جریان لحظه‌ای راه‌اندازی
• مقاومت روشن ماسفت
• ولتاژ گیت
• توان تلفاتی
• دمای محیط
• شرایط تهویه
• برند و دیتاشیت قطعه

مقاومت روشن RDS(on)

مقاومت مسیر Drain-Source در حالت روشن با پارامتر RDS(on) مشخص می‌شود.

در نسخه استاندارد Microchip، حداکثر مقاومت روشن 2N7000 در شرایط VGS برابر 10 ولت و جریان 500 میلی‌آمپر حدود 5 اهم اعلام شده است. در ولتاژ گیت 4.5 ولت نیز مقدار تضمین‌شده می‌تواند بیشتر باشد.

به دلیل مقاومت روشن نسبتاً زیاد، 2N7000 برای سوئیچ‌کردن بارهای پرجریان مناسب نیست. افزایش جریان باعث افزایش توان تلفاتی و دمای قطعه خواهد شد.

ولتاژ آستانه گیت

ولتاژ آستانه Gate-Source یا VGS(th) در نسخه‌های متداول 2N7000 معمولاً در محدوده 0.8 تا 3 ولت قرار دارد.

ولتاژ آستانه فقط نقطه‌ای است که ماسفت شروع به هدایت جریان بسیار کمی می‌کند و نباید آن را با ولتاژ لازم برای روشن‌شدن کامل قطعه اشتباه گرفت.

ممکن است یک 2N7000 در ولتاژ گیت 3.3 ولت مقداری جریان عبور دهد، اما مقاومت روشن و جریان قابل استفاده آن در این ولتاژ به اندازه شرایط تست 10 ولت تضمین نشده است.

برای سوئیچینگ مطمئن با خروجی 3.3 ولتی میکروکنترلر، بهتر است از یک ماسفت Logic-Level دارای مشخصات تضمین‌شده در VGS برابر 2.5 یا 3.3 ولت استفاده شود.

کنترل با میکروکنترلر

از 2N7000 می‌توان در بسیاری از مدارهای مبتنی بر آردوینو، AVR، PIC، STM32 و سایر کنترلرها برای سوئیچینگ بارهای سبک استفاده کرد.

مدار اتصال متداول شامل موارد زیر است:

• اتصال پایه Source به زمین
• اتصال پایه Drain به بار
• اتصال طرف دیگر بار به منبع مثبت
• اتصال Gate به خروجی کنترل از طریق مقاومت سری
• استفاده از مقاومت Pull-Down بین Gate و Source
• نصب دیود هرزگرد برای بارهای القایی

مقاومت Pull-Down از شناورماندن گیت هنگام راه‌اندازی یا ریست میکروکنترلر جلوگیری می‌کند.

جریان ورودی بسیار کم گیت

گیت ماسفت از مسیر هدایت اصلی عایق شده است؛ بنابراین در حالت ثابت، جریان ورودی بسیار کمی مصرف می‌کند.

بااین‌حال، گیت دارای ظرفیت خازنی است و هنگام روشن و خاموش‌شدن باید شارژ و تخلیه شود. در کاربردهای با فرکانس سوئیچینگ بالا، سرعت و جریان درایور گیت می‌تواند بر عملکرد مدار اثر بگذارد.

همچنین گیت MOSFET نسبت به الکتریسیته ساکن حساس است و هنگام حمل، انبارداری و مونتاژ باید اصول حفاظت ESD رعایت شود.

ترتیب پایه‌های 2N7000

در پین‌آوت متداول 2N7000 با پکیج TO-92، هنگامی که سطح صاف بدنه روبه‌روی کاربر و پایه‌ها رو به پایین باشند، ترتیب پایه‌ها معمولاً به شکل زیر است:

• پایه 1: Source
• پایه 2: Gate
• پایه 3: Drain

با توجه به احتمال تفاوت میان سازندگان، نسخه‌های معادل یا قطعات متفرقه، پیش از مونتاژ نهایی باید پین‌آوت با دیتاشیت برند دقیق قطعه یا تست قطعه بررسی شود.

اتصال اشتباه پایه‌ها می‌تواند باعث عملکرد نادرست یا آسیب‌دیدن ماسفت و مدار شود.

دیود داخلی Body Diode

ماسفت 2N7000 دارای دیود داخلی میان Source و Drain است که به‌عنوان Body Diode شناخته می‌شود.

این دیود بخشی از ساختار ماسفت است، اما وجود آن جایگزین دیود هرزگرد خارجی در تمام کاربردهای القایی نیست.

برای کنترل رله، موتور یا سلونوئید باید مسیر جریان برگشتی و انرژی ذخیره‌شده در بار بررسی شده و مدار حفاظتی مناسب طراحی شود.

کاربردهای ماسفت 2N7000

ماسفت 2N7000 در مدارهای مختلف قابل استفاده است، از جمله:

• سوئیچ‌کردن بارهای کم‌جریان
• راه‌اندازی LED
• کنترل بازر
• درایو رله‌های کوچک با رعایت جریان
• کنترل ترانزیستورهای قدرت
• درایور گیت ماسفت‌های دیگر
• تبدیل و معکوس‌کردن سطح منطقی
• مدارهای Open-Drain
• مدارهای دیجیتال
• تقویت سیگنال‌های کوچک
• منابع تغذیه کم‌توان
• نوسان‌سازها
• پروژه‌های آردوینو و میکروکنترلر
• مدارهای آزمایشگاهی
• تعمیر بردهای الکترونیکی
• کنترل بارهای کوچک DC

استفاده به‌عنوان کلید Low-Side

یکی از کاربردهای متداول 2N7000، استفاده به‌عنوان کلید Low-Side است.

در این روش، ماسفت بین بار و زمین قرار می‌گیرد. با فعال‌شدن گیت، مسیر جریان بار به زمین برقرار شده و بار روشن می‌شود.

مزایای کلیدزنی Low-Side عبارت‌اند از:

• مدار ساده
• کنترل آسان گیت
• امکان اتصال به مدارهای منطقی
• نیازنداشتن به درایور High-Side
• مناسب برای بارهای DC سبک

در این ساختار باید زمین منبع تغذیه بار و مدار کنترل مشترک باشد، مگر اینکه از ایزولاسیون مناسب استفاده شود.

راه‌اندازی رله با 2N7000

از این ماسفت می‌توان برای کنترل بعضی رله‌های کوچک استفاده کرد، مشروط بر اینکه جریان بوبین رله در محدوده مجاز قطعه قرار داشته باشد.

برای راه‌اندازی رله باید یک دیود هرزگرد به‌صورت معکوس روی بوبین نصب شود. این دیود ولتاژ القایی ایجادشده هنگام خاموش‌شدن رله را محدود می‌کند.

پیش از انتخاب 2N7000 برای رله باید موارد زیر بررسی شوند:

• جریان بوبین
• ولتاژ بوبین
• جریان لحظه‌ای
• ولتاژ گیت
• مقاومت روشن ماسفت
• توان تلفاتی
• شرایط دمایی

برای رله‌های پرمصرف، بهتر است از ماسفتی با RDS(on) کمتر و جریان نامی بالاتر استفاده شود.

استفاده برای LED

2N7000 می‌تواند برای روشن و خاموش‌کردن LED یا مجموعه‌های LED کم‌جریان استفاده شود.

در مدار LED باید مقاومت محدودکننده جریان یا درایور جریان مناسب وجود داشته باشد. ماسفت به‌تنهایی جریان LED را محدود نمی‌کند.

در صورت استفاده از PWM، می‌توان شدت روشنایی LED را با تغییر Duty Cycle کنترل کرد؛ مشروط بر اینکه فرکانس و جریان در محدوده قابل قبول مدار باشند.