Биполярный транзистор
Транзистор — это полупроводниковый прибор, который может усиливать слабые сигналы и управлять большой мощностью при помощи относительно слабых воздействий.
Рисунок 48. Транзистор управляет большим током при помощи малого
Транзистор, в отличие от диода, имеет 3 вывода. У биполярных транзисторов эти выводы называются база, эмиттер и коллектор.
Рисунок 49. Виды корпусов биполярных транзисторов
Состоит биполярный транзистор из кристалла полупроводника (в нем имеются границы сочетания полупроводников с разными типами проводимости), корпуса и металлических выводов, которыми транзистор впаивается в электрическую цепь.
Биполярные транзисторы бывают двух типов — n-p-n и p-n-p.
Рисунок 50. Типы биполярных транзисторов
p-n-р транзисторы пропускают ток от эмиттера к коллектору, n-p-n — наоборот.
В сигнализациях StarLine используются современные компактные транзисторы, предназначенные для поверхностного монтажа ( SMD-монтаж)
Рисунок 51. SMD-транзистор
Транзистор проявляет свои усилительные свойства в трех видах основных схем: схема с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).
Рисунок 52. Схема включения биполярного транзистора «общий эмиттер»
При включении транзистора по схеме ОЭ входной сигнал поступает между базой и эмиттером, а нагрузка включена между коллектором и источником питания. Такая схема является наиболее распространенной, так как она дает наибольшее усиление по мощности (в тысячи раз).
Достоинствами схемы с общим эмиттером являются: большой коэффициент усиления по току и большее, чем у схемы с общей базой, входное сопротивление.
Кроме того, для питания схемы требуются два однополярных источника, то есть, на практике можно обойтись одним источником питания.
Единственным серьезным недостатком является худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой.
Рисунок 53. Схема включения биполярного транзистора «общая база»
В схеме ОБ входной сигнал подается на эмиттер и базу, а нагрузка подключается между коллектором и источником питания. Входная цепь транзистора представляет собой открытый эмиттерный переход, поэтому входное сопротивление мало (десятки Ом).
Недостатки схемы: не усиливает ток и для ее питания требуется два разных источника напряжения. Но схема с общей базой имеет хорошие температурные и частотные свойства.
Рисунок 54. Схема включения биполярного транзистора «общий коллектор»
В схеме О К входной сигнал поступает на переход эмиттер-база, проходит через нагрузку, а сама нагрузка подключается к эмиттеру и источнику питания. В этой схеме выходное напряжение равно входному, поэтому она получила название «эмиттерный повторитель». При включении общего коллектора напряжение сигнала не усиливается, а лишь повторяется. При этом эмиттерная нагрузка может быть очень небольшой, выходное сопротивление усилителя измеряется сотнями и даже десятками ом. В то же время входное сопротивление очень большое — сотни килоом и даже мегаомы.
При монтаже автомобильных охранных систем биполярный транзистор чаще всего используется в качестве ключа, который либо заперт (не проводит ток), либо открыт (пропускает ток).
Рисунок 55. Работа транзистора в качестве ключа
Отпирание или запирание транзистора в режиме ключа происходит при подаче тока на его базу.
Например, часто в описании сигнализации пишут «дополнительный канал выполнен по схеме «открытый коллектор». Это значит, что внутри блока сигнализации спрятан биполярный транзистор n-p-n типа, включенный по схеме ОЭ. При срабатывании этого канала на выходе будет появляться масса (через проводящую структуру транзистора), а в исходном состоянии выход ни к чему не подсоединен.
Как правило, выходы, выполненные по схеме «открытый коллектор», допускают небольшой ток нагрузки (до 300 мА). То есть подключить к этому выходу напрямую мощную нагрузку нельзя — оборудование выйдет из строя. Для подключения к такому выходу необходимо использовать дополнительное реле.
Рисунок 56. Схема-подсказка «Транзистор»
Вопросы для самопроверки.
В чём отличие принципа действия полевых и биполярных транзисторов?
Поясните названия: полевой, канальный, униполярный.
В чём заключается принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n переходом?
Как и почему называются выводы полевого транзистора?
Какая аналогия между выводами биполярных и полевых транзисторов?
Как обозначаются полевые транзисторы с управляющим p-n переходом в схемах?
Что будет происходить в полевом транзисторе с p-n переходом, если изменять напряжение на затворе?
Как используя технологию изготовления биполярных транзисторов n-p-n типов можно сделать полевой транзистор с управляющим p-n переходом и p-каналом?
Поясните, название МДП- и МОП- транзисторы.
В чём заключается принцип действия МДП-транзистора?
Что такое встроенный и индуцируемый каналы?
Какое напряжение нужно подать на затвор МДП-транзистора с индуцируемым n-каналом, чтобы ток стока увеличился?
Какое напряжение нужно подать на затвор МДП-транзистора с встроенным n-каналом, чтобы между истоком и стоком отсутствовал ток?
Чем отличаются каналы в полевых транзисторах с p-n переходом и МДП-транзисторах?
Как обозначаются МДП-транзисторы в схемах?
Рассмотрим
характеристики полевых транзисторов
с p-n
переходом. Прежде всего, отметим, что
если при отсутствии напряжения между
истоком и стоком на затвор полевого
транзистора приложить достаточно
большое запирающее напряжение, зоны
p-n
перехода смыкаются (см. рис.2.35). Поскольку
в зоне закрытого p-n
перехода количество носителей заряда
мало, тока между истоком и стоком
протекать не будет практически при
любом напряжении между истоком и стоком.
Напряжение, при котором ток между истоком
и стоком становится близким к нулю,
называется напряжением отсечки UОТС.
Е сли между истоком и стоком приложить напряжение UС, как показано на рис.2.41, то смыкание зон p-n перехода произойдёт при меньшем напряжении на затворе, а границы зоны p-n перехода искривляются (см. рис.2.41). Это связано с тем, что запирающее p-n переход напряжение между затвором и стоком больше, чем между затвором и стоком на напряжение U С.
Рис.2.41. Границы зон p-n переходов в полевом транзисторе при разных напряжениях на стоке UС.
На рис.2.41 приведены границы зон p-n переходов при различных напряжениях между истоком и стоком. Как видно, при напряжении UС2 происходит смыкание зон p-n переходов, а при UС3 видно, что длина канала уменьшается.
Из
приведённого рисунка очевидно, что при
заданном напряжении на затвореUЗ<UОТСхарактер
изменения тока стока в зависимости от
напряжения на стоке будет зависеть от
того, будут ли перекрыты зоны перехода
или нет.
П ри достижении напряжения UСН, соответствующему смыканию зон p-n перехода, рост тока резко замедляется, т.е. происходит его насыщение. В этом случае токопроводящий слой, близкий к стоку, превращается в токовый шнур, который поддерживает ток практически неизменным, даже при больших изменениях напряжения на стоке. Напряжение, при котором канал приобретает форму шнура, называется напряжением насыщения UСН.
Рис.2.42.
Зависимости тока стока от напряжений
на затворе а) и напряжений на стоке б)
для полевого транзистора с управляющим
p-n
переходом и n-каналом.
При изменении напряжения на затворе характеристики IС=f(UС) принципиально не изменяются, но при больших отрицательных UЗ характеристики пойдут ниже, а напряжение насыщения UСН уменьшается (см. рис. 2.42б).
Используя
зависимости IС=f(UС),
можно построить и функции IС=f(UЗ)
при различных напряжениях на стоке
(рис.2.42а). Эти зависимости можно
использовать, чтобы определить один из
главных параметров полевых транзисторов
— его крутизну S. Крутизна
полевого транзистора определяется
следующим образом
при UС=const
и заданном UЗ.
Крутизна обычно измеряется в мА/В и для
типовых транзисторов она равна десятым
долям — единицам мА/В. Чем больше крутизна
S, тем больше изменяется
ток в стоковой цепи при изменении
напряжения на затворе, т.е. тем большее
усиление можно обеспечить с помощью
полевого транзистора. Именно поэтому
стараются использовать полевой транзистор
при достаточно больших напряжениях на
стоке и приемлемо малых напряжениях на
затворе (см.
Следует учитывать, что запирающее напряжение на затворе, обеспечивающее режимный ток полевого транзистора, должно быть таким, что при подаче входного сигнала напряжение на затворе всегда оставалось отрицательным. В противном случае управляющий p-n переход окажется смещённым в прямом направлении и полевой транзистор потеряет своё основное достоинство — большое входное сопротивление.
Другим важным параметром полевого транзистора является дифференциальное сопротивление канала rК на пологом участке зависимости IС=f(UС). Оно определяется, как при UЗ=const и заданном токе IС. Это сопротивление обычно достаточно велико, поэтому зависимости IC=f(UC) на пологом участке практически параллельны оси абсцисс.
Произведение
крутизны S на сопротивление
канала rК называется
коэффициентом усиления напряжения
полевого транзистора μ:
μ=SrК.
Коэффициент μ показывает,
какой максимальный коэффициент усиления
по напряжению можно получить, если
выполнить на полевом транзисторе
усилительный каскад.
Эквивалентная
схема полевого транзистора с p-n
переходом для малого сигнала приведена
на рис.2.43. В этой эквивалентной схеме
учтено, что полевой транзистор управляется
полем, т.е. в отличие от биполярного
транзистора входное сопротивление
очень велико и в схеме не учитывается.
Ёмкости затвор-сток СЗС, затвор-исток
СЗИ, исток-сток СИС оказывают
влияние только на высоких частотах,
уменьшая коэффициент усиления каскадов,
выполненных на полевых транзисторах.
Названные паразитные ёмкости полевого
транзистора носят и другие названия,
которые соответствуют их месту включения
в эквивалентной схеме (рис.2.43): ёмкость
СЗИ – входная, ёмкость СЗС
– проходная, ёмкость СИС –
выходная. Наибольшее влияние на частотные
свойства усилителей на полевых
транзисторах оказывает проходная
ёмкость.
Основные усилительные свойства
полевого транзистора определяются
генератором тока SUЗИ
и сопротивлением канала rК.
Рис.2.43. Эквивалентная схема полевого транзистора с p-n переходом для малого сигнала.
По сравнению с биполярными транзисторами полевые транзисторы с p-n переходом имеют не только существенно большее входное сопротивление, но и малый уровень собственных шумов. Шумами в электронных устройствах принято называть флуктуации электрического тока или напряжения, обусловленные хаотичным движением носителей заряда. Уровень собственных шумов активных приборов определяет тот минимальный сигнал, который может быть усилен при их использовании. Поскольку уровень собственных шумов у полевых транзисторов с управляющим p-n переходом мал, их используют при создании малошумящих усилителей, т.е. усилителей, способных усиливать малые по величине электрические сигналы.
Рассмотрим
характеристики и параметры МДП транзистора
с индуцируемым n-каналом.
Прежде всего, напомним, что при напряжении
на затворе, равным нулю, канал будет
отсутствовать. При приложении некоего
положительного порогового напряжения
UПОР к затвору вблизи
поверхности полупроводника возникает
наведённый (индуцируемый) слой электронов,
т.е. образуется токопроводящий n-канал.
На рис.2.44 приведено распределение
электронов в индуцированном канале при
UЗ>UПОР
и отсутствии напряжения между истоком
и стоком. (Подложка транзистора, как
правило, соединяется с истоком.) Как уже
отмечалось выше, положительное напряжение
на затворе создаёт электрическое поле,
притягивающее электроны и создающее
n-канал. При отсутствии
напряжения между истоком и стоком поле
в диэлектрике однородное, поверхность
полупроводника находится под одним и
тем же напряжением и толщина канала
одинакова на всём протяжении.
Рис.2.44.
Распределение электронов в индуцированном
канале при отсутствии напряжения между
истоком и стоком.
Картина изменяется, если между истоком и стоком приложено напряжение, как показано на рис.2.45.
В этом случае между истоком и затвором будет действовать напряжение большее, чем между стоком и затвором на величину напряжения UС. Следовательно, поле в диэлектрике вблизи стока будет меньше, чем вблизи истока, т.е. канал вблизи стока сужается. При некотором напряжении на стоке, называемом напряжением насыщения, канал сузится до минимальной величины, называемой «горловиной» канала. Образование «горловины» канала эквивалентно образованию канала шнуровой формы в полевом транзисторе с p-n переходом. На рис.2.46 показано изменение ширины канала в зависимости от нап ряжения на стоке UC.
Р ис.2.45. Распределение электронов в индуцированном канале при введении напряжения между истоком и стоком.
Рис.2.46. Граница индуцируемого канала в зависимости от напряжения на стоке.
На
рис.
2.47а приведены зависимости IC=f(UС)
при различных напряжениях на затворе.
Эти зависимости практически эквивалентны
зависимостям для полевого транзистора
с управляющим p-n
переходом.
Р ис.2.47. Зависимости тока стока от напряжения на стоке а) и напряжения на затворе б) для МДП-транзистора с индуцируемым n-каналом.
В тоже время зависимости IC=f(UЗ), приведённые на рис.2.47б, по сравнению с полевым транзистором с p-n переходом смещены в область положительных значений напряжений на затворе, что связано с тем, что только при положительных напряжениях на затворе индуцируется токопроводящий канал. Напряжение на затворе, при котором возникает ток стока, называется пороговым напряжением.
При
условии, если канал встроенный, ток
между истоком и стоком будет протекать
и при отсутствии напряжении на затворе.
Чтобы ток IС стал
равным нулю на затвор необходимо подать
отрицательное напряжение.
В этом случае
характеристики IC=f(UЗ)
получаются аналогичными характеристикам
полевого транзистора с p-n
переходом. При этом МДП-транзистор в
отличие от полевого с p-n
переходом может работать как при
отрицательных, так и при положительных
напряжениях на затворе, поскольку для
слоя диэлектрика не имеет значения
полярность приложенных напряжений.
За исключением UПОР МДП-транзисторы, как и полевые с p-n переходом, характеризуются одинаковыми параметрами: UОТС, UСН, S, rК, СЗИ, СЗС, ССИ, а для расчёта схем на их основе можно использовать эквивалентную схему, приведённую на рис.2.42.
МДП-транзисторы
по сравнению с полевыми транзисторами
с p-n переходом
имеют меньшую температурную стабильность
и больший уровень шума. Это связано с
тем, что канал в МДП-транзисторе расположен
вблизи поверхности полупроводника
рядом с диэлектриком, который, как
правило, загрязнён примесями.
Примеси
вызывают температурную нестабильность
и флуктуации электрического тока. Однако
благодаря разнообразию характеристик
различных типов МДП-транзисторов,
удобству и простоте изготовления, малой
площади занимаемой на поверхности
полупроводника они находят широкое
применение в современных цифровых
микросхемах. На их основе делаются
основные узлы и блоки современных
компьютеров.
При сравнении МДП-транзисторов с биполярными следует отметить, что биполярные транзисторы существенно уступают МДП-транзисторам по величине входного сопротивления, но превосходят их по усилительным свойствам. Именно поэтому на их основе делаются микросхемы усилителей.
Что такое биполярный транзистор? | Транзистор BJT
Сегодня в этом посте мы подробно обсудим BJT (транзистор с биполярным переходом), включая определение BJT, символ, работу, характеристики, типы и области применения.
Давайте сразу приступим.
Определение:
BJT (биполярный переходной транзистор) — это управляемое током электронное устройство, используемое для усиления и переключения.
Он поставляется с тремя клеммами, называемыми эмиттером, базой и коллектором. Небольшой ток на стороне базы используется для управления большим током на остальных клеммах. Ранее BJT состояли из германия, однако в последнее время для изготовления BJT используется кремний.
Символ:
На следующем рисунке показаны символы BJT. Левый — это символ NPN-транзистора, а правый — символ PNP-транзистора.
Стрелки на символе показывают направление тока. Ток течет от базы к эмиттеру в транзисторе NPN и течет от эмиттера к базе в транзисторе PNP.
Работа:
Работа BJT начинается с базового штифта. Когда на клемму базы NPN-транзистора подается напряжение, он открывает транзистор, и в результате ток начинает течь от коллектора к клемме эмиттера. Этот ток известен как ток коллектора и обозначается Ic. Поскольку это NPN-транзистор, здесь переход коллектор-база смещен в обратном направлении, а переход база-эмиттер смещен в прямом направлении.
Ширина области обеднения на переходе коллектор-база больше, чем ширина области обеднения перехода база-эмиттер.
Барьерный потенциал уменьшается на BE-переходе, который смещен в прямом направлении, и в результате электроны будут двигаться из области эмиттера в область базы. Базовая область слабо легирована и очень тонкая, поэтому она изо всех сил пытается удерживать количество электронов в течение максимального времени.
Эти электроны объединятся с дырками, присутствующими в базовой области, и начнут вытекать из базовой области в виде базового тока. Большое количество оставшихся электронов в базовой области, которые не соединяются с дырками, затем начинают поступать на сторону коллектора в виде коллекторного тока.
Согласно закону тока Кирхгофа ток эмиттера представляет собой комбинацию тока коллектора и тока базы.
Ie = Ib + Ic
Это работа транзисторов NPN. Транзисторы PNP работают так же, но здесь направление тока и полярность напряжения меняются местами.
Характеристики:
Биполярный транзистор также известен как активный полупроводниковый прибор, в котором все три вывода различаются по концентрации примеси.
Сторона коллектора умеренно легирована, в то время как вывод эмиттера сильно легирован, а вывод базы, с другой стороны, легирован слабо.
BJT подключаются в трех различных конфигурациях следующим образом:
- Конфигурация с общей базой
- Конфигурация с общим эмиттером
- Конфигурация с общим коллектором
Давайте обсудим их один за другим.
A: Конфигурация с общей базой
В конфигурации с общей базой мы сохраняем клемму базы общей между выходным и входным сигналами.
Следующая кривая входной характеристики для конфигураций с общей базой представляет собой график между током эмиттера IE по оси y и напряжением база-эмиттер VEB по оси x.
Выходные характеристики конфигурации с общей базой будут отображаться между током коллектора IC по оси y и напряжением коллектор-база VCB по оси x, как показано ниже.
На кривой есть три разных области: активная область, область насыщения и область отсечки.
В активной области эмиттерный переход смещен в обратном направлении, в области насыщения и коллекторный, и эмиттерный переходы смещены в прямом направлении, а в области отсечки и коллекторный, и эмиттерный переход смещены в обратном направлении.
B: Конфигурация с общим эмиттером
В конфигурации с общим эмиттером мы оставим клемму эмиттера общей между выходным и входным сигналами.
Входные характеристики конфигурации с общим эмиттером представляют собой график между базовым током IB по оси y и напряжением база-эмиттер VBE по оси x.
Кривая выходных характеристик представляет собой график между током коллектора IC по оси y и напряжением коллектор-эмиттер VCE по оси x. Конфигурация с общим эмиттером также имеет три области. В активной области эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. В области отсечки ток коллектора не полностью отсекается, а эмиттерный переход не полностью смещен в обратном направлении. В области насыщения и эмиттерный, и коллекторный переходы смещены в прямом направлении.
C: Конфигурация с общим коллектором
В конфигурации с общим коллектором, также известной как схема повторителя напряжения, мы оставляем клемму коллектора общей между выходным и входным сигналами.
Эта конфигурация в основном используется для согласования импеданса и имеет высокий входной импеданс.
Типы:
Устройства BJT в основном подразделяются на два основных типа:
1: Транзистор NPN
2: Транзистор PNP
Давайте обсудим их один за другим.
1: Транзистор NPN
NPN (отрицательный-положительный-отрицательный) — это тип биполярного транзистора с одним слоем, легированным P, который расположен между двумя слоями, легированными N. P-слой представляет базовую клемму, а два N-слоя представляют эмиттерную и коллекторную клеммы. Поскольку это NPN-транзистор, здесь электроны являются основными носителями, а дырки — неосновными носителями. Когда напряжение подается на вывод базы, он смещается, и ток начинает течь от коллектора к выводу эмиттера.
2: PNP-транзистор
PNP (положительно-отрицательно-положительно) — это тип биполярного транзистора с одним слоем, легированным N, который расположен между двумя слоями, легированными P. N-слой представляет базовую клемму, а два других слоя представляют клеммы эмиттера и коллектора. В этом PNP-транзисторе дырки являются основными носителями, а электроны — неосновными носителями. Когда напряжение подается на клемму базы, она смещается, и ток начинает течь от эмиттера к клемме коллектора.
Важно отметить, что транзисторы NPN всегда предпочтительнее транзисторов PNP, потому что движение электронов лучше и эффективнее, чем движение дырок.
Применение:
BJT в основном используются для коммутации и усиления.
BJT имеют низкое падение напряжения в прямом направлении и лучшее усиление по напряжению, что делает их подходящими для приложений по току, напряжению и усиления звука.
Надеюсь, у вас есть четкое представление о BJT. Если у вас есть какие-либо сомнения по поводу этой статьи, вы можете обратиться ко мне в разделе ниже.
Я хотел бы помочь вам как можно лучше. Спасибо за прочтение статьи.
Хотите продолжить чтение статей из DesignSpark?
Станьте участником, чтобы бесплатно получить неограниченный доступ ко всему контенту DesignSpark!
Зарегистрируйтесь, чтобы стать участником
Уже являетесь участником DesignSpark? Логин
Поделиться этой записью
thumb_upМне нравится star_borderПодписаться на статью
Привет, я студент электротехнического факультета. Сейчас работаю в магазине электроники. Я работаю там на электрических компонентах. Там я узнаю много полезных практических концепций. С другой стороны, я даю онлайн-обучение некоторым старшеклассникам. Я люблю электрические и электронные устройства и планирую получить степень магистра в области электроники.
Рекомендуемые статьи
Полевой транзисторJunction — proacttechnology
| В Bipolar Junction Transistor учебники, мы увидел, что выходной коллекторный ток транзистора пропорционален входной ток поступает на клемму Base устройства, тем самым делая биполярный транзистор устройство, управляемое «ТОКОМ» (модель Beta), как меньший ток можно использовать для переключения большего тока нагрузки. Поле Эффект-транзистор или просто FET , однако, использует напряжение, подаваемое на их входную клемму, называемую воротами, для управления током, протекающим через В результате выходной ток пропорционален входному напряжению. Поскольку их работа основана на электрическом поле (отсюда и название эффект поля) генерируемое входным напряжением затвора, это делает полевой транзистор Устройство, управляемое «НАПРЯЖЕНИЕМ». Типичный полевой эффект Поле
Транзистор эффектов представляет собой трехконтактный униполярный
полупроводниковый прибор, по своим характеристикам очень похожий на
их аналоги Bipolar Transistor . Поле транзисторы с эффектом можно сделать намного меньше, чем эквивалентный транзистор BJT и наряду с низким энергопотреблением и рассеиваемой мощностью делает их идеально подходит для использования в интегральных схемах, таких как КМОП-диапазон цифровой логики чипсы. Мы помните из предыдущих руководств, что существует два основных типа биполярного расстройства. конструкция транзистора, NPN и PNP, которая в основном описывает физическое устройство Полупроводниковые материалы P-типа и N-типа, из которых они изготовлены. Это также верно и для полевых транзисторов, поскольку есть также две основные классификации полевых эффектов. Транзистор, называемый N-канальным полевым транзистором, и P-канальный полевой транзистор.
полевой транзистор представляет собой трехвыводной прибор, построенный без
PN-переходы в пределах основного токоведущего пути между клеммами «Сток» и «Источник». управление током, протекающим в этом канале, достигается изменением напряжения применяется к воротам. Как их название подразумевает, что биполярные транзисторы являются «биполярными» устройствами, потому что они работают с обоими типами носителей заряда, дырками и электронами. Поле Эффект-транзистор, с другой стороны, является «униполярным» устройством, которое зависит только от проводимость электронов (N-канал) или дырок (P-канал). Поле
Effect Transistor имеет одно важное преимущество перед
стандартные родственники биполярных транзисторов, поскольку их входное сопротивление ( Rin ) очень велико (тысячи Ом), в то время как BJT
сравнительно низкий. Этот очень высокий входной импеданс делает их очень чувствительными к
сигналы входного напряжения, но цена этой высокой чувствительности также означает, что
они могут быть легко повреждены статическим электричеством. Есть два основных типа полевых транзисторов, Junction Полевой транзистор или JFET и полевой транзистор с изолированным затвором или IGFET) , который более известен как стандартный Metal Оксидно-полупроводниковый полевой транзистор или MOSFET для короткий. Полевой транзистор соединенияМы видели ранее, что биполярный переходной транзистор сконструирован с использованием двух PN-переходы в основном токопроводящем тракте между эмиттером и Коллекторные терминалы. Эффект Поля Соединения Транзистор (JUGFET или JFET) не имеет PN-перехода, но вместо этого имеет узкий кусок полупроводникового материала с высоким удельным сопротивлением, образующий «канал» либо кремний N-типа, либо кремний P-типа для протекания основных носителей с два омических электрических соединения на каждом конце, обычно называемые стоком и истоком соответственно. Есть
две основные конфигурации полевого транзистора перехода, N-канальный
JFET и P-канальный JFET. Аналогично, Канал P-канального JFET легирован акцепторными примесями, что означает, что поток тока через канал положителен (отсюда термин P-канал) в форма отверстий. N-канальные JFET имеют большую проводимость канала (меньше сопротивление), чем их эквивалентные типы P-каналов, поскольку электроны имеют более высокая подвижность через проводник по сравнению с отверстиями. Это делает N-канал JFET является более эффективным проводником по сравнению с их P-канальными аналогами. У нас есть ранее говорилось, что на каждом конце имеется два омических электрических соединения. канала под названием Слив и источник. Но внутри этого канала есть третье электрическое соединение, которое называется клеммой Gate, и оно также может быть P-типа. или материал N-типа, образующий PN-соединение с основным каналом.
связь между соединениями переходного полевого транзистора и
биполярный переходной транзистор сравниваются ниже. Сравнение соединений между JFET и BJT
показаны символы и базовая конструкция для обеих конфигураций JFET ниже.
полупроводниковый «канал» Junction Field Effect
Транзистор представляет собой резистивный тракт, через который напряжение В ДС вызывает
ток I D к
поток, и поэтому полевой транзистор перехода может проводить ток
одинаково хорошо в любом направлении. Поскольку канал имеет резистивный характер,
Таким образом, формируется градиент напряжения по длине канала с этим
напряжение становится менее положительным по мере того, как мы переходим от клеммы «Сток» к «Истоку». Результатом является то, что PN-переход поэтому имеет высокое обратное смещение на стоке. клемме и меньшему обратному смещению на клемме источника. Это предубеждение вызывает «слой истощения», который формируется внутри канала и ширина которого увеличивается с уклоном. Величина тока, протекающего по каналу между стоком и истоком клеммы управляются напряжением, подаваемым на клемму Gate, которая является с обратным смещением. В N-канальном JFET это напряжение на затворе отрицательное, в то время как для P-канальный JFET Напряжение на затворе положительное. Основной Разница между JFET и устройством BJT заключается в том, что когда соединение JFET при обратном смещении ток затвора практически равен нулю, тогда как ток базы BJT всегда является некоторым значением больше нуля. Смещение N-канального JFET
На приведенной выше схеме поперечного сечения показан полупроводниковый канал N-типа с
Область P-типа, называемая Воротами, диффундирует в канал N-типа, образуя
PN-переход с обратным смещением, и именно этот переход образует истощение
область вокруг области ворот, когда нет внешнего напряжения. Это область истощения создает градиент потенциала различной толщины вокруг PN-перехода и ограничить ток через канал уменьшая его эффективную ширину и тем самым увеличивая общее сопротивление сам канал. Тогда мы можно увидеть, что наиболее истощенная часть обедненной области находится между Ворота и Водосток, а наименее истощенная область находится между Воротами и источник. Затем канал полевого транзистора работает с нулевым напряжением смещения. (т. е. область обеднения имеет близкую к нулю ширину). Нет внешнее напряжение затвора ( В G = 0 ), и маленькое напряжение ( В ДС ) применяется между стоком и истоком, максимальный ток насыщения ( I DSS ) будет течь по каналу от Слива к Истоку, ограниченному только небольшая область истощения вокруг стыков. Если
небольшое отрицательное напряжение ( -V GS ) теперь подается на затвор размером
области истощения начинает увеличиваться, уменьшая общую эффективную площадь
канала и, таким образом, уменьшая ток, протекающий через него, своего рода
имеет место «сжимающий» эффект. С PN-переход смещен в обратном направлении, через затвор будет течь небольшой ток связь. Поскольку напряжение затвора ( -V GS ) становится более отрицательным, ширина канал уменьшается до тех пор, пока ток между Drain и Источник и полевой транзистор называются «отсеченными» (аналогично области отсечки). для BJT). Напряжение, при котором канал закрывается, называется «отсечкой». напряжение», ( В P ). Отсечка канала JFETВ этой отсечке область Напряжение затвора, В GS управляет током канала, а V DS имеет небольшой эффект или его отсутствие. Модель JFET
Результатом является то, что полевой транзистор действует больше как резистор, управляемый напряжением, который имеет
нулевое сопротивление, когда V GS = 0 и максимальное значение «ON»
сопротивление ( R DS )
когда напряжение на затворе очень отрицательное. Это важно, чтобы напряжение на затворе никогда не было положительным, поскольку, если это все ток канала будет течь к воротам, а не к источнику, результат повреждение JFET. Затем, чтобы закрыть канал: · Напряжение затвора отсутствует (V GS ) и V DS увеличено с нуля. · № V DS и Контроль затвора уменьшается отрицательно с нуля. · V DS и V GS различаются. P-канал Соединение полевого транзистора работает точно так же, как N-канал выше, со следующими исключениями: 1). Ток канала положительный из-за отверстий, 2). Полярность смещения напряжение нужно инвертировать. выходные характеристики N-канального JFET с затвором, закороченным на источник дается как: Выходная характеристика V-I кривых типичного соединения FET
напряжение В GS применяется
к воротам контролирует ток, протекающий между стоком и источником
терминалы. Потому что полевой транзистор Junction устройство, управляемое напряжением, «ток не течет в ворота!» тогда Исходный ток ( I S ), вытекающий из устройства, равен В него втекает ток стока и, следовательно, ( I D = I S ). пример кривых характеристик, показанный выше, показывает четыре различных области операции для JFET, и они указаны как: · Омическая область — когда V GS = 0 обедненный слой канала очень мал и JFET действует как резистор, управляемый напряжением. · Зона отсечения – это также известен как область отсечки, где напряжение затвора, V GS соответствует достаточно, чтобы заставить JFET действовать как разомкнутая цепь, поскольку канал сопротивление максимальное. ·
Насыщенность или активная область —
JFET становится хорошим проводником и управляется напряжением затвор-исток ( V GS )
в то время как напряжение сток-исток (V DS ) имеет
небольшой эффект или его отсутствие. · Область разбивки — напряжение между стоком и истоком, ( В ДС ) достаточно высока, чтобы вызвать выход из строя резистивного канала JFET. нерегулируемый максимальный ток. кривые характеристик для полевого транзистора с P-канальным переходом то же, что и выше, за исключением того, что ток стока I D уменьшается с увеличением положительного напряжения затвор-исток, В GS . Ток стока равен нулю, когда V GS = V P . Для нормальной работы V GS смещено, чтобы быть где-то между V P и 0. Тогда мы можем вычислить Drain тока, I D для любой заданной точки смещения в насыщении или активной области следующим образом: Ток стока в активной области.Примечание что значение тока стока будет между нулем (отсечка) и I DSS (максимальное текущий). Зная ток стока I D и напряжение сток-исток V DS , сопротивление канала ( R DS ) определяется как: Сопротивление канала сток-исток. Где: г м есть «усиление крутизны», поскольку JFET является устройством, управляемым напряжением, и который представляет собой скорость изменения тока стока по отношению к изменению в напряжении затвор-исток. Режимы полевых транзисторовАналогично биполярный переходной транзистор, полевой транзистор с тремя выводами Устройство способно работать в трех различных режимах и, следовательно, может быть подключен в цепи в одной из следующих конфигураций. Конфигурация общего источника (CS)Вход конфигурация Common Source (аналогично с общим эмиттером), вход подается на вентиль, а его выход берется из Слив, как показано. Это наиболее распространенный режим работы полевого транзистора из-за его высокий входной импеданс и хорошее усиление напряжения и, как таковые, общие Усилители источников широко используются.
общий режим источника соединения FET обычно используется звуковая частота
усилителях, а также в предусилителях и каскадах с высоким входным импедансом. Конфигурация общего затвора (CG)Вход конфигурация Common Gate (аналогично общая база), вход подается на Источник, а его выход берется из Сток с вентилем подключен непосредственно к земле (0 В), как показано на рисунке. Высота функция входного импеданса предыдущего соединения теряется в этой конфигурации поскольку общий затвор имеет низкий входной импеданс, но высокий выходной импеданс. Это Тип конфигурации FET может использоваться в высокочастотных цепях или в цепи согласования импеданса были низким входным импедансом, который необходимо согласовать с высокое выходное сопротивление. Выход «синфазен» со входом. Конфигурация с общим стоком (CD) Вход
конфигурация Common Drain (аналогична
общий коллектор), вход подается на вентиль, а его выход берется
из Источника. Конфигурация с общим стоком или «истоковым повторителем» имеет высокую
входной импеданс и низкий выходной импеданс и коэффициент усиления по напряжению, близкий к единице, поэтому
поэтому используется в буферных усилителях. Это тип конфигурации упоминается как «Общий сток», потому что нет сигнал на стоковом соединении, напряжение есть, +В DD просто обеспечивает уклон. Выход синфазен со входом. Усилитель JFETТочно так же транзистор с биполярным переходом, полевой транзистор JFET можно использовать для создания одноступенчатого класса Схемы усилителя с усилителем с общим истоком JFET и характеристики очень похож на схему с общим эмиттером BJT. Основное преимущество JFET У усилителей по сравнению с усилителями BJT является их высокое входное сопротивление, которое управляется резистивной сетью смещения затвора, образованной R1 и R2, как показано. Смещение усилителя JFET Это
Схема усилителя с общим истоком (CS) смещена в режиме класса «А» по напряжению
сеть делителя, образованная резисторами R1 и R2. Похожие записи
| ||||||||
w3.org/1999/xhtml» cellspacing=»0″> 
Например,
высокая эффективность, мгновенная работа, надежность и дешевизна, возможность использования в большинстве
приложения электронной схемы для замены их эквивалентного биполярного перехода
транзисторы (BJT) родственники. 
Эти клеммы по функциям соответствуют коллектору и эмиттеру.
соответственно биполярного транзистора. Текущий путь между этими двумя
Терминалы называются «каналом», который может быть изготовлен либо из P-типа, либо из
Полупроводниковый материал N-типа. 
Канал N-канального полевого транзистора легирован донором
примеси означают, что ток через канал отрицательный
(отсюда и термин N-канал) в виде электронов. 
Терминал. 
применяемый. Поэтому JFET известны как устройства с режимом истощения. 
Таким образом, при подаче обратного напряжения смещения увеличивается
ширина обедненной области, которая, в свою очередь, снижает проводимость
канал. 
В нормальных условиях эксплуатации,
Затвор JFET всегда смещен отрицательно относительно истока. 
V GS относится к
к напряжению, приложенному между затвором и источником, в то время как V DS относится
к напряжению, приложенному между стоком и истоком. 
Будучи усиливающим
цепи, выходной сигнал 180 или «не в фазе»
с вводом. 
Коэффициент усиления по напряжению истокового повторителя
конфигурация меньше единицы, а выходной сигнал «синфазен», 0 или с
входной сигнал. 