ماسفت در تعمیرات موبایل | یادگیری عملی با مهندس مهدی روحی

ماسفت در تعمیرات موبایل و گوشی های هوشمند

در این مقاله به بررسی ماسفت در تعمیرات موبایل، ساختمان داخلی آن و کاربردهای عملی آن در گوشی‌های پیشرفته مانند S24 Ultra می‌پردازیم. این توضیحات بخشی از دوره آموزشی سه‌بعدی مهندس مهدی روحی است که با مثال‌های ساده و عملی طراحی شده تا حتی افرادی که تازه وارد دنیای تعمیرات موبایل هستند، بتوانند مفاهیم را درک کنند. هدف این مقاله این است که شما بفهمید چگونه جریان و ولتاژ در ماسفت کنترل می‌شود و چگونه از آن در مدارهای موبایل استفاده می‌شود.

ظاهر واقعی و نماد ماسفت

شاید این قطعه را روی برد موبایل دیده باشید یا نماد آن را در نقشه‌های شماتیکی بررسی کرده باشید.
در تصاویر زیر می‌توانید هم ظاهر واقعی ماسفت روی برد S24 Ultra و هم
نماد شماتیکی آن را مشاهده کنید. این مقایسه باعث می‌شود ارتباط بهتری بین نقشه و قطعه واقعی برقرار کنید.

ظاهر واقعی روی برد

نماد در شماتیک

درک اولیه با مثال صفحات فلزی و نارسانا

مثال صفحات فلزی و نارسانا

برای درک کارکرد ماسفت، ابتدا یک مثال ساده از بارهای الکتریکی را بررسی می‌کنیم: تصور کنید یک صفحه فلزی داریم، سپس یک صفحه نارسانا و بعد دوباره یک صفحه فلزی. حال اگر باتری را به صفحه سمت چپ وصل کنیم، بارهای مثبت روی این صفحه جمع می‌شوند.

صفحه نارسانا اجازه عبور جریان به صفحه سمت راست را نمی‌دهد، بنابراین انرژی باتری هدر نمی‌رود. این نکته کلیدی است: جریان فقط وقتی مصرف می‌شود که ولتاژ و مسیر جریان وجود داشته باشد، ولی وقتی ولتاژ هست ولی جریان برقرار نیست، مصرف انرژی نزدیک به صفر است.

اثر القایی و جمع شدن بارها

بار مثبت روی صفحه سمت چپ باعث می‌شود بارهای مثبت روی صفحه روبه‌رو دفع شوند و در عوض بارهای منفی جذب شوند و در یک سمت صفحه روبه‌رو جمع شوند. هرچه بار مثبت روی صفحه سمت چپ بیشتر باشد، شدت دفع بار مثبت و جذب بار منفی روی صفحه مقابل شدیدتر خواهد بود. این اثر القایی دقیقاً همان پیش‌زمینه‌ای است که برای درک عملکرد گیت ماسفت و کنترل جریان در مدار موبایل ضروری است.

نکته: این مثال به شما کمک می‌کند تا عملکرد ماسفت را بهتر درک کرده و با ساختار داخلی آن به‌طور عملی آشنا شوید.

ماسفت چیست و کاربرد آن در موبایل

ماسفت نوعی ترانزیستور است که سه پایه اصلی دارد: Gate (گیت)، Source (سورس) و Drain (درین).
برای درک عملکرد آن می‌توان آن را با پیچ شیر آب مقایسه کرد: پایه گیت مانند پیچ شیرآب است که جریان عبوری را کنترل می‌کند
و سورس و درین مسیرهای عبور جریان هستند که میتواند این مسیر از (سورس به درین) و یا (درین به سورس) باشد.

هر لوله ظرفیت محدودی دارد؛ حتی اگر پیچ را کامل باز کنید، جریان بیشتر از حد مشخص نمی‌شود. اما با پیچ می‌توان جریان آب را کم یا زیاد کرد.
همین مکانیزم در ماسفت رخ می‌دهد: ولتاژ گیت جریان بین سورس و درین را کنترل می‌کند.

تصویر مقایسه‌ای: گیت ماسفت مثل پیچ شیرآب عمل می‌کند، ورودی (سورس) و خروجی (درین) مسیر جریان‌اند و با ولتاژ گیت کنترل می‌شوند.

ساختمان داخلی ماسفت افزایشی نوع N

مقدمه و توضیح نیمه‌هادی

ماسفت افزایشی نوع N یک ترانزیستور با سه پایه اصلی است: Gate (گیت)، Source (سورس) و Drain (درین). برای درک عملکرد آن، باید با نیمه‌هادی‌ها آشنا شوید. نیمه‌هادی موادی هستند که جریان را هدایت می‌کنند ولی نه به اندازه فلزات. این مواد می‌توانند از نوع N (منفی) یا P (مثبت) باشند و نقش کلیدی در ساختمان ماسفت دارند.

نیمه‌هادی با رنگ قهوه‌ای نشان داده شده و نوع آن منفی (N) است.

ساختار پایه‌ها و لایه‌ها

در ماسفت افزایشی نوع N، پایه درین و سورس به نیمه‌هادی نوع N متصل می‌شوند و کل ساختار در یک محیط substrate از نوع P قرار دارد. به عبارتی، لایه زیرین یا substrate نوع P است و لایه‌های نیمه‌هادی نوع N روی آن قرار می‌گیرند. در حالت اولیه، بین سورس و درین کانالی برای عبور جریان وجود ندارد.

اتصال پایه‌های سورس و درین به نیمه‌هادی نوع N و قرارگیری روی substrate نوع P نمایش داده شده است.

نقش پایه گیت و اکسید سیلیکون

پایه Gate نسبت به substrate کاملاً ایزوله است. این کار توسط یک لایه بسیار نازک نارسانا به نام اکسید سیلیکون انجام می‌شود. وقتی ولتاژ مثبت به گیت اعمال می‌کنید، جریان مستقیم از گیت عبور نمی‌کند، بلکه بارهای مثبت روی گیت جمع می‌شوند و باعث می‌شوند بارهای مثبت substrate دفع شوند و بارهای منفی در نزدیکی گیت جمع شوند.

لایه اکسید سیلیکون به‌عنوان عایق بین گیت و substrate و دفع بارهای مثبت و جذب بارهای منفی نمایش داده شده است.

ایجاد کانال بین سورس و درین

بارهای منفی که پشت گیت جمع می‌شوند، یک کانال الکتریکی بین سورس و درین ایجاد می‌کنند. هرچه ولتاژ گیت بیشتر باشد، حجم بارهای منفی بیشتر شده و کانال وسیع‌تر می‌شود، در نتیجه جریان بین سورس و درین افزایش می‌یابد. وقتی ولتاژ گیت صفر شود، کانال از بین رفته و جریان کاملاً قطع می‌شود.

تشکیل کانال رسانا بین سورس و درین پس از اعمال ولتاژ به گیت نمایش داده شده است.

مزیت ماسفت افزایشی نوع N

به دلیل اینکه جریان از گیت عبور نمی‌کند، مصرف انرژی در گیت نزدیک به صفر است. تنها با اعمال ولتاژ، می‌توان جریان بین سورس و درین را کنترل کرد. هرچه ولتاژ گیت بیشتر باشد، جریان بیشتری عبور می‌کند و هرچه ولتاژ کمتر باشد، جریان کاهش می‌یابد. این مکانیزم باعث می‌شود ماسفت‌ها در مدارهای حساس موبایل بسیار کاربردی باشند و مهندس مهدی روحی این نکات را در دوره آموزشی سه‌بعدی خود به‌طور کامل توضیح داده است.

مثال عملی: کنترل شدت نور لامپ با ماسفت

اتصال باتری، لامپ و ماسفت

فرض کنید یک باتری و یک لامپ داریم. قطب مثبت باتری مستقیم به مثبت لامپ متصل می‌شود. قطب منفی باتری را به Drain (درین) ماسفت وصل می‌کنیم و از Source (سورس) ماسفت، اتصال را به منفی لامپ می‌دهیم. این اتصال باعث می‌شود ماسفت مانند یک کلید قابل کنترل عمل کند و شدت روشنایی لامپ به ولتاژ اعمال شده روی گیت وابسته باشد.

شماتیک ساده اتصال لامپ به ماسفت

کنترل شدت نور با ولتاژ گیت

با تغییر ولتاژ گیت می‌توانیم شدت نور لامپ را کم یا زیاد کنیم. هرچه ولتاژ گیت بیشتر باشد، جریان بیشتری از ماسفت عبور می‌کند و لامپ روشن‌تر می‌شود. اگر ولتاژ گیت صفر شود، کانال بین سورس و درین قطع شده و جریان از ماسفت عبور نمی‌کند، در نتیجه لامپ خاموش می‌شود.

مزیت کلیدی ماسفت

ویژگی مهم ماسفت این است که جریانی از گیت عبور نمی‌کند و انرژی اضافی مصرف نمی‌شود. تنها با ایجاد ولتاژ روی گیت، جریان بین سورس و درین کنترل می‌شود. به عبارتی، این یک کلید کم‌مصرف و دقیق است، برخلاف رله‌ها که برای فعال شدن میدان مغناطیسی ایجاد می‌کنند و انرژی مصرف می‌شود.

این مکانیزم همان چیزی است که مهندس مهدی روحی در دوره آموزشی سه‌بعدی تعمیرات موبایل خود آموزش می‌دهد و نشان می‌دهد که ماسفت چگونه می‌تواند در مدارهای موبایل یک کنترل دقیق و کم‌مصرف ایجاد کند.

نماد ماسفت افزایشی و جهت فلش

موقعیت پایه‌ها در شماتیک

برای ساده‌تر شدن درک، فرض کنید در شماتیک ماسفت:

• پایه پایین همان SOURCE (سورس) است و روی آن فلش قرار دارد.
• پایه بالا همان DRAIN (درین) است.
• پایه سمت چپ همان GATE (گیت) است که جریان را کنترل می‌کند.

تشخیص نوع ماسفت

• اگر فلش روی سورس به سمت داخل (چپ) باشد → ماسفت نوع N است.
• اگر فلش روی سورس به سمت بیرون (راست) باشد → ماسفت نوع P است.

جهت جریان واقعی

جهت جریان واقعی همیشه برعکس فلش روی سورس است:

• برای ماسفت نوع N (فلش به داخل)، جریان از DRAIN به SOURCE یعنی از بالا به پایین حرکت می‌کند.
• برای ماسفت نوع P (فلش به بیرون)، جریان از SOURCE به DRAIN یعنی از پایین به بالا حرکت می‌کند.

این تعیین دقیق پایه‌ها و جهت جریان بسیار مهم است تا در تعمیرات موبایل، اتصال، نوع ماسفت و مسیر جریان اشتباه نشود. با این روش می‌توان مسیر جریان را در مدارها به راحتی تشخیص داد و از اشتباهات رایج جلوگیری کرد.