Полевой транзистор p типа. Полевой транзистор p-типа: принцип работы, характеристики и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое полевой транзистор p-типа. Как устроен и работает полевой транзистор с каналом p-типа. Какие характеристики имеет полевой транзистор p-типа. Где применяются полевые транзисторы p-типа.

Содержание

Устройство полевого транзистора p-типа

Полевой транзистор p-типа — это полупроводниковый прибор, в котором ток создается движением положительно заряженных носителей (дырок) через проводящий канал p-типа. Основные элементы конструкции:

Подложка из полупроводника n-типа
Канал p-типа между истоком и стоком
Области истока и стока с сильным легированием p-типа
Затвор, отделенный от канала слоем диэлектрика

Канал p-типа формируется путем легирования подложки n-типа акцепторными примесями. Области истока и стока имеют более высокую концентрацию акцепторов для обеспечения хорошего омического контакта.

Принцип работы полевого транзистора p-типа

Принцип работы полевого транзистора p-типа основан на управлении проводимостью канала с помощью электрического поля затвора:

При отсутствии напряжения на затворе через канал протекает некоторый ток основных носителей (дырок).
Отрицательное напряжение на затворе создает поперечное электрическое поле, которое притягивает дырки в канал, увеличивая его проводимость.
Положительное напряжение на затворе выталкивает дырки из канала, уменьшая его проводимость вплоть до полного перекрытия.

Таким образом, изменяя напряжение на затворе, можно управлять током через канал транзистора.

Основные характеристики полевых транзисторов p-типа

К ключевым характеристикам полевых транзисторов p-типа относятся:

Крутизна характеристики — отношение изменения тока стока к изменению напряжения затвор-исток
Напряжение отсечки — напряжение затвор-исток, при котором канал полностью перекрывается
Начальный ток стока — ток при нулевом напряжении на затворе

Входная и выходная емкости
Максимальные допустимые напряжения и токи

Эти параметры определяют усилительные свойства и предельные режимы работы транзистора.

Вольт-амперные характеристики полевого транзистора p-типа

Основными вольт-амперными характеристиками полевого транзистора p-типа являются:

Стокозатворная характеристика — зависимость тока стока от напряжения затвор-исток при постоянном напряжении сток-исток.
Выходные (стоковые) характеристики — семейство зависимостей тока стока от напряжения сток-исток при разных фиксированных значениях напряжения затвор-исток.

Стокозатворная характеристика имеет нелинейный вид из-за квадратичной зависимости тока от напряжения в режиме насыщения. Выходные характеристики имеют два характерных участка — линейный и насыщения.

Основные режимы работы полевого транзистора p-типа

Полевой транзистор p-типа может работать в трех основных режимах:

Режим отсечки — канал полностью перекрыт, ток стока минимален
Активный режим (насыщения) — канал частично открыт, ток стока зависит от напряжения затвор-исток
Линейный режим — канал полностью открыт, ток стока максимален и слабо зависит от напряжения затвор-исток

В активном режиме транзистор может использоваться как управляемый источник тока или усилитель. В режимах отсечки и насыщения транзистор работает как ключ.

Преимущества полевых транзисторов p-типа

Полевые транзисторы p-типа обладают рядом преимуществ по сравнению с биполярными транзисторами и полевыми транзисторами n-типа:

Очень высокое входное сопротивление (до 10^15 Ом)
Низкий уровень шумов
Высокая радиационная стойкость
Отсутствие эффекта накопления заряда
Положительная температурная зависимость порогового напряжения

Эти свойства определяют области применения полевых транзисторов p-типа.

Применение полевых транзисторов p-типа

Основными областями применения полевых транзисторов p-типа являются:

Входные каскады усилителей с высоким входным сопротивлением
Аналоговые ключи и коммутаторы
Преобразователи напряжение-ток
Источники тока, управляемые напряжением
Схемы выборки-хранения
Мощные высокочастотные усилители

В цифровых схемах чаще используются комплементарные пары из полевых транзисторов p- и n-типа.

Особенности применения полевых транзисторов p-типа

При использовании полевых транзисторов p-типа следует учитывать некоторые особенности:

Чувствительность к статическому электричеству из-за тонкого подзатворного диэлектрика
Наличие паразитной емкости затвор-сток, влияющей на высокочастотные свойства
Зависимость параметров от температуры
Необходимость подачи отрицательного напряжения на затвор для открывания канала

Правильный учет этих факторов позволяет максимально использовать преимущества полевых транзисторов p-типа в электронных схемах.

Виды полевых транзисторов. Полевые транзисторы

Устройство полевого транзистора с изолированным затвором и встроенным каналом показано на рис. 4.6. Он представляет собой монокристалл полупроводника; обычно кремния, где создана электропроводность какого-либо типа, в рассматриваемом случае p -типа. В нем созданы две области с электропроводностью противоположного типа (в нашем случае n -типа), которые соединены между собой тонким приповерхностным слоем этого же типа проводимости. От этих двух зон сформированы электрические выводы, которые называют истоком и стоком. На поверхности канала имеется слой диэлектрика (обычно диоксида кремния ) толщиной порядка , а на нем методом напыления наносится тонкая металлическая пленка, от которой также делается электрический вывод – затвор. Иногда от основания (называемого подложкой (П)) также делается вывод, который накоротко соединяют с истоком.

Рис. 4.6. Структура полевого транзистора с изолированным затвором со встроенным каналом n -типа

Если в отсутствии напряжения на затворе приложить между истоком и стоком напряжение любой полярности, то через канал потечет ток, представляющий собой поток электронов. Через подложку ток не потечет, так как один из p-n -переходов будет находится под действием обратного напряжения.

При подаче на затвор отрицательного напряжения относительно истока, а следовательно и кристалла, в канале возникает поперечное электрическое поле, которое будет выталкивать электроны из области канала в основание. Канал обедняется основными носителями – электронами, его сопротивление увеличивается, и ток стока уменьшается. Чем больше отрицательное напряжение на затворе, тем меньше этот ток. Такой режим называется режимом обеднения .

При подаче на затвор положительного напряжения, относительно истока, направление поперечного электрического поля изменится на противоположное, и оно будет, наоборот, притягивать электроны из областей истока и стока, а также из кристалла полупроводника. Проводимость канала увеличивается, и ток стока возрастает. Такой режим называется режимом обогащения .

Рассмотренный транзистор, таким образом, может работать как в режиме обеднения, так и режиме обогащения токопроводящего канала, что иллюстрируют его выходные характеристики (рис. 4.7, а) и характеристика управления (рис. 4.7, б).

Выходные характеристики МДП-транзистора подобны выходным характеристикам полевого транзистора с управляющим p-n -переходом. Это объясняется тем, что при увеличении напряжения от нуля, сначала действует закон Ома и ток растет практически прямо пропорционально напряжению, а затем при некотором напряжении канал начинает сужаться, в большей мере возле стока, т. к. на

p-n -переходе между каналом и кристаллом увеличивается обратное напряжение, область этого перехода, обедненная носителями, расширяется, и сопротивление канала увеличивается. В результате этого ток стока испытывает два взаимно противоположных процесса и остается практически постоянным до такого напряжения при котором наступает электрический пробой.

Рис. 4.7. Статические характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n -типа

Если кристалл полупроводника полевого транзистора имеет электропроводность n -типа, токопроводящий канал должен быть p -типа. При этом полярность напряжений необходимо изменить на противоположную.

Полевые транзисторы со встроенным каналом на электрических схемах изображают условными графическими обозначениями, приведенными на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Условные графические обозначения МДП-транзистора со встроенным каналом n -типа (а) и p -типа (б)

Устройство такого транзистора показано на рис 4.9. От предыдущего транзистора он отличается тем, что у него нет встроенного канала между областями истока и стока. При отсутствии напряжения на затворе ток между истоком и стоком не потечет ни при какой полярности напряжения, так как один из p-n -переходов будет обязательно заперт.

Если подать на затвор напряжение положительной полярности относительно истока, то под действием возникающего поперечного электрического поля электроны из областей истока и стока, а также из областей кристалла, будут перемещаться в приповерхностную область по направлению к затвору. Когда напряжение на затворе превысит некоторое пороговое значение, то в приповерхностном слое концентрация электронов повысится настолько, что превысит концентрацию дырок в этой области и здесь произойдет инверсия типа электропроводности, т. е. образуется тонкий канал

n -типа и в цепи стока появится ток. Чем больше положительное напряжение на затворе, тем больше проводимость канала и больше ток стока.

Таким образом, такой транзистор может работать только в режиме обогащения. Вид его выходных характеристик и характеристики управления показан на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Статические характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом n -типа

Если кристалл полупроводника имеет электроприводность n -типа, то области истока и стока должны быть p -типа. Такого же типа проводимости будет индуцироваться и канал, если на затвор подавать отрицательное напряжение относительно истока.

Графическое изображение полевых транзисторов с изолированным затвором показано на рис 4.11.

Рис. 4.11. Условные графические обозначения МДП-транзистора индуцированным каналом n

-типа (а) и p -типа (б)

В последнее время МДП-транзисторы всё чаще обозначают термином, заимствованным из зарубежной литературы, – MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ).

Полевой транзистор с изолированным затвором это полупроводниковый прибор, в котором управляющий электрод отделен от токопроводящего канала слоем диэлектрика.
В отличие от полевого транзистора с управляющим p n-переходом входное сопротивление полевого транзистора с изолированным затвором остается очень большим при любой полярности поданного на вход напряжения.
Полевые транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения канала свободными носителями заряда.
Полевые транзисторы с индуцированным каналом могут работать только в режиме обогащения.
Основными достоинствами полевого транзистора являются его большое сопротивление по постоянному току и высокая технологичность. Последнее обусловливает широкое применение полевых транзисторов при разработке микросхем.

МДП-транзисторы и биполярные транзисторы выполнят одинаковые функции: работают в схеме, или в качестве линейного усилителя, или в качестве ключа. В табл. 4.1 приведено краткое обещающее сравнение транзисторов этих двух типов.

Таблица 4.1

Свойства биполярных и МДП-транзисторов

В настоящее время полевые транзисторы вытесняют биполярные в ряде применений. Это связано с тем, что, во-первых, управляющая цепь полевых транзисторов потребляет ничтожную энергию, т. к. входное сопротивление этих приборов очень велико. Как правило, усиление мощности и тока в МДП-транзисторах много больше, чем в биполярных. Во-вторых, вследствие того, что управляющая цепь изолирована от выходной цепи, значительно повышаются надежность работы и помехоустойчивость схем на МДП-транзисторах. В-третьих, МДП-транзисторы имеют низкий уровень собственных шумов, что связано с отсутствием инжекции носителей заряда. В-четвертых, полевые транзисторы обладают более высоким быстродействием, т. к. в них нет инерционных процессов накопления и рассасывания носителей заряда. В результате мощные МДП-транзисторы все больше вытесняют биполярные транзисторы там, где требуется высокое быстродействие и повышенная надежность работы.

Однако МДП-транзисторы имеют и недостатки. Во-первых, вследствие высокого сопротивления канала в открытом состоянии МДП-транзисторы имеют большее падение напряжения, чем падение напряжения на насыщенном биполярном транзисторе. Во-вторых, МДП-транзисторы имеют существенно меньшее значение предельной температуры структуры, равное 150°C (для биполярных транзисторов 200°C).

Подключение p-области транзистора к истоку создает еще один дополнительный элемент — обратновключенный диод. Поэтому МДП-транзистор проектируют таким образом, что бы данный диод соответствовал аналогичным показателям МДП-транзистора и имел малое время восстановления запирающих свойств.

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаётся только основными носителями зарядов под действием продольного электрического поля, а управляющее этим током осуществляется поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным к управляющему электроду.

Несколько определений:

Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, называется истоком.

Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называется стоком.

Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле называется затвором.

Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между p-n переходом, называется каналом полевого транзистора.

Поэтому полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом p-типа или n-типа.

Принцип действия рассмотрим на примере транзистора с каналом n-типа.

1) Uзи = 0; Ic1 = max;

2) |Uзи| > 0; Ic2

3) |Uзи| >> 0; Ic3 = 0

На затвор всегда подаётся такое напряжение, чтобы переходы закрывались. Напряжение между стоком и истоком создаёт продольное электрическое поле, за счёт которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока.

1) При отсутствии напряжения на затворе p-n переходы закрыты собственным внутренним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет максимальным.

2) При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина p-n переходов увеличивается, а ширина канала и ток стока уменьшаются.

3) При достаточно больших напряжениях на затворе ширина p-n переходов может увеличиться настолько, что они сольются, ток стока станет равным нулю.

Напряжение на затворе, при котором ток стока равен нулю, называется напряжением отсечки.

Вывод: полевой транзистор представляет собой управляемый полупроводниковый прибор, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока и поэтому принято говорить, что полевые транзисторы с управляющими p-n переходами работают только в режиме обеднения канала.

Чем объяснить высокое входное сопротивление полевого транзистора?

Т.к. управление полевым транзистором осуществляется электрическим полем, то в управляющем электроде практически нет тока, за исключением тока утечки. Поэтому полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление, порядка 10 14 Ом.

От чего зависит ток стока полевого транзистора?

Зависит от подаваемых напряжений U си иU зи.

Схемы включения полевых транзисторов.

Полевой транзистор можно включать по одной из трех основных схем: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ).

На практике чаще всего применяется схема с ОИ, аналогичная схеме на биполярном транзисторе с ОЭ. Каскад с общим истоком даёт очень большое усиление тока и мощности. Схема с ОЗ аналогична схеме с ОБ. Она не даёт усиления тока, и поэтому усиление мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме ОИ. Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем он имеет ограниченное практическое применение в усилительной технике.

В чем отличие полевого транзистора от биполярного?

В полевом транзисторе управление током осуществляется электрическим полем, создаваемым приложенным напряжением, а не с помощью тока базы. Поэтому в управляющем электроде практически нет тока, за исключением токов утечки.

Статический режим включения транзистора. Статические характеристики полевых транзисторов.

К основным характеристикам относятся:

Стокозатворная характеристика (рис. а) – это зависимость тока стока (Ic) от напряжения на затворе (Uси) для транзисторов с каналом n-типа.

Стоковая характеристика (рис. б) – это зависимость Ic от Uси при постоянном напряжении на затворе Ic = f (Uси) при Uзи = Const.

Основные параметры:

Напряжение отсечки.

Крутизна стокозатворной характеристики. Она показывает, на сколько миллиампер изменится ток стока при изменении напряжения на затворе на 1 В.

Внутреннее сопротивление (или выходное) полевого транзистора

Поясните влияние на ток стока напряжений U зи и U си .

Влияние подводимых напряжений в транзисторе в управляемом иллюстрируется на рисунке:

Три основных рабочих режима транзистора.

В различных видах полевых транзисторов и при различных внешних напряжениях затвор может оказывать два вида воздействий на канал: в первом случае (например, в полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом при напряжениях на электродах, соответствующих рис. 2-1.5) он препятствует протеканию тока через канал, уменьшая число носителей зарядов, проходящих через него (такой режим называют режимом обеднения канала ), во втором случае (например, в МДП-транзисторах с индуцированным каналом, включенных в соответствии с рис. 2-1.7) затвор, наоборот, стимулирует протекание тока через канал, увеличивая число носителей зарядов в потоке (режим обогащения канала ). Часто просто говорят орежиме обеднения ирежиме обогащения . Заметим, что МДП-транзисторы с индуцированным каналом могут находиться в активном режиме только в случае режима обогащения канала, а для МДП-транзисторов со встроенным каналом это может быть и режим обогащения, и режим обеднения. В полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом попытка приложить прямое смещение на этот переход вызывает его открытие и протекание существенного тока в цепи затвора. Реальные процессы в транзисторе в этом случае сильно зависят от его конструкции, практически никогда не документируются и трудно предсказуемы. Поэтому говорить о режиме обогащения для полевых транзисторов с управляющим переходом не принято да и просто бессмысленно.

Режим насыщения — характеризует состояние не всего транзистора в целом, как это было для биполярных приборов, а только токопроводящего канала между истоком и стоком. Данный режим соответствует насыщению канала основными носителями зарядов. Такое явление какнасыщение является одним из важнейших физических свойств полупроводников. Оказывается, что при приложении внешнего напряжения к полупроводниковому каналу, ток в нем линейно зависит от этого напряжения лишь до определенного предела (напряжение насыщения ), а по достижении этого предела стабилизируется и остается практически неизменным вплоть до пробоя структуры. В приложении к полевым транзисторам это означает, что при превышении напряжением сток-исток некоторого порогового уровня оно перестает влиять на ток в цепи. Если для биполярных транзисторов режим насыщения означал полную потерю усилительных свойств, то для полевых это не так. Здесь наоборот, насыщение канала приводит к повышению коэффициента усиления и уменьшению нелинейных искажений. До достижения напряжением сток-исток уровня насыщения ток через канал линейно увеличивается с ростом напряжения (т.е. ведет себя так же, как и в обычном резисторе). Автору неизвестно какого-либо устоявшегося названия для такого состояния полевого транзистора (когда ток через канал идет, но канал ненасыщен), будем называть егорежимом ненасыщенного канала (он находит применение в аналоговых ключах на полевых транзисторах). Режим насыщения канала обычно является нормальным при включении полевого транзистора в усилительные цепи, поэтому в дальнейшем при рассмотрении работы транзисторов в схемах мы не будем делать особого акцента на этом, подразумевая, что между стоком и истоком транзистора присутствует напряжение, достаточное для насыщения канала.

Чем характеризуется ключевой режим работы транзистора?

Ключевым называют такой режим работы транзистора, при котором он может быть либо полностью открыт, либо полностью закрыт, а промежуточное состояние, при котором компонент частично открыт, в идеале отсутствует. Мощность, которая выделяется в транзисторе, в статическом режиме равна произведению тока, протекающего через выводы сток-исток, и напряжения, приложенного между этими выводами.

В идеальном случае, когда транзистор открыт, т.е. в режиме насыщения, его сопротивление межу выводами сток-исток стремится к нулю. Мощность потерь в открытом состоянии представляет произведение равного нулю напряжения на определённую величину тока. Таким образом, рассеиваемая мощность равна нулю.

В идеале, когда транзистор закрыт, т.е. в режиме отсечки, его сопротивление между выводами сток-исток стремится к бесконечности. Мощность потерь в закрытом состоянии есть произведение определённой величины напряжения на равное нулю значение тока. Следовательно, мощность потерь равна нулю.

Выходит, что в ключевом режиме, в идеальном случае, мощность потерь транзистора равна нулю.

Что называют усилительным каскадом?

Соединение нескольких усилителей, предназначенное для увеличения параметров электрического сигнала. Подразделяют на каскады предварительного усиления и выходные каскады. Первые предназначены для повышения уровня сигнала по напряжению, а выходные каскады – для получения требуемых тока или мощности сигнала.

Полевым транзистором именуют такой компонент, через который под влиянием продольного электрического поля протекает ток, обусловленный движением носителей заряда сугубо одного типа.Так как принцип действия полевых транзисторов основан на перемещении основных носителей заряда одного типа проводимости, такие компоненты ещё называют униполярными.

Затвором называют вывод полевого транзистора, к которому подводят напряжение от устройства управления. Следует подчеркнуть, что управление полевыми транзисторами осуществляют напряжением, а биполярными транзисторами — током. Истоком именуют вывод, который обычно служит источником поступления в транзистор носителей заряда от устройства электропитания. Стоком называют вывод компонента, через который носители заряда покидают транзистор. Перемещение основных носителей заряда от истока к стоку происходит по области, которая носит название канала полевого транзистора. Каналы у полевых транзисторов могут быть как электронного, так и дырочного типов проводимостей. Носителями заряда в полевых транзисторах n-типа выступают электроны, а в приборах p-типа — дырки. Полевые транзисторы классифицируют на приборы с управляющим переходом и с изолированным затвором, причём последние подразделяют на транзисторы со встроенным каналом и приборы с индуцированным каналом.

К основным параметрам полевых транзисторов причисляют входное сопротивление, внутреннее сопротивление транзистора, также называемое выходным, крутизну стокозатворной характеристики, напряжение отсечки и другое. Входное сопротивление транзистора — это отношение приращения напряжения затвор-исток и приращению тока затвора. Внутреннее сопротивление транзистора — это отношение приращения напряжения сток-исток к приращению тока стока при заданном напряжении затвор-исток. Крутизна стокозатворной характеристики — это отношение приращения тока стока к приращению напряжения затвор-исток при фиксированном напряжении сток-исток.

5.2. Полевые транзисторы с управляющим переходом

5.2.1. Конструкция полевых транзисторов с управляющим переходом

Первый полевой транзистор с управляющим переходом теоретически были рассчитан Уильямом Шокли в 1952 году. Одна из разновидностей таких транзисторов — унитрон — представляет собой полупроводниковую пластину дырочного или электронного типов проводимостей. На её торцы наносят токопроводящие плёнки, к которым подключают выводы стока и истока, а широкие грани легируют для получения противоположного типа проводимости относительно проводимости пластины и подсоединяют к этим граням вывод затвора. Другая разновидность полевых транзисторов с управляющим переходом — текнетрон — может быть образован, например, стержнем из германия, к торцам которого подсоединяют выводы истока и стока, а вокруг стержня внесением индия выполняют кольцеобразный затвор.

Упрощённая конструкция полевого транзистора с управляющим переходом и каналом p-типа проводимости изображена на рис. 5.1.

Из рисунка видно, что канал возникает между двумя p-n переходами. Конструкция компонентов с каналом n-типа не имеет отличий от конструкции полевых транзисторов с каналом p-типа, что видно на рис. 5.2.

Но в полевых транзисторах с каналом n-типа полупроводник, в котором возникает канал, обладает электронным типом проводимости, а области затвора имеют дырочную проводимость. Полевые транзисторы с каналом n-типа могут обладать лучшими частотными и температурными свойствами и образовывать шумы меньшей амплитуды, чем приборы с каналом p-типа.

5.2.2. Принцип действия полевых транзисторов с управляющим переходом

Принцип действия полевых транзисторов с управляющим переходом заключён в изменении площади сечения канала под воздействием поля, возникающего при подаче напряжения между затвором и истоком. Упрощённая структура полевого транзистора с управляющим переходом и каналом p-типа приведена на рис. 5.3.

Пока между затвором и истоком не подано напряжение управления, под воздействием внутреннего поля электронно-дырочных переходов они заперты, сечение канала наиболее велико, его сопротивление низко, и ток стока транзистора максимален. Напряжение затвор-исток, при котором ток стока наиболее велик, называют напряжением насыщения.

Если между затвором и истоком приложить небольшое напряжение, ещё немного закрывающее p-n переходы, то зоны, к которым подсоединён затвор, будут обеднены носителями заряда, размеры этих зон объёмного заряда возрастут, частично перекрывая сечение канала, сопротивление канала возрастёт, и сила тока стока станет меньше. Обеднённые носителями заряда области почти не проводит электрический ток, причём эти области неравномерны по длине пластины полупроводника. Так, у торца пластинки, к которому подключен вывод стока, обеднённые носителями заряда области будут наиболее существенно перекрывать канал, а у противоположного торца, к которому подсоединён вывод истока, снижение площади сечения канала будет наименьшим.

Если приложить ещё большее напряжение между затвором и истоком, то области, обеднённые носителями заряда, станут столь велики, что сечение канала может быть ими полностью перекрыто. При этом сопротивление канала будет наибольшим, а ток стока будет практически отсутствовать. Напряжение затвор-исток, соответствующее такому случаю, именуют напряжением отсечки.

К важнейшим характеристикам полевых транзисторов относят стокозатворную характеристику и семейство стоковых характеристик. Стокозатворная характеристика отражает зависимость силы тока стока от приложенного к выводам затвор-исток напряжения при фиксированном напряжении сток-исток. Это показано на рис. 5.4 для полевых транзисторов с управляющим переходом и каналами p-типа и n-типа проводимостей.

Семейство стоковых характеристик представляет зависимости токов стока от напряжений сток-исток при фиксированных стабильных напряжениях затвор-исток, что изображено на рис. 5.5.

По достижении определённого значительного напряжения сток-исток развивается лавинный пробой области между затвором и стоком. При этом идёт резкое увеличение тока стока, что можно видеть на стоковой характеристике.

Функционирование полевых транзисторов с управляющим переходом возможно сугубо путём обеднения канала носителями заряда. В связи с тем, что напряжение сигнала прикладывают к закрытому переходу, входное сопротивление каскада велико и для рассмотренных выше приборов может достигать 109 Ом.

5.3. Полевые транзисторы с изолированным затвором

Полевой транзистор с изолированным затвором потому носит такое название, что его затвор, выполненный из тонкого металлического покрытия, нанесён на диэлектрический слой, который отделяет затвор от канала. По этой причине полевые транзисторы с изолированным затвором имеют аббревиатуру МДП (металл — диэлектрик — полупроводник). Слой диэлектрика часто образуют двуокисью кремния. Такие полевые транзисторы носят аббревиатуру МОП (металл — оксид — полупроводник). Полевые транзисторы с изолированным затвором имеют большее входное сопротивление, достигающее 1015 Ом, чем полевые транзисторы с управляющим переходом.

5.3.1. Полевые транзисторы со встроенным каналом

Структура полевого транзистора со встроенным каналом n-типа проводимости дана на рис. 5.6.

Приложим от источника питания постоянное напряжение между выводами сток-исток. Пока напряжение затвор-исток отсутствует, канал обладает некоторым сопротивлением, по нему двигаются основные носители заряда, а, следовательно, протекает некоторый ток стока транзистора. Если к выводам затвор-исток транзистора с каналом n-типа подключить источник питания так, чтобы на затвор было подано напряжение положительной полярности, то неосновные носители заряда, присутствующие в подложке, будут втянуты электрическим полем в канал. Концентрация носителей заряда в канале возрастёт, его сопротивление станет меньше, а, значит, ток стока станет больше. Если подключить источник питания обратной полярностью так, чтобы на затвор было подано отрицательное напряжение относительно истока, то электроны, присутствующие в канале, под действием поля будут вытеснены в подложку. При этом концентрация носителей заряда в канале станет ниже, сопротивление канала возрастет, и ток стока станет меньше. Если запирающее напряжение затвор-исток будет столь велико, что практически все носители заряда будут оттеснены в подложку, то ток стока станет почти отсутствовать. Стокозатворные характеристики полевых транзисторов со встроенным каналом n-типа и p-типа проводимостей приведены на рис. 5.7.

Заключим, что полевые транзисторы со встроенным каналом функционируют как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения канала.

5.3.2. Полевые транзисторы с индуцированным каналом

Структура полевого транзистора n-типа проводимости с индуцированным каналом представлена на рис. 5.8.

Когда напряжение затвор-исток полевого транзистора, изображённого на рисунке, отсутствует, либо к затвору приложено напряжение отрицательной полярности, канал не возникает и ток стока транзистора не течёт. Когда на затор транзистора подано напряжение положительной полярности относительно истока, возникнет электрическое поле, втягивающее в область под затвором электроны, которые находились в подложке на правах неосновных носителей заряда. А дырки из канала полем будут оттеснены в подложку, обладающую p-типом проводимости. Концентрация электронов в локальном участке полупроводника под затвором между стоком и истоком возрастает относительно концентрации дырок, то есть имеет место смена типа проводимости и возникает, или как говорят, индуцируется, канал. В результате происходит движение носителей заряда по каналу, и течёт ток стока. Стокозатворные характеристики полевых транзисторов с индуцированным каналом p-типа и n-типа проводимостей даны на рис. 5.9.

Сделаем вывод, что полевые транзисторы с индуцированным каналом функционируют сугубо в режиме обогащения канала носителями заряда.

5.4. Режимы работы полевых транзисторов

5.4.1. Динамический режим работы транзистора

Динамическим режимом работы называют такой режим, в котором к транзистору, который усиливает входной сигнал, подключена нагрузка. Такой нагрузкой может служить резистор Rс, подсоединённый последовательно со стоком полевого транзистора, включённого по схеме с общим истоком, что показано на рис. 5.10.

Постоянное напряжение питания каскада Uп составляет сумму падений напряжений на выводах сток-исток транзистора и на резисторе Rс, то есть Uп = URс + Uси.р. В тоже время, согласно закону Ома, падение напряжения на нагрузочном резисторе Rс равно произведению протекающего по нему тока Iс.р на его сопротивление: URс = Iс.р. Rс. Согласно сказанному, напряжение питания каскада составляет: Uп = Uси.р + Iс.р. Rс. Последнее выражение можно переписать относительно напряжения сток-исток транзистора, и в этом случае получим линейную формулу для выходной цепи Uси.р = Uп — Iс.р. Rс, которую именуют уравнением динамического режима.

На выходных статических характеристиках транзистора для получения представления о режимах работы каскада строят динамическую характеристику, имеющую форму линии. Рассмотрим рисунок 5.11, на котором изображена такая динамическая характеристика усилительного каскада.

Чтобы провести эту линию, которую ещё называют нагрузочной прямой, необходимо знать две координаты точек, соответствующих напряжению питания каскада и току стока в режиме насыщения. Эта нагрузочная прямая пересекает семейство выходных статических характеристик, а точка пересечения, которую называют рабочей, соответствует определённому напряжению затвор-исток. Зная положение рабочей точки, можно вычислить некоторые ранее не известные токи и напряжения в конкретном устройстве.

5.4.2. Ключевой режим работы транзистора

Выходит, что в ключевом режиме, в идеальном случае, мощность потерь транзистора равна нулю. На практике, естественно, когда транзистор открыт, присутствует некоторое небольшое сопротивление сток-исток. Когда транзистор закрыт, по выводам сток-исток протекает ток небольшой величины. Таким образом, мощность потерь в транзисторе в статическом режиме мала. Однако в динамическом режиме, когда транзистор открывается или закрывается, его рабочая точка форсирует линейную область, в которой ток через транзистор может условно составлять половину максимального тока стока, а напряжение сток-исток может достигать половины от максимальной величины. Таким образом, в динамическом режиме в транзисторе выделяется огромная мощность потерь, которая свела бы на нет все замечательные качества ключевого режима, но к счастью длительность нахождения транзистора в динамическом режиме много меньше длительности пребывания в статическом режиме. В результате этого КПД реального транзисторного каскада, работающего в ключевом режиме, может быть очень высок и составлять до 93% — 98%.

Работающие в ключевом режиме транзисторы широко применяют в силовых преобразовательных установках, импульсных источниках электропитания, в выходных каскадах некоторых передатчиков и пр.

Москатов Е. А. Книга «Электронная техника. Начало»

http://moskatov.narod.ru/Books/The_electronic_technics/MOSFET.html

Это полупроводниковые приборы, которые становятся все более популярными в современной электронике. Их работа основана на использовании полупроводникового токонесущего канала, сопротивление которого управляется электрическим полем.Тем самым обеспечивается управление величиной тока, протекающего по каналу.

Полевые транзисторы называют также униполярными транзисторами, поскольку перенос заряда в них осуществляется только основными носителями. Ток этих носителей протекает в полупроводнике только одного типа — или n -типа, или p -типа. В отличие от полевого работа обычного транзистора основана на переносе как неосновных, так и основных носителей заряда. Это связано с тем, что ток в них протекает через прямосмещенный переход база-эмиттер (основные носители) и обратносмещенный переход база-коллектор (неосновные носители). Поэтому обычные транзисторы называют биполярными транзисторами.

У полевого транзистора три электрода: исток s (source ), затвор g (gate ) и сток d (drain ). Эти электроды соответствуют эмиттеру, базе и коллектору биполярного транзистора.

Полевые транзисторы малы по размерам и имеют очень высокое входное сопротивление.Они менее чувствительны к изменениям температуры по сравнению с биполярными транзисторами и поэтому менее склонны к тепловому пробою. Следует также отметить простоту разработки схем на основе полевых транзисторов, в которых используется меньше компонентов, чем в аналогичных схемах на биполярных транзисторах.

Полевые транзисторы просты в изготовлении и лучше подходят для использования в интегральных схемах, чем их собратья — биполярные транзисторы.

Существуют два типа полевых транзисторов: транзисторы с управляющим pn -переходом и транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник (МОП-транзистор).

Транзистор с управляющим pn-переходом

Рассмотрим канал из полупроводника n -типа (канал n -типа), к которому приложено постоянное напряжение V DD (рис. 26.1(а)). По каналу от тока к истоку будет протекать ток, называемый током стока I d . Если теперь внутри п -канала путем диффузии создать область р -типа, называемую затвором (рис. 26.1(б)), то образуется рп -переход. Точно так же, как в случае обычного рп -перехода, в области перехода формируется слой, обедненный основными носителями заряда. Видно, что обедненный слой ограничивает протекание тока по каналу, уменьшая эффективную ширину последнего. Другими словами, он увеличивает сопротивление канала. Ширину обедненного слоя можно увеличить, т. е. еще больше ограничить протекание тока, если подать на переход напряжение V GS , которое сместит переход в обратном направлении (рис. 26.1(б)). Изменяя величину напряжения обратного смещения на затворе, можно управлять величиной тока стока I D . На рис. 26.2 показано поперечное сечение структуры полевого транзистора рассматриваемого типа.

Рис. 26.1. Принцип работы полевого транзистора с управляющим рп -переходом.

Поперечное сечение структуры

полевого транзистора с управляющим рп -переходом.

Рис. 26.3. Условные обозначения транзисторов

с управляющим рп- переходом.

Применяются также полевые транзисторы с каналом p -типа, питаемые от источника отрицательного напряжения – V DD . Условные обозначения обоих типов транзисторов с управляющим pn -переходом приведены на рис. 26.3.

Выходные характеристики

рп- переходом в схеме с общим истоком показано на рис. 26.4. Они аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора. Эти характеристики показывают зависимость выходного тока I D от выходного напряжения V DS (напряжения между стоком и истоком) для заданных Значений напряжения на затворе V GS (напряжения между затвором и истоком).

Диапазон изменения смещающего напряжения затвор-исток довольно велик (несколько вольт) в отличие от биполярного транзистора, где напряжение база-эмиттер практически постоянно.

Видно, что при увеличении (по абсолютной величине) напряжения на затворе ток стока уменьшается. Это уменьшение происходит до тех пор, пока расширяющийся обедненный слой перехода затвор-канал не перекроет весь канал, останавливая протекание тока. В этом случае говорят, что полевой транзистор находится в состоянии отсечки.

Напряжение отсечки

рассмотрим выходную характеристику для V GS = 0 (рис. 26.4). При увеличении напряжения V DS (от нулевого значения) ток стока постепенно увеличивается, пока не достигает точки Р, после которой величина тока практически не изменяется. Напряжение в точке Р называется напряжением отсечки. При этом напряжении обедненный слой, связанный с обратносмещенным переходом затвор-канал, почти полностью перекрывает канал. Однако протекание тока I D в этой точке не прекращается, поскольку благодаря этому току как раз и создается обедненный слой. Все кривые семейства выходных характеристик имеют свои точки отсечки: P 1 , P 2 и т. д. Если соединить эти точки друг с другом линией, то правее ее лежит область отсечки, являющаяся рабочей областью полевого транзистора.

Усилитель на полевом транзисторе с общим истоком

Схема типичного усилителя ЗЧ на полевом транзисторе показана на рис. 26.5. В этой схеме через резистор утечки R 1 отводится на шасси очень малый ток утечки затвора. Резистор R 3 обеспечивает необходимое обратное смещение, поднимая потенциал истока выше потенциала затвора.

Рис. 26.4. Семейство выходных характеристик транзистора с управляющим рп -переходом.

Рис. 26.5. УЗЧ на п -канальном полевом транзисторе с управляющим рп- переходом.

Кроме того, этот резистор обеспечивает также стабильность режима усилителя по постоянному току. R 2 – нагрузочный резистор, который может иметь очень большое сопротивление (до 1,5 МОм). Развязывающий конденсатор С 2 в цепи истока устраняет отрицательную обратную связь по переменному току через резистор R 3 . Следует отметить, что разделительный конденсатор С 1 может иметь небольшую емкость (0,1 мкФ) благодаря высокому входному сопротивлению полевого транзистора.

При подаче сигнала на вход усилителя изменяется ток стока, вызывая, в свою очередь, изменение выходного напряжения на стоке транзистора. Во время положительного полупериода входного сигнала напряжение на затворе увеличивается в положительном направлении, обратное напряжение смещения перехода затвор-исток уменьшается и, следовательно, увеличивается ток I D полевого транзистора. Увеличение I D приводит к уменьшению выходного (стокового) напряжения, и на выходе воспроизводится отрицательный полупериод усиленного сигнала. И наоборот, отрицательному полупериоду входного сигнала соответствует положительный полупериод выходного сигнала. Таким образом, входной и выходной сигналы усилителя с общим истоком находятся в противофазе.

Одно из преимуществ полевого транзистора – очень малый ток утечки затвора, величина которого не превышает нескольких пикоампер (10 -12 A). Поэтому в схеме усилителя па рис. 26.5 затвор находится практически при нулевом потенциале. Ток полевого транзистора протекает от стока к истоку и обычно отождествляется с током стока I D (который, очевидно, равен току истока I S ).

Рассмотрим схему на рис. 26.5. Полагая I D = 0,2 мА, вычисляем потенциал истока: V S = 0,2 мА · 5 кОм = 1 В. Это величина напряжения обратного смещения управляющего pn -перехода.

Падение напряжения на резисторе R 2 = 0,2 мА · 30 кОм = 6 В.

Потенциал стока V D = 15 – 6 = 9 В.

Линия нагрузки

Линию нагрузки можно начертить точно так же, как для биполярного транзистора. На рис. 26.6 показана линия нагрузки для схемы па же. 26.5.

Если I D = 0, то V DS = V DD = 15 В. Это точка Х на линии нагрузки.

Если V DS = 0, то почти все напряжение V DD источника питания падает на резисторе R 2 . Следовательно, I D = V DD / R 2 = 15 В / 30 кОм = 0,5 мА. Это точка Y на линии нагрузки. Рабочая точка Q выбирается таким образом, чтобы транзистор работал в области отсечки.

Выбранная рабочая точка Q (точка покоя) на рис. 26.6 определяется величинами: I D = 0,2 мА, V GS = — 1 В, V DS = 9 В.

МОП-транзистор

В полевом транзисторе этого типа роль затвора играет металлический электрод, электрически изолированный от полупроводника тонкой пленкой диэлектрика, в данном случае оксида. Отсюда и название транзистора «МОП» — сокращение от «металл-оксид-полупроводник».

Канал п -типа в МОП-транзисторе формируется за счет притяжения электронов из подложки р -типа диэлектрическим слоем затвора (рис. 26.7). Ширину канала можно изменять, подавая на затвор электрический потенциал. Подача положительного (относительно подложки)

Рис. 26.6. Линия нагрузки усилителя на полевом транзисторе (рис. 26.5).

Рис. 26.7.

потенциала приводит к расширению канала п -типа и увеличению тока через этот канал, подача отрицательного потенциала вызывает сужение канала и уменьшение тока. Для МОП-транзистора с каналом р -типа ситуация изменяется на обратную.

Существует два типа МОП-транзисторов: транзисторы, работающие в режиме обогащения , и транзисторы, работающие в режиме обеднения. Транзистор, работающий в режиме обогащения, находится в состоянии отсечки тока (нормально выключен), когда напряжение смещения V GS = 0.

Рис. 26.8. п -типа, работающего в режиме обогащения, и условное обозначение этого транзистора.

Рис. 26.9. Выходные характеристики МОП-транзистора с каналом n -типа, работающего в режиме обеднения, и условное обозначение этого транзистора.

Протекание тока начинается только при подаче напряжения смещения на затвор. Выходные характеристики п -канального МОП-транзистора с каналом п -типа, работающего в режиме обогащения, и его условное обозначение показаны на рис. 26.8.

МОП-транзистор, работающий в режиме обеднения, проводит ток, когда напряжение смещения на затворе отсутствует (нормально включен). Для МОП-транзистора с каналом n -типа ток стока увеличивается при подаче на затвор положительного напряжения и уменьшается при подаче отрицательного напряжения (рис. 26.9).

р -типа показано на рис. 26.10. Заметим, что прерывающаяся жирная линия указывает на МОП-транзистор, работающий в режиме обогащения (нормально выключен).

Рис. 26.10. Условное обозначение МОП-транзистора с каналом р -типа.

Рис. 26.11. Усилитель на МОП-транзисторе с каналом р -типа, работающий в режиме обеднения.

Сплошная линия используется для обозначения МОП-транзистора, работающего в режиме обеднения (нормально включен). Вывод подложки обозначается буквой «Ь», обычно он соединяется с выводом истока. На рис. 26.11 схема типичного усилителя с общим истоком на МОП-транзисторе с каналом р -типа, работающего в режиме обеднения. Используется источник питания с отрицательным напряжением. Положительное напряжение смещения между затвором и истоком V GS создается обычным образом с помощью резистора R 3 в цепи истока.

В этом видео рассказывается о типах полевых транзисторов:

История создания и реализации полевых транзисторов

Первый полевой транзистор был изобретен Юлий Эдгаром Лилиенфельдом – австро-венгерским ученым-физиком, посвятившим большую часть жизни изучению транзисторного эффекта. Случилось это в 1928 году, однако первая технология изготовления транзисторов не позволяла физически реализовать этот радиоэлемент в промышленности. Первый работающий полевой транзистор с изолированным затвором, согласно трудам Лилиенфельда, произвели в США лишь в 1960 году. За 7 лет до этого была предложена другая технология изготовления полевого транзистора на базе управляющего p-n перехода (МОП транзистор). На основе трудов Вальтера Шоттки в 1966 году американский инженер Карвер Андресс Мид предложил новый тип транзисторов с использованием барьера Шоттки. В 1977 году было установлено, что применение полевых транзисторов в вычислительной технике значительно повышает расчетные мощности электронных устройств, что положило начало разработок компьютерных процессоров и логических микросхем на основе полевого транзистора. Более корректным названием полевого транзистора является униполярный транзистор (управляемый одним электрическим полем), однако в народе это название не прижилось.

Физические основы работы полевого транзистора

Полевым (униполярным) транзистором называют электронное устройство, в основе которого лежит принцип использования зарядов только одного знака, т.е. электронов или дырок. Управление током в полевых транзисторах осуществляется изменением проводимости канала под действием электрического поля, а не потенциала напряжения, что является основным отличием полевого транзистора от биполярного. По способу создания канала различают полевые транзисторы с p-n переходом, встроенным каналом и индуцированным каналом. Транзисторы с встроенным и индуцированным каналом так же относятся к разновидности МДП транзисторов.

Устройство полевого транзистора

а – с p-n переходом; б – с изолированным затвором и встроенным каналом; в – с изолированным затвором и индуцированным каналом.

Работа полевых транзисторов основана на движении основных носителей в полупроводнике.

Полевой транзистор с p-n переходом.

Данный транзистор состоит из основного канала полупроводника n-типа, изготовленного из пластины кремния с омическими выводами с каждого конца. Канал образован методом диффузии (введением легированного материала) и образует тончайший слой с дырочной проводимостью. Канал заключен между двумя электродами p-типа, соединенными между собой. Таким образом, n-канал образует два p-n перехода, расположенных параллельно направлению тока. Вывод, через который поступают носителя заряда, называют истоком (И), а электрод, откуда заряд вытекает – стоком (С). Оба p-слоя электрически связаны между собой и имеют внешний электрод, называемый затвором (З). Существуют два типа канала. Положительный заряд протекает через канал с p проводимостью, а отрицательный заряд проходит через канал с n проводимостью. На рисунке ниже представлен полевой канал с отрицательной проводимостью, управляемый полем положительной полярности. В данном случае через канал от истока к стоку передвигаются электроны. Подобную конструкцию имеют и полевые транзисторы с каналом p типа.

Управляющее или входное напряжение (Uзи) подается между затвором и истоком. Это напряжение для обоих p-n переходов является обратным. В выходную цепь, в которую так же входит канал транзистора, подключается напряжение Uси положительным полюсом к стоку.

Способность управления транзистором объясняется тем фактором, что при изменении напряжения Uзи будет изменяться ширина p-n переходов, которые представляют собой участки в полупроводнике, которые обеднены носителями заряда. Так как p-слой c меньшим сопротивлением имеет большую концентрацию примесей по сравнению с n-слоем, то управление изменением ширина канала происходит за счет более высокоомного n-слоя. При этом изменяется сечение, и проводимость токопроводящего канала (Ic – ток стока) от истока к стоку.

Особенность работы полевого транзистора заключается во влиянии напряжения Uзи и Uси на проводимость канала. Влияние подводимых напряжений отображает рисунок ниже.

На рисунке:

А) напряжение прикладывается только к входной управляющей цепи. Изменение Uзи управляет сечением канала по всей ширине, однако, выходной ток Ic=0 из-за отсутствия напряжения Uси.

Б) Присутствует только напряжение канала, управляющее напряжение отсутствует и начинает протекать ток Ic. Создается падение напряжения на стоковом электроде, в результате пропускная способность канала сужается и при некотором значении границы p-n переходов смыкаются. Повышается внутреннее сопротивление канала и ток Ic далее не способен проходить.

В) В этом варианте на рисунке показано суммарное значение напряжений, когда канал напряжения Uси заперт малым управляющим напряжением Uзи. При подаче этого напряжения происходит расширение n области и начинает протекать ток Ic.

Полевой транзистор с изолированным затвором (МДП и МОП)

В этих транзисторах затворный электрод отделен от канала тонким изолирующим слоем из окиси кремния. Отсюда другое название этих транзисторов – МОП-транзисторы (структура металл – окисел — полупроводник). Наличие диэлектрика обеспечивает высокое входное сопротивление рассматриваемых транзисторов. Проникновения управляющего поля в канал не затруднено, но ток затвора сильно уменьшается и не зависит от полярности приложенного напряжения к затвору. МДП-транзисторы (структура металл – диэлектрик — полупроводник) выполняют из кремния. Принцип действия МДП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля.

Каналы полевых МДП транзисторов могут быть обедненного (б — встроенный канал) и обогащенного типа (в — индуцированный канал), (см. рисунок устройства полевого транзистора).

По встроенному каналу течет ток Iс при отсутствии напряжения Uзи. Его значением можно управлять в сторону уменьшения, подав положительное напряжение Uзи, если транзистор с p-каналом и отрицательное напряжение, если транзистор с n-каналом. Другими словами – закрыть транзистор управляющим обратным напряжением.

В индуцированном канале, если отсутствует напряжение Uзи ток между стоком и истоком очень мал. При подаче управляющего напряжения ток Iси увеличивается.

Итак, управляющее напряжение при его подаче на затвор транзистора с встроенным каналом – закрывает транзистор, в индукционном канале — открывает транзистор.

Вольт — амперная и сток — затворная характеристики полевого транзистора

ВАХ полевого транзистора определяет его выходные (стоковые) характеристики, а так же содержит информацию о его свойствах в различных режимах работы. Кроме того ВАХ отображает связь параметров между собой. По графику можно определить некоторые параметры, не документированные в описании к транзистору, произвести расчеты уровня напряжения цепей смещения (Uзи), стабилизацию режима, а так же дать оценку работы полевого транзистора в широком диапазоне токов и напряжений.

На рисунке слева показан пример стоковой характеристики полевого транзистора с p-n переходом и каналом p-типа при различных фиксированных управляющих напряжениях Uзи. Графики отображают зависимость тока стока (Ic) от напряжения сток – исток (Uси). На каждой из этих кривых присутствуют 3 характерные области:

1. Сильная зависимость тока Ic от напряжения Uси (участок до штрих — пунктирной линии). Эта часть определяет период насыщения канала до напряжения Uси нас, при котором транзистор переходит в закрытое (открытое) состояние. Чем выше управляющее напряжение смещения Uзи, тем раньше закроется (откроется) полевой транзистор.

2. Слабая зависимость тока Ic, когда канал насыщается до своего максимального значения и переходит в постоянно закрытое (открытое) состояние.

3. В момент, когда напряжение Uси превышает предельно допустимое для полевого транзистора, наступает необратимый электрический пробой p-n перехода. Полевой транзистор при этом выходит из строя.

Сток-затворная характеристика показывает зависимость Ic от напряжения между затвором и истоком.

Напряжение на затворе, при котором ток стока стремится к нулю, является очень важной характеристикой полевого транзистора. Оно соответствует напряжению запирания прибора по цепи затвора и называется напряжением запирания или напряжением отсечки.

Условные графические изображения полевых транзисторов в электрических схемах выглядят следующим образом.

Где полевой транзистор:

а – с p-n переходом и p-каналом;

б — с p-n переходом и n-каналом;

в – со встроенным p-каналом обедненного типа;

г – со встроенным n-каналом обедненного типа;

д – с индуцированным p-каналом обогащенного типа;

е – с индуцированным n-каналом обогащенного типа;

ж – p-типа (в) и выводом от подложки;

з – p-типа (д) и выводом от подложки

Европейское обозначение контактов: gate – затвор, drain – сток, source – исток, tab – подложка (зачастую в неизолированных транзисторах является стоком).

Основные технические характеристики полевого транзистора

Современные полевые транзисторы характеризуются основными характеристиками, температурными характеристиками и электрическими характеристиками при температуре до +25 градусов на подложке (истоке). Кроме того, существуют статические и динамические характеристики полевых транзисторов, определяющие максимальные показатели при их применении в частотных сигналах. На частотные характеристики следует обращать особое внимание при использовании транзисторов в генераторах, модуляторах, импульсных блоках питания, современных цифровых усилителях класса D и выше. Частотные свойства определяются постоянной времени RC-цепи затвора, определяющей скорость запирания / отпирания канала. У полевых транзисторов с изолированным затвором (МОП и МДП) входная емкость значительно меньше полевых транзисторов с p-n переходом, что дает возможность применять их в высокочастотной аппаратуре.

К основным характеристикам полевых транзисторов относятся:

Vds (Vdss) или Uси max – определяет максимально допустимое значение напряжения между истоком и стоком;

Id или Ic – максимально допустимый ток стока, проходящий через открытый канал транзистора;

Rdc(on) – сопротивление канала между затвором и истоком (обычно указывается совместно с управляющим напряжением Uзи или Vgs).

Iз ут или Igss – ток утечки затвора при заданном напряжении между затвором и остальными выводами, замкнутыми между собой.

Pd или Pmax – максимальная рассеиваемая мощность транзистора при температуре, как правило, +25 градусов.

Тепловые параметры полевого транзистора определяют устойчивость его характеристик при работе в диапазоне температур, так как при изменении температуры свойства полупроводниковых материалов изменяются. От температуры сильно зависит значение Ic , крутизны и тока утечки затвора.

Tj или Тmax – температура разрушения кристалла подложки, соответствующая максимально допустимой рабочей температуре

Tstg или Тmin – минимальная отрицательная температура, при которой соблюдаются основные паспортные параметры транзистора

Отличительной особенностью работы полевых транзисторов в сравнении с биполярными является очень низкий коэффициент шума или Кш. Данный коэффициент мало влияет от напряжений сток – исток, тока стока, а так же температуры работы транзистора (до +50 градусов).

1. Не рекомендуется снижать температуру полевых транзисторов во время их работы ниже -5 градусов, а так же выходи за пределы рабочей температуры +60 +70 градусов (в народе — температура удержания пальца).
2. Во время эксплуатации необходимо выбирать рабочие напряжения и токи, которые не будут превышать 70% от максимально допустимых параметров по паспорту (даташиту).
3. Нельзя использовать транзисторы в максимальных режимах по двум параметрам одновременно.
4. Не допускать работу транзистора с отключенным затвором.
5. На затвор полевых транзисторов с p-n переходом нельзя подавать напряжение, смещающее переход в прямом направлении. Для p-канальных это будет отрицательное напряжение, для n-канальных – положительное.
6. Хранение полевых МОП и МДП транзисторов желательно производить с закороченными выводами. Маломощные транзисторы частотные транзисторы этой структуры выходят из строя от статического напряжения.
7. Проверить исправность полевого транзистора электронным тестером можно по аналогии с этим видео http://www.youtube.com/watch?v=jQ6l6C8LMSw

Как проверить полевой транзистор мультиметром. Часть 1. Транзистор с управляющим p-n переходом. — Интернет-журнал «Электрон» Выпуск №4

Продолжаем рубрику проверки электрорадиоэлементов, и сегодня я представляю первую статью по проверке полевых транзисторов тестером или как сейчас принято говорить — мультиметром.

Перед началом проверки полевых транзисторов рассмотрим, какие бывают виды полевых транзисторов.

На рисунке 1 вы видите классификацию полевых транзисторов.

Из этого рисунку видно, что полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с управляющим p-n переходом и полевые транзисторы с изолированным затвором.

В зарубежной литературе полевой транзистор с управляющим p-n переходом обозначается как JFET(junction gate field-effect transistor), а транзистор с изолированным затвором — MOSFET (Metall-Oxid-Semiconductor FET).

Сегодня я вам расскажу, как проверить полевой транзистор с управляющим p-n переходом, а в следующем выпуске журнал перейдем к проверке MOSFET транзистора, так что не забываем подписываться на журнал. Форма подписки после статьи.

Для начала кратко рассмотрим структуру транзистора и принцип его работы.

Полевые транзисторы бывают n-канальные и p-канальные. В виду того, что широкое распространение получили n-канальные полевые транзисторы, на их примере и рассмотрим принцип работы полевого транзисторы с управляющим p-n переходом.

Итак, транзистор состоит из n-полупроводника с внедренными в него высоколегированными n-областями с большой концентрацией носителей заряда – электронов. Сам полупроводник находится на подложке p-типа, которая соединена с еще одной p-областью. Вместе эти области называются затвором (gate). Таким образом, каждая высоколегированная n-область создает с p-подложкой свой p-n переход.

Та часть n-полупроводника, которая находится между p-областями (затворами) называется каналом (в частности каналом n-типа).

Если к высоколегированным n-областям подключить источник напряжение, то в канале создастся электрическое поле, под воздействием этого поля электроны из n-области, к которой подключен «минус» источника будут перемещаться в n-область, к которой подключен «плюс» источника напряжения. Таким образом, через канал потечет электрический ток. Величина этого тока будет напрямую зависеть от электропроводности канала, которая в свою очередь зависит от площади поперечного сечения канала. Нетрудно догадаться, что площадь поперечного сечения канала зависит от ширины p-n переходов.

Та область, от которой движутся носители заряда, а в случае n-канала это электроны, называется истоком (source), а к которой движутся – стоком (drain).

Если на затвор относительно истока подать отрицательное напряжение, то p-n переход, образованный между затвором и истоком будет смещаться в обратном направлении, при этом ширина запирающего слоя будет увеличиваться, тем самым сужая размеры канала и уменьшая электропроводность.

Таким образом, изменяя напряжение между затвором и истоком, мы можем управлять током через канал полевого транзистора.

На этом об устройстве полевого транзистора все, далее в подробности углубляться я не буду, так как этого будет достаточно, что бы понять, как проверить полевой транзистор с управляющим p-n переходом.

Исходя из вышеизложенного можно составить эквивалентную схему полевого транзистора с управляющим p-n переходом, как мы делали при проверке биполярного транзистора.

При составлении схемы будем руководствоваться следующими принципами:

1. В транзисторе имеются два p-n перехода, первый между затвором и истоком, второй между затвором и стоком.

2. Канал между истоком и стоком при отсутствии отрицательного запирающего напряжения на затворе не закрыт и электропроводен, то есть имеет определенное значение сопротивления.

3. Теперь p-n переходы обозначим диодами, а электропроводность канала резистором.

Составляем эквивалентную схему полевого транзистора с управляющим p-n переходом.

Теперь зная эквивалентную схему полевого транзистора с управляющим p-n переходом можно построить алгоритм или схему проверки полевого транзистора.

Проверка полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом n-типа.

1. Проверка сопротивления канала (на рис. R)

Для проверки сопротивления канала с помощью мультиметра необходимо на приборе установить режим измерения сопротивления, предел измерения 2000 Ом.

Измерить сопротивление между истоком и стоком транзистора при разной полярности подключения щупов мультиметра.

Значения сопротивления канала при разной полярности подключения щупов должны быть примерно одинаковыми.

2. Проверка p-n перехода исток-затвор (на рис. VD1).

Включаем мультиметр в режим проверки диодов. Красный (плюсовой ) щуп мультиметра подключаем на затвор (имеет p-проводимость), а черный на исток. Мультиметр должен показать падение напряжения на открытом p-n переходе, которое должно быть в пределах 600-700 мВ.

Меняем полярность подключения щупов (красный на исток, черный на затвор), мультиметр, в случае исправности транзистора показывает бесконечность (на дисплее «1»), то есть переход включен в обратном направлении и закрыт.

3. Проверка p-n перехода сток-затвор (на рис. VD2).

Так же проверяем исправность p-n перехода сток-затвор. То есть включаем мультиметр в режим проверки диодов. Красный (плюсовой ) щуп мультиметра подключаем на затвор (имеет p-проводимость), а черный на сток. Мультиметр должен показать падение напряжения на открытом p-n переходе затвор-сток, которое должно быть в пределах 600-700 мВ.

Меняем полярность подключения щупов (красный на сток, черный на затвор), мультиметр, в случае исправности транзистора показывает бесконечность (на дисплее «1»), то есть переход включен в обратном направлении и закрыт.

Если все три условия выполнились, то считается, что полевой транзистор исправен.

Проверка полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом p-типа.

Проверка полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом p-типа осуществляется по вышеизложенному алгоритму, за исключением того, что при проверке p-n переходов полярность подключения щупов мультиметра меняется на противоположную.

Для наглядности и простоты понимания процесса я записал для вас видео как проверить полевой транзистор с управляющим p-n переходом, где я проверяю транзистор с каналом p-типа.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

Транзисторы можно разделить на два класса — биполярные и униполярные. В биполярных транзисторах как положительные, так и отрицательные носители принимают участие в работе прибора, отсюда и термин «биполярный». Заряд избыточных неосновных носителей, инжектированных в базу, компенсируется равным по величине зарядом основных носителей, так что электрическая нейтральность в базе сохраняется. С другой стороны, в униполярных приборах ток обусловлен только свободными основными носителями в проводящем канале и влияние малого количества неосновных носителей несущественно, отсюда и термин «униполярный» [1].

Полевой транзистор (ПТ) является униполярным прибором, в котором количество носителей в токе через проводящую область определяется электрическим полем, приложенным к поверхности (или p-n-переходу) полупроводника. В полевом транзисторе поток электронов направлен от истока, представляющего омический контакт, через проводящий канал к стоку, также представляющему омический контакт (рис. 1). Канал имеет длину в направлении протекания тока и соответственно ширину в направлении, перпендикулярном току и поверхности.

В полевом транзисторе с p-n-переходом управляющим электродом (затвором) является слой полупроводника, тип проводимости которого (р-тип) противоположен типу проводимости канала (n-тип). Управляющий p-n-переход, обратно смещённый относительно канала, образует изолирующий обеднённый слой, который, распространяясь в проводящий канал, эффективно ограничивает его размеры. Увеличение отрицательного потенциала вызывает дальнейшее сужение канала, уменьшающее его проводимость, а уменьшение отрицательного потенциала наоборот, приводит к расширению канала, увеличивающему его проводимость. При определённом значении напряжения на затворе, называемом напряжением отсечки, проводимость канала в идеальном случае уменьшается до нуля.

Нормальная работа ПТ с каналом р-типа обеспечивается подачей положительного смещения на затвор.

Рис. 1. Схематичное изображение полевого транзистора с p-n-переходом.
1 — исток; 2 — затвор p-типа; 3 — сток; 4 — обеднённая область; 5 — канал n-типа; 6 — затвор p-типа.

Максимальный ток стока и максимальная крутизна у ПТ с управляющим р-n-переходом (как с каналом р-типа, так и с каналом n-типа) наблюдается при нулевом смещении на затворе. При подаче прямого смещения на затвор ПТ появляется прямой ток через участок затвор-исток и резко уменьшается входное сопротивление транзистора.

На сток полевого транзистора с каналом n-типа необходимо подавать напряжение положительной полярности, а с каналом p-типа — отрицательной полярности.

Рис. 2. Условные обозначения ПТ с р-n-переходом.
а — с каналом p-типа; б — с каналом n-типа.

Условные обозначения полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом приведены на рис. 2.

CONTENTS NEXT

Полевой транзистор основные характеристики. Полевые транзисторы

Теперь давайте узнаем о том, какие бывают полевые транзисторы. Полевые транзисторы очень распространены как в старой схемотехнике, так и в современной. Сейчас в большей степени используются приборы с изолированным затвором, о типах полевых транзисторов и их особенностях сегодня мы и поговорим. В статье я буду проводить сравнение с биполярными транзисторами, в отдельных местах.

Определение

Полевой транзистор — это полупроводниковый полностью управляемый ключ, управляемый электрическим полем. Это главное отличие с точки зрения практики от биполярных транзисторов, которые управляются током. Электрическое поле создается напряжением, приложенным к затвору относительно истока. Полярность управляющего напряжения зависит от типа канала транзистора. Здесь прослеживается хорошая аналогия с электронными вакуумными лампами.

Другое название полевых транзисторов — униполярные. «УНО» — значит один. В полевых транзисторах в зависимости от типа канала ток осуществляется только одним типом носителей дырками или электронами. В биполярных транзисторах ток формировался из двух типов носителей зарядов — электронов и дырок, независимо от типа приборов. Полевые транзисторы в общем случае можно разделить на:

транзисторы с управляющим p-n-переходом;

транзисторы с изолированным затвором.

И те и другие могут быть n-канальными и p-канальными, к затвору первых нужно прикладывать положительное управляющее напряжение для открытия ключа, а для вторых — отрицательное относительно истока.

У всех типов полевых транзисторов есть три вывода (иногда 4, но редко, я встречал только на советских и он был соединен с корпусом).

1. Исток (источник носителей заряда, аналог эмиттера на биполярном).

2. Сток (приемник носителей заряда от истока, аналог коллектора биполярного транзистора).

3. Затвор (управляющий электрод, аналог сетки на лампах и базы на биполярных транзисторах).

Транзистор с управляющим pn-переходом

Транзистор состоит из таких областей:

4. Затвор.

На изображении вы видите схематическую структуру такого транзистора, выводы соединены с металлизированными участками затвора, истока и стока. На конкретной схеме (это p-канальный прибор) затвор — это n-слой, имеет меньше удельное сопротивление, чем область канала (p-слой), а область p-n-перехода в большей степени расположена в p-области по этой причине.

а — полевой транзистор n-типа, б — полевой транзистор p-типа

Чтобы легче было запомнить, вспомните обозначение диода, где стрелка указывает от p-области в n-область. Здесь также.

Первое состояние — приложим внешнее напряжение.

Если к такому транзистору приложить напряжение, к стоку плюс, а к истоку минус, через него потечет ток большой величины, он будет ограничен только сопротивлением канала, внешними сопротивлениями и внутренним сопротивлением источника питания. Можно провести аналогию с нормально-замкнутым ключом. Этот ток называется Iснач или начальный ток стока при Uзи=0.

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, без приложенного управляющего напряжения к затвору является максимально открытым.

Напряжение к стоку и истоку прикладывается таким образом:

Через исток вводятся основные носители зарядов!

Это значит, что если транзистор p-канальный, то к истоку подключают положительный вывод источника питания, т.к. основными носителями являются дырки (положительные носители зарядов) — это так называемая дырочная проводимость. Если транзистор n-канальный к истоку подключают отрицательный вывод источника питания, т.к. в нем основными носителями заряда являются электроны (отрицательные носители зарядов).

Исток — источник основных носителей заряда.

Вот результаты моделирования такой ситуации. Слева расположен p-канальный, а справа n-канальный транзистор.

Второе состояние — подаём напряжение на затвор

При подаче положительного напряжения на затвор относительно истока (Uзи) для p-канального и отрицательное для n-канального, он смещается в обратном направлении, область p-n-перехода расширяется в сторону канала. В резльтате чего ширина канала уменьшается, ток снижается. Напряжение затвора, при котором ток через ключ перестает протекать называется, напряжением отсечки.

Достигнуто напряжение отсечки, и ключ полностью закрыт. На картинке с результатами моделирования отображено такое состояние для p-канального (слева) и n-канального (справа) ключа. Кстати на английском языке такой транзистор называется JFET.

Рабочий режим транзистора при напряжение Uзи либо нулевое, либо обратное. За счет обратного напряжения можно «прикрывать транзистор», используется в усилителях класса А и прочих схемах где нужно плавное регулирование.

Режим отсечки наступает, когда Uзи=Uотсечки для каждого транзистора оно своё, но в любом случае прикладывается в обратном направлении.

Характеристики, ВАХ

Выходной характеристикой называют график, на котором изображена зависимость тока стока от Uси (приложенного к выводам стока и истока), при различных напряжениях затвора.

Можно разбить на три области. Вначале (в левой части графика) мы видим омическую область — в этом промежутке транзистор ведет себя как резистор, ток возрастает почти линейно, доходя до определенного уровня, переходит в область насыщения (в центре графика).

В правой части график мы видим, что ток опять начинает расти, это область пробоя, здесь транзистор находиться не должен. Самая верхняя ветвь изображенная на рисунке — это ток при нулевом Uзи, мы видим, что ток здесь самый большой.

Чем больше напряжение Uзи, тем меньше ток стока. Каждая из ветвей отличается на 0.5 вольта на затворе. Что мы подтвердили моделированием.

Здесь изображена стоко-затворная характеристика, т.е. зависимость тока стока от напряжения на затворе при одинаковом напряжении стока-исток (в данном примере 10В), здесь шаг сетки также 0.5В, мы опять видим что чем ближе напряжение Uзи к 0, тем больший ток стока.

В биполярных транзисторах был такой параметр как коэффициент передачи тока или коэффициент усиления, он обозначался как B или h31э или Hfe. В полевых же для отображения способности усиливать напряжение используется крутизна обозначается буквой S

То есть крутизна показывает, насколько миллиАмпер (или Ампер) растёт ток стока при увеличении напряжения затвор-исток на количество Вольт при неизменяемом напряжении сток-исток. Её можно вычислить исходя из стоко-затворной характеристики, на приведенном выше примере крутизна равняется порядка 8 мА/В.

Схемы включения

Как и у биполярных транзисторов есть три типовых схемы включения:

1. С общим истоком (а). Используется чаще всех, даёт усиление по току и мощности.

2. С общим затвором (б). Редко используется, низкое входное сопротивления, усиления нет.

3. С общим стоком (в). Усиление по напряжению близко к 1, большое входное сопротивление, а выходное низкое. Другое название — истоковый повторитель.

Особенности, преимущества, недостатки

Главное преимущество полевого транзистора высокое входное сопротивление . Входное сопротивление это отношения тока к напряжению затвор-исток. Принцип действия лежит в управлении с помощью электрического поля, а оно образуется при приложении напряжения. То есть полевые транзисторы управляются напряжением .

практически не потребляет тока управления, это снижает потери управления, искажения сигнала, перегрузку по току источника сигнала…

В среднем частотные характеристики полевых транзисторов лучше, чем у биполярных , это связано с тем, что нужно меньше времени на «рассасывание» носителей заряда в областях биполярного транзистора. Некоторые современные биполярные транзисторы могут и превосходить полевые, это связано с использованием более совершенных технологий, уменьшения ширины базы и прочего.

Низкий уровень шумов у полевых транзисторов обусловлен отсутствием процесса инжекции зарядов, как у биполярных.

Стабильность при изменении температуры.

Малое потребление мощности в проводящем состоянии — больший КПД ваших устройств.

Простейший пример использования высокого входного сопротивление — это приборы согласователи для подключения электроакустических гитар с пьезозвукоснимателями и электрогитар с электромагнитными звукоснимателями к линейным входам с низким входным сопротивлением.

Низкое входное сопротивление может вызвать просадки входного сигнала, исказив его форму в разной степени в зависимости от частоты сигнала. Это значит что нужно этого избежать, введя каскад с высоким входным сопротивлением. Вот простейшая схема такого устройства. Подойдет для подключения электрогитар в линейный вход аудио-карты компьютера. С ней звук станет ярче, а тембр богаче.

Главным недостатком является то, что такие транзисторы боятся статики. Вы можете взять наэлектризованными руками элемент, и он тут же выйдет из строя, это и есть следствие управления ключом с помощью поля. С ними рекомендуют работать в диэлектрических перчатках, подключенным через специальный браслет к заземлению, низковольтным паяльником с изолированным жалом, а выводы транзистора можно обвязать проволокой, чтобы закоротить их на время монтажа.

Современные приборы практически не боятся этого, поскольку по входу в них могут быть встроены защитные устройства типа стабилитронов, которые срабатывают при превышении напряжения.

Иногда у начинающих радиолюбителей опасения доходят до абсурда, типа надевания на голову шапочек из фольги. Всё описанное выше хоть и является обязательным к исполнению, но не соблюдение каких либо условий не гарантирует выход из строя прибора.

Полевые транзисторы с изолированным затвором

Этот вид транзисторов активно используется в качестве полупроводниковых управляемых ключей. Причем работают они чаще всего именно в ключевом режиме (два положения «вкл» и «выкл»). У них есть несколько названий:

1. МДП-транзистор (метал-диэлектрик-полупроводник).

2. МОП-транзистор (метал-окисел-полупроводник).

3. MOSFET-транзистор (metal-oxide-semiconductor).

Запомните — это лишь вариации одного названия. Диэлектрик, или как его еще называют окисел, играет роль изолятора для затвора. На схеме ниже изолятор изображен между n-областью около затвора и затвором в виде белой зоны с точками. Он выполнен из диоксида кремния.

Диэлектрик исключает электрический контакт между электродом затвора и подложкой. В отличие от управляющего p-n-перехода он работает не на принципе расширения перехода и перекрытия канала, а на принципе изменения концентрации носителей заряда в полупроводнике под действием внешнего электрического поля. МОП-транзисторы бывают двух типов:

1. Со встроенным каналом.

2. С индуцированным каналом

На схеме вы видите транзистор с встроенным каналом. Из неё уже можно догадаться, что принцип его работы напоминает полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, т.е. когда напряжение затвора равно нулю — ток протекает через ключ.

Около истока и стока созданы две области с повышенным содержанием примесных носителей заряда (n+) с повышенной проводимостью. Подложкой называется основание P-типа (в данном случае).

Обратите внимание, что кристалл (подложка) соединена с истоком, на многих условных графических обозначениях он так и рисуется. При повышении напряжения на затворе в канале возникает поперечное электрическое поле, оно отталкивает носители зарядов (электроны) и канал закрывается при достижении порогового Uзи.

При подаче отрицательного напряжения затвор-исток ток стока падает, транзистор начинает закрывать — это называется режим обеднения.

При подаче положительного напряжения на затвор-исток происходит обратный процесс — электроны притягиваются, ток возрастает. Это режим обогащения.

Всё вышесказанное справедливо для МОП-транзисторов со встроенным каналом N-типа. Если канал p-типа все слова «электроны» заменяются на «дырки», полярности напряжения изменяются на противоположные.

Согласно datasheet на этот транзистор пороговое напряжение затвор-исток у нас в районе одного вольта, а типовое его значение — 1.2 В, проверим это.

Ток стал в микроамперах. Если еще немного повысить напряжение, он исчезнет полностью.

Я выбрал транзистор наугад, и мне попался достаточно чувствительный прибор. Попробую изменить полярность напряжения, чтобы на затворе был положительный потенциал, проверим режим обогащения.

При напряжении на затворе 1В ток увеличился в четыре раза, по сравнению с тем, что был при 0В (первая картинка в этом разделе). Отсюда следует, что в отличие от предыдущего типа транзисторов и биполярных транзисторов он без дополнительной обвязки может работать как на повышение тока, так и на понижение. Это заявление весьма грубо, но в первом приближении имеет право на существование.

Здесь всё практически так же как и в транзисторе с управляющим переходом, за исключением наличия режима обогащения в выходной характеристике.

На стоко-затворной характеристике четко видно, что отрицательное напряжение вызывает режим обеднение и закрытие ключа, а положительное напряжение на затворе — обогащение и большее открытие ключа.

МОП-транзисторы с индуцированным каналом не проводят ток при отсутствии напряжения на затворе, вернее ток есть, но он крайне мал, т.к. это обратный ток между подложкой и высоколегированными участками стока и истока.

Полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом аналог нормально-разомкнутого ключа, ток не протекает.

При наличии напряжения затвор-исток, т.к. мы рассматриваем n-тип индуцируемого канала то напряжение положительное, под действием поля притягиваются отрицательные носители зарядов в область затвора.

Так появляется «коридор» для электронов от истока к стоку, таким образом, появляется канал, транзистор открывается, и ток через него начинает протекать. Подложка у нас p-типа, в ней основными являются положительные носители зарядов (дырки), отрицательных носителей крайне мало, но под действием поля они отрываются от своих атомов, и начинается их движение. Отсюда отсутствие проводимости при отсутствии напряжения.

Выходная характеристика в точности повторяет такую же у предыдущих разница заключается лишь в том, что напряжения Uзи становятся положительными.

Стоко-затворная характеристика показывает то же самое, отличия опять-таки в напряжениях на затворе.

При рассмотрении вольтамперных характеристик крайне важно внимательно смотреть на величины, прописанные по осям.

На ключ подали напряжение 12 В, а на затворе у нас 0. Ток через транзистор не протекает.

Это значит, что транзистор полностью открыт, если бы его не было, ток в этой цепи составил бы 12/10=1.2 А. В дальнейшем я изучал как работает этот транзистор, и выяснил, что на 4-х вольтах он начинает открываться.

Добавляя по 0.1В, я заметил, что с каждой десятой вольта ток растёт всё больше и больше, и уже к 4.6 Вольта транзистор практически полностью открыт, разница с напряжением на затворе в 20В в токе стока всего лишь 41 мА, при 1.1 А — это чепуха.

Этот эксперимент отражает то, что транзистор с индуцированным каналом открывается только при достижении порогового напряжения, что позволяет ему отлично работать в качестве ключа в импульсных схемах. Собственно, IRF740 — один из наиболее распространенных .

Результаты измерений тока затвора показали, что действительно полевые транзисторы почти не потребляют управляющего тока. При напряжении в 4.6 вольта ток был, всего лишь, 888 нА (нано!!!).

При напряжении в 20В он составлял 3.55 мкА (микро). У биполярного транзистора он был бы порядка 10 мА, в зависимости от коэффициента усиления, что в десятки тысяч раз больше чем у полевого.

Не все ключи открываются такими напряжениями, это связано с конструкцией и особенностями схемотехники устройств где они применяются.

Разряженная ёмкость в первый момент времени требует большого зарядного тока, да и редкие управляющие устройства (шим-контроллеры и микроконтроллеры) имеют сильные выходы, поэтому используют драйверы для полевых затворов, как в полевых транзисторах, так и в (биполярный с изолированным затвором). Это такой усилитель, который преобразует входной сигнал в выходной такой величины и силы тока, достаточный для включения и выключения транзистора. Ток заряда также ограничивается последовательно соединенным с затвором резистором.

При этом некоторые затворы могут управляться и с порта микроконтроллера через резистор (тот же IRF740). Эту тему мы затрагивали .

Они напоминают полевые транзисторы с управляющим затвором, но отличаются тем, что на УГО, как и в самом транзисторе, затвор отделен от подложки, а стрелка в центре указывает на тип канала, но направлена от подложки к каналу, если это n-канальный mosfet — в сторону затвора и наоборот.

Для ключей с индуцированным каналом:

Может выглядеть так:

Обратите внимание на англоязычные названия выводов, в datasheet’ах и на схемах часто указываются они.

Для ключей со встроенным каналом:

Транзистор (transistor, англ.) – триод, из полупроводниковых материалов, с тремя выходами, основное свойство которого – сравнительно низким входным сигналом управлять значительным током на выходе цепи. В радиодеталях, из которых собирают современные сложные электроприборы, используются полевые транзисторы. Их свойства позволяют решать задачи по выключению или включению тока в электрической цепи печатной платы, или его усилению.

Что такое полевой транзистор

Полевой транзистор — это устройство с тремя или четырьмя контактами, в котором ток на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. Поэтому их называют полевыми.

Контакты:

Полевой транзистор с п – р переходом – особый вид транзисторов, которые служат для управления током .

Он отличается от простого обычного тем, что ток в нем проходит, не пересекая зоны р — n перехода, зоны, образующейся на границы этих двух зон. Размер р — n зоны регулируется.

Полевые транзисторы, их виды

Полевые транзисторы с п – р переходом делят на классы:

По типу канала проводника: n или р. От канала зависит знак, полярность, сигнала управления. Она должна быть противоположна по знаку n -зоне.
По структуре прибора: диффузные, сплавные по р – n — переходом, с затвором , тонкопленочные.
По числу контактов: 3-х и 4-контактные. В случае 4-контактного прибора, подложка также исполняет роль затвора.
По используемым материалам: германий, кремний, арсенид галлия.

Классы делятся по принципу работы:

устройство под управлением р — n перехода;
устройство с изолированным затвором или с барьером Шоттки.

Полевой транзистор, принцип работы

По-простому, как работает полевой транзистор с управляющим р-п переходом, можно сказать так: радиодеталь состоит из двух зон: р — перехода и п — перехода. По зоне п течет электрический ток. Зона р – перекрывающая зона своего рода вентиль. Если на нее сильно надавить, она перекрывает зону для прохождения тока и его проходит меньше. Или, если давление снизить пройдет больше. Такое давление осуществляют увеличением напряжения на контакте затвора, находящегося в зоне р.

Прибор с управляющим р — п канальным переходом — это полупроводниковая пластина с электропроводностью одного из этих типов. К торцам пластины подсоединены контакты: сток и исток, в середине — контакт затвора. Действие устройства основано на изменяемости толщины пространства р-п перехода. Поскольку в запирающей области почти нет подвижных носителей заряда, ее проводимость равна нулю . В полупроводниковой пластине, в области не под воздействием запирающего слоя, создается проводящий ток канал. При подаче отрицательного напряжения по отношению к истоку, на затвор создается поток, по которому истекают носители заряда.

В случае изолированного затвора, на нем расположен тонкий слой диэлектрика. Этот вид устройства работает на принципе электрического поля . Чтобы разрушить его достаточно небольшого электричества. Поэтому для защиты от статического напряжения, которое может достигать тысяч вольт, создают специальные корпуса приборов — они позволяют минимизировать воздействие вирусного электричества.

Зачем нужен полевой транзистор

Рассматривая работу сложной электронной техники, как работу полевого транзистора (как одного из компонентов интегральной схемы) сложно представить, что основных направления его работы пять:

Усилители высоких частот.
Усилители низких частот.
Модуляция.
Усилители постоянного тока.
Ключевые устройства (выключатели).

На простом примере работу транзистора, как выключателя, можно представить как компоновку микрофона с лампочкой. Микрофон улавливает звук, от этого появляется электрический ток. Он поступает на запертый полевой транзистор. Своим присутствием ток включает устройство, включает электрическую цепь, к которой подключена лампочка. Лампочка загорается при улавливании звука микрофоном, но горит за счет источника питания, не связанного с микрофоном и более мощного.

Модуляция применяется для управления информационным сигналом. Сигнал управляет частотой колебания. Модуляция применяется для качественного звукового сигнала в радио, для передачи звукового ряда в телевизионных передачах, трансляции цвета и телевизионного сигнала высокого качества. Она применяется везде, где требуется работа с материалом высокого качества.

Как усилитель полевой транзистор упрощенно работает так: графически любой сигнал, в частности, звуковой ряд, можно представить в виде ломаной линии, где ее длина – это время, а высота изломов частота звука. Для усиления звука на радиодеталь подают мощное напряжение, которое приобретает необходимые частоты, но с более большими значениями, за счет подачи слабого сигнала на управляющий контакт. Другими словами, устройство пропорционально перерисовывает изначальную линию, но с более высокими пиковыми значениями.

Применение полевых транзисторов

Первым прибором, поступившим в продажу, где использовался полевой транзистор с управляющим p-n переходом, был слуховой аппарат . Его появление зафиксировано в пятидесятых годах прошлого века. В промышленных масштабах их применяли в телефонных станциях.

В современном мире, устройства применяют во всей электротехнике . Благодаря маленьким размерам и разнообразию характеристик полевого транзистора, встретить его можно в кухонной технике, аудио и телевизионной технике, компьютерах и электронных детских игрушках. Их применяются в системах сигнализации как охранных механизмов, так и пожарной сигнализации.

На заводах транзисторное оборудование применяется для регуляторов мощности станков . В транспорте от работы оборудования на поездах и локомотивов, до системы впрыска топлива частных автомобилей. В ЖКХ от систем диспетчеризации, до систем управления уличным освещением.

Одна из важнейших областей применения транзисторов – производство процессоров . По сути, весь процессор состоит из множества миниатюрных радиодеталей. Но при переходе на частоту работы выше 1,5 ГГц, они лавинообразно начинают потреблять энергию. Поэтому производители процессоров пошли по пути многоядерности, а не путем увеличения тактовых частот.

Плюсы и минусы полевых транзисторов

Полевые транзисторы своими характеристиками оставили далеко позади другие виды устройства. Широкое применение они нашли в интегральных схемах в роли выключателей.

каскад деталей расходует мало энергии;
усиление выше, чем у других видов;
высокая помехоустойчивость достигается отсутствием прохождения тока в затворе;
более высокая скорость включения и выключения – они могут работать на недоступных другим транзисторам частотах.

более низкая температура разрушения, чем у других видов;
на частоте 1,5 ггц, потребляемая энергия начинает резко возрастать;
чувствительность к статическому электричеству.

Характеристики полупроводниковых материалов, взятых за основу полевых транзисторов, позволили применять устройства в быту и производстве . На основе плевых транзисторов создали бытовую технику в привычном для современного человека виде. Обработка высококачественных сигналов, производство процессоров и других высокоточных компонентов невозможна без достижений современной науки.

В транзисторах этого типа затвор отделен от полупроводника слоем диэлектрика, в качестве которого в кремниевых приборах обычно используется двуокись кремния. Эти транзисторы обозначают аббревиатурой МОП (металл-окисел-полупроводник) и МДП (металл-диэлектрик-полупроводник). В англоязычной литературе их обычно обозначают аббревиатурой MOSFET или MISFET (Metal-Oxide (Insulator) -Semiconductor FET).

В свою очередь МДП-транзисторы делят на два типа.

В так называемых транзисторах со встроенным (собственным) каналом (транзистор обедненного типа) и до подачи на затвор имеется канал, соединяющий исток и сток.

В так называемых транзисторах с индуцированным каналом (транзистор обогащенного типа) указанный выше канал отсутствует.

МДП-транзисторы характеризуются очень большим входным сопротивлением. При работе с такими транзисторами надо предпринимать особые меры защиты от статического электричества. Например, при пайке все выводы необходимо закоротить.

МДП-транзистор со встроенным каналом.

Канал может иметь проводимость как p-типа, так и n-типа. Для определенности обратимся к транзистору с каналом p -типа. Дадим схематическое изображение структуры транзистора (рис. 1.97), условное графическое обозначение транзистора с каналом p-типа (рис. 1.98, а) и с каналом n-типа (рис. 1.98, б). Стрелка, как обычно, указывает направление от слоя p к слою n.

Рассматриваемый транзистор (см. рис. 1.97) может работать в двух режимах: обеднения и обогащения.

Режиму обеднения соответствует положительное uзи. При увеличении этого концентрация дырок в канале уменьшается (так как потенциал затвора больше потенциала истока), что приводит к уменьшению тока стока.

Приведем схему включения транзистора (рис. 1.99).

На стока влияет не только uзи, но и между подложкой и истоком uпи. Однако управление по затвору всегда предпочтительнее, так как при этом входные токи намного меньше. Кроме того, наличие на подложке уменьшает крутизну.

Подложка образует с истоком, стоком и каналом p-n-переход. При использовании транзистора необходимо следить за тем, чтобы на этом переходе не смещало его в прямом направлении. На практике подложку подключают к истоку (как показано на схеме) или к точке схемы, имеющей потенциал, больший потенциала истока (потенциал стока в приведенной выше схеме меньше потенциала истока).

Изобразим выходные характеристики МДП-транзистора (встроенный p-канал) типа КП201Л (рис. 1.100) и его стокозатворную характеристику (рис. 1.101).

МДП-транзистор с индуцированным (наведенным) каналом.

Канал может иметь проводимость как p-типа, так и n-типа. Для определенности обратимся к транзистору с каналом p-типа. Дадим схематическое изображение структуры транзистора (рис. 1.102), условное графическое обозначение транзистора с индуцированным каналом p -типа (рис. 1.103, а) и каналом n-типа (рис. 1.103, б).

При нулевом напряжении uзи канал отсутствует (рис. 1.102) и стока равен нулю. Транзистор может работать только в режиме обогащения, которому соответствует отрицательное uзи. При этом uиз > 0.Если выполняется неравенство uиз>u из порог, где u из порог — так называемое пороговое напряжение, то между истоком и стоком возникает канал p-типа, по которому может протекать ток.

Канал p-типа возникает из-за того, что концентрация дырок под затвором увеличивается, а концентрация электронов уменьшается, в результате чего концентрация дырок оказывается больше концентрации электронов.

Описанное явление изменения типа проводимости называют инверсией типа проводимости, а слой полупроводника, в котором оно имеет место (и который является каналом), — инверсным (инверсионным). Непосредственно под инверсным слоем образуется слой, обедненный подвижными носителями заряда. Инверсный слой значительно тоньше обедненного (толщина инверсного слоя 1 · 10 – 9 …5 · 10 – 9 м, а толщина обедненного слоя больше в 10 и более раз).

Изобразим схему включения транзистора (рис. 1.104), выходные характеристики (рис. 1.105) и стокозатворную характеристику (рис. 1.106) для МДП-транзистора с индуцированным p-каналом КП301Б.

Полезно отметить, что в пакете программ Micro-Cap II для моделирования полевых транзисторов всех типов используется одна и та же математическая модель (но, естественно, с различными параметрами).

Добрый день, друзья!

Недавно мы с вами начали плотнее знакомились с тем, как устроено компьютерное «железо». И познакомились одним из его «кирпичиков» — полупроводниковым диодом. – это сложная система, состоящая из отдельных частей. Разбирая, как работают эти отдельные части (большие и малые), мы приобретаем знание.

Обретая знание, мы получаем шанс помочь своему железному другу-компьютеру, если он вдруг забарахлит . Мы же ведь в ответе за тех, кого приручили, не правда ли?

Сегодня мы продолжим это интересное дело, и попробуем разобраться, как работает самый, пожалуй, главный «кирпичик» электроники – транзистор. Из всех видов транзисторов (их немало) мы ограничимся сейчас рассмотрением работы полевых транзисторов.

Почему транзистор – полевой?

Слово «транзистор» образовано от двух английских слов translate и resistor, то есть, иными словами, это преобразователь сопротивления.

Среди всего многообразия транзисторов есть и полевые, т.е. такие, которые управляются электрическим полем.

Электрическое поле создается напряжением. Таким образом, полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, управляемый напряжением.

В англоязычной литературе используется термин MOSFET (MOS Field Effect Transistor). Есть другие типы полупроводниковых транзисторов, в частности, биполярные, которые управляются током. При этом на управление затрачивается и некоторая мощность, так как к входным электродам необходимо прикладывать некоторое напряжение.

Канал полевого транзистора может быть открыт только напряжением , без протекания тока через входные электроды (за исключением очень небольшого тока утечки). Т.е. мощность на управление не затрачивается. На практике, однако, полевые транзисторы используются большей частью не в статическом режиме, а переключаются с некоторой частотой.

Конструкция полевого транзистора обуславливает наличие в нем внутренней переходной емкости, через которую при переключении протекает некоторый ток, зависящий от частоты (чем больше частота, тем больше ток). Так что, строго говоря, некоторая мощность на управление все-таки затрачивается.

Где используются полевые транзисторы?

Настоящий уровень технологии позволяет сделать сопротивление открытого канала мощного полевого транзистора (ПТ) достаточно малым – в несколько сотых или тысячных долей Ома!

И это является большим преимуществом, так как при протекании тока даже в десяток ампер рассеиваемая на ПТ мощность не превысит десятых или сотых долей Ватта.

Таким образом, можно отказаться от громоздких радиаторов или сильно уменьшить их размеры.

ПТ широко используются в компьютерных и низковольтных импульсных стабилизаторах на м компьютера.

Из всего многообразия типов ПТ для этих целей используются ПТ с индуцированным каналом.

Как работает полевой транзистор?

ПТ с индуцированным каналом содержит три электрода — исток (source), сток (drain), и затвор (gate).

Принцип работы ПТ наполовину понятен из графического обозначения и названия электродов.

Канал ПТ – это «водяная труба», в которую втекает «вода» (поток заряженных частиц, образующих электрический ток) через «источник» (исток).

«Вода» вытекает из другого конца «трубы» через «слив» (сток). Затвор – это «кран», который открывает или перекрывает поток. Чтобы «вода» пошла по «трубе», надо создать в ней «давление», т.е. приложить напряжение между стоком и истоком.

Если напряжение не приложено («давления в системе нет»), тока в канале не будет.

Если приложено напряжение, то «открыть кран» можно подачей напряжения на затвор относительно истока.

Чем большее подано напряжение, тем сильнее открыт «кран», больше ток в канале «сток-исток» и меньше сопротивление канала.

В источниках питания ПТ используется в ключевом режиме, т.е. канал или полностью открыт, или полностью закрыт.

Честно сказать, принципы действия ПТ гораздо более сложны, он может работать не только в ключевом режиме . Его работа описывается многими заумными формулами, но мы не будем здесь все это описывать, а ограничимся этими простыми аналогиями.

Скажем только, что ПТ могут быть с n-каналом (при этом ток в канале создается отрицательно заряженными частицами) и p-каналом (ток создается положительно заряженными частицами). На графическом изображении у ПТ с n-каналом стрелка направлена внутрь, у ПТ с p-каналом – наружу.

Собственно, «труба» — это кусочек полупроводника (чаще всего – кремния) с примесями химических элементов различного типа, что обуславливает наличие положительных или отрицательных зарядов в канале.

Теперь переходим к практике и поговорим о том,

Как проверить полевой транзистор?

В норме сопротивление между любыми выводами ПТ бесконечно велико.

И, если тестер показывает какое-то небольшое сопротивление, то ПТ, скорее всего, пробит и подлежит замене.

Во многих ПТ имеется встроенный диод между стоком и истоком для защиты канала от обратного напряжения (напряжения обратной полярности).

Таким образом, если поставить «+» тестера (красный щуп, соединенный с «красным» входом тестера) на исток, а «-» (черный щуп, соединенный с черным входом тестера) на сток, то канал будет «звониться», как обычный диод в прямом направлении.

Это справедливо для ПТ с n-каналом. Для ПТ с p-каналом полярность щупов будет обратной .

Как проверить диод с помощью цифрового тестера, описано в соответствующей . Т.е. на участке «сток — исток» будет падать напряжение 500-600 мВ.

Если поменять полярность щупов, к диоду будет приложено обратное напряжение, он будет закрыт и тестер это зафиксирует.

Однако исправность защитного диода еще не говорит об исправности транзистора в целом. Более того, если «прозванивать» ПТ, не выпаивая из схемы, то из-за параллельно подключенных цепей не всегда можно сделать однозначный вывод даже об исправности защитного диода.

В таких случаях можно выпаять транзистор, и, используя небольшую схему для тестирования, однозначно ответить на вопрос – исправен ли ПТ или нет.

В исходном состоянии кнопка S1 разомкнута, напряжение на затворе относительно стока равно нулю. ПТ закрыт, и светодиод HL1 не светится.

При замыкании кнопки на резисторе R3 появляется падение напряжения (около 4 В), приложенное между истоком и затвором. ПТ открывается, и светодиод HL1 светится.

Эту схему можно собрать в виде модуля с разъемом для ПТ. Транзисторы в корпусе D2 pack (который предназначен для монтажа на печатную плату) в разъем не вставишь, но можно к его электродам проводники, и уже их вставить в разъем. Для проверки ПТ с p-каналом полярность питания и светодиода нужно изменить на обратную.

Иногда полупроводниковые приборы выходят из строя бурно, с пиротехническими, дымовыми и световыми эффектами.

В этом случае на корпусе образуются дыры, он трескается или разлетается на куски. И можно сделать однозначный вывод об их неисправности, не прибегая к приборам.

В заключение скажем, что буквы MOS в аббревиатуре MOSFET расшифровываются как Metal — Oxide — Semiconductor (металл – оксид – полупроводник). Такова структура ПТ – металлический затвор («кран») отделен от канала из полупроводника слоем диэлектрика (оксида кремния).

Надеюсь, с «трубами», «кранами» и прочей «сантехникой» вы сегодня разобрались.

Однако, теория, как известно, без практики мертва! Надо обязательно поэкспериментировать с полевиками, поковыряться, повозиться с их проверкой, пощупать, так сказать.

Кстати, купить полевые транзисторы можно .

Схемы Подключения Полевых Транзисторов — tokzamer.ru

Схемы включения биполярного транзистора Схемотехники используют следующие схемы подключения: с общей базой, общими электродами эмиттера и включение с общим коллектором Рис. Если пластина имеет показатель n, то будет р.

Предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний. С изолированным затвором делятся на: с встроенным и индуцированным каналом.

Схемы включения полевых транзисторов Подобно тому, как в различных электронных устройствах биполярные транзисторы работают с включением по схеме с общим эмиттером, с общим коллектором или с общей базой, полевые транзисторы во многих случаях можно использовать аналогичным образом включая их: с общим истоком, с общим стоком или с общим затвором. Транзистор с индуцированным каналом может работать только в режиме обогащения.
Как проверить полевой транзистор с помощью тестера.

Стоко-затворная характеристика показывает то же самое, отличия опять-таки в напряжениях на затворе.

Современные приборы практически не боятся этого, поскольку по входу в них могут быть встроены защитные устройства типа стабилитронов, которые срабатывают при превышении напряжения. Мы получили наглядную модель биполярного транзистора структуры p-n-p.

Время нагрева зависит от температуры утюга и лежит в пределах 30 — 90 секунд. На рис.

С индуцированным каналом Транзисторы со встроенным каналом На схеме вы видите транзистор с встроенным каналом. Типы полевых транзисторов Когда ориентируются по данным деталям электрических схем, то принимают во внимание такие показатели: внутреннее и внешнее сопротивление, напряжение отсечки и крутизна стокозатворной характеристики.

Исток источник носителей заряда, аналог эмиттера на биполярном.

Драйверы для полевых транзисторов, самые простые и распространённые

Что такое транзистор?

Одно из их главных предназначений — работа в ключевом режиме, то есть транзистор либо закрыт, либо полностью открыт, когда сопротивление перехода Сток — Исток практически равно нулю. Вот результаты моделирования такой ситуации.

Встроенный диод, оказывается включенным в обратном направлении и ток через него не протекает.

Это возможно благодаря тому, что не используется инжекция неосновных носителей заряда. Как работает полевой транзистор?

Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем имеет ограниченное применение.

Поделитесь с друзьями:. Транзистор полевой Первоначально определимся с терминологией.

МДП — транзисторы в качестве диэлектрика используют оксид кремния SiO2.

В силу конструктивных особенностей МОП-транзисторы чрезвычайно чувствительны к внешним электрическим полям.
5 СХЕМ на ОДНОМ ПОЛЕВОМ (МОП, МДП, MOSFET) ТРАНЗИСТОРЕ 2N65F

Читайте дополнительно: Как правильно сделать смету на электромонтажные работы

Виды транзисторов

Каждая из ветвей отличается на 0.

Изображение схем подключения полевых триодов Практически каждая схема способна работать при очень низких входных напряжениях. Схема включения MOSFET Традиционная, классическая схема включения «мосфет», работающего в режиме ключа открыт-закрыт , приведена на рис 3.

Испытания показали, что транзисторный ключ прекрасно работает, подавая напряжение на нагрузку. Транзисторы управляются напряжением, и в статике не потребляют ток управления.

Если к такому транзистору приложить напряжение, к стоку плюс, а к истоку минус, через него потечет ток большой величины, он будет ограничен только сопротивлением канала, внешними сопротивлениями и внутренним сопротивлением источника питания. Это значит что нужно этого избежать, введя каскад с высоким входным сопротивлением. Среди них можно выделить: биполярные транзисторы с внедрёнными и их схему резисторами; комбинации из двух триодов одинаковых или разных структур в одном корпусе; лямбда-диоды — сочетание двух полевых триодов, образующих участок с отрицательным сопротивлением; конструкции, в которых полевой триод с изолированным затвором управляет биполярным триодом применяются для управления электромоторами. Чтобы на резисторе Rи не выделялась переменная составляющая напряжения, его шунтируют конденсатором Си.

Каскад с общим истоком дает очень большое усиление тока и мощности. Разница потенциалов достигает величины от 0,3 до 0,6 В. Только вот стрелки на условном изображении полевых транзисторов имеют направление, прямо противоположное своим биполярным аналогам.

Это значит что нужно этого избежать, введя каскад с высоким входным сопротивлением. Стабильность при изменении температуры. При некотором напряжении Uси происходит сужение канала, при котором границы обоих р-n- переходов сужаются и сопротивление канала становится высоким. Это возможно благодаря тому, что не используется инжекция неосновных носителей заряда.

Принцип работы триода При обесточивании базы транзистор очень быстро приходит в первоначальное состояние и коллекторный переход закрывается. Поэтому использование такого подхода на практике сильного ограничено в усилительной технике.

Также сюда подключается и усилитель колебаний. Функцию затвора исполняет металлический вывод, который отделяется от кристалла слоем диэлектрика и, таким образом, электрически с ним не контактирует.
Защита от переполюсовки на основе полевого транзистора

Транзистор полевой

При добавлении бора акцептор легированный кремний станет полупроводником с дырочной проводимостью p-Si , то есть в его структуре будут преобладать положительно заряженные ионы. Это главное отличие с точки зрения практики от биполярных транзисторов, которые управляются током.

На рисунке приведен полевой транзистор с каналом p-типа и затвором выполненным из областей n-типа. Опишем подробнее каждую модификацию.

Если изменить величину управляющего тока, то изменится интенсивность образования дырок на базе, что повлечёт за собой пропорциональное изменение амплитуды выходного напряжения, с сохранением частоты сигнала. Среди них можно выделить: биполярные транзисторы с внедрёнными и их схему резисторами; комбинации из двух триодов одинаковых или разных структур в одном корпусе; лямбда-диоды — сочетание двух полевых триодов, образующих участок с отрицательным сопротивлением; конструкции, в которых полевой триод с изолированным затвором управляет биполярным триодом применяются для управления электромоторами. С его ростом расширяются р-n- переходы, уменьшается площадь сечения токопроводящего канала, увеличивается его сопротивление, а, следовательно, уменьшается ток в канале.

Только вот стрелки на условном изображении полевых транзисторов имеют направление, прямо противоположное своим биполярным аналогам. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом Приведено на рис.

См. также: Подключить электричество к участку

Другие популярные статьи

Транзисторы бывают в разных корпусах, с разным количеством выводов, часто в одном корпусе объединяют два транзистора. Транзистор имеет три вывода: исток, сток, затвор. Vgs — управляющее напряжение, Vg-Vs.

Этот принцип используют для усиления сигналов. На конкретной схеме это p-канальный прибор затвор — это n-слой, имеет меньше удельное сопротивление, чем область канала p-слой , а область p-n-перехода в большей степени расположена в p-области по этой причине.

Условные обозначения полевых транзисторов

В электронике полевым транзистором называется электронный компонент, в котором ток проходящий через канал регулируется электрическим полем, образующимся в результате подачи напряжения между его истоком и затвором. Основным отличием полевого транзистора от транзистора биполярного является то, что выходное и входное сопротивление у него существенно выше.

Плевые транзисторы нередко именуют униполярными, поскольку основным принципом их действия является перемещение при помощи поля носителей зарядов одного и того же типа. Конструктивно эти приборы представляют собой изготовленные из полупроводниковых материалов пластинки одного типа проводимости, на противоположных сторонах которых способом диффузии создается область другого типа проводимости. На их границах образуется обладающий большим сопротивлением p—n-переход.

В полевых транзисторах существуют области полупроводника которые называют каналами. Их поперечное сечение, а вместе с ним и ток носителей заряда изменяются под воздействием электрического поля.

Структура полевого транзистора
с управляющим p—n-переходом и каналом n-типа

В случае, если между p-областью и n-областью приложить некоторое напряжение U_зи., как показано на рисунке выше, то p—n-переход окажется включенным в обратном направлении, следовательно его толщина увеличится, а толщины канала уменьшается. При этом принято p-область называть затвором полевого транзистора, или же его управляющим электродом. Если к этому каналу подключить еще один источник напряжения U_cи., то через него начнёт протекать ток в направлении от нижнего к верхнему участку n-области. Часть этой области, от которой основные носители зарядов начинают свое движение, называется истоком, а та часть, по направлению к которой они перемещаются – стоком.

Что касается величины тока, который протекает через канал, то определяющим для нее является сопротивление. Оно, в свою очередь, напрямую зависит от толщины канала. Таким образом, если изменяется величина приложенного к каналу напряжения, то вслед за этим происходит изменение величины тока.

В тех случаях, когда для производства этого электронного компонента в качестве основы берут полупроводник p-типа, то получается полевой транзистор, имеющий канал р-типа и управляющий p—n-переход. Канал в нем образуется n-областью.

Структура и схема подключения МДП-транзистора
с индуцированным каналом

Полевые транзисторы с изолированным затвором

Помимо тех полевых транзисторов, которые имеют в своей конструкции управляющий затвор, имеются и такие, у которых он изолирован. В электронике для обозначения таких транзисторов используют аббревиатуры МОП (металл-оксид-полупроводник) или МДП (металл-диэлектрик-полупроводник). Соответственно, такие приборы называют МОП-транзисторами или МДП-транзисторами.

Для МДП—транзистора характерно то, что в нем между истоком и стоком располагается n-область, представляющая собой подложку. Поэтому образуется два p—n-перехода, которые включены навстречу друг другу. При этом вне зависимости от того, какую именно полярность имеет питающее напряжение, один из этих переходов всегда закрыт, так что в в направлении «исток-сток» ток равен нулю.

Если на затвор подается отрицательное напряжение, то ток в цепи начинает течь. Дело в том, что на расположенные в подложке электроны действует электрическое поле, и они начинают передвигаться вглубь нее.

Существует некоторое пороговое значение напряжения, при котором количество дырок, расположенных у самой поверхности подложки, становится существенно больше, чем электронов. В результате этого происходит так называемая инверсия типа электроповодности: она обретает p-тип. В результате этого между стоком и истоком получается канал, связывающий их. Его толщина зависит от того, какое именно значение имеет приложенное напряжение. Если изменять его, то можно регулировать и толщину канала, поскольку сопротивление участка, располагающегося между истоком и стоком, также будет изменяться.

Обозначения полевых транзисторов на схеме

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Полевой транзистор – это полупроводниковый преобразовательный прибор, в котором ток, текущий через канал, управляется электрическим полем, возникающим при приложении напряжения между затвором и истоком. Предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний.

Полевые транзисторы применяются в усилительных каскадах с большим входным сопротивлением, ключевых и логических устройствах, при изготовлении микросхем.

Принцип действия полевых транзисторов снован на использовании носителей заряда только одного знака (электронов или дырок). Управление током, осуществляется изменением проводимости канала, через который протекает ток транзистора под воздействием электрического поля. Поэтому эти транзисторы называют полевыми.

По способу создания канала различают полевые транзисторы с затвором в виде управляющего р-n- перехода и с изолированным затвором (МДП — или МОП — транзисторы): встроенным каналом и индуцированным каналом.

В зависимости от проводимости канала полевые транзисторы делятся на полевые транзисторы с каналом р- типа и полевые транзисторы с каналом n- типа. Канал р- типа обладает дырочной проводимостью, а n- типа – электронной.

Полевой транзистор с управляющим р-n- переходом – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала р-n-переходом, смещенным в обратном направлении.

Устройство полевого транзистора с управляющим р-n-переходом (каналом n- типа)

Условное обозначение полевого транзистора с р-n-переходом и каналом n- типа (а), каналом р- типа (б)

Каналом полевого транзистора называют область в полупроводнике, в которой ток основных носителей заряда регулируется изменением ее поперечного сечения. Электрод, через который в канал входят носители заряда, называют истоком. Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда — сток. Электрод, для регулирования поперечного сечения канала за счет управляющего напряжения — затвор.

Управляющее (входное) напряжение подается между затвором и истоком. Напряжение Uзи является обратным для обоих р-n- переходов. Ширина р-n- переходов, а, следовательно, эффективная площадь поперечного сечения канала, его сопротивление и ток в канале зависят от этого напряжения. С его ростом расширяются р-n- переходы, уменьшается площадь сечения токопроводящего канала, увеличивается его сопротивление, а, следовательно, уменьшается ток в канале. Следовательно, если между истоком и стоком включить источник напряжения Uси, то силой тока стока Iс, протекающего через канал, можно управлять путем изменения сопротивления (сечения) канала с помощью напряжения, подаваемого на затвор. На этом принципе и основана работа полевого транзистора с управляющим р-n- переходом.

При напряжении Uзи = 0 сечение канала наибольшее, его сопротивление наименьшее и ток Iс получается наибольшим. Ток стока Iс нач при Uзи = 0 называют начальным током стока. Напряжение Uзи, при котором канал полностью перекрывается, а ток стока Iс становится весьма малым (десятые доли микроампер), называют напряжением отсечки Uзи отс.

Статические характеристики полевого транзистора с управляющим р-n- переходом

Стоковые (выходные) характеристики полевого транзистора с р-n- переходом и каналом n- типа, отражают зависимость тока стока от напряжения Uси при фиксированном напряжении Uзи: Ic = f(Uси) при Uзи = const.

Вольт-амперные характеристики полевого транзистора с р-п- переходом и каналом п- типа: а – стоковые; б – стокозатворная

Особенностью полевого транзистора является то, что на проводимость канала оказывает влияние и управляющее напряжение Uзи, и напряжение Uси. При Uси = 0 выходной ток Iс = 0. При Uси > 0 (Uзи = 0) через канал протекает ток Ic, в результате создается падение напряжения, возрастающее в направлении стока. Суммарное падение напряжения участка исток-сток равно Uси. Повышение напряжения Uси вызывает увеличение падения напряжения в канале и уменьшение его сечения, а следовательно, уменьшение проводимости канала. При некотором напряжении Uси происходит сужение канала, при котором границы обоих р-n- переходов сужаются и сопротивление канала становится высоким. Такое напряжение Uси называют напряжением насыщения Uси нас. При подаче на затвор обратного напряжения Uзи происходит дополнительное сужение канала, и его перекрытие наступает при меньшем значении напряжения Uси нас. В рабочем режиме используются пологие участки выходных характеристик.

Полевые транзисторы с изолированным затвором

У полевого транзистора с изолированным затвором (МДП — транзистор), затвор отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. МДП — транзисторы в качестве диэлектрика используют оксид кремния SiO2. Другое название таких транзисторов – МОП — транзисторы ( металл-окисел-полупроводник).

Принцип действия МДП — транзисторов основан на изменении проводимости поверхностного слоя полупроводника под воздействием поперечного электрического поля. Поверхностный слой, является токопроводящим каналом этих транзисторов. МДП — транзисторы выполняют двух типов – со встроенным каналом и с индуцированным каналом.

Конструкция МДП — транзистора со встроенным каналом n-типа. В исходной пластинке кремния р- типа с относительно высоким удельным сопротивлением, с помощью диффузионной технологии созданы две легированные области с противоположным типом электропроводности – n. На эти области нанесены металлические электроды – исток и сток. Между истоком и стоком имеется поверхностный канал с электропроводностью n- типа. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем диэлектрика. На этот слой нанесен металлический электрод – затвор. Наличие слоя диэлектрика позволяет подавать на затвор управляющее напряжение обеих полярностей.

При подаче на затвор положительного напряжения,создающимся электрическим полем дырки из канала будут выталкиваться в подложку, а электроны — из подложки в канал. Канал обогащается – электронами, и его проводимость увеличивается при возрастании ток стока . Это называется режим обогащения.

При подаче на затвор отрицательного напряжения, относительно истока, в канале создается электрическое поле, под влиянием которого электроны выталкиваются из канала в подложку, а дырки втягиваются из подложки в канал. Канал обедняется основными носителями заряда, проводимость уменьшается, а ток стока уменьшается. Такой режим транзистора называют режимом обеднения.

В таких транзисторах при Uзи = 0, если приложить напряжение между стоком и истоком (Uси > 0), протекает ток стока Iс нач, называемый начальным и, представляющий собой поток электронов.

Канал проводимости тока не создается, а образуется благодаря притоку электронов из полупроводниковой пластины, при приложения к затвору напряжения положительной полярности относительно истока. При отсутствии этого напряжения канала нету, и между истоком и стоком n-типа расположен только кристалл р- типа, а на одном из р-n- переходов получается обратное напряжение. В этом состоянии сопротивление между истоком и стоком велико, и транзистор заперт. Но при подаче на затвор положительное напряжение, под влиянием поля затвора электроны будут перемещаться из областей истока и стока и из р- области к затвору. Когда напряжение затвора превысит пороговое значение Uзи пор, в поверхностном слое концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и произойдет инверсия типа электропроводности, индуцируется токопроводящий канал n-типа, соединяющий области истока и стока. Транзистор начинает проводить ток. Чем больше положительное напряжение затвора, тем больше проводимость канала и ток стока. Транзистор с индуцированным каналом может работать только в режиме обогащения.

Условное обозначение МДП — транзисторов:

а − со встроенным каналом n- типа;

б − со встроенным каналом р- типа;

в − с выводом от подложки;

г − с индуцированным каналом n- типа;

д − с индуцированным каналом р- типа;

е − с выводом от подложки.

Статические характеристики полевых МДП — транзисторов.

При Uзи = 0 через прибор протекает ток, определяемый исходной проводимостью канала. В случае приложения к затвору напряжения Uзи < 0 поле затвора оказывает отталкивающее действие на электроны – носители заряда в канале, что приводит к уменьшению их концентрации в канале и проводимости канала. Вследствие этого стоковые характеристики при Uзи < 0 располагаются ниже кривой, соответствующей Uзи = 0.

При подаче на затвор напряжения Uзи > 0 поле затвора притягивает электроны в канал из полупроводниковой пластины р- типа. Концентрация носителей заряда в канале увеличивается, проводимость канала возрастает, ток стока Iс увеличивается. Стоковые характеристики при Uзи > 0 располагаются выше исходной кривой при Uзи = 0.

Отличие стоковых характеристик заключается в том, что управление током транзистора осуществляется напряжением одной полярности, совпадающей с полярностью напряжения Uси. Ток Ic = 0 при Uси = 0, в то время как в транзисторе со встроенным каналом для этого необходимо изменить полярность напряжения на затворе относительно истока.

Параметры МДП — транзисторов аналогичны параметрам полевых транзисторов с р-n- переходом. По входному сопротивлению МДП — транзисторы имеют лучшие показатели, чем транзисторы с р-n- переходом.

схемы включения

Полевой транзистор можно включать с общим истоком-а (ОИ), общим стоком-в (ОС) и общим затвором-б (ОЗ).

Чаще всего применяется схема с ОИ. Каскад с общим истоком дает очень большое усиление тока и мощности. Схема с ОЗ аналогична схеме с ОБ. Она не дает усиления тока, и поэтому усиление мощности в ней меньше, чем в схеме ОИ. Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем имеет ограниченное применение.

усилительный каскад на полевых транзисторах

Схема усилителя, выполненного по схеме с ОИ.

Транзистор в режиме покоя обеспечивается постоянным током стока Iсп и соответствующим ему напряжением сток-исток Uсип. Этот режим обеспечивается напряжением смещения на затворе полевого транзистора Uзип. Это напряжение возникает на резисторе Rи при прохождении тока Iсп (URи = Iсп Rи) и прикладывается к затвору благодаря гальванической связи через резистор R3. Резистор Rи, кроме обеспечения напряжения смещения затвора, используется также для температурной стабилизации режима работы усилителя по постоянному току, стабилизируя Iсп. Чтобы на резисторе Rи не выделялась переменная составляющая напряжения, его шунтируют конденсатором Си. Этим и обеспечивают постоянство коэффициента усиления каскада.

Полевые транзисторы с переходом

| Теория твердотельных устройств

Полевой транзистор был предложен Юлиусом Лилиенфельдом в патентах США в 1926 и 1933 годах (1 900 018). Более того, Шокли, Браттейн и Бардин исследовали полевой транзистор в 1947 году. Однако крайние трудности отвлекли их на изобретение биполярного транзистора. Теория полевого транзистора Шокли была опубликована в 1952 году. Однако технология обработки материалов не была достаточно зрелой до 1960 года, когда Джон Аталла создал работающее устройство.

Полевой транзистор (FET) — это униполярное устройство , проводящее ток, используя только один вид носителя заряда. Если он основан на пластине полупроводника N-типа, носителями являются электроны. И наоборот, устройство на основе P-типа использует только отверстия.

Работа полевого транзистора

На схемном уровне работа полевого транзистора проста. Напряжение, приложенное к входному элементу затвора , регулирует сопротивление канала , униполярной области между областями затвора.(Рисунок ниже) В N-канальном устройстве это слегка легированная пластина кремния N-типа с выводами на концах. Клеммы истока и стока аналогичны эмиттеру и коллектору, соответственно, BJT. В N-канальном устройстве тяжелая область P-типа по обе стороны от центра плиты служит управляющим электродом, затвором. Ворота аналогичны основанию BJT.

«Чистота рядом с благочестием» относится к производству полевых транзисторов.Хотя возможно изготовление биполярных транзисторов за пределами чистой комнаты , для полевых транзисторов это необходимо. Даже в таких условиях производство затруднено из-за проблем с контролем загрязнения. Униполярный полевой транзистор концептуально прост, но труден в изготовлении. Большинство современных транзисторов представляют собой разновидность металлооксидных полупроводников (см. Следующий раздел) полевых транзисторов, содержащихся в интегральных схемах. Однако доступны дискретные полевые транзисторы.

Поперечный разрез полевого транзистора.

Правильно смещенный полевой транзистор с N-канальным переходом (JFET) показан на рисунке выше. Затвор представляет собой диодный переход между истоком и стоком полупроводниковой пластины. Затвор имеет обратное смещение. Если бы между истоком и стоком было приложено напряжение (или омметр), полоса N-типа могла бы проводить в любом направлении из-за легирования. Для проведения проводимости не требуется ни затвор, ни смещение затвора. Если затворный переход сформирован, как показано, проводимостью можно управлять с помощью степени обратного смещения.

На рисунке ниже (а) показана область истощения в затворном переходе. Это происходит из-за диффузии дырок из области затвора P-типа в канал N-типа, обеспечивая разделение зарядов вокруг перехода с непроводящей обедненной областью на переходе. Область обеднения простирается глубже в сторону канала из-за сильного легирования затвора и легкого легирования канала.

N-канальный полевой транзистор JFET: (а) обеднение на затворном диоде. (b) Затворный диод с обратным смещением увеличивает область обеднения.(c) Увеличение обратного смещения увеличивает область истощения. (d) Увеличение обратного смещения отсекает канал S-D.

Толщина обедненной области может быть увеличена на рис. Выше (b) путем применения умеренного обратного смещения. Это увеличивает сопротивление истока к дренажному каналу за счет сужения канала. Увеличение обратного смещения в (c) увеличивает область обеднения, уменьшает ширину канала и увеличивает сопротивление канала. Увеличение обратного смещения VGS на (d) приведет к отсечке тока канала.Сопротивление канала будет очень высоким. Эта VGS, при которой происходит отсечка, является VP, напряжением отсечки. Обычно это несколько вольт. В итоге, сопротивление канала можно контролировать с помощью степени обратного смещения затвора.

Исток и сток взаимозаменяемы, и ток от истока к стоку может течь в любом направлении при низком уровне напряжения стока батареи (<0,6 В). То есть разрядная батарея может быть заменена источником переменного тока низкого напряжения. Для напряжения источника питания с высоким стоком, до 10 вольт для небольших сигнальных устройств, полярность должна быть такой, как показано на рисунке ниже (а).Этот источник питания стока, не показанный на предыдущих рисунках, искажает область истощения, увеличивая ее на стороне стока затвора. Это более правильное представление для обычных напряжений питания стока постоянного тока от нескольких до десятков вольт. Когда напряжение на стоке VDS увеличивается, область истощения затвора расширяется по направлению к стоку. Это увеличивает длину узкого канала, немного увеличивая его сопротивление. Мы говорим «немного», потому что большие изменения сопротивления происходят из-за изменения смещения затвора. На рисунке ниже (b) показано схематическое изображение N-канального полевого транзистора по сравнению с кремниевым поперечным сечением в точке (a).Стрелка затвора указывает в том же направлении, что и переходной диод.

«Указывающая» стрелка и «не указывающая» полоса соответствуют полупроводникам P- и N-типа соответственно.

Ток N-канального JFET-транзистора от стока к истоку в поперечном сечении (a), схематический символ (b).

На рисунке выше показан большой ток, протекающий от (+) клеммы аккумуляторной батареи к стоку полевого транзистора, от источника и возвращающемуся к (-) клемме аккумуляторной батареи. Этим потоком тока можно управлять, изменяя напряжение затвора.Нагрузка, включенная последовательно с батареей, видит усиленную версию изменяющегося напряжения затвора.

Также доступны полевые транзисторы

с P-каналом. Канал изготовлен из материала P-типа. Затвор представляет собой сильно легированную область N-типа. Все источники напряжения перевернуты в P-канальной цепи (рисунок ниже) по сравнению с более популярным N-канальным устройством. Также обратите внимание, что стрелка указывает на затвор схематического символа (b) полевого транзистора P-канала.

P-канальный JFET: (a) затвор N-типа, канал P-типа, источники обратного напряжения по сравнению с N-канальным устройством.(b) Обратите внимание на перевернутую стрелку затвора и источники напряжения на схеме.

По мере увеличения положительного напряжения смещения затвора сопротивление P-канала увеличивается, уменьшая ток, протекающий в цепи стока.

Дискретные устройства изготавливаются с поперечным сечением, показанным на рисунке ниже. Поперечное сечение, ориентированное так, чтобы соответствовать условному обозначению, перевернуто по отношению к полупроводниковой пластине. То есть соединения затвора находятся наверху пластины.Затвор сильно легирован, P +, для хорошей диффузии дырок в канал для большой обедненной области. Соединения истока и стока в этом N-канальном устройстве сильно легированы N + для снижения сопротивления соединения. Однако канал, окружающий затвор, слегка легирован, чтобы отверстия от затвора могли проникать глубоко в канал. Это N-регион.

Соединительный полевой транзистор: (a) поперечное сечение дискретного устройства, (b) схематическое обозначение, (c) поперечное сечение интегрального устройства.

Все три вывода на полевых транзисторах доступны на верхней части кристалла для версии с интегральной схемой, так что слой металлизации (не показан) может соединять между собой несколько компонентов. (Рисунок выше (c)) Полевые транзисторы на интегральных схемах используются в аналоговых схемах для высокого входного сопротивления затвора. Область N-канала под затвором должна быть очень тонкой, чтобы внутренняя область вокруг затвора могла контролировать и ограничивать канал. Таким образом, области затвора с обеих сторон канала не нужны.

SIT

Распределительный полевой транзистор (тип статической индукции): (а) поперечное сечение, (б) схематическое изображение.

Полевой транзистор со статической индукцией (SIT) представляет собой устройство с коротким каналом и скрытым затвором. (Рисунок выше) Это силовое устройство, в отличие от небольшого сигнального устройства. Низкое сопротивление затвора и малая емкость затвора относительно истока делают устройство быстрой коммутации. SIT способен выдавать сотни ампер и тысячи вольт. И, как говорят, способен работать на невероятной частоте 10 ГГц.

Металлический полупроводниковый полевой транзистор (MESFET): (a) схематическое обозначение, (b) поперечное сечение.

MESFET

Металлический полупроводниковый полевой транзистор (MESFET) похож на JFET, за исключением того, что затвор представляет собой диод Шоттки, а не переходной диод. Диод Шоттки представляет собой металлический выпрямляющий контакт с полупроводником по сравнению с более распространенным омическим контактом. На рисунке выше исток и сток сильно легированы (N +). Канал слегка легирован (N-). MESFET имеют более высокую скорость, чем JFET. MESFET — это устройство в режиме истощения, обычно включенное, как JFET.Они используются как усилители мощности СВЧ до 30 ГГц. MESFET могут быть изготовлены из кремния, арсенида галлия, фосфида индия, карбида кремния и аллотропа углерода алмаза.

ОБЗОР:

Полевой транзистор с униполярным переходом (FET или JFET) называется так, потому что проводимость в канале обусловлена одним типом несущей
Исток, затвор и сток JFET соответствуют эмиттеру, базе и коллектору BJT соответственно.
Приложение обратного смещения к затвору изменяет сопротивление канала за счет расширения области обеднения затворного диода.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

FET в качестве коммутатора | Работа полевого или полевого транзистора в качестве переключателя

В этом руководстве мы узнаем о полевых транзисторах или полевых транзисторах, их работе, областях работы и увидим работу полевого транзистора как переключателя. Мы увидим, как и JFET, и MOSFET могут использоваться в коммутационных приложениях.

Введение

Широкий спектр преимуществ, таких как высокий входной импеданс, простота изготовления, простые операции и т. Д.делает полевые транзисторы (FET) широко используемыми в различных приложениях, особенно в системах интегральных схем.

полевые транзисторы — это 2 транзистора ^{-го поколения} после биполярных транзисторов. Их можно использовать в качестве усилителей в осциллографах, испытательных и измерительных приборах, электронных вольтметрах и т. Д., А также в коммутационных действиях.

Давайте подробно рассмотрим работу полевого транзистора как переключателя. Но перед этим мы должны сначала взглянуть на основы полевого транзистора и его работы.

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Полевой транзистор и его рабочие области

Полевой транзистор — это униполярное устройство, в котором ток переносится только основными носителями (либо мотыгами, либо электронами). Полевой транзистор — это устройство, управляемое напряжением, что означает, что, управляя напряжением между затвором и истоком, выходной ток изменяется.

Давайте рассмотрим N-канальный JFET для понимания рабочих регионов. Работа или характеристики JFET разделены на три различных области, а именно омическую область, область насыщения и область отсечки.Напряжение, приложенное к стоку, обозначается как V _DS (иногда также обозначается как V _DD), а напряжение на затворе обозначается как V _GS или V _GG.

N-Channel JFET Режимы работы полевого транзистора

Омическая область (V _DS> 0 и V _DS P )

В этой области слой истощения каналов очень мал а полевой транзистор действует как переменный резистор.

В этом случае значение V _DS больше нуля и меньше, чем V _P, поэтому нет отслаивания канала и ток I _D увеличивается.Когда мы увеличиваем напряжение затвора истока V _GS, проводимость канала падает, а сопротивление увеличивается. Следовательно, области истощения будут расширяться, образуя узкий канал. Сопротивление канала обычно изменяется от 100 Ом до 10 кОм и, очевидно, регулирует напряжение. Следовательно, в этой области транзистор действует как резистор, управляемый напряжением.

Область насыщения (V _DS> V _GS — V _P)

Эта область начинается с точки, где V _DS больше, чем V _GS минус V _P, здесь V _P — напряжение отсечки.В этой области ток стока I _D полностью зависит от V _GS, а не от V _DS. Полевой транзистор работает в этой области для усиления сигналов, а также для операций переключения. Из рисунка видно, что когда V _GS равен нулю, протекает максимальный ток I _D. Когда мы меняем V _GS на более отрицательное, то ток стока падает. При определенном значении V _GS ток стока постоянно течет через устройство.Следовательно, эту область также называют областью постоянного тока.

Область отсечки (V _GS P )

Это область, в которой ток стока I _D равен нулю и устройство выключено. В этом случае напряжение затвора истока V _GS меньше напряжения отсечки V _P. Это означает, что значение V _GS более отрицательное, чем значение V _P. Таким образом, канал закрывается и не пропускает ток через устройство.

НАЗАД К НАЧАЛУ

Полевой транзистор в качестве переключателя (JFET)

Из приведенного выше обсуждения ясно, что полевой транзистор может использоваться в качестве переключателя, работая в двух областях: это область отсечки и область насыщения. . Когда V _GS равен нулю, полевой транзистор работает в области насыщения, и через него протекает максимальный ток. Следовательно, это похоже на полностью включенное состояние. Точно так же, когда приложенный VGS более отрицательный, чем напряжение отсечки, полевой транзистор работает в области отсечки и не допускает протекания тока через устройство.Следовательно, полевой транзистор находится в полностью выключенном состоянии. Полевой транзистор можно использовать в качестве переключателя в различных конфигурациях, некоторые из них приведены ниже.

НАЗАД В начало

Полевой транзистор, используемый в качестве шунтирующего переключателя

Давайте посмотрим на рисунок ниже, где полевой транзистор подключен параллельно нагрузке и действует как аналоговый переключатель.

Когда примененное VGS равно нулю, полевой транзистор включается, работая в области насыщения, и его сопротивление очень мало, почти 100 Ом. Выходное напряжение на полевом транзисторе составляет V _OUT = V _in * {R _DS / (R _D + R _{DS (ON)})}.Поскольку сопротивление R _D очень велико, выходное напряжение приблизительно считается нулевым.
Когда мы прикладываем отрицательное напряжение, которое равно напряжению отсечки на затворе, полевой транзистор работает в области отсечки и действует как устройство с высоким сопротивлением, а выходное напряжение равно входному напряжению.

Полевой транзистор в качестве схемы параллельного переключателя

НАЗАД В НАЧАЛО

Полевой транзистор, используемый в качестве последовательного переключателя

На рисунке ниже показана другая конфигурация цепи переключателя полевого транзистора.В этой схеме полевой транзистор действует как последовательный переключатель. Он действует как замкнутый переключатель, если управляющее напряжение равно нулю, и разомкнутый переключатель, если управляющее напряжение отрицательное. Когда полевой транзистор включен, входной сигнал появляется на выходе, а когда он выключен, выход равен нулю.

FET как последовательная схема переключения

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Пример N-канального JFET в качестве переключателя

На рисунке ниже показано, как N-канальный JFET используется для переключения светодиода. Светодиод подключается между клеммами питания и истока через резистор.Здесь резистор используется для ограничения тока через светодиод. Клемма затвора транзистора подключена к отрицательному питанию.

Из приведенного выше обсуждения, нулевое напряжение на выводе затвора заставляет ток течь через светодиод, потому что полевой транзистор находится в режиме насыщения. Поэтому светодиод загорается.
При достаточном отрицательном напряжении на выводе затвора (около 3-4 вольт) JFET переходит в режим отсечки, поэтому светодиод гаснет.

N-канальный JFET для переключения светодиодной схемы

НАЗАД

P-канальный JFET в качестве переключателя

До сих пор мы обсуждали N-канальный JFET в качестве переключателя.Другой тип JFET — это P-канальный JFET, и работа этого полевого транзистора также аналогична N-типу, но разница только в положительном напряжении на выводе затвора.

Когда напряжение затвора истока равно нулю, полевой транзистор работает в области насыщения, поэтому полевой транзистор включается, что, в свою очередь, заставляет ток течь от стока к истоку.
А положительное напряжение между затвором и истоком приводит к отключению тока через полевой транзистор. Итак, полевой транзистор находится в состоянии разомкнутой цепи.

P-канальный JFET в качестве схемы переключения

НАЗАД В НАЧАЛО

Пример P-канального JFET в качестве переключателя

Подобно N-канальному светодиоду, управляемому JFET, схема коммутируемого светодиода с P-каналом JFET приведена ниже. . Разница между двумя схемами заключается в источнике питания на выводе затвора.

Состояние включения остается одинаковым для обеих цепей, когда нулевое напряжение на клемме затвора заставляет светодиод светиться, когда полевой транзистор активен.
Для переключения полевого транзистора в режим отсечки достаточное положительное напряжение (в данном случае от 3 до 4 вольт) останавливает ток через цепь.Поэтому светодиод выключен. Мы также можем использовать полевые транзисторы для включения цепей реле, драйверов двигателей и других электронных схем управления.

P-Channel JFET для переключения светодиода

BACK TO TOP

MOSFET в качестве переключателя

Другой тип FET — это MOSFET, который также является устройством, управляемым напряжением. Уровень V _GS, при котором ток стока увеличивается или начинает течь, называется пороговым напряжением V _T.Следовательно, если мы увеличим V _GS, ток стока тоже возрастет. И если мы увеличим V _GS, сохраняя постоянным V _DS, то ток стока достигнет уровня насыщения, как в случае JFET.

MOSFET работает в режиме отсечки, когда V _GS ниже порогового уровня. Следовательно, в этом режиме ток стока не течет. Следовательно, действует как переключатель ОТКРЫТЬ

Для лучшего понимания рассмотрим рисунок ниже, где N-канальный полевой МОП-транзистор расширенного типа переключается на разные напряжения на выводе затвора.

На приведенном ниже рисунке вывод затвора MOSFET подключен к V _DD, так что напряжение, подаваемое на вывод затвора, является максимальным. Это приводит к тому, что сопротивление канала становится таким маленьким и позволяет протекать максимальному току стока. Это называется режимом насыщения, и в этом режиме полевой МОП-транзистор полностью включен как замкнутый переключатель. Для полевого МОП-транзистора с расширенным каналом P для включения потенциал затвора должен быть более отрицательным по отношению к источнику.
В области отсечки приложенное V _GS меньше порогового уровня напряжения, поэтому ток стока равен нулю.Следовательно, полевой МОП-транзистор находится в режиме ВЫКЛ, как и разомкнутый переключатель, как показано на рисунке.

MOSFET как схема переключения

НАЗАД В НАЧАЛО

Пример MOSFET как переключателя

Давайте рассмотрим схему MOSFET, которая управляет светодиодом, как показано на рисунке. Здесь N-канальный полевой МОП-транзистор используется для переключения светодиода с помощью простого переключателя.

Когда переключатель находится в разомкнутом состоянии, возникает нулевое напряжение на затворе относительно земли или источника.Таким образом, полевой МОП-транзистор остается выключенным, и светодиод не светится.
Когда переключатель нажимается, чтобы закрыть его, соответствующее положительное напряжение (в данном случае 5 В) подается на клемму затвора. Итак, полевой МОП-транзистор включен, и светодиод начнет светиться.
Здесь это простая резистивная нагрузка, но в случае любых индуктивных нагрузок, таких как двигатели, реле, мы должны использовать свободно вращающиеся диоды через нагрузку, чтобы защитить полевой МОП-транзистор от наведенных напряжений.

MOSFET для переключения светодиода

Большинство схем используют MOSFET в качестве переключателя по сравнению с JFET из-за его преимуществ.Мы также можем использовать схему переключения (для управления нагрузкой на определенной частоте переключения) для полевых транзисторов JFET и полевых МОП-транзисторов для получения сигналов ШИМ в зависимости от требований к нагрузке.

Мы надеемся, что эта общая информация, возможно, позволила вам понять, как мы можем переключать нагрузки с помощью полевых транзисторов с условиями переключения и необходимыми цифрами. Вы также можете написать нам о любых сомнениях или технической помощи по этой концепции в разделе комментариев ниже.

НАЗАД В начало

ПРЕДЫДУЩИЙ — ТРАНЗИСТОР КАК ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

СЛЕДУЮЩИЙ — ТРАНЗИСТОР ДАРЛИНГТОНА

FET или JFET — Работа / эксплуатация, применение в строительстве, в качестве усилителя, MOSFET, DE-MOSFET Приложение

FET означает «полевой транзистор». Это трехконтактное однополярное твердотельное устройство, в котором ток регулируется электрическим полем.

FET может быть изготовлен либо с N-каналом, либо с P-каналом, для изготовления JFET с N-каналом сначала берется узкая полоса полупроводникового материала N-типа, а затем два перехода P-типа разряжаются на противоположных сторонах от него. средняя часть, называемая каналом. Эти две области внутренне соединены друг с другом сигнальным проводом, который называется клеммой затвора. Один вывод называется терминалом источника, а другой — терминалом слива.

P-Channel JFET сконструирован аналогично, за исключением того, что в нем используется стержень P-типа и два N-типа переходов.

Источник: —

Это терминал, через который большинство перевозчиков вводятся в полосу, поэтому он называется Source.

Дренаж: —

Это терминал, через который большинство перевозчиков подводят шину, поэтому он называется сливным терминалом.

Выход: —

Это две клеммы, которые внутренне связаны друг с другом, и сильно легированные области, которые образуют две PN-переходы.

Рабочий / рабочий полевой транзистор или полевой транзистор JFET

Затвор всегда имеет обратное смещение, поэтому ток затвора IG практически равен нулю.Вывод истока всегда подключается к концу источника питания стока, который обеспечивает необходимую несущую, в N-канальном JFET вывод истока подключается к отрицательному концу источника напряжения стока. Начинается поток электронов от истока к стоку по каналу от D к S,

текущий ID увеличивается по мере увеличения VDS с нуля на палате. Эта связь между VDS и ID сохраняется до тех пор, пока VDS не достигнет определенного значения, называемого VPO «Pinch OFF».

Когда VDS равен нулю и VGS уменьшается с нуля, обратное смещение затвора увеличивает мысли об области, так как отрицательное значение VGS увеличивает конусы ступени, когда две области падения касаются друг друга, в этой проводимости канал считается отключенным.

JFET в качестве усилителя

Одним из применений JFET является усилитель, он усиливает слабый сигнал, подключенный к клемме затвора, вход всегда имеет обратное смещение, небольшое изменение обратного смещения на затворе вызывает большое изменение тока стока, этот факт сделать JFET способным усиливать слабые сигналы

Рабочий / Рабочий

Когда на вход усилителя подается отрицательный сигнал, смещение затвора увеличивается, слой дублирования уменьшается, сопротивление канала увеличивается, ID уменьшается, падение напряжения на резисторе нагрузки уменьшается, и положительный сигнал присутствует на выходе через C2. .
Когда на вход подается положительный сигнал, действие будет обратным.
Это видно, что между входным сигналом на затворе и выходным сигналом на стоке происходит изменение фазы.

Применение JFET

JFET широко используется в схемах усилителей, аналоговых переключателях; Он также используется в системе АРУ, регуляторах напряжения, буферных усилителях.

МОП-транзистор

MOSFET делится на два типа:

DE-МОП-транзистор
E только MOSFET

DE-МОП-транзистор

Этот полевой МОП-транзистор может работать как в режиме дублирования, так и в режиме улучшения.При изменении полярности VGS, когда VGS отрицательный для N-канального DE-MOSFET, работает в режиме истощения, однако при положительном напряжении затвора он работает в режиме улучшения.

E — только полевой МОП-транзистор

Этот полевой МОП-транзистор работает только в режиме улучшения. Он отличается только конструкцией от DE-MOSFET тем, что в нем нет канала между стоком и истоком.

Конструкция DE-MOSFET

Как и JFET, он имеет исток, затвор и сток, однако его затвор изолирован от проводящего канала ультратонким оксидом металла.Изолирующая пленка, как правило, из диоксида кремния (SiO2), из-за этого изолирующего свойства MOSFET также известен как полевой транзистор с изолированным затвором (IGFET). В DE-MOSFET мы можем подавать как положительное, так и отрицательное напряжение на вывод затвора, поскольку вывод затвора изолирован от канала.

DE-MOSFET Работа / Работа

Режим истощения

Когда VGS = 0, электроны могут свободно течь от истока к стоку через канал проводимости. Когда отрицательное напряжение прикладывается к выводу затвора, оно истощает N-канал и его электроны, индуцируя в нем положительные заряды.Чем больше отрицательное напряжение на затворе, тем больше уменьшается количество электронов в канале, что увеличивает проводимость. Фактически, слишком большое отрицательное напряжение затвора отключает канал, таким образом, при отрицательном напряжении затвора DE-MOSFET ведет себя как JFET, по этой причине отрицательная операция затвора DE-MOSFET называется режимом истощения.

Режим улучшения

На принципиальной схеме ток стока течет от истока к стоку даже при нулевом смещении затвора, когда на затвор подается положительное напряжение, входной конденсатор затвора может создавать преэлектроны в канале, что увеличивает ID.Предварительные электроны индуцируются в канале действием конденсатора, эти электроны добавляются к другим готовым электронам для проводимости, что увеличивает количество электронов, и эти электроны увеличивают проводимость канала.

По мере увеличения положительного напряжения затвора количество индуцированных электронов увеличивается, что увеличивает проводимость канала от истока к стоку, таким образом, увеличивается и ток. Работа положительного затвора DE-MOSFET известна как режим улучшения.

Применение полевого МОП-транзистора

MOSFET

имеет широкое применение в области электроники, некоторые из этих приложений приведены ниже.

В качестве входного усилителя в осциллографе, электронном вольтметре и другом измерительном и испытательном оборудовании, поскольку они имеют высокое входное сопротивление.
Используется в логических схемах для быстрого переключения.
Также используется в ТВ-приемнике.
Используется в компьютерных схемах.
В усилителях высокой частоты.

Тонкие пленки испаренного теллура для полевых транзисторов p-типа и схем

Nomura, K. et al. Изготовление прозрачных гибких тонкопленочных транзисторов с использованием аморфных оксидных полупроводников при комнатной температуре. Nature 432 , 488–492 (2004).

CAS Статья Google Scholar

Ван З., Наяк П. К., Каравео-Фрескас Дж. А. и Альшариф Х. Н. Последние разработки в оксидных полупроводниковых материалах и устройствах p-типа. Adv. Матер. 28 , 3831–3892 (2016).

CAS Статья Google Scholar

Ким, М.-Г., Канатзидис, М.Г., Факкетти, А. и Маркс, Т. Дж. Низкотемпературное изготовление высокопроизводительной тонкопленочной электроники из оксидов металлов путем сжигания. Нат. Матер. 10 , 382–388 (2011).

CAS Статья Google Scholar

Shulaker, M. M. et al. Трехмерная интеграция нанотехнологий для вычислений и хранения данных на одном чипе. Природа 547 , 74–78 (2017).

CAS Статья Google Scholar

Kwon, J. et al. Трехмерная монолитная интеграция в гибкие печатные органические транзисторы. Нат. Commun. 10 , 54 (2019).

CAS Статья Google Scholar

Чен, Х., Цао, Й., Чжан, Дж. И Чжоу, С. Крупномасштабная дополнительная макроэлектроника с использованием гибридной интеграции углеродных нанотрубок и тонкопленочных транзисторов IGZO. Нат. Commun. 5 , 4097 (2014).

CAS Статья Google Scholar

Rembert, T., Battaglia, C., Anders, A. & Javey, A. Подход к полностью прозрачным полностью оксидным тонкопленочным транзисторам путем нанесения оксида при комнатной температуре. Adv.Матер. 27 , 6090–6095 (2015).

CAS Статья Google Scholar

Yeom, H.-I., Ko, J. B., Mun, G. & Park, S.-H. К. Высокоподвижные поликристаллические тонкопленочные транзисторы на основе оксида индия с плазменным осаждением атомных слоев. J. Mater. Chem. С. 4 , 6873–6880 (2016).

CAS Статья Google Scholar

Мартинес-Ландерос, В. Х. и др. Низкотемпературные тонкопленочные транзисторы на основе активных слоев CdS, нанесенных импульсным лазером. Полуконд. Sci. Техника . 34, 025008 (2018).

Артикул Google Scholar

10.

Stinner, F. S. et al. Гибкие, быстродействующие нанокристаллические интегральные схемы CdSe. Nano Lett. 15 , 7155–7160 (2015).

CAS Статья Google Scholar

11.

Sirringhaus, H. 25-летие Статья: Органические полевые транзисторы: путь за пределы аморфного кремния. Adv. Матер. 26 , 1319–1335 (2014).

CAS Статья Google Scholar

12.

Shahrjerdi, D., Hekmatshoar, B., Mohajerzadeh, S., Khakifirooz, A. & Robertson, M. Высокомобильные тонкопленочные транзисторы из поли-Ge, изготовленные на гибких пластиковых подложках при температурах ниже 130 ° C. . J. Electron. Матер. 33 , 353–357 (2004).

CAS Статья Google Scholar

13.

Фортунато, Э., Баркинья, П. и Мартинс, Р. Тонкопленочные оксидные полупроводниковые транзисторы: обзор последних достижений. Adv. Матер. 24 , 2945–2986 (2012).

CAS Статья Google Scholar

14.

Пауэлл, М. Дж.Физика тонкопленочных транзисторов на основе аморфного кремния. IEEE Trans. Электронные устройства 36 , 2753–2763 (1989).

CAS Статья Google Scholar

15.

Geier, M. L. et al. Обработанная на растворе тонкопленочная дополнительная статическая память с произвольным доступом на основе углеродных нанотрубок. Нат. Nanotechnol. 10 , 944–948 (2015).

CAS Статья Google Scholar

16.

Park, H. et al. Интеграция углеродных нанотрубок с высокой плотностью за счет химической самосборки. Нат. Nanotechnol. 7 , 787–791 (2012).

CAS Статья Google Scholar

17.

Chen, B. et al. Полевые транзисторы из углеродных нанотрубок с высокой однородностью и интегральные схемы среднего размера. Nano Lett. 16 , 5120–5128 (2016).

CAS Статья Google Scholar

18.

Cao, Q. et al. Массивы однослойных углеродных нанотрубок с полным покрытием поверхности для высокопроизводительной электроники. Нат. Nanotechnol. 8 , 180–186 (2013).

CAS Статья Google Scholar

19.

Ko, H. et al. Ультратонкий составной полупроводник на изоляционных слоях для высокопроизводительных наноразмерных транзисторов. Природа 468 , 286–289 (2010).

CAS Статья Google Scholar

20.

Ahn, J.-H. и другие. Гетерогенная трехмерная электроника с использованием печатных полупроводниковых наноматериалов. Наука 314 , 1754–1757 (2006).

CAS Статья Google Scholar

21.

Wang, Y. et al. Полевые транзисторы из двумерного теллурена, выращенного в растворе. Нат. Электрон. 1 , 228–236 (2018).

Артикул Google Scholar

22.

Zhou, G. et al. Спиральные полевые теллуровые полевые транзисторы с высокой подвижностью, обеспечиваемые прямым выращиванием при низких температурах без переноса. Adv. Матер. 30 , 1803109 (2018).

Артикул Google Scholar

23.

Даттон Р. В. и Мюллер Р. С. Электрические свойства тонких пленок теллура. Proc. IEEE 59 , 1511–1517 (1971).

CAS Статья Google Scholar

24.

Окуяма К. и Кумагаи Ю. Рост зерен напыленных пленок Те на нагретой и охлажденной подложке. J. Appl. Phys. 46 , 1473–1477 (1975).

CAS Статья Google Scholar

25.

Веймер П. Тонкопленочный теллуровый транзистор p-типа. Proc. IEEE 52 , 608–609 (1964).

Артикул Google Scholar

26.

Окуяма К., Ямамото Х. и Кумагаи Ю. Влияние центров зародышеобразования Au и скорости осаждения на кристалличность и электронные свойства напыленных пленок Te. J. Appl. Phys. 46 , 105–111 (1975).

CAS Статья Google Scholar

27.

Даттон Р. и Мюллер Р. Тонкие пленки крупнозернистого теллура. Тонкие твердые пленки 11 , 229–236 (1972).

CAS Статья Google Scholar

28.

Wu, W., Qiu, G., Wang, Y., Wang, R. & Ye, P. Tellurene: его физические свойства, масштабируемое нанопроизводство и приложения для устройств. Chem. Soc. Ред. 47 , 7203–7212 (2018).

CAS Статья Google Scholar

29.

Chen, J. et al. Ультратонкие слои β-теллура, выращенные на высокоориентированном пиролитическом графите методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Наноразмер 9 , 15945–15948 (2017).

CAS Статья Google Scholar

30.

Эллмер К. и Миентус Р. Транспорт носителей в поликристаллическом ITO и ZnO: Al II: влияние межзеренных барьеров и границ. Тонкие твердые пленки 516 , 5829–5835 (2008).

CAS Статья Google Scholar

31.

Димитриадис, К. А., Коксон, П. А., Доза, Л., Пападимитриу, Л.& Эконому, Н. Характеристики тонкопленочных транзисторов на пленках поликремния, выращенных методом химического осаждения из паровой фазы при низком давлении при различных давлениях. IEEE Trans. Электронные устройства 39 , 598–606 (1992).

CAS Статья Google Scholar

32.

Франклин А. Д. Наноматериалы в транзисторах: от высокопроизводительных до тонкопленочных приложений. Наука 349 , aab2750 (2015).

Артикул Google Scholar

Структура и принцип работы полевых транзисторов

Полевой транзистор — это полупроводниковое устройство, которое использует эффект электрического поля входной цепи управления для управления током выходной цепи и названо в честь него.Поскольку проводимость электричества зависит только от основного носителя в полупроводнике, его также называют униполярным транзистором. FET на английском языке — полевой транзистор, сокращенно FET. Существует два основных типа: транзисторный полевой транзистор (JFET) и полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET).

Введение

Полевой транзистор представляет собой полупроводниковое устройство, которое использует эффект электрического поля входной цепи управления для управления током выходной цепи и названо в его честь.Поскольку проводимость электричества зависит только от основного носителя в полупроводнике, его также называют униполярным транзистором. FET на английском языке — полевой транзистор, сокращенно FET. Существует два основных типа: транзисторный полевой транзистор (JFET) и полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET).

Он относится к полупроводниковому устройству, управляемому напряжением, с высоким входным сопротивлением (107-1015 Ом), низким уровнем шума, низким энергопотреблением, большим динамическим диапазоном, простой интеграцией, без вторичного пробоя и большой безопасной рабочей зоной, которая стала мощный конкурент биполярным транзисторам и силовым транзисторам.

Это может помочь вам узнать больше:

Основы полевых транзисторов

Каталог

I Устройство и принцип работы Полевые транзисторы

делятся на две категории: полевые транзисторы (JFET) и металлические оксидно-полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET) .

В зависимости от типа материала канала и типа изолированного затвора существуют транзисторы с каналом N и P с каналом;

В зависимости от режима проводимости различают тип истощения и тип улучшения.Все полевые транзисторы JFET относятся к типу истощения, а полевые МОП-транзисторы имеют как тип истощения, так и тип расширения.

1. Переходный полевой транзистор

(1) Структура

Структура полевого транзистора с N-канальным переходом показана на следующем рисунке. Это структура, в которой PN-переход изготовлен на каждой стороне полупроводниковой кремниевой пластины N-типа, образуя структуру, в которой два PN-перехода образуют между собой канал N-типа. Две области P являются затворами, один конец кремния N-типа — сток, а другой конец — исток.

Рисунок 1. Структура переходного полевого транзистора

(2) Принцип работы

Возьмем N-канал в качестве примера, чтобы проиллюстрировать его принцип работы.

Когда VGS = 0, когда определенное напряжение приложено между стоком и истоком, основная несущая будет дрейфовать между стоком и истоком, создавая ток стока. Когда VGS <0, PN-переход смещен в обратном направлении, образуя обедненный слой.Канал между стоком и истоком сузится, а ID уменьшится. Если VGS продолжает уменьшаться, канал будет продолжать сужаться, и ID будет продолжать уменьшаться, пока не достигнет 0. Когда ID равен 0, соответствующий VGS называется напряжением отсечки VGS (выключено).

(3) Характеристика переходных полевых транзисторов

Имеются две характеристические кривые переходного полевого транзистора,

Одна — это кривая выходной характеристики (ID = f (VDS) | VGS = постоянная), вторая — кривая передаточной характеристики (ID = f (VGS) | VDS = постоянная).

Характеристическая кривая полевого транзистора с N-канальным переходом показана на рисунке ниже.

(A) Характеристическая кривая дренажного выхода (b) Кривая передаточной характеристики

Рис. 2. Кривая характеристики полевого транзистора с N-канальным переходом

2. Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор

Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы делятся на:

Тип истощения → канал N, канал P

Тип расширения → N-канал, P-канал

(1) Структура N-канального полевого транзистора обедненного типа

Структура и символ N-канального режима истощения показаны на следующем рисунке (a).Изолирующий слой SiO2 под затвором легирован большим количеством положительных ионов металлов. Таким образом, когда VGS = 0, эти положительные ионы индуцировали инверсионный слой, образуя канал. Следовательно, пока есть напряжение сток-исток, существует ток стока.

Когда VGS> 0, ID увеличивается. Когда VGS <0, ток стока постепенно уменьшается по мере уменьшения VGS до ID = 0. VGS, когда ID = 0, называется напряжением отсечки, иногда обозначается символом VGS (выкл.) Или VP.

Кривая передаточной характеристики N-канального обедненного режима показана на рисунке (b) ниже.

(а) Структурная схема (б) Кривая передаточной характеристики

Рис. 3. Структура и кривая передаточной характеристики N-канального режима истощения

(2) N-канальный тип расширения FET

N-канальный полевой транзистор улучшенного типа имеет структуру, аналогичную структуре режима истощения.Но когда VGS = 0 В, добавление напряжения между стоком и истоком не образует тока. При подаче напряжения на затвор, если VGS> VGS (th), образуется канал, соединяющий сток и исток. Если в это время приложено напряжение сток-исток, может быть сформирован идентификатор.

Когда VGS = 0V, ID = 0, и ток стока улучшенного типа появится только после VGS> VGS (th).

ВГС (th) — напряжение открытия или напряжение клапана;

Рисунок 4.N-канальный тип расширения FET

(3) Режим расширения P-канала и режим истощения MOSFET

Принцип работы P-канального MOSFET точно такой же, как и у N-канального MOSFET, за исключением того, что проводящие носители и полярность напряжения питания различны. Это похоже на биполярные транзисторы типа NPN и PNP.

3. Вольт-амперная характеристика полевого транзистора

Существует много типов характеристических кривых полевых транзисторов.Имеются четыре кривые передаточной характеристики и кривые выходной характеристики в соответствии с различными проводящими каналами и независимо от того, улучшены они или истощены, а их направления напряжения и тока также различны. Если положительное направление задано равномерно, характеристические кривые будут построены в разных квадрантах. Чтобы упростить рисование, положительное направление транзистора с каналом P обратное. Соответствующие кривые показаны на рисунке ниже.

Рисунок 5.Вольт-амперная характеристика полевых транзисторов

4. Сравнение различных характеристик полевых транзисторов

(a) Кривая передаточной характеристики (b) Кривая выходной характеристики

Рисунок 6. Сравнение различных характеристик полевых транзисторов

Параметры полевого транзистора

Существует множество параметров полевых транзисторов, включая параметры постоянного тока, параметры переменного тока и предельные параметры, но в целом нам нужно обратить внимание только на следующие параметры.

(1) Напряжение отсечки (UP)

Это относится к напряжению UGS, приложенному к затвору, когда ток стока / D (т. Е. Ток канала) равен нулю или меньше небольшого значения тока (например, 1 мкА. 10 мкА) при заданном напряжении стока UDS. Это важный параметр полевых МОП транзисторов переходного или обедненного типа.

(2) Напряжение включения (UT)

Это напряжение затвора UGS, когда токопроводящий канал (между стоком и истоком) только что включен, когда напряжение стока UDS имеет определенное значение.Это важный параметр усиленного полевого транзистора. Когда напряжение затвора UGS меньше абсолютного значения напряжения включения, полевой транзистор не может быть включен.

(3) Ток утечки насыщения (DSS)

Он относится к току утечки насыщения тока стока D, вызванному определенным напряжением стока UDS (большим, чем напряжение отсечки), когда затвор и исток закорочены (UGS = 0). Он отражает проводимость исходного канала при нулевом напряжении на затворе, что является важным параметром истощенных полевых транзисторов.

(4) Низкочастотная крутизна (gm)

Когда напряжение стока UDS имеет заданное значение, отношение изменения тока стока к изменению напряжения затвора △ UGS, которое вызывает это изменение, называется крутизной, то есть:

Общепринятая единица измерения граммов — мСм (миллисименс). gm — это параметр, который измеряет силу напряжения затвора полевого транзистора при управлении током стока, а также эффект усиления.Он аналогичен коэффициенту усиления переменного тока транзистора β и связан с рабочей площадью транзистора. Чем больше ток стока / D, тем больше gm.

(5) Напряжение пробоя истока стока (BUDS)

Это относится к максимальному напряжению стока, которое может выдержать полевой транзистор, когда напряжение затвора UGS является постоянным. Это эквивалентно напряжению пробоя коллектор-эмиттер V (BR) ceo (т.е. BUceo) обычного кристаллического транзистора.Это предельный параметр, и рабочее напряжение, подаваемое на полевой транзистор, должно быть меньше BUDS.

(6) Максимальный ток сток-исток (DSM)

Это относится к максимальному току, допустимому между стоком и истоком, когда полевой транзистор работает нормально. Это эквивалентно рабочему току обычного кристаллического транзистора. Этот предельный параметр не должен превышаться.

(7) Максимальное рассеивание мощности (PDSM)

Это относится к максимально допустимой рассеиваемой мощности стока, когда характеристики полевого транзистора не ухудшаются, что эквивалентно Pcm обычного транзистора.При использовании фактическая потребляемая мощность полевого транзистора (PD = UDS × / D) должна быть меньше этого предельного параметра и оставлять определенный запас.

ИИИ Полевой транзистор Метод испытаний

1. Идентификация контактов JFET

Затвор полевого транзистора эквивалентен базе транзистора, а исток и сток соответствуют эмиттеру и коллектору транзистора соответственно.Установите мультиметр на «R × 1k» и используйте два измерительных провода для измерения прямого и обратного сопротивления между каждыми двумя контактами. Когда положительное и обратное сопротивление двух выводов составляют несколько тысяч Ом, тогда эти два вывода являются стоком и истоком (взаимозаменяемы), а оставшийся вывод — затвором. Для соединительных полевых транзисторов с 4 контактами другой полюс является полюсом экранирования (заземление при использовании).

2. Решение ворот

Подключите черный измерительный провод мультиметра к одному электроду транзистора, а красный измерительный провод — к двум другим электродам соответственно.Если значения сопротивления, измеренные дважды, очень велики, это означает, что они являются обратными сопротивлениями. Итак, это N-канальный полевой транзистор, и черный провод подключен к затвору.

Рис. 7. Тестовый полевой транзистор с мультиметром

Процесс изготовления определяет, что исток и сток полевого транзистора симметричны и могут использоваться как взаимозаменяемо, , не влияя на нормальную работу схемы, поэтому нет необходимости различать их.Сопротивление между истоком и стоком составляет около нескольких тысяч Ом.

Обратите внимание, что этот метод не может использоваться для определения затвора полевого МОП-транзистора. Поскольку входное сопротивление полевого МОП-транзистора чрезвычайно велико, а межэлектродная емкость между затвором и истоком очень мала, до тех пор, пока во время измерения остается небольшое количество зарядов, на межэлектродной емкости может формироваться высокое напряжение, что легко повредить транзистор.

3. Оценка усиления

Установите мультиметр в положение «R × 100» и подключите красный измерительный провод к источнику, а черный измерительный провод к стоку, что эквивалентно добавлению 1.Напряжение питания 5В на полевой транзистор. В это время стрелка указывает значение сопротивления между стоком и истоком.

Затем зажмите затвор пальцем, чтобы подать индуцированное напряжение человеческого тела в качестве входного сигнала на затвор. Из-за эффекта усиления транзистора изменятся как UDS, так и ID, что означает, что сопротивление между стоком и истоком также изменится, и измерительный провод сильно колеблется. Если качание небольшое, когда вы зажимаете затвор, это означает, что способность транзистора к увеличению мала; если вывод не двигается, это означает, что транзистор поврежден.

Поскольку напряжение переменного тока 50 Гц, индуцируемое телом человека, довольно велико, и разные полевые транзисторы могут иметь разные рабочие точки при измерении с помощью резистивного механизма, руки могут качаться вправо или влево, когда затвор зажимается рукой. . Когда RDS транзисторов уменьшается, измерительный провод поворачивается вправо, а при увеличении RDS — влево.

Независимо от направления движения стрелок, пока есть четкое движение, это означает, что транзистор может усиливать.

Этот метод также подходит для измерения МОП-транзисторов. Для защиты полевого МОП-транзистора необходимо удерживать изолирующую ручку и соединить затвор с помощью металлического стержня, чтобы предотвратить непосредственное добавление индуцированного телом человека заряда к затвору и повреждение транзистора.

После каждого измерения МОП-транзистора будет небольшое количество зарядов на конденсаторе перехода G-S, и будет установлено напряжение UGS. Затем, если вы продолжите тест, измерительный провод может не двигаться, и короткое замыкание цепи между полюсом G-S решит проблему.

IV Меры предосторожности

1. Для безопасного использования полевого транзистора в конструкции схемы должны быть установлены ограничения , такие как рассеиваемая мощность, максимальное напряжение сток-исток, максимальное напряжение затвор-исток и максимальный ток. не должно быть превышено.

2. При использовании различных типов полевых транзисторов их необходимо вставлять в схему в строгом соответствии с требуемым смещением и соблюдать полярность смещения полевого транзистора.Например, существует PN-переход между истоком и стоком затвора с полевым эффектом перехода, поэтому затвор N-канала не может быть смещен положительно, а затвор P-канала не может быть смещен отрицательно.

3. Из-за чрезвычайно высокого входного сопротивления полевого МОП-транзистора, выводные контакты должны быть закорочены во время транспортировки и хранения. Кроме того, следует использовать металлический экранирующий пакет, чтобы предотвратить повреждение затвора внешним наведенным потенциалом.

В частности, полевой МОП-транзистор лучше хранить в металлическом корпусе , а не в пластиковом. Также следует отметить влагостойкость транзистора.

4. Чтобы предотвратить индукционный пробой затвора полевого транзистора, все испытательные приборы, рабочие места, электрические утюги и сама цепь должны быть хорошо заземлены, что означает:

(1) При пайке контактов сначала припаяйте электрод истока.

(2) Перед подключением к цепи все выводы транзистора должны быть закорочены друг с другом, а закорачивающий материал удаляется после сварки.

(3) Когда вы извлекаете транзистор из стойки для компонентов, человеческое тело должно быть заземлено соответственно, как с помощью заземляющего кольца.

(4) Если вы используете современный газонагревательный электрический паяльник, сваривать полевой транзистор удобнее, но при этом следует позаботиться о безопасности.

Рисунок 8. Газонагревательная пайка

(5) категорически запрещается вставлять или втягивать транзистор в схему без отключения питания.

5. При установке полевого транзистора положение установки должно находиться на расстоянии от , насколько это возможно от нагревательного элемента . А чтобы не допустить вибрации транзистора, необходимо закрепить корпус транзистора. Также, когда мы сгибаем штифт, он должен быть на 5 мм выше основания, чтобы не повредить штифт и не вызвать утечку воздуха.

6. При использовании транзистора VMOS необходимо добавить соответствующий радиатор.Взяв VNF306 в качестве примера, максимальная мощность может достигать 30 Вт только после того, как транзистор оснащен радиатором 140 × 140 × 4 (мм).

7. После параллельного соединения нескольких транзисторов высокочастотные характеристики усилителя ухудшаются из-за увеличения межэлектродной емкости и распределенной емкости , и легко вызвать высокочастотные паразитные колебания через Обратная связь. По этой причине обычно используется не более четырех параллельных составных транзисторов, и сопротивление антипаразитных колебаний должно быть подключено последовательно на базе или затворе каждого транзистора.

8. Напряжение затвор-исток переходного полевого транзистора не может быть изменено на противоположное и может сохраняться в открытом состоянии. Когда полевой МОП-транзистор не используется из-за очень высокого входного сопротивления, каждый электрод должен быть закорочен, чтобы предотвратить повреждение транзистора внешним электрическим полем.

9. Во время сварки внешняя оболочка электрического паяльника должна быть оборудована внешним заземляющим проводом , чтобы предотвратить повреждение транзистора из-за заряженного электрического утюга.Для небольшого количества пайки вы также можете отключить паяльник после его нагрева или отключить питание и припаять его. Особенно при сварке полевых МОП-транзисторов, исток-сток-затвор следует сваривать по порядку, а цепь должна быть отключена.

10. При сварке электрическим паяльником мощностью 25Вт работа должна быть быстрой. Если вы используете электрический паяльник мощностью от 45 до 75 Вт, воспользуйтесь пинцетом, чтобы зажать основание штифта, чтобы улучшить отвод тепла. Используйте мультиметр, чтобы проверить качество полевого транзистора перехода (например, сопротивление между прямым и обратным сопротивлением каждого PN перехода и сток-исток).Однако полевой МОП-транзистор нельзя проверить мультиметром, вместо этого необходимо использовать тестер. А линию короткого замыкания каждого электрода можно удалить только после подключения тестера. При снятии мы должны сначала устранить короткое замыкание, а затем удалить его, чтобы избежать плавающего затвора.

Рис. 9. Тестер MOSFET

При высоком входном импедансе необходимо принять меры по защите от влаги, чтобы предотвратить уменьшение входного сопротивления полевого транзистора из-за температуры.Если используется четырехпроводной полевой транзистор, провод подложки следует заземлить. Транзистор с керамическим корпусом стоит, поэтому его следует защищать от света.

Для силовых полевых транзисторов должны быть хорошие условия теплоотвода . Поскольку силовой полевой транзистор используется в условиях высокой нагрузки, необходимо разработать достаточно радиаторов, чтобы температура корпуса не превышала номинальное значение, чтобы устройство могло стабильно работать в течение длительного времени.

Короче говоря, для обеспечения безопасного использования полевого транзистора необходимо учитывать ряд факторов, а также различные меры безопасности. Огромное количество профессионального и технического персонала, особенно энтузиастов электроники, должны принять практические меры для безопасного и эффективного использования полевых транзисторов в соответствии с их реальной ситуацией.

V Полевой эффект Transisto r VS. Транзистор

1.Исток S, затвор G и сток D полевого транзистора соответствуют эмиттеру E, базе B и коллектору C транзистора соответственно, и их функции аналогичны.

2. FET — это управляемое напряжением устройство тока для управления ID с помощью VGS, и его коэффициент усиления gm, как правило, невелик, поэтому мощность усиления полевого транзистора невысока. Транзистор представляет собой управляемое током устройство тока для управления IC посредством iB (или iE).

3. Затвор полевого транзистора почти не поглощает ток, в то время как база транзистора поглощает определенный ток во время работы.Следовательно, входное сопротивление полевого транзистора выше, чем у транзистора.

4. Полевой транзистор проводит ток с основной несущей . Транзистор может проводить электричество как с большинством, так и с неосновными носителями. Поскольку на концентрацию неосновных носителей сильно влияют температура, излучение и другие факторы, полевой транзистор имеет лучшую температурную стабильность и радиационную стойкость, чем транзистор.

Рисунок 10.Поток большинства и меньшинства несущей транзистора PNP

Полевой транзистор следует использовать, когда условия окружающей среды (температура и т. Д.) Сильно различаются.

5. Когда металлический источник истока соединен с подложкой, электрод истока и электрод стока могут использоваться взаимозаменяемо, , и их характеристики не сильно меняются. Однако, если коллектор и эмиттер транзистора используются взаимозаменяемо, его характеристики будут сильно отличаться, и значение β сильно уменьшится.

6. Коэффициент шума полевого транзистора очень мал, поэтому полевой транзистор следует выбирать в схеме малошумящего усилителя, где входной каскад требует высокого отношения сигнал / шум (SNR).

7. Полевые транзисторы и транзисторы могут образовывать различные и переключающие схемы, но полевой транзистор более широко используется в крупномасштабных и сверхбольших интегральных схемах из-за его простого производственного процесса, низкого энергопотребления, хорошей термостойкости. , широкий диапазон рабочего напряжения питания и другие преимущества.

8. Сопротивление в открытом состоянии транзистора велико, а у полевого транзистора мало, всего несколько сотен миллиом. В современных электрических устройствах полевые транзисторы обычно используются в качестве переключателя из-за его высокого КПД.

Рекомендовано Артикул:

Знакомство с TFT-дисплеями

Обзор биполярных транзисторов

Какие методы тестирования и типы транзисторов?

DoITPoMS — Библиотека TLP Введение в полупроводники

Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET) — один из краеугольных камней современной полупроводниковой технологии.Общая структура представляет собой слаболегированную подложку типа p , в которую вставлены две области, исток и сток, обе из сильно легированных полупроводников типа n . Для обозначения этого используется символ n +. тяжелый допинг.

Исток и сток находятся на расстоянии около 1 мкм. Металлизированные контакты используются как для истока, так и для стока, обычно из алюминия. Остальная поверхность подложки покрыта тонкой оксидной пленкой, обычно толщиной около 0,05 мкм.Электрод затвора уложен поверх изолирующего оксидного слоя, а основной электрод на приведенной выше схеме обеспечивает противоэлектрод затвору. Тонкая оксидная пленка содержит диоксид кремния (SiO ₂), но также может содержать нитрид кремния (Si ₃ N ₄) и оксинитрид кремния (Si ₂ N ₂ O).

Легированная подложка типа p очень слабо легирована, поэтому она имеет очень высокое электрическое сопротивление, и ток не может проходить между истоком и стоком, если на затворе имеется нулевое напряжение.Приложение положительного потенциала к электроду затвора создает сильное электрическое поле на материале типа p даже при относительно небольших напряжениях, так как толщина устройства очень мала, а напряженность поля определяется разностью потенциалов, деленной на разделение электроды затвора и корпуса.

Поскольку электрод затвора заряжен положительно, он будет отталкивать отверстия в области типа p . Для достаточно сильных электрических полей результирующая деформация энергетических зон заставит зоны области типа p изгибаться настолько сильно, что электроны начнут заселять зону проводимости.Это показано на анимации ниже, где показано поперечное сечение области материала типа p рядом с электродом затвора. Нажмите кнопку, чтобы увеличить напряжение, подаваемое на электрод затвора.

Заселенность зон проводимости подложки типа p в области рядом с оксидным слоем создает проводящий канал между электродами истока и стока, позволяя току проходить через устройство. Заселение зоны проводимости начинается выше критического напряжения V _T, ниже которого нет проводящего канала и ток не течет.Таким образом, полевой МОП-транзистор можно использовать в качестве переключателя. Напряжение на затворе выше критического значения модулирует ток между истоком и стоком и может использоваться для усиления сигнала.

Это всего лишь один тип полевого МОП-транзистора, называемый «нормально выключенным», потому что только приложение положительного напряжения затвора выше критического напряжения позволяет ему пропускать ток. Другой тип полевого МОП-транзистора — это «нормально включенный», который имеет проводящий канал из менее легированного материала типа n между электродами истока и стока.Этот канал может быть очищен от электронов, подав отрицательное напряжение на электрод затвора. Достаточно большое отрицательное напряжение приведет к полному закрытию канала.

Полевые МОП-транзисторы

«нормально выключены» используются в широком спектре приложений на интегральных схемах. И вентили, НЕ вентили и вентили И-НЕ сделаны из полевых МОП-транзисторов этого типа и являются важными компонентами устройств памяти.

предыдущая | следующий

Shahram Marivani — ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭФФЕКТИВНОГО ТРАНЗИСТОРА ПЕРЕХОДНОГО ПОЛЯ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕХОДНОГО ТРАНЗИСТОРА ЭФФЕКТА

ЗАДАЧИ:

Ознакомиться с теорией работы переходных полевых транзисторов. (JFET) и изучить V-I характеристики JFET.

ВВЕДЕНИЕ:

На рисунке 1 показана структура N-канального JFET. Как показано на этом рисунке, N-канальный JFET изготовлен из полупроводника N-типа. материал с двумя островками материалов P-типа, встроенными в средние стороны этого материал. Один конец канала N-типа называется «Источником», а противоположный конец — «Источником». называется «Слив». Два материала P-типа в середине имеют внутреннее соединение и называются «Воротами». Обратите внимание на узкий канал между двумя P-областями JFET на рисунке 1.Именно через этот узкий канал свободные электроны N-типа материал должен проходить по мере продвижения от источника к стоку. Таким образом, когда отрицательное напряжение приложено к затвору, индуцированное электрическое поле в этом P-материале (затвор) будет управлять потоком электронов между истоком и стоком. Следовательно, JFET — это устройство, управляемое напряжением.

Рисунок 1 — Символ и структура переходного полевого транзистора (JFET)

При смещении N-канального JFET положительное напряжение V _DD подключается между стоком. и источник, таким образом, позволяя свободным электронам течь от источника к осушать.Поскольку эти электроны должны проходить через область затвора (канал), это будет предоставить средства для управления током, протекающим от стока к истоку. Это выполняется путем приложения отрицательного напряжения к области затвора, чтобы препятствовать перемещению электроны, проходящие через него. Рисунок 2 (а) иллюстрирует смещение N-канала JFET.

Рисунок 2 — Смещение N-канального JFET

Обратите внимание, что отрицательный источник питания затвора V _GG подключен между затвором и источник.Это стандарт для всех приложений JFET. Затвор JFET всегда должен быть смещенным в обратном направлении, чтобы предотвратить прохождение электрического тока в затвор. Тем не менее обратное смещение вводит слои истощения вокруг области затвора (P-области), как показано на Рисунок 2 (б). Таким образом, увеличение отрицательного напряжения на затворе приведет к канал проводимости через затвор уже. Чем отрицательнее напряжение затвора, тем канал становится более узким, потому что слои истощения сближаются.Когда напряжение затвора делается достаточно отрицательным, обедненные слои в области затвора коснитесь, и проводящий канал исчезнет (PINCH OFF). В этом случае сток-исток ток отключен. Напряжение затвора в этом случае называется напряжением отсечки. (В _п-офф). Типичное значение такого напряжения в полевых транзисторах слабого сигнала составляет от -3 до -4 В постоянного тока.

С другой стороны, когда V _GG установлен в ноль, область отсечки исчезнет и ток от стока к источнику будет свободно течь, только контролируемый сопротивление материалов N-типа, образующих канал N-типа (см. рисунок 1).В результате это ток — это максимальный ток стока, который JFET может произвести для данного стока-истока. напряжение до того, как транзистор выйдет из строя. Этот ток обычно называют как я _DSS.

Характеристика проводимости JFET представляет собой набор графиков, относящихся к стоку ток к напряжению затвора, то есть I _D по сравнению с V _GS. В аналитической форме это соотношение универсально обозначается как,

I _D = I _DSS {1-V _GS / V _p-off} ²

Уравнение 1

Это уравнение применимо к любому полевому транзистору JFET независимо от полярности канала.

РАБОТА В ЛАБОРАТОРИИ:

В этом эксперименте для измерения будет использоваться полевой транзистор N-типа 2N5457. Контактный Схема подключения транзистора 2N5457 приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 — Схема подключения контактов полевого транзистора 2N5457

Для данного транзистора измерить сопротивление постоянному току между стоком и истоком. клеммы с открытой клеммой ворот. Поменяйте полярность датчика цифрового мультиметра. и еще раз измерить сопротивление канала сток-исток.Сравните два измеренные значения.

Постройте схему, показанную на рисунке 4. Начните с V _GG и V _DD при нулевом напряжении. Подключите цифровой мультиметр между стоком и истоком транзистора. Удерживайте V _GG при 0 В и медленно увеличивайте V _DD, пока V _DS не станет 1,0 В. (V _DS — напряжение между стоком и истоком транзистора.)
С помощью V _DS при 1,0 В измерьте напряжение на R2 (V _R2).Вычислите ток стока, I _D, применив закон Ома к R2. Обратите внимание, что ток в R2 такой же, как у I _D для транзистора. Введите вычисленное значение I _D в Таблицу 1 в столбец «Напряжение затвора» = 0 В.
Не нарушая настройки V _GG, медленно увеличивайте V _DD до тех пор, пока V _DS не станет 2,0 В. Измерьте и запишите V _R2 для этой настройки. Вычислите I _D, как раньше, и введите вычисленный ток в таблицу.
Повторите шаг 3 для каждого значения V _DS, указанного в таблице 1.
Отрегулируйте V _GG на -1,0 В. Это применяется к напряжению -1,0 В между затвором и истоком, потому что в полевом транзисторе почти нет тока затвора и почти нет падения напряжения на R1. Сбросьте V _DD до V _DS = 1,0 В. Измерьте V _R2 и введите его в таблицу. Вычислите I _D и введите вычисленный ток в таблицу под столбцами, обозначенными как напряжение затвора = -1.0V.
Не меняя настройки V _GG, отрегулируйте V _DD для каждого значения V _DS, указанного в таблице, как и раньше. Вычислите ток стока при каждой настройке и введите его в таблицу под столбцами, обозначенными как «Напряжение затвора» = -1,0 В.
Отрегулируйте V _GG на -2,0 В. Повторите шаги 5 и 6, введя данные в столбцы с надписью Gate Voltage = -2.0V.
Данные в таблице 1 представляют три кривые характеристики стока для вашего JFET.Характеристическая кривая стока представляет собой график зависимости I _D от V _DS для постоянного напряжения затвора. Используйте MS Excel, чтобы построить все кривые на одном листе.
По графикам определите I _DSS и V _p-Off и сравните их со значениями в таблице данных.

Рисунок 4 — Схема подключения характеристик JFET-транзистора

	Напряжение затвора = 0 В	Напряжение затвора = -1.0В	Напряжение затвора = -2,0 В

V _DS (измерено)	В _R2 (измерено)	I _D (вычислено)	В _R2 (измерено)	I _D (вычислено)	В _R2 (измерено)	I _D (вычислено)
1,0 В
2.0V
3,0 В
4,0 В
5,0 В
6.0V
8,0 В

Таблица 1 .

Устройство полевого транзистора p-типа

Принцип работы полевого транзистора p-типа

Основные характеристики полевых транзисторов p-типа

Вольт-амперные характеристики полевого транзистора p-типа

Основные режимы работы полевого транзистора p-типа

Преимущества полевых транзисторов p-типа

Применение полевых транзисторов p-типа

Особенности применения полевых транзисторов p-типа

Виды полевых транзисторов. Полевые транзисторы

5.2. Полевые транзисторы с управляющим переходом

5.2.1. Конструкция полевых транзисторов с управляющим переходом

5.2.2. Принцип действия полевых транзисторов с управляющим переходом

5.3. Полевые транзисторы с изолированным затвором

5.3.1. Полевые транзисторы со встроенным каналом

5.3.2. Полевые транзисторы с индуцированным каналом

5.4. Режимы работы полевых транзисторов

5.4.1. Динамический режим работы транзистора

5.4.2. Ключевой режим работы транзистора

История создания и реализации полевых транзисторов

Физические основы работы полевого транзистора

Вольт — амперная и сток — затворная характеристики полевого транзистора

Основные технические характеристики полевого транзистора

Как проверить полевой транзистор мультиметром. Часть 1. Транзистор с управляющим p-n переходом. — Интернет-журнал «Электрон» Выпуск №4

Проверка полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом n-типа.

Проверка полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом p-типа.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

CONTENTS NEXT

Полевой транзистор основные характеристики. Полевые транзисторы

Что такое полевой транзистор

Полевые транзисторы, их виды

Полевой транзистор, принцип работы

Зачем нужен полевой транзистор

Применение полевых транзисторов

Плюсы и минусы полевых транзисторов

МДП-транзистор со встроенным каналом.

МДП-транзистор с индуцированным (наведенным) каналом.

Почему транзистор – полевой?

Где используются полевые транзисторы?

Как работает полевой транзистор?

Как проверить полевой транзистор?

Схемы Подключения Полевых Транзисторов — tokzamer.ru

Что такое транзистор?

Виды транзисторов

Транзистор полевой

Другие популярные статьи

Похожие публикации

Условные обозначения полевых транзисторов

Полевые транзисторы с изолированным затвором

Обозначения полевых транзисторов на схеме

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

| Теория твердотельных устройств

MESFET

FET в качестве коммутатора | Работа полевого или полевого транзистора в качестве переключателя

Введение

Полевой транзистор, используемый в качестве шунтирующего переключателя

Полевой транзистор, используемый в качестве последовательного переключателя

Пример N-канального JFET в качестве переключателя

Пример P-канального JFET в качестве переключателя

Пример MOSFET как переключателя

FET или JFET — Работа / эксплуатация, применение в строительстве, в качестве усилителя, MOSFET, DE-MOSFET Приложение

Источник: —

Дренаж: —

Выход: —

Рабочий / рабочий полевой транзистор или полевой транзистор JFET

JFET в качестве усилителя

Рабочий / Рабочий

Применение JFET

МОП-транзистор

DE-МОП-транзистор

E — только полевой МОП-транзистор

Конструкция DE-MOSFET

DE-MOSFET Работа / Работа

Режим истощения

Режим улучшения

Применение полевого МОП-транзистора

Тонкие пленки испаренного теллура для полевых транзисторов p-типа и схем

Структура и принцип работы полевых транзисторов

Параметры полевого транзистора

DoITPoMS — Библиотека TLP Введение в полупроводники

Shahram Marivani — ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭФФЕКТИВНОГО ТРАНЗИСТОРА ПЕРЕХОДНОГО ПОЛЯ