Полевые транзисторы принцип работы: Полевой транзистор МОП (MOSFET) | Принцип работы и параметры

Содержание

Полевой транзистор МОП (MOSFET) | Принцип работы и параметры

Что такое полевой транзистор MOS, MOSFET, МОП транзистор?

Как часто вы слышали название полевой транзистор МОП, MOSFET, MOS, полевик, МДП-транзистор, транзистор с изолированным затвором? Это все слова синонимы и относятся к одному и тому же радиоэлементу: полевому МОП-транзистору.

Полное название такого радиоэлемента на английский манер звучит как Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFET), что в дословном переводе Металл Оксид Полупроводник Поле Влияние Транзистор. Если преобразовать на наш могучий русский язык, то получается как полевой транзистор со структурой Металл Оксид Полупроводник или просто МОП-транзистор. Почему МОП-транзистор также называют МДП-транзистором и транзистором с изолированным затвором.

Откуда пошло название “МОП”

Если “разрезать” МОП-транзистор, то можно увидеть вот такую картину.

С точки зрения еды на вашем столе, МОП-транзистор будет больше похож на бутерброд. Полупроводник P-типа – толстый кусок хлеба, диэлектрик – тонкий слой колбасы, слой металла – тонкая пластинку сыра. В результате у нас получается вот такой бутерброд.

А как  будет строение транзистора сверху-вниз? Сыр – металлическая пластинка, колбаса – диэлектрик, хлеб – полупроводник. Следовательно, получаем Металл-Диэлектрик-Полупроводник. А если взять первые буквы с каждого названия, то получается МДП – Металл-Диэлектрик-Полупроводник, не так ли? Значит, такой транзистор можно назвать по первым буквам МДП-транзистором. А так как в качестве диэлектрика используется очень тонкий слой оксида кремния (SiO2), можно сказать почти стекло, то и вместо названия “диэлектрик” взяли название “оксид, окисел”, и получилось Металл-Окисел-Полупроводник, сокращенно МОП. Ну вот, теперь все встало на свои места).

Далее по тексту МОП-транзистор условимся называть просто полевой транзистор. Так будет проще.

Строение полевого транзистора

Давайте еще раз рассмотрим структуру полевого транзистора.

Имеем “кирпич” полупроводникового материала P-проводимости. Как вы помните, основными носителями в полупроводнике P-типа являются дырки, поэтому, их концентрация намного больше, чем электронов. Но электроны также есть и в P-полупроводнике. Как вы помните, электроны в P-полупроводнике – это неосновные носители и их концентрация очень мала, по сравнению с дырками. “Кирпич” P-полупроводника носит название Подложки. От подложки выходит вывод с таким же названием: подложка.

[quads id=1]

Другие слои – это материал N+ типа, диэлектрик, металл. Почему N+, а не просто N? Дело в том, что этот материал сильно легирован, то есть концентрация электронов в этом полупроводнике очень большая. От  полупроводников N+ типа, которые располагаются по краям, отходят два вывода: Исток и Сток.

Между Истоком и Стоком через диэлектрик располагается металлическая пластинка, от который идет вывод. Называется этот вывод Затвором. Между Затвором и другими выводами нет никакой электрической связи. Затвор

вообще изолирован от всех выводов транзистора, поэтому МОП-транзистор также называют транзистором с изолированным затвором.

Мы видим, что полевой транзистор на схеме имеет 4 вывода (Исток, Сток, Затвор и Подложка), а реальный транзистор имеет только 3 вывода.

В чем прикол? Дело все в том, что Подложку обычно соединяют с Истоком. Иногда это уже делается в самом транзисторе еще на этапе разработки. В результате того, что Исток соединен с Подложкой, у нас образуется диод между Стоком и Истоком, который иногда даже не указывается в схемах, но всегда присутствует:

Поэтому, следует соблюдать цоколевку при подключении МОП-транзистора в схему.

Виды полевых транзисторов

В семействе МОП полевых транзисторов в основном выделяют 4 вида:

1) N-канальный с индуцированным каналом

2) P-канальный с индуцированным каналом

3) N-канальный со встроенным каналом

4) P-канальный со встроенным каналом

Как вы могли заметить, разница только в обозначении самого канала. С индуцированным каналом он обозначается штриховой линией, а со встроенным каналом – сплошной.

В современном мире полевой транзистор со встроенным каналом используется все реже и реже, поэтому, в наших статьям мы их не будем рассматривать. Будем изучать только N и P – канальные полевые транзисторы с индуцированным каналом.

Принцип работы полевого транзистора

Принцип работы почти такой же, как и в полевом транзисторе с управляющим PN-переходом (JFET-транзисторе). Исток – это вывод, откуда начинают свой путь основные носители заряда, Сток – это вывод, куда они притекают, а Затвор – это вывод, с помощью которого мы контролируем поток основных носителей.

Пусть Затвор у нас пока что никуда не подключен. Для того, чтобы устроить движение электронов через Исток-Сток, нам потребуется источник питания Bat:

Если рассмотреть наш транзистор с точки зрения PN-переходов и диодов на их основе, то можно нарисовать эквивалентную схемку для нашего рисунка. Она будет выглядеть вот так:

где

И-Исток

П-Подложка

С-Сток

Как вы видите, диод VD2 включен в обратном направлении, так что электрический ток никуда не потечет.

Значит, в этой схеме

никакого движения электрического тока пока что не намечается.

Индуцирование канала в МОП-транзисторе

Если подать некоторое напряжение на Затвор, то в Подложке начнутся волшебные превращения. В ней будет индуцироваться канал. Индукция, индуцирование – это буквально означает “наведение”, “влияние”. Под этим термином понимают возбуждение в объекте какого-либо свойства или активности в присутствии возбуждающего субъекта (индуктора), но без непосредственного контакта (например, через магнитное или электрическое поле). Последнее выражение для нас имеет более глубокий смысл: “через электрическое поле”.

Также нам не помешает вспомнить, как ведут себя заряды различных знаков. Те, кто не играл на физике на последней парте в  морской бой и не плевал через корпус шариковой ручки бумажными шариками в одноклассниц, тот наверняка вспомнит, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются:

На основе этого принципа еще в начале ХХ века ученые сообразили, где все это можно применить, и создали гениальный радиоэлемент. Оказывается, достаточно подать на Затвор положительное напряжение относительно Истока, как сразу

под Затвором возникает электрическое поле.

Так как у нас слой диэлектрика очень тонкий, следовательно, электрическое поле будет также влиять и на подложку, в которой дырок намного больше, чем электронов, так как в данный момент подложка P-типа. А раз и на Затворе положительный потенциал, а дырки обладают положительным зарядом, следовательно, одноименные заряды отталкиваются, а разноименные  – притягиваются.

Картина будет выглядеть следующим образом.

Дырки обращаются в бегство подальше от Затвора, так как одноименные заряды отталкиваются, а электроны наоборот пытаются пробиться к металлической пластинке затвора, но им мешает диэлектрик, который не дает им воссоединиться с Затвором и уравнять потенциал до нуля. Поэтому, электронам ничего другого не остается, как просто создать “вавилонское столпотворение” около слоя диэлектрика, что мы и видим на рисунке ниже.

Но смотрите, что произошло !? Исток и Сток соединились тонким каналом из электронов! Говорят, что такой канал индуцировался из-за электрического поля, которое создал Затвор транзистора.

Так как этот канал соединяет Исток и Сток, которые сделаны из N+ полупроводника, следовательно у нас получился N-канал. А такой транзистор уже будет называться

N-канальным МОП-транзистором. Вы наверняка помните, что в проводнике очень много свободных электронов. Так как Сток и Исток соединились мостиком из большого количества электронов, следовательно, этот канал стал проводником для электрического тока. Проще говоря, между Истоком и Стоком образовался “проводок”, по которому может бежать электрический ток.

Значит, если сейчас подать напряжение между Стоком и Истоком при индуцированном канале, то мы можем увидеть вот такую картину.

Как вы видите, цепь стает замкнутой, и в цепи может спокойно течь электрический ток.

Но это еще не все! Чем сильнее электрическое поле, тем больше концентрация электронов, тем толще получается канал, следовательно, тем меньше сопротивление канала!  А как сделать поле сильнее? Достаточно подать побольше напряжения на Затвор! Подавая бОльшее напряжение на Затвор с помощью источника питания Bat2, мы увеличиваем толщину канала, а значит и его проводимость! Или простыми словами, мы можем менять сопротивление канала, “играя” напряжением на затворе

. Ну гениальнее некуда!

Работа P-канального полевого транзистора


Выше мы разобрали N-канальный транзистор с индуцированным каналом. Также есть еще и P-канальный транзистор с индуцированным каналом. P-канальный работает точно также, как и N-канальный, но вся разница в том, что основными носителями будут являться дырки. В этом случае все напряжения в схеме меняем на инверсные, в отличие от N-канального транзистора. Честно говоря, P-канальные полевые транзисторы используются реже, чем N-канальные.

Принцип работы показан на рисунке ниже.

Режимы работы полевого транзистора

Работа полевого транзистора в режиме отсечки

Давайте познакомимся с нашим героем. У нас в гостях N-канальный полевой транзистор с индуцированным каналом. Судя по гравировке, звать его IRFZ44N. Выводы слева-направо: Затвор, Сток и Исток.

Как мы уже с вами разобрали, Затвор служит для управлением ширины канала между Стоком и Истоком. Для того, чтобы показать принцип работы, мы с вами соберем простейшую схему, которая будет управлять интенсивностью свечения лампы накаливания. Так как в данный момент нет никакого напряжения на Затворе полевого транзистора, следовательно, он будет находится в закрытом состоянии. То есть электрический ток через лампу накаливания течь не будет.

По идее, для того, чтобы управлять свечением лампы, нам достаточно менять напряжение на Затворе относительно Истока. Так как наш полевой транзистор является N-канальным, следовательно, на Затвор мы будем подавать положительное напряжение. Окончательная схема примет вот такой вид.

Вопрос в другом. Какое напряжение надо подать на Затвор, чтобы в цепи Сток-Исток побежал минимальный электрический ток?

Мой блок питания Bat2 выглядит следующим образом.

С помощью этого блока питания мы будем регулировать напряжение. Так как он стрелочный, более правильным будет измерение напряжения с помощью мультиметра.

Собираем все как по схеме и подаем на Затвор напряжение номиналом в 1 Вольт.

Лампочка не горит. На другом блоке питания (Bat1) есть встроенный амперметр, который показывает, что в цепи лампы накаливания электрический ток не течет, следовательно, транзистор не открылся. Ну ладно, будем добавлять напряжение.

 

И только уже при 3,5 Вольт амперметр на Bat1 показал, что в цепи лампы накаливания появился ток, хотя сама лампа при этом не горела.

Такого слабого тока ей просто недостаточно, чтобы накалить вольфрамовую нить. Режим, при котором в цепи Сток-Исток не протекает электрический ток, называется режимом отсечки.

Активный режим работы полевого транзистора

В нашем случае при напряжении около 3,5 Вольт наш транзистор начинает немного приоткрываться. Это значение у различных видов полевых транзисторов разное и колеблется в диапазоне от 0,5 и до 5 Вольт. В даташите этот параметр называется как Gate threshold voltage, в переводе с англ. яз.  –  пороговое напряжение Затвора. Указывается как VGS(th), а в некоторых даташитах как VGS(to) .

Как вы видите в таблице, на мой транзистор это напряжение варьируется от 2 и до 4 Вольт при каких-то условиях (conditions). В условиях прописано, что открытие транзистора считается при токе в 250 мкА и при условии, что напряжение на Стоке-Истоке будет такое же как и напряжение на Затворе-Стоке.

С этого момента мы можем плавно регулировать ширину канала нашего полевого транзистора, увеличивая напряжение на Затворе. Если чуть-чуть добавить напряжение, то мы можем увидеть, что нить лампы накаливания начинает накаляться. Меняя напряжение туда-сюда, мы можем добиваться нужного нам свечения лампочки накаливания. Такой режим работы полевого транзистора называется активным режимом.

В этом режиме полевой транзистор может менять сопротивление индуцируемого канала в зависимости от напряжения на Затворе. Для того, чтобы понять, как усиливает полевой транзистор, вам надо прочитать статью про принцип работы биполярного транзистора, где все это описано, иначе ничего не поймете. Читать по этой ссылке.

Активный режим работы транзистора чреват тем, что в этом режиме транзистор может очень сильно греться. Поэтому, всегда следует позаботиться об охлаждающем радиаторе, который бы рассеивал тепло от транзистора в окружающее пространство. Почему же греется транзистор? В чем дело? Да все оказывается до боли просто. Сопротивление Сток-Исток зависит от того, какое напряжение будет на Затворе. То есть схематически это можно показать вот так.

Если напряжения на Затворе нет или оно меньше, чем напряжение открытия транзистора, то сопротивление в этом случае будет бесконечно большое. Лампочка – это нагрузка, которая обладает каким-либо сопротивлением. Не спорю, что сопротивление нити горящей лампочки будет совсем другое, чем холодной, но пока пусть будет так, что лампочка – это какое-то постоянное сопротивление. Перерисуем нашу схему вот так.

Получился типичный делитель напряжения. Как я уже говорил, если нет напряжения на Затворе, то сопротивление Сток-Истока будет бесконечно большим.  Значит, мощность, рассеиваемая на транзисторе, будет равняться падению напряжения на Сток-Истоке помноженной на силу тока через Сток-Истока: P=Ic Uси . Если выразить эту формулу через сопротивление, то получаем

P= I2R 

где R – это сопротивление канала Сток-Исток, Ом

I– сила тока, проходящая через канал (ток Стока) , А

А что такое мощность, рассеиваемая на каком-либо радиоэлементе? Это и есть тепло.

Теперь представьте, что мы приоткрыли транзистор наполовину. Пусть в нашей цепи ток через лампу будет 1 Ампер, а сопротивление перехода Сток-Исток будет равно 10 Ом. Согласно формуле P= I2R  получим, что рассеиваемая мощность на транзисторе в этот момент будет 10 Ватт! Да это маленький, черт его возьми, нагреватель!

Режим насыщения полевого транзистора

Для того, чтобы полностью открыть полевой транзистор, нам достаточно подавать напряжение до тех пор, пока лампа не будет гореть во весь накал. В моем случае это напряжение более чем 4,2 Вольта.

 

В режиме насыщение сопротивление канала Сток-Исток минимально и почти не оказывает сопротивление электрическому току. Лампа ест свои честные 20,4 Ватта (12х1,7=20,4).

 

На самой лампе мы видим ее мощность 21 Ватт. Спишем небольшую погрешность на наши приборы.

Самое интересное то, что транзистор в этом случае остается холодным и ни капли не греется, хотя через него проходит 1,7 Ампер! Для того, чтобы понять этот феномен, нам опять надо рассмотреть формулу P= I2R . Если сопротивление Стока-Истока составляет какие-то сотые доли Ома в режиме насыщения, то с чего будет греться транзистор?

Поэтому, самые щадящие режимы для полевого МОП-транзистора – это когда канал полностью открыт или когда канал полностью закрыт. При закрытом транзисторе сопротивление канала будет бесконечно большое, а ток через это сопротивление будет бесконечно мал, так как в этой цепи будет работать закон Ома. Подставляя эти значение в формулу P= I2R, мы увидим, что мощность рассеивания на таком транзисторе будет равна практически нулю. В режиме насыщения у нас сопротивление будет достигать сотые доли Ома, а сила тока будет зависеть от нагрузку в цепи. Следовательно, в этом режиме транзистор также будет рассеивать какие-то сотые доли Ватта.

Ключевой режим работы полевого транзистора

В этом режиме полевой транзистор работает только в режиме отсечки и насыщения.

Давайте немного изменим схему и уберем из нее Bat2. Вместо него поставим переключатель, а напряжение на Затвор будем брать от Bat1.

Для наглядности вместо переключателя я использовал проводок от макетной платы. В данном случае лампочка не горит. А с чего ей гореть-то? На Затворе то у нас полный ноль, поэтому, канал закрыт.

Но стоит только перекинуть выключатель в другое положение, как у нас лампочка сразу же загорается на всю мощь.

Даже не надо ни о чем заморачиваться! Просто подаем на Затвор напряжение питания и все! Разумеется, если оно не превышает максимальное напряжение на Затворе, прописанное в даташите. Для нашего транзистора это +-20 Вольт. Не повредит ли напряжение питания Затвору? Так как Затвор у нас имеет очень большое входное сопротивление (он ведь отделен слоем диэлектрика от всех выводов), то и сила тока в цепи Затвора будет ну очень маленькая (микроамперы).

Как вы видите, лампочка горит на всю мощь. В этом случае можно сказать, что потенциал на Стоке стал такой же, как и на Истоке, то есть ноль, поэтому весь ток побежал от плюса питания к Стоку, “захватив” по пути лампочку накаливания, которая не прочь была покушать электрический ток, излучая кучу фотонов в пространство и на мой  рабочий стол.

Но наблюдается также и интересный феномен, в отличие от ключа на биполярном транзисторе. Даже если откинуть проводок от Затвора, все равно лампочка продолжает гореть как ни в чем не бывало!

Почему так происходит? Здесь надо вспомнить внутреннее строение самого полевого транзистора. Вот эта часть вам ничего не напоминает?

Так это же конденсатор! А раз мы его зарядили, то с чего он будет разряжаться? Разрядиться-то ему некуда, поэтому он и держит заряд электронов в канале, пока мы не разрядим вывод Затвора. Для того, чтобы убрать потенциал с Затвора и “заткнуть” канал, нам опять же надо уравнять его с нулем. Сделать это достаточно просто, замкнув Затвор на Исток. Лампочка сразу же потухнет.

Как вы видели в опыте выше, если мы отключаем напряжение на Затворе, то обязательно должны притянуть Затвор к минусу, иначе канал так и останется открытым. Поэтому обязательное условие в схемах – Затвор должен всегда чем-то управляться и с чем-то соединяться. Ему нельзя висеть в воздухе.

А почему бы Затвор автоматически не притягивать к нулю при отключении подачи напряжения на Затвор? Поэтому, эту схему можно доработать и сделать самый простейший ключ на МОП-транзисторе:

При включении выключателя S цепь стает замкнутой и лампочка загорается

Как только я убираю красный проводок от Затвора (разомкну выключатель),  лампочка сразу тухнет:

Красота! То есть как только я убрал напряжение от Затвора, Затвор притянуло к минусу через резистор и на нем стал нулевой потенциал. А раз на Затворе ноль, то и канал Сток-Исток закрыт. Если я снова подам напряжение на Затвор, то у нас на мегаомном резисторе упадет напряжение питания, которое будет все оседать на Затворе и транзистор снова откроется. На бОльшем сопротивлении падает бОльшее напряжение ;-). Не забываем золотое правило делителя напряжения. Резистор в основном берут от 100 КилоОм и до 1 МегаОма (можно и больше). Так как МОП-транзисторы с индуцированным каналом в основном используются в цифровой и импульсной технике, из них получаются отличные транзисторные ключи, в отличие от ключа на биполярном транзисторе.

Характеристики полевого МОП транзистора

Для того, чтобы узнать характеристики транзистора, нам надо открыть на него даташит и рассмотреть небольшую табличку на первой странице даташита. Будем рассматривать транзистор, который мы использовали в своих опытах: IRFZ44N.

Напряжение VGS   – это напряжение между Затвором и Истоком. Смотрим на даташит и видим, что максимальное напряжение, которое можно подать на Затвор это +-20 Вольт. Более 20 Вольт в обе стороны пробьет тончайший слой диэлектрика, и транзистор придет в негодное состояние.

Максимальная сила тока ID , которая может течь через канал Сток-Исток.

Как мы видим, транзистор в легкую может протащить через себя 49 Ампер!!!

Но это при температуре кристалла 25 градусов по Цельсию. А так номинальная сила тока 35 Ампер при температуре кристалла 100 градусов, что чаще всего и происходит на практике.

 

RDS(on) – сопротивление полностью открытого канала Стока-Истока. В режиме насыщения, сопротивление канала транзистора достигает ну очень малого значения. Как вы видите, у нашего подопечного сопротивление канала достигает 17,5 мОм (при условии, что напряжение на Затворе = 10 Вольт, а ток Стока  = 25 Ампер).

 

Максимальная рассеиваемая мощность PD  – это мощность, которую транзистор может рассеять на себе, превращая эту мощность в тепло. В нашем случае это 94 Ватта. Но здесь также должны быть соблюдены различные условия – это температура окружающей среды, а также есть ли у транзистора радиатор.

 

Также различные зависимости одних параметров от других можно увидеть в даташите на последних страницах.

Например, ниже на графике приводится зависимость тока Стока от напряжения Стока-Истока при каких-то фиксированных значениях напряжения на Затворе при температуре кристалла (подложки) 25 градусов Цельсия (комнатная температура). Верхняя линия графика приводится для напряжения 15 Вольт на Затворе. Другие линии в порядке очереди по табличке вверху слева:

Также есть интересная зависимость сопротивления канала  полностью открытого транзистора от температуры кристалла:

Если посмотреть на график, то можно увидеть, что при температуре кристалла в 140 градусов по Цельсию у нас сопротивление канала увеличивается вдвое. А при отрицательных температурах наоборот уменьшается.

Как проверить полевой транзистор

Для того, чтобы проверить полевой транзистор, мы должны определить, где какие у него выводы. У нас подопытным кроликом будет тот же самый транзистор: IRFZ44N.

Для этого вбиваем в любой поисковик название нашего транзистора и рядом прописываем слово “даташит”. Чаще всего на первой странице даташита мы можем увидеть цоколевку транзистора.

Хотя, интернет переполнен уже готовыми распиновками и иногда все-таки бывает проще набрать”распиновка (цоколевка) *название транзистора* “. Итак, я вбил ” IRFZ44N цоколевка”  в Яндекс и нажал на вкладку “картинки”.  Яндекс мне выдал  уйму картинок с распиновкой этого транзистора:

Ну а дальше дело за малым.
Устройство и принцип работы в видео:

Проверка полевого транзистора с помощью мультиметра

Теперь, зная цоколевку и принцип работы транзистора, мы можем проверить его на работоспособность. Первым делом мы без проблем можем проверить эквивалентный диод VD2 между Стоком и Истоком. В схемотехническом обозначении его тоже часто указывают.

Как проверить диод мультиметром, я писал еще в этой статье.

Но не спешите брать мультиметр в руки и прозванивать диод! Ведь первым делом надо снять с себя статическое напряжение. Это можно сделать, если задеть метализированный слой водонагревательных труб, либо коснуться заземляющего провода. При работе с радиоэлементами, чувствительными к статическому напряжению, желательно использовать антистатический браслет, один конец которого закрепляется к заземляющему проводнику, например, к батарее отопления, а другой конец в виде ремешка надевается на запястье.

Далее замыкаем все выводы транзистора  каким-нибудь металлическим предметом. В моем случае это металлический пинцет. Для чего мы это делаем? А вдруг кто-то зарядил Затвор до нас или он уже где-то успел “хапнуть” потенциал на Затворе? Поэтому, чтобы все было честно, мы уравняем потенциал на Затворе до нуля с помощью этой нехитрой манипуляции.

Ну а теперь со спокойной совестью можно проверить диод, который образуется в полевом транзисторе между Стоком и Истоком. Так как у нас транзистор N-канальный, следовательно, его схемотехническое обозначение будет выглядеть вот так:

Беремся положительным (красным) щупом мультиметра за Исток, так-как там находится анод диода, а отрицательным (черным)  – за Сток
(там у нас катод диода). На мультиметре должно высветиться падение напряжения на диоде 0,5-0,7 Вольт. В моем случае, как видите, 0,56 Вольт.

 

 

Далее меняем щупы местами. Мультиметр покажет единичку, что нам говорит о том, что диод в полевом транзисторе жив и здоров.

Проверяем сопротивление канала. Мы с вами уже знаем, что в N-канальном транзисторе ток у нас будет бежать от Стока к Истоку, следовательно, встаем красным положительным щупом на Сток, а отрицательным –  на Исток, и меряем сопротивление. Оно должно быть ну о-о-о-очень большое. В моем случае даже на Мегаомах показывает единичку, что говорит о том, что сопротивление даже больше, чем 200 Мегаом. Это очень хорошо.

 

Так как у нас транзистор N-канальный, следовательно, чтобы его приоткрыть, нам достаточно будет подать напряжение на Затвор, относительно Истока. Чаще всего в режиме прозвонки диодов на щупах мультиметра бывает напряжение в 3-4 Вольта. Все зависит от марки мультиметра. Этого напряжения будет вполне достаточно, чтобы подать его на Затвор и приоткрыть транзистор.

Так и сделаем. Ставим черный щуп на Исток, а красный на Затвор на доли секунды. На показания мультиметра не обращаем внимания, так как мы сейчас используем его в качестве источника питания, чтобы подать потенциал на Затвор. Этим простым действием мы приоткрыли наш транзистор.

Раз мы приоткрыли транзистор, значит, сопротивление Сток-Исток должно уменьшится. Проверяем, так ли это? Ставим мультиметр в режим измерения сопротивления и смотрим, уменьшилось ли сопротивление между Стоком-Истоком? Как видите, мультиметр показал значение в 2,45 КОм.

Это говорит о том, что наш полевой транзистор полностью работоспособен.

Конечно, бывает и такое, что малого напряжения на мультиметре не хватает, чтобы приоткрыть транзистор. Здесь можно прибегнуть к источникам питания, которые выдают более-менее нормальное напряжение, например, блок питания или батарейка Крона в 9 Вольт. Так как рядом не оказалось Кроны, то мы просто выставим напряжение в 10 Вольт. Напряжение на Затвор именно этого транзистора не должно превышать 20 Вольт, иначе произойдет пробой диэлектрика, и транзистор выйдет из строя.

Итак, выставляем 10 Вольт.

 

Подаем это напряжение на Затвор транзистора на доли секунды.

 

Теперь по идее сопротивление между Стоком и Истоком должно равняться нулю. Для чистоты эксперимента замеряем сопротивление щупов самого мультиметра. Эх, дешевые китайские щупы. 2,1 Ом).

 

А теперь и замеряем сопротивление самого перехода. Практически 0 Ом!

Хотя, если верить даташиту, должно быть 17,5 миллиОм. Теперь можно утверждать со 146% вероятностью, что наш транзистор полностью жив и здоров.

Как проверить полевой транзистор с помощью транзисторметра

На рабочем столе каждого электронщика должен быть этот замечательный китайский прибор, благо он стоит недорого. Про него я писал обзор здесь.

 

Здесь все просто, как дважды два. Вставляем транзистор в кроватку и нажимаем большую зеленую кнопку. В результате прибор сразу же определил, что это полевой МОП транзистор с каналом N-типа, определил расположение выводов транзистора, а также емкость затвора и пороговое напряжение открытия, о котором мы говорили выше в статье. Ну не прибор, а чудо!

Меры безопасности при работе с полевыми транзисторами

Все полевые транзисторы, будь это полевой транзистор с управляющим PN-переходом, либо МОП-транзистор, очень чувствительны к электрическим перегрузкам на Затворе. Особенно это касается электростатического заряда, который накапливается на теле человека и на измерительных приборах. Опасные значения электростатического заряда для МОП-транзисторов составляют 50-100 Вольт, а для транзисторов с управляющим PN переходом – 250 Вольт. Поэтому, самое важное правило при работе с такими транзисторами – это заземлить себя через антистатический браслет, или взяться за голую батарею ДО касания полевых транзисторов.

Также в некоторых экземплярах полевых транзисторов встраивают защитные стабилитроны между Истоком и Затвором, которые вроде бы спасают от электростатики, но лучше все-таки перестраховаться лишний раз и не испытывать судьбу транзистор на прочность. Также не помешало бы заземлить всю паяльную и измерительную аппаратуру. В настоящее время это все делается уже автоматически через евро розетки, у которых имеются в наличии заземляющий проводник.

Купить его можно на алиэкспрессе. Заходите.

Похожие статьи по теме “полевой транзистор”

Транзистор биполярный

Полевой транзистор с управляющим PN-переходом (JFET-транзистор)

Транзисторметр Mega328

Читаем электрические схемы с транзистором

Мультивибратор на транзисторах

Сторожевое устройство на одном транзисторе

вид и обозначение, достоинства и недостатки, принцип работы для чайников

В электронике и радиотехнике очень часто применяются полупроводниковые приборы, к которым относятся и транзисторы. Полевые транзисторы (ПТ) потребляют значительно меньше электрической энергии, благодаря чему они применяются в различных маломощных устройствах. Кроме того, существуют модели, работающие на больших токах при малом потреблении питающего напряжения (U).

Общие сведения

FET или ПТ — полупроводниковый прибор, который при изменении управляющего U, регулирует I (силу тока). Этот тип транзистора называется еще униполярным. Появился он позже обычного транзистора (биполярного), но с ростом технологии получил широкое распространение среди цифровых устройств благодаря низкому энергопотреблению. Основное отличие заключается в методе регулирования I. В биполярном — регулирование I происходит при помощи управляющего I, а полевом — при помощи U (Рисунок 1).

Рисунок 1 - Отличие полевого от биполярного Т.

У ПТ нет I управления, и он обладает высоким входным сопротивлением (R), которое достигает несколько сотен ГОм (ГигаОм) или ТОм (ТерраОм). Для того чтобы узнать сферы применения ПТ, нужно внимательно изучить его. Носителями заряда являются электроны или дырки, а у биполярного - электроны и дырки.

Классификация и устройство

ПТ бывают нескольких видов, обладают различными характеристиками и устройством. Они делятся на 2 типа:

  1. С управляющим p-n - переходом (JFET).
  2. С изолированным затвором (MOSFET).

Кроме того, каждый из типов бывает с N и P каналами. У ПТ с N-каналом носителями заряда являются электроны, а у P-канального - дырки. Принцип работы для P и N аналогичен, отличие лишь в подаче U другой полярности в качестве управляющего.

Устройство JFET ПТ (рисунок 2) простое. Область N образовывает канал между зонами P. К концам канала N подключаются электроды, которые называются условно стоком (С) и истоком (И), так как все зависит от схемы подключения. Затвор (З) — тип электрода, который образовывается при закорачивании полупроводников P. Это обусловлено электрическим соединением при воздействии U. Возле С и И находится область повышенной концентрации или легирование (N+) электронов, что приводит к улучшению проводимости канала. Наличие зоны легирования значительно понижает образование паразитных p-n - переходов, образующихся при присоединении алюминия.

Рисунок 2 - Схематическое устройство ПТ типа JFET.

MOFSET называется МОП или МДП, также делятся на типы — со встроенным и индуцируемым каналами. В каждом из этих типов есть модели с P и N каналами. Полевой транзистор, обозначение которого представлено на рисунке 3, иногда обладает 4 выводами.

Рисунок 3 - Обозначение МДП-транзистора.

Устройство довольно простое и показано на рисунке 4. Для ПТ с N-каналом подложка (покрывается SiO2) обладает электропроводимостью P-типа. Через слой диэлектрика проводятся электроды стока и истока от зон с легированием, а также вывод, который закорачивается с истоком. Слой затвора находится над диэлектриком.

Рисунок 4 - Типичное устройство ПТ с индуцированным каналом.

Принцип работы JFET

JFET работает в 2 режимах. Эта особенность связана с тем, что подается на затвор напряжение положительной и отрицательной составляющей (рис. 5). При подключении U > 0 к стоку, а земли к истоку необходимо подсоединить затвор к земле (Uзи = 0). Во время постепенного повышения U между С и И (Uис) ПТ является обыкновенным проводником. При низких значениях Uис ширина канала является максимальной.

При высоких значениях Uис через канал протекают большие значения силы тока между истоком и стоком (Iис). Это состояние получило название омической области (ОО). В полупроводнике N-типа, а именно в зонах p-n - перехода происходит снижение концентрации свободных электронов. Несимметричное разрастание слоя снижения концентрации свободных электронов называется обедненным слоем. Разрастание случается со стороны подключенного источника питания. Происходит сильное сужение канала при повышении Uис, вследствие которого Iис растет незначительно. Работа ПТ в этом режиме называется насыщением.

Рисунок 5 - Схема работы JFET (Uзи = 0).

При подаче низкого отрицательного U на затворе происходит сильное сужение канала и уменьшение Iис. При уменьшении U произойдет закрытие канала, и ПТ будет работать в режиме отсечки, а U, при котором прекращается подача Iис, называется напряжением отсечки (Uотс). На рисунке 6 изображено графическое представление работы ПТ при Uзи < 0:

Рисунок 6 - Графическое представление принципа работы полевого транзистора типа JFET.

При использовании в режиме насыщения происходит усиление сигнала (рис. 7), так как при незначительных изменениях Uис происходит значительное изменение Iис:

Рисунок 7 - Пример S JFET.

Этот параметр является усилительной способностью JFET и называется крутизной стоко-затворной характеристики (S). Единица измерения — mA/В (милиАмпер/Вольт).

Особености работы MOFSET

При подключении U между электродами С и И любой полярности к MOFSET с индуцированным N-каналом ток не потечет, так как между легитивным слоем находится слой с проводимостью P, которая не пропускает электроны. Принцип работы с каналом P-типа такой же, только необходимо подавать отрицательное U. Если подать положительное Uзи на затвор, то возникнет электрическое поле, выталкивающее дырки из зоны P в направлении подложки (рис. 8).

Под затвором концентрация свободных носителей заряда начнет уменьшаться, а их место займут электроны, которые притягиваются положительным зарядом затвора. При достижении Uзи порогового значения концентрация электронов будет значительно больше концентрации дырок. В результате этого произойдет формирование между С и И канала с проводимостью N-типа, по которому потечет Iис. Можно сделать вывод о прямо пропорциональной зависимости Iис от Uзи: при повышении Uзи происходит расширение канала и увеличение Iис. Этот процесс является одним из режимов ПТ — обогащения.

Рисунок 8 - Иллюстрация работы ПТ с индуцированным каналом (тип N).

ВАХ ПТ с изолированным затвором примерно такой же, как и с управляющим переходом (рис. 9). Участок, на котором Iис растет прямо пропорционально росту Uис, является омической областью (насыщения). Участок при максимальном расширении канала, на котором Iис не растет, является активной областью.

При превышении порогового значения U переход типа p-n пробивается, и ПТ является обычным проводником. В этом случае радиодеталь выходит из строя.

Рисунок 9 - ВАХ ПТ с изолированным затвором.

Отличие между ПТ со встроенным и индуцируемым каналами заключается в наличии между С и И канала проводящего типа. Если к ПТ со встроенным каналом подключить между стоком и истоком U разной полярности и оставить затвор включенным (Uзи = 0), то через канал потечет Iис (поток свободных носителей заряда - электронов). При подключении к затвору U < 0 возникает электрическое поле, выталкивающее электроны в направлении подложки. Произойдет уменьшение концентрации свободных носителей заряда, а сопротивление увеличится, следовательно, Iис — уменьшится. Это состояние является режимом обеднения.

При подключении к затвору U > 0 возникает электромагнитное поле, которое будет притягивать электроны из стока, истока и подложки. В результате этого произойдет расширение канала и повышение его проводимости, а Iис увеличится. ПТ начнет работать в режиме обогащения. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 - ВАХ ПТ со встроенным каналом.

Несмотря на свою универсальность, ПТ обладают преимуществами и недостатками. Эти недостатки следуют из устройства, способа исполнения и ВАХ приборов.

Преимущества и недостатки

Преимущества и недостатки являются условными понятиями, взятыми из сравнения полевых и биполярных транзисторов. Одним из свойств ПТ является высокое сопротивление Rвх. Причем у MOFSET его значение на несколько порядков выше, чем у JFET. ПТ практически не потребляют ток у источника сигнала, который нужно усилить.

Например, если взять обыкновенную схему, генерирующую сигнал на базе микросхемы-микроконтроллера. Эта схема управляет работой электродвигателя, но обладает низким значением тока, которого недостаточно для этих целей. В этом случае необходим усилитель, потребляющий малое количества I и генерирующий на выходе ток высокой величины. В усилителе такого типа и следует применить JFET, обладающий высоким Rвх. JFET обладает низким коэффициентом усиления по U. При построении усилителя на JFET (1 шт.) максимальный коэффициент усиления будет около 20, при использовании биполярного — несколько сотен.

В усилителях высокого качества применяются оба типа транзистора. При помощи ПТ происходит усиление по I, а затем, при помощи биполярного происходит усиление сигнала по U. Однако ПТ обладают рядом преимуществ перед биполярными. Эти преимущества заключаются в следующем:

  1. Высокое Rвх, благодаря которому происходит минимальное потребление I и U.
  2. Высокое усиление по I.
  3. Надежность работы и помехоустойчивость: при отсутствии протекания I через затвор, в результате чего управляющая цепь затвора изолирована от стока и истока.
  4. Высокое быстродействие перехода из одного состояния в другое, что позволяет применять ПТ на высоких частотах.

Кроме того, несмотря на широкое применение, ПТ обладают несколькими недостатками, не позволяющими полностью вытеснить с рынка биполярные транзисторы. К недостаткам относятся следующие:

  1. Повышенное падение U.
  2. Температура разрушения прибора.
  3. Потребление большего количества энергии на высоких частотах.
  4. Возникновение паразитного транзистора биполярного типа (ПБТ).
  5. Чувствительность к статическому электричеству.

Повышенное падение U возникает из-за высокого R между стоком и истоком во время открытого состояния. ПТ разрушается при превышении температуры по Цельсию 150 градусов, а биполярный - 200. ПТ обладает низким энергопотреблением только на низких частотах. При превышении частоты 1,6 ГГц энергопотребление возрастает по экспоненте. Исходя из этого, частоты микропроцессоров перестали расти, а делается упор на создании машин с большим количеством ядер.

При использовании мощного ПТ в его структуре образовывается ПБТ, при открытии которого ПТ выходит из строя. Для решения этой проблемы подложку закорачивают с И. Однако это не решает проблему полностью, так как при скачке U может произойти открытие ПБТ и выход из строя ПТ, а также цепочки из деталей, которые подключены к нему.

Существенным недостатком ПТ является чувствительность к статическому электричеству. Этот недостаток исходит от конструктивной особенности ПТ. Слой диэлектрика (изоляционный) тонкий, и его очень легко разрушить при помощи заряда статического электричества, который может достигать сотен или тысяч вольт. Для предотвращения выхода из строя при воздействии статического электричества предусмотрено заземление подложки и закорачивание ее с истоком. Кроме того, в некоторых типах ПТ между стоком и истоком стоит диод. При работе с интегральными микросхемами на ПТ следует применять антистатические меры: специальные браслеты и транспортировка в вакуумных антистатических упаковках.

Схемы подключения

ПТ подключается примерно так же, как и обыкновенный, но есть некоторые особенности. Существует 3 схемы включения полевых транзисторов: с общими истоком (ОИ), стоком (ОС) и затвором (ОЗ). Чаще всего применяется схема подключения с ОИ (схема 1). Это подключение позволяет получить значительное усиление по мощности. Однако подключение с ОИ используется в низкочастотных усилителях, а также обладает высокой входной емкостной характеристикой.

Схема 1 - Включение с ОИ.

При включении с ОС (схема 2) получается каскад с повторителем, который называется истоковым. Преимуществом является низкая входная емкость. Его применяют для изготовления буферных разделительных каскадов (например, пьезодатчик).

Схема 2 - Подключение с ОС.

При подключении с ОЗ (схема 3) не происходит значительного усиления по току, коэффициент усиления по мощности ниже, чем при подключениях с ОИ и ОС. Однако при помощи этого типа подключения возможно полностью избежать эффекта Миллера. Эта особенность позволяет увеличить максимальную частоту усиления (усиление СВЧ).

Схема 3 - Включение с ОЗ.

Таким образом, ПТ получили широкое применение в области информационных технологий. Однако не смогли вытеснить с рынка радиодеталей биполярные транзисторы. Это связано, прежде всего, с недостатками ПТ, которые кроются в принципе работы и конструктивной особенности. Главным недостатком является высокая чувствительность к полям статического электричества.

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: определение, устройство, принцип работы

Полевой транзистор является очень широко используемым активным (т. е. способным усиливать сигналы) полупроводниковым прибором. Впервые он был предложен в 1930 г.

Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля (в биполярных транзисторах выходной ток управляется входным током). В англоязычной литературе эти транзисторы называют транзисторами типа FET (Field Effect Transistor).

Полевые транзисторы называют также униполярными, так как в процессе протекания электрического тока участвуют только основные носители.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Различают два вида полевых транзисторов: с управляющим переходом и с изолированным затвором. Для определенности вначале обратимся к так называемому полевому транзистору с управляющим p-n-переходом с каналом p-типа.

Устройство транзистора

Дадим схематическое изображение структуры полевого транзистора с управляющим переходом и каналом p-типа. (рис. 1.85) и условное графическое обозначение этого транзистора (рис. 1.86, а). Стрелка указывает направление от слоя pк слою n (как и стрелка в изображении эмиттера биполярного транзистора). В интегральных микросхемах линейные размеры транзисторов могут быть меньше 1 мкм.

Удельное сопротивление слоя n(затвора) намного меньше удельного сопротивления слоя p (канала), поэтому область p-n-перехода, обедненная подвижными носителями заряда и имеющая очень большое удельное сопротивление, расположена главным образом в слое р.

Если типы проводимости слоев полупроводника в рассмотренном транзисторе изменить на противоположные, то получим полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа, его условное графическое обозначение представлено на рис. 1.86, б.

Основные физические процессы

Подадим положительное напряжение между затвором и истоком транзистора с каналом p-типа: uзи> 0. Оно сместит p-n-переход в обратном направлении.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

При увеличении обратного напряжения на p-n -переходе он расширяется в основном за счет канала (в силу указанного выше различия в удельных сопротивлениях). Увеличение ширины p-n -перехода уменьшает толщину канала и, следовательно, увеличивает его сопротивление. Это приводит к уменьшению тока между истоком и стоком. Именно это явление позволяет управлять током с помощью напряжения и соответствующего ему электрического поля. Если напряжение uзи достаточно велико и равно напряжению отсечки u зи отс, канал полностью перекрывается областью p-n-перехода.

В рабочем (не аварийном) режиме p-n-переход должен находиться под обратным или нулевым напряжением. Поэтому в рабочем режиме ток затвора примерно равен нулю (iз ~ 0), а ток стока iс примерно равен току истока iи (iи = iс).Важно учитывать, что на ширину p-n-перехода и толщину канала прямое влияние может оказывать напряжение между истоком и стоком uис.

Пусть uиз = 0 (между истоком и затвором включена закоротка) и подано положительное напряжение uис (рис. 1.87).

Это напряжение через закоротку окажется поданным на промежуток затвор — сток, т. е. окажется, что uиз=uис и что p-n-переход находится под обратным напряжением.

Обратное напряжение в различных областях p -n-перехода различно. В областях вблизи истока это напряжение практически равно нулю, а в областях вблизи стока это напряжение равно величине uис . Поэтому p-n-переход будет шире в тех областях, которые ближе к стоку. Обычно считают, что напряжение в канале от истока к стоку увеличивается линейно.

Можно утверждать, что при u ис = u из отс канал полностью перекроется вблизи стока. При дальнейшем увеличении напряжения uис та область канала, в которой он перекрыт, будет расширяться (рис. 1.88).

Что такое полевой транзистор и как его проверить

Добрый день, друзья!

Недавно мы с вами начали плотнее знакомились с тем, как устроено компьютерное «железо». И познакомились одним из его «кирпичиков» — полупроводниковым диодом. Компьютер – 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 блоках питания и низковольтных импульсных стабилизаторах на материнской плате 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 статье. 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 припаять 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.


Полевой транзистор принцип работы для чайников

Транзисторами (transistors, англ.) называют полупроводниковые триоды у которых расположено три выхода. Их основным свойством является возможность посредством сравнительно низких входных сигналов осуществлять управление высоким током на выходах цепи.

Для радиодеталей, которые используются в современных сложных электроприборах, применяются полевые транзисторы. Благодаря свойствам этих элементов выполняется включение или выключение тока в электрических цепях печатных плат, или его усиление.

Что представляет собой полевой транзистор

Полевые транзисторы — это трех или четырех контактные устройства, в которых ток, идущий на два контакта может регулироваться посредством напряжения электрополя  третьего контакта.  на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. В результате этого подобные транзисторы называются полевыми.

Название расположенных на устройстве контактов и их функции:

  • Истоки – контакты с входящим электрическим током, которые находится на участке n;
  • Стоки – контакты с исходящим, обработанным током, которые находятся  на участке n;
  • Затворы – контакты, находящиеся на участке р, посредством изменения напряжения на котором, выполняется регулировка пропускной способности на устройстве.

Полевые транзисторы с  n-p переходами – особые виды, позволяющие управлять током. От простых они, как правило, отличаются тем, через них протекает ток, без пересечения участка р-n переходов, участка который образуется на границах этих двух зон. Размеры р-n участка являются регулируемыми.

Видео «Подробно о полевых транзисторах»

Виды полевых транзисторов

Полевой транзистор с n-р переходами подразделяется на несколько классов в зависимости:

  1. От типа каналов проводников: n или р. Каналы воздействую на знаки, полярности, сигналы управления. Они должны быть противоположны по знакам n-участку.
  2. От структуры приборов: диффузных, сплавных по р -n — переходам, с затворами Шоттки, тонкопленочными.
  3. От общего числа контактов: могут быть трех или четырех контактными. Для четырех контактных приборов, подложки также являются затворами.
  4. От используемых материалов: германия, кремния, арсенид галлия.

В свою очередь разделение классов происходит в зависимости от принципа работы транзистора:

  • устройства под управлениями р-n переходов;
  • устройства с изолированными затворами или с барьерами Шоттки.

Принцип работы полевого транзистора

Говоря простыми словами о том, как работает полевой транзистор для чайников с управляющими p-n переходами, стоит отметить: радиодетали состоят из двух участков: p-переходов и n-переходов. По участку n проходит электроток. Участок р является перекрывающей зоной, неким вентилем.  Если оказывать определенное давление на нее, то она будет перекрывать участок и препятствовать прохождению тока. Либо, же наоборот, при снижении давления количество проходящего тока возрастет. В результате такого давления осуществляется увеличение напряжения на контактах затворов, находящихся на участке р.

Приборы с управляющими p-n канальными переходами — это полупроводниковые пластины, имеющие электропроводность с одним из данных типов. К торцевым сторонам пластин выполняется подсоединение контактов: стока и истока, в середину — контакты затвора. Принцип работы прибора основан на изменении пространственных толщин p-n переходов. Так как в запирающих областях практически отсутствуют подвижные носители заряда, их проводимость равняется нулю. В полупроводниковых пластинах, на участках которых не воздействует запирающий слой, создаются проводящие ток каналы. Если подается отрицательное напряжение в отношении истока, на затворе образуется поток, через который протекают носителя заряда.

Для изолированных затворов, характерно расположение на них тонкого слоя диэлектрика. Такое устройство работает по принципу электрических полей.  Для его разрушения понадобится всего лишь небольшое электричество. В связи с этим, чтобы предотвратить статическое напряжение, которое может превышать 1000 В, необходимо создание специальных корпусов для приборов, которые минимизируют эффект от воздействия вирусных типов электричества.

Для чего нужен полевой транзистор

При рассмотрении работы сложных видов электротехники, стоит рассмотреть работу такого важного компонента интегральной схемы, как полевой транзистор. Основная задача от использования данного элемента заключается в пяти ключевых направлениях, в связи с чем транзистор применяется для:

  1. Усиления высокой частоты.
  2. Усиления низкой частоты.
  3. Модуляции.
  4. Усиления постоянного тока.
  5. Ключевых устройств (выключателей).

В качестве простого примера работа транзистора-выключателя, может быть представлена как микрофон и лампочка в одной компановке.  Благодаря микрофону улавливаются звуковые колебания, что влияет на появление электрического тока, поступающего на участок запертого устройства. Присутствие тока влияет на включение устройства и включение электрической цепи, к которой подключаются лампочки. Последние загораются после того как микрофон уловил звук, но горят они за счет источников питания не связанных с микрофоном и более мощных.

Модуляцию применяют с целью управления информационными сигналами. Сигналы управляют частотами колебаний. Модуляцию применяют для качественных звуковых радиосигналов, для передачи звуковых частот в телевизионные передачи, для трансляции цветовых изображений и телевизионных сигналов с высоким качеством. Модуляцию применяют повсеместно, где нужно проводить работу с высококачественными материалами.

Как усилители полевые транзисторы в упрощенном виде работают по такому принципу: графически любые сигналы, в частности, звукового ряда, могут быть представлены как ломаная линия, где ее длиной является временной промежуток, а высотой изломов – звуковая частотность. Чтобы усилить звук к радиодетали подается поток мощного напряжения, приобретаемого нужную частотность, но с более большим значением, из-за подачи слабых сигналов на управляющие контакты. Иначе говоря, благодаря устройству происходит пропорциональная перерисовка изначальной линии, но с более высоким пиковым значением.

 

Как применять полевой транзистор для чайников

Первыми приборами, которые поступили на рынок для реализации, и в которых были использованы полевые транзисторы с управляющими p-n переходами, были слуховые аппараты. Их изобретение состоялось еще в пятидесятые годы XX века. В более крупным масштабах они применялись, как элементы для телефонных станций.

В наше время, применение подобных устройств можно увидеть во многих видах электротехники. При наличии маленьких размеров и большому перечню характеристик, полевые транзисторы встречаются в кухонных приборах (тостерах, чайниках, микроволновках), в устройстве компьютерной, аудио и видео техники и прочих электроприборах. Они используются для сигнализационных систем охраны пожарной безопасности.

На промышленных предприятиях транзисторное оборудование применяют для регуляции мощности на станках. В сфере транспорта их устанавливают в поезда и локомотивы, в системы впрыскивания топлива на личных авто. В жилищно-коммунальной сфере транзисторы позволяют следить за диспетчеризацией и системами управления уличного освещения.

Также самая востребованная область, в которой применяются транзисторы – изготовление комплектующих, используемых в процессорах. Устройство каждого процессора предусматривает множественные миниатюрные радиодетали, которые при повышении частоты более чем на 1,5 ГГц, нуждаются в усиленном потреблении энергии. В связи с этими разработчики процессорной техники решил создавать многоядерные оборудования, а не увеличивать тактовую частоту.

Достоинства и недостатки полевых транзисторов

Использование полевых транзисторов благодаря их универсальным характеристикам позволило обойти другие виды транзисторов. Они широко применяются для интегральной схемы в качестве выключателя.

Достоинства:

  • каскады детали расходуют малое количество энергии;
  • показатели усиления превышают, значения других аналогичных устройств;
  • достижение высокой помехоустойчивости осуществляется за счет того, что отсутствует ток в затворе;
  • обладают более высокой скоростью включения и выключения, работают с недоступными для других транзисторов частотами.

Недостатки:

  • менее устойчивы к высоким температурам, которые приводят к разрушению;
  • на частотах более 1,5 ГГц, количество потребляемой энергии стремительно увеличивается;
  • чувствительны к статическим видам электричества.

Благодаря характеристикам, которыми обладают полупроводниковые материалы, взятые в качестве основы для полевого транзистора, позволяют использовать устройство в бытовой и производственной сфере. Полевыми транзисторами оснащается различная бытовая техника, которая используется современным человеком.

Видео «Устройство и принцип работы полевого транзистора»

принцип работы, схемы и т.д.

Полевые транзисторы — специальный класс транзисторов, которые могут использоваться в качестве выключателей, регуляторов тока или усилителей. Полевой транзистор, отличается от обычного транзистора тем, что ток в нем двигается не пересекая P-N перехода. Величиной тока можно управлять путем регулировки затворного потенциала, подаваемого через этот переход. Существует две основные разновидности полевых транзисторов: полевые транзисторы с затвором на основе перехода и полевые транзисторы с изолированным затвором.

Полевой транзистор
Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Полевой транзистор с затвором на основе перехода

Полевой транзистор с затвором на основе перехода состоит из канальной области (канала) и затвора. Когда он работает, то ток протекает через канал от клеммы истока к клемме стока.

Канал изготовлен из материала n-типа, а затвор — из материала p-типа. Полевые транзисторы с затвором на основе перехода подобного типа называются полевыми транзисторами с затвором на основе перехода с каналом n-типа. На блок-схеме, показанной на рисунке ниже материал p-типа присоединен с обеих сторон к каналу. Однако во многих транзисторах с каналом n-типа этот материал p-типа бывает обернут вокруг канала сплошным кольцом, образуя, тем самым единый, неразрывный p-n переход. Принципы работы данного прибора в основном те же самые, несмотря на методы, использованные в его конструкции.

Схема полевого транзистора с затвором на основе перехода

Потенциал на затворе определяет проводимость на пути от истока до стока указанного транзистора. Затворный потенциал полевого транзистор с затвором на основе перехода, всегда имеет обратное смещение, чтобы снижать до минимума ток, протекающий через переход. Когда переход имеет обратное смещение, то током, протекающим по каналу, можно управлять с помощью изменения размеров обедненной области. Большие значения потенциала обратного смещения вызывают расширение обедненной области, что ограничивает ток, протекающий по каналу. И наоборот, с помощью уменьшения потенциала обратного смещения, и, тем самым, сокращения размеров обеденной области, создается возможность для протекания большего тока от истока к стоку. Состояние обратного смещения гарантирует, что никакой ток не течет самостоятельно через p-n переход.

Полевой транзистор с изолированным затвором

Полевые транзисторы с изолированным затвором отличаются от полевых транзисторов с затвором на основе перехода как по своей конструкции, так и по принципу работы. Обычно в полевых транзисторах с изолированным затвором, как это видно из их названия, затвор изолируется от основного корпуса транзистора тонким слоем окиси металла или каким-нибудь другим изолирующим материалом. Транзисторы этого типа, в которых в качестве изолятора использована окись металла, часто называют полевыми транзисторами со структурой металл-оксид-полупроводник.

Изоляция затвора в этих транзисторах от их основной части обеспечивает им двойное преимущество по сравнению с полевыми транзисторами с затвором на основе перехода. Одно из этих преимуществ заключается в том, что подобная изоляция предотвращает движение тока через затвор независимо от полярности, подаваемого на затвор потенциала. А это, в свою очередь, создает второе преимущество, которое состоит в том, что эти транзисторы могут действовать постоянно, независимо от того подается ли на затвор положительный или отрицательный потенциал.

Схема полевого транзистора с изолированным затвором

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).

Каталог

I Структура и принцип работы

Полевые транзисторы делятся на две категории: полевые транзисторы (JFET) и металлические оксидные полупроводниковые полевые транзисторы ( МОП-транзистор) .

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

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

1. Соединительный полевой транзистор

(1) Структура

Структура N-канального полевого транзистора 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.

Рис. 1. Структура переходного полевого транзистора

(2) Принцип работы

Рассмотрим 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 имеет обратное смещение, 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) Характеристическая кривая переходных полевых транзисторов

Имеются две характеристические кривые переходных полевых транзисторов,

Одна из них является выходной характеристической кривой (ID = f (VDS) | VGS = константа) , второй - кривая передаточной характеристики (ID = f (VGS) | VDS = constant).

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

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

Рис. 2. Характеристическая кривая N-канального полевого транзистора

2. Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор

Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы делятся на:

Тип обеднения & rarr; Канал N, канал P

Тип расширения & rarr; N-канал, P-канал

(1) Структура N-канального FET типа истощения

Структура и символ N-канального режима обеднения 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 будет увеличиваться. 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.

(a) Структурная диаграмма (b) Кривая передаточной характеристики

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

(2) Тип расширения N-канала FET

N-канальный полевой транзистор улучшенного типа имеет структуру, аналогичную структуре режима обеднения.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) P-канальный режим расширения и режим истощения MOSFET

Принцип работы P-канального MOSFET точно такой же, как у N-канального MOSFET, за исключением того, что токопроводящие носители и полярность питающего напряжения различны. Это похоже на типы биполярных транзисторов 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 различаются. 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.Кривая вольт-амперной характеристики полевых транзисторов

4. Сравнение различных характеристик полевых транзисторов

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

Рисунок 6. Сравнение различных характеристик полевых транзисторов

II Параметры полевого транзистора

Есть много 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 указанном 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)

Это относится к току утечки насыщения тока стока D, вызванному определенным напряжением стока UDS (больше, 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 находится на заданном значении, отношение изменения тока стока к изменению напряжения затвора △ UGS, которое вызывает это изменение, называется крутизной , то есть:

Общая единица измерения грамма - 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 при постоянном напряжении затвора UGS. 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 допустимому рассеиванию мощности стока, когда характеристики полевого транзистора не ухудшаются, что эквивалентно Pcm обычного транзистора.При использовании фактическая потребляемая мощность полевого транзистора (PD = UDS & times; / D) должна быть меньше этого предельного параметра и оставлять определенный запас.

III Полевой транзистор Метод тестирования

1. Идентификация выводов JFET

Затвор полевого транзистора эквивалентен базе транзистора, а исток и сток соответствуют эмиттер и коллектор 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. Оценка затвора

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

Производственный процесс определяет, что исток и сток полевого транзистора симметричны и могут использоваться взаимозаменяемо , не влияя на нормальную работу цепи, поэтому нет необходимости их различать.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 на «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 ворота пальцем, чтобы подать индуцированное напряжение человеческого тела в качестве входного сигнала на ворота. Из-за эффекта усиления транзистора изменятся и UDS, 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 человеческим телом, довольно велико, и разные полевые транзисторы могут иметь разные рабочие точки при измерении с помощью резистивного редуктора, руки могут качаться вправо или влево, когда затвор защемлен. рука. 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. Чтобы защитить полевой МОП-транзистор, необходимо удерживать изолирующую ручку и соединить затвор с помощью металлического стержня, чтобы предотвратить непосредственное добавление индуцированного телом человека заряда к затвору и повреждения 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 схемотехнике предельных параметров , таких как рассеиваемая мощность, максимальное напряжение сток-исток, максимальное расстояние между затвором и истоком. напряжение и максимальный ток не должны быть превышены.

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 иметь положительного смещения, а затвор P-канала не может иметь отрицательного смещения.

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 металлической коробке , а не в пластиковой. Также следует отметить влагостойкость транзистора.

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

(1) При пайке булавки, 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 вы должны обеспечить безопасность.

Рисунок 8. Газонагревательная пайка

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

5. При установке полевого транзистора положение установки должно сохраняться как можно дальше от до 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 140-кратным радиатором диаметром 140 и 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 обратную связь. По этой причине обычно используется не более четырех параллельных составных транзисторов, и сопротивление антипаразитных колебаний должно быть подключено последовательно к базе или затвору 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 25 Вт 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 полевого МОП-транзистора

При высоком входном импедансе необходимо принять меры по защите от влаги, чтобы предотвратить снижение 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 рассеивания тепла . 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. Полевой транзистор - это управляемое напряжением устройство , управляемое напряжением, для управления идентификатором с помощью VGS, и его коэффициент усиления gm обычно невелик, поэтому емкость полевого транзистора недостаточна. Транзистор представляет собой устройство , управляемое по току, 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 является проводящим с большинством несущих . 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.

Рис. 10. Мажоритарный и второстепенный поток несущей PNP-транзистора

Полевой транзистор следует использовать в условиях окружающей среды (температура и т. Д.)) сильно различаются.

5. Когда металл 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 сопротивление полевого транзистора невелико, всего несколько сотен миллиом. В современных электрических устройствах полевые транзисторы обычно используются в качестве переключателей из-за их высокого КПД.

Рекомендуется Артикул:

Введение в TFT-дисплеи

Обзор биполярных транзисторов

Каковы методы тестирования и типы транзисторов?

Junction Field Effect Transistor or JFET Tutorial

В учебном пособии по биполярному переходному транзистору мы увидели, что выходной ток коллектора транзистора пропорционален входному току, протекающему на клемме базы устройства, тем самым делая биполярный транзистор управляемым устройством «ТОК» (бета-модель) как меньший ток может использоваться для переключения большего тока нагрузки.

Полевой транзистор , или просто FET , однако, использует напряжение, которое прикладывается к их входным клеммам, называемым затвором, для управления током, протекающим через них, в результате чего выходной ток пропорционален входному напряжению. Поскольку их работа основана на электрическом поле (отсюда и название «эффект поля»), генерируемом входным напряжением затвора, это делает полевой транзистор управляемым устройством «НАПРЯЖЕНИЕ».

Типичный полевой эффект
Транзистор

Полевой транзистор - это трехконтактный униполярный полупроводниковый прибор, характеристики которого очень похожи на характеристики биполярных транзисторов .Например, высокая эффективность, мгновенная работа, надежность и дешевизна, и их можно использовать в большинстве приложений электронных схем для замены их эквивалентных родственников транзисторов с биполярным переходом (BJT).

Полевые транзисторы

могут быть намного меньше, чем эквивалентные BJT-транзисторы, и наряду с их низким энергопотреблением и рассеиваемой мощностью делают их идеальными для использования в интегральных схемах, таких как линейка КМОП цифровых логических микросхем.

Мы помним из предыдущих руководств, что существует два основных типа конструкции биполярных транзисторов, NPN и PNP, которые в основном описывают физическое устройство полупроводниковых материалов P-типа и N-типа, из которых они сделаны.Это также верно для полевых транзисторов, поскольку есть также две основные классификации полевых транзисторов, которые называются полевыми транзисторами с N-каналом и полевыми транзисторами с P-каналом.

Полевой транзистор представляет собой устройство с тремя выводами, которое сконструировано без PN-переходов в пределах основного пути прохождения тока между выводами стока и истока. Эти клеммы соответствуют функциям коллектора и эмиттера биполярного транзистора соответственно. Путь тока между этими двумя выводами называется «каналом», который может быть выполнен из полупроводникового материала P-типа или N-типа.

Управление током, протекающим в этом канале, достигается путем изменения напряжения, подаваемого на затвор. Как следует из их названия, биполярные транзисторы являются «биполярными» устройствами, потому что они работают с обоими типами носителей заряда, дырками и электронами. С другой стороны, полевой транзистор - это «униполярное» устройство, которое зависит только от проводимости электронов (N-канал) или дырок (P-канал).

Полевой транзистор имеет одно существенное преимущество перед своими стандартными собратьями на биполярных транзисторах в том, что их входное сопротивление (Rin) очень высокое (тысячи Ом), в то время как BJT сравнительно низок.Этот очень высокий входной импеданс делает их очень чувствительными к сигналам входного напряжения, но цена такой высокой чувствительности также означает, что они могут быть легко повреждены статическим электричеством.

Существует два основных типа полевых транзисторов: полевой транзистор Junction или JFET и полевой транзистор с изолированным затвором или IGFET) , который более известен как стандартный полупроводник на основе оксида металла . Полевой транзистор или MOSFET для краткости.

Переходный полевой транзистор

Ранее мы видели, что биполярный переходной транзистор сконструирован с использованием двух PN-переходов в основном пути прохождения тока между выводами эмиттера и коллектора. Полевой транзистор Junction (JUGFET или JFET) не имеет PN-переходов, но вместо этого имеет узкий кусок полупроводникового материала с высоким удельным сопротивлением, образующий «канал» кремния N-типа или P-типа, через который проходят основные носители. с двумя омическими электрическими соединениями на каждом конце, обычно называемыми стоком и источником соответственно.

Существует две основные конфигурации полевого транзистора с N-каналом JFET и P-канальный JFET. Канал N-канального JFET легирован донорными примесями, что означает, что ток через канал отрицательный (отсюда и термин N-канал) в форме электронов.

Аналогичным образом, канал JFET с P-каналом легирован акцепторными примесями, что означает, что ток через канал является положительным (отсюда и термин P-канал) в форме отверстий.JFET с N-каналом имеют более высокую проводимость канала (более низкое сопротивление), чем их эквивалентные типы с P-каналом, поскольку электроны имеют более высокую подвижность в проводнике по сравнению с дырками. Это делает N-канальный JFET более эффективным проводником по сравнению с их аналогами с P-каналом.

Ранее мы говорили, что на обоих концах канала есть два омических электрических соединения, называемых стоком и источником. Но внутри этого канала есть третье электрическое соединение, которое называется выводом затвора, и это также может быть материал P-типа или N-типа, образующий PN-переход с основным каналом.

Взаимосвязь между соединениями полевого транзистора и биполярного транзистора сравнивается ниже.

Сравнение соединений между JFET и BJT

Биполярный транзистор (BJT) Полевой транзистор (FET)
Излучатель - (E) >> Источник - (S)
Основание - (B) >> Ворота - (G)
Коллектор - (C) >> Слив - (D)

Символы и базовая конструкция для обеих конфигураций полевых транзисторов JFET показаны ниже.

Полупроводниковый «канал» полевого транзистора представляет собой резистивный путь, по которому напряжение V DS вызывает протекание тока I D , и поэтому полевой транзистор с переходным эффектом может одинаково хорошо проводить ток в любом из них. направление. Поскольку канал является резистивным по своей природе, по длине канала образуется градиент напряжения, при этом это напряжение становится менее положительным по мере того, как мы идем от вывода стока к выводу истока.

В результате PN-переход имеет высокое обратное смещение на выводе стока и более низкое обратное смещение на выводе истока. Это смещение вызывает формирование «обедненного слоя» внутри канала, ширина которого увеличивается с увеличением смещения.

Величина тока, протекающего через канал между выводами стока и истока, регулируется напряжением, приложенным к выводу затвора, которое имеет обратное смещение. В N-канальном JFET это напряжение затвора отрицательное, в то время как для P-канального JFET напряжение затвора положительное.

Основное различие между JFET и BJT-устройством заключается в том, что когда соединение JFET смещено в обратном направлении, ток затвора практически равен нулю, тогда как базовый ток BJT всегда имеет некоторое значение больше нуля.

Смещение N-канального JFET

На приведенной выше диаграмме поперечного сечения показан полупроводниковый канал N-типа с областью P-типа, называемой затвором, рассеянной в канал N-типа, образуя PN-переход с обратным смещением, и именно этот переход формирует обедненную область вокруг Область ворот, когда не подается внешнее напряжение.Поэтому JFET известны как устройства с режимом истощения.

Эта область истощения создает градиент потенциала различной толщины вокруг PN-перехода и ограничивает ток через канал за счет уменьшения его эффективной ширины и, таким образом, увеличения общего сопротивления самого канала.

Затем мы видим, что наиболее истощенная часть области истощения находится между Вратами и Источником, а наименее истощенная область - между Вратами и Источником.Затем канал полевого транзистора становится проводящим с приложенным нулевым напряжением смещения (т. Е. Область обеднения имеет ширину, близкую к нулю).

Без внешнего напряжения затвора (V G = 0) и небольшого напряжения (V DS ), приложенного между стоком и источником, максимальный ток насыщения (I DSS ) будет течь через канал от стока. к Источнику, ограниченному только небольшой областью истощения вокруг стыков.

Если небольшое отрицательное напряжение (-V GS ) теперь приложено к затвору, размер обедненной области начинает увеличиваться, уменьшая общую эффективную площадь канала и, таким образом, уменьшая ток, протекающий через него, своего рода «сжатие». Эффект имеет место.Таким образом, приложение обратного напряжения смещения увеличивает ширину обедненной области, что, в свою очередь, снижает проводимость канала.

Поскольку PN-переход имеет обратное смещение, через соединение затвора будет протекать небольшой ток. Поскольку напряжение затвора (-V GS ) становится более отрицательным, ширина канала уменьшается до тех пор, пока не перестанет течь ток между стоком и истоком, и полевой транзистор будет считаться «отсеченным» (аналогично отсечке). -off область для BJT). Напряжение, при котором канал закрывается, называется «напряжением отсечки» (V P ).

Обрыв канала полевого транзистора JFET

В этой области отсечки напряжение затвора, V GS управляет током канала, а V DS оказывает незначительное влияние или не оказывает никакого влияния.

JFET Модель

В результате полевой транзистор действует больше как резистор, управляемый напряжением, который имеет нулевое сопротивление, когда V GS = 0, и максимальное сопротивление «ВКЛ» (R DS ), когда напряжение затвора очень отрицательное. В нормальных условиях работы затвор JFET всегда имеет отрицательное смещение относительно источника.

Важно, чтобы напряжение затвора никогда не было положительным, поскольку, если это весь ток канала, будет течь к затвору, а не к источнику, результатом будет повреждение JFET. Затем закрыть канал:

  • Нет напряжения затвора (V GS ) и V DS увеличено с нуля.
  • № V DS и управление затвором уменьшается отрицательно с нуля.
  • V DS и V GS различаются.

Полевой транзистор P-channel работает точно так же, как N-канал, описанный выше, за следующими исключениями: 1).Ток канала положительный из-за дыр, 2). Необходимо изменить полярность напряжения смещения.

Выходные характеристики N-канального полевого транзистора с затвором, замкнутым накоротко на исток, представлены как:

Выходная характеристика V-I кривых типичного переходного транзистора

Напряжение V GS , приложенное к затвору, управляет током, протекающим между клеммами стока и истока. V GS относится к напряжению, приложенному между затвором и источником, а V DS относится к напряжению, приложенному между стоком и источником.

Поскольку полевой транзистор Junction является устройством, управляемым напряжением, «ток не течет в затвор!» тогда ток Источника (I S ), вытекающий из устройства, равен току стока, текущему в него, и, следовательно, (I D = I S ).

Пример кривых характеристик, показанный выше, показывает четыре различных режима работы полевого транзистора JFET, которые представлены как:

  • Омическая область - Когда V GS = 0, слой обеднения канала очень мал, и JFET действует как резистор, управляемый напряжением.
  • Область отсечки
  • - это также известная как область отсечки напряжения затвора, V GS достаточно, чтобы JFET работал как разомкнутая цепь, поскольку сопротивление канала максимально.
  • Насыщение или активная область - JFET становится хорошим проводником и управляется напряжением затвор-исток (V GS ), в то время как напряжение сток-исток (V DS ) практически не влияет.
  • Область пробоя
  • - Напряжение между стоком и источником (V DS ) достаточно высокое, чтобы вызвать пробой резистивного канала полевого транзистора и прохождение неконтролируемого максимального тока.

Кривые характеристик полевого транзистора с P-канальным переходом такие же, как и приведенные выше, за исключением того, что ток стока I D уменьшается с увеличением положительного напряжения затвор-исток, V GS .

Ток стока равен нулю, когда V GS = V P . Для нормальной работы V GS смещен, чтобы быть где-то между V P и 0. Затем мы можем вычислить ток стока, I D для любой заданной точки смещения в насыщенной или активной области следующим образом:

Слить ток в активной области.

Обратите внимание, что значение тока стока будет между нулем (отсечка) и I DSS (максимальный ток). Зная ток стока I D и напряжение сток-исток V DS , сопротивление канала (R DS ) определяется как:

Сопротивление канала истока-истока.

Где: g m - «усиление крутизны», поскольку полевой транзистор JFET является устройством, управляемым напряжением, и представляет собой скорость изменения тока стока по отношению к изменению напряжения затвор-исток.

Режимы полевых транзисторов

Подобно биполярному переходному транзистору, полевой транзистор, являющийся трехконтактным устройством, может работать в трех различных режимах и, следовательно, может быть включен в схему в одной из следующих конфигураций.

Конфигурация общего источника (CS)

В конфигурации Common Source (аналогичной общему эмиттеру) входной сигнал подается на затвор, а его выход берется из стока, как показано. Это наиболее распространенный режим работы полевого транзистора из-за его высокого входного импеданса и хорошего усиления напряжения, поэтому широко используются усилители с общим источником.

Режим общего источника подключения на полевых транзисторах обычно используется в усилителях звуковой частоты, а также в предусилителях и каскадах с высоким входным сопротивлением. Поскольку выходной сигнал является усилительной схемой, он находится на 180 o «не в фазе» с входным.

Конфигурация общего шлюза (CG)

В конфигурации Common Gate (аналогично общей базе) вход подается на источник, а его выход берется из стока с затвором, подключенным непосредственно к земле (0 В), как показано.В этой конфигурации теряется свойство высокого входного импеданса предыдущего подключения, поскольку общий вентиль имеет низкий входной импеданс, но высокий выходной импеданс.

Этот тип конфигурации полевого транзистора может использоваться в высокочастотных цепях или в цепях согласования импеданса, где необходимо согласовать низкий входной импеданс с высоким выходным сопротивлением. Выход «синфазен» входу.

Общий слив (CD) Конфигурация

В конфигурации Common Drain (аналогично общему коллектору) вход подается на затвор, а его выход берется из источника.Конфигурация общего стока или «истокового повторителя» имеет высокий входной импеданс, низкий выходной импеданс и почти единичный коэффициент усиления по напряжению, поэтому используется в буферных усилителях. Коэффициент усиления по напряжению конфигурации истокового повторителя меньше единицы, а выходной сигнал является «синфазным», 0 o с входным сигналом.

Этот тип конфигурации называется «Общий сток», потому что на соединении стока нет сигнала, присутствует напряжение + V DD просто обеспечивает смещение.Выход синфазен с входом.

Усилитель JFET

Так же, как и биполярный переходной транзистор, полевые транзисторы JFET могут использоваться для создания схем одноступенчатого усилителя класса A с усилителем с общим истоком JFET и характеристиками, очень похожими на схему с общим эмиттером BJT. Основное преимущество JFET-усилителей перед BJT-усилителями заключается в их высоком входном импедансе, который контролируется резистивной цепью смещения затвора, образованной R1 и R2, как показано на рисунке.

Смещение усилителя JFET

Эта схема усилителя с общим истоком (CS) смещается в режиме класса «A» цепью делителя напряжения, образованной резисторами R1 и R2.Напряжение на истоковом резисторе R S обычно устанавливается равным примерно четверти от V DD , (V DD /4), но может иметь любое разумное значение.

Требуемое напряжение затвора затем может быть рассчитано из этого значения R S . Поскольку ток затвора равен нулю (I G = 0), мы можем установить необходимое постоянное напряжение покоя путем правильного выбора резисторов R1 и R2.

Управление током стока с помощью отрицательного потенциала затвора делает полевой транзистор Junction полезным в качестве переключателя, и важно, чтобы напряжение затвора никогда не было положительным для N-канального JFET, поскольку ток канала будет течь к затвору. а не сток, приводящий к повреждению JFET.Принципы работы P-канального JFET такие же, как и для N-канального JFET, за исключением того, что полярность напряжений должна быть изменена на противоположную.

В следующем уроке о транзисторах мы рассмотрим другой тип полевого транзистора, называемый полевым МОП-транзистором , соединение затвора которого полностью изолировано от основного токоведущего канала.

Какие бывают типы полевых транзисторов

Кластер полевого транзистора

Полевой транзистор или полевой транзистор - это транзистор, в котором выходной ток регулируется электрическим полем.Полевой транзистор иногда называют униполярным транзистором, поскольку он предполагает работу с одной несущей. Основные типы полевых транзисторов полностью отличаются от основных типов транзисторов BJT. FET - это трехконтактные полупроводниковые устройства с выводами истока, стока и затвора.

Заряды переносятся электронами или дырками, которые текут от истока к стоку через активный канал. Этот поток электронов от истока к стоку контролируется напряжением, приложенным к клеммам затвора и истока.

Типы полевых транзисторов

Полевые транзисторы

бывают двух типов - полевые транзисторы JFET и полевые МОП-транзисторы.

Соединительный полевой транзистор

A Junction FET

Junction FET-транзистор - это тип полевого транзистора, который может использоваться в качестве переключателя с электрическим управлением. Электрическая энергия течет по активному каналу между источниками к выводам стока. При подаче напряжения обратного смещения на вывод затвора канал напрягается, поэтому электрический ток полностью отключается.

Соединительный полевой транзистор доступен в двух полярностях:

N-канал JFET

N-канальный JFET

N-канальный JFET состоит из стержня n-типа, по бокам которого легированы два слоя p-типа.Канал электронов составляет N-канал устройства. На обоих концах N-канального устройства имеются два омических контакта, которые соединены вместе, образуя вывод затвора.

Клеммы истока и стока взяты с двух других сторон шины. Разность потенциалов между выводами истока и стока обозначается как Vdd, а разность потенциалов между выводами истока и затвора обозначается как Vgs. Поток заряда обусловлен потоком электронов от истока к стоку.

Когда на выводы стока и истока подается положительное напряжение, электроны текут от истока «S» к выводу «D», тогда как обычный ток стока Id течет через сток к истоку. Поскольку ток течет через устройство, оно находится в одном состоянии.

Когда на вывод затвора подается напряжение отрицательной полярности, в канале создается обедненная область. Ширина канала уменьшается, следовательно, увеличивается сопротивление канала между истоком и стоком.Поскольку переход затвор-исток имеет обратное смещение и в устройстве не течет ток, оно находится в выключенном состоянии.

Таким образом, в основном, если напряжение, приложенное к выводу затвора, увеличивается, меньшее количество тока будет течь от истока к стоку.

JFET с N каналом имеет большую проводимость, чем JFET с каналом P. Таким образом, JFET с N каналом является более эффективным проводником по сравнению с JFET с каналом P.

P-канал JFET

P-канальный JFET-транзистор состоит из стержня P-типа, с двух сторон которого легированы слои n-типа.Вывод затвора формируется путем соединения омических контактов с обеих сторон. Как и в N-канальном JFET, выводы истока и стока взяты с двух других сторон шины. Канал P-типа, состоящий из дырок в качестве носителей заряда, образован между выводами истока и стока.

Шина JFET с каналом P

Отрицательное напряжение, приложенное к выводам стока и истока, обеспечивает протекание тока от истока к выводам стока, и устройство работает в омической области. Положительное напряжение, приложенное к выводу затвора, обеспечивает уменьшение ширины канала, тем самым увеличивая сопротивление канала.Более положительным является напряжение затвора; меньше ток, протекающий через устройство.

Характеристики p-канального переходного полевого транзистора

Ниже приведены характеристическая кривая полевого транзистора с p-переходом и различные режимы работы транзистора.

Характеристики полевого транзистора с p-переходом

Область отсечки : Когда напряжение, приложенное к выводу затвора, достаточно положительное, чтобы ширина канала была минимальной, ток не течет.Это приводит к тому, что устройство находится в отключенной области.

Омическая область : Ток, протекающий через устройство, линейно пропорционален приложенному напряжению до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение пробоя. В этой области транзистор оказывает некоторое сопротивление протеканию тока.

Область насыщения : Когда напряжение сток-исток достигает такого значения, что ток, протекающий через устройство, является постоянным с напряжением сток-исток и изменяется только с напряжением затвор-исток, устройство считается находящимся в состоянии насыщения. область.

Область пробоя : Когда напряжение сток-исток достигает значения, которое вызывает пробой в области истощения, вызывая резкое увеличение тока стока, устройство считается находящимся в области пробоя. Эта область пробоя достигается раньше при более низком значении напряжения сток-исток, когда напряжение затвор-исток более положительное.

МОП-транзистор

MOSFET-транзистор

MOSFET-транзистор, как следует из названия, представляет собой полупроводниковую линейку p-типа (n-типа) (с двумя сильно легированными областями n-типа, рассеянными в ней) со слоем оксида металла, нанесенным на его поверхность, и отверстиями, вынесенными из слоя. для формирования терминалов истока и стока.На оксидный слой нанесен металлический слой, образующий вывод затвора. Одно из основных применений полевых транзисторов - использование полевого МОП-транзистора в качестве переключателя.

Этот тип полевого транзистора имеет три вывода: исток, сток и затвор. Напряжение, приложенное к клемме затвора, управляет потоком тока от истока к стоку. Наличие изолирующего слоя оксида металла приводит к тому, что устройство имеет высокий входной импеданс.

Типы полевых МОП-транзисторов в зависимости от режима работы

MOSFET-транзистор является наиболее часто используемым типом полевых транзисторов.Работа MOSFET осуществляется в двух режимах, на основе которых классифицируются транзисторы MOSFET. Работа полевого МОП-транзистора в режиме расширения состоит из постепенного формирования канала, тогда как в режиме истощения полевого МОП-транзистора он состоит из уже рассредоточенного канала. Расширенное применение MOSFET - это CMOS.

Расширенный МОП-транзистор

Когда отрицательное напряжение подается на вывод затвора полевого МОП-транзистора, носители или дырки, несущие положительный заряд, накапливаются больше около оксидного слоя.Канал формируется от истока до вывода стока.

Усовершенствованный полевой МОП-транзистор

По мере того, как напряжение становится более отрицательным, ширина канала увеличивается, и ток течет от истока к клемме стока. Таким образом, когда поток тока «усиливается» с приложенным напряжением затвора, это устройство называется MOSFET улучшенного типа.

МОП-транзистор режима истощения

МОП-транзистор в режиме истощения состоит из канала, рассеянного между стоком и выводом истока.В отсутствие напряжения на затворе ток течет от истока к стоку из-за канала.

MOSFET-транзистор

в режиме истощения Когда это напряжение затвора становится отрицательным, в канале накапливаются положительные заряды.
Это вызывает истощение области или области неподвижных зарядов в канале и препятствует прохождению тока. Таким образом, поскольку на протекание тока влияет формирование обедненной области, это устройство называется MOSFET режима обеднения.

Приложения, использующие MOSFET в качестве переключателя

Управление скоростью двигателя BLDC

MOSFET можно использовать в качестве переключателя для управления двигателем постоянного тока.Здесь транзистор используется для запуска полевого МОП-транзистора. ШИМ-сигналы от микроконтроллера используются для включения или выключения транзистора.

Управление скоростью двигателя BLDC

Низкий логический сигнал с вывода микроконтроллера приводит к срабатыванию блока сопряжения OPTO, генерируя высокий логический сигнал на его выходе. Транзистор PNP отключен, и, соответственно, MOSFET срабатывает и включается. Клеммы стока и истока закорочены, и ток течет к обмоткам двигателя, так что он начинает вращаться.Сигналы ШИМ обеспечивают управление скоростью двигателя.

Схема светодиодной матрицы:

Управление массивом светодиодов

MOSFET, работающим в качестве переключателя, включает в себя приложение для управления интенсивностью массива светодиодов. Здесь транзистор, управляемый сигналами от внешних источников, таких как микроконтроллер, используется для управления полевым МОП-транзистором. Когда транзистор выключен, MOSFET получает питание и включается, тем самым обеспечивая правильное смещение для светодиодной матрицы.

Переключение лампы с использованием полевого МОП-транзистора:

Переключение ламп с использованием MOSFET

MOSFET можно использовать в качестве переключателя для управления переключением ламп.Здесь также MOSFET запускается с помощью транзисторного переключателя. ШИМ-сигналы от внешнего источника, такого как микроконтроллер, используются для управления проводимостью транзистора, и, соответственно, полевой МОП-транзистор включается или выключается, таким образом управляя переключением лампы.

Мы надеемся, что нам удалось предоставить читателям лучшие знания по теме полевых транзисторов. Мы хотели бы, чтобы читатели ответили на простой вопрос - чем полевые транзисторы отличаются от биполярных транзисторов и почему они более широко используются в сравнении.

Пожалуйста, ваши ответы вместе с вашими отзывами в разделе комментариев ниже.

Фото:

Кластер полевого транзистора от alibaba
N-канальный JFET от ebaying
P-канал JFET от solarbotics
P-канал JFET-линейка от wikimedia
P-канал JFET кривая характеристик с помощью изученияaboutelectronics
MOSFET-транзистор от imimg
Расширенный МОП-транзистор 9000 Схема расширения 3 с помощью транзистора 9000

FET или JFET - Работа / Эксплуатация, Строительные приложения, В качестве усилителя, MOSFET, DE-MOSFET, E-Only, Application

FET означает «Полевой транзистор», это трехконтактное однополярное твердотельное устройство, в котором ток управление 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.

Слив: -

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 с полевым транзистором

Затвор всегда имеет обратное смещение, поэтому ток затвора IG практически равен нулю.Клемма истока всегда подключается к концу источника питания стока, который обеспечивает необходимую несущую, в N-канальном JFET клемма 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

Работа / Работа

Когда на вход усилителя подается отрицательный сигнал, смещение затвора увеличивается, слой дублирования уменьшается, сопротивление канала увеличивается, ID уменьшается, падение 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 имеется 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:

  1. DE-МОП-транзистор
  2. 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 от DE-MOSFET только конструкцией тем, что между стоком и истоком отсутствует канал.

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.

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

Что такое JFET? | Принцип работы | Важные характеристики

СОДЕРЖАНИЕ
  • Что такое JFET?
  • Типы JFET
  • Характеристики JFET
  • BJT против FET
  • JFET против MOSFET
  • Приложения
  • подробнее о полевом транзисторе или полевом транзисторе и об одном из его важных типов, а именно, о полевом транзисторе (JFET).

    Определение полевого транзистора:

    Полевой транзистор (FET):

    В полевом транзисторе для управления протеканием тока используется только электрическое поле. Полевые транзисторы - это униполярные транзисторы. Полевой транзистор (FET) имеет три контакта: исток, сток и затвор.

    Типы полевых транзисторов (FET)

    Существует два основных типа полевых транзисторов:

    1. JFET
    2. Металлооксидно-полупроводниковый полевой транзистор MOSFET) или полевой транзистор с изолированным затвором или IGFET).

    Характеристики полевого транзистора (FET)
    • Униполярный - В полевом транзисторе проводимость осуществляется либо дырочкой, либо электроном.
    • Высокий входной импеданс - Полевой транзистор имеет высокое входное сопротивление, поскольку входной ток в полевом транзисторе протекает только из-за обратного смещения.
    • Выходное сопротивление - Выходное сопротивление полевого транзистора очень мало.
    • Устройство, управляемое напряжением - Полевой транзистор называется устройством, управляемым напряжением, поскольку его выходное напряжение регулируется только входным напряжением затвора.
    • Уровень шума низкий - Шум полевого транзистора ниже, чем у BJT, как и у полевого транзистора, в тракте проводимости нет переходов.
    • Коэффициент усиления - Коэффициент усиления характеризуется как коэффициент проводимости в полевом транзисторе .

    Что такое переходной полевой транзистор (JFET)?

    JFET - один из простейших типов полевых транзисторов с тремя выводами полупроводников.

    В отличие от транзисторов PNP и NPN, три клеммы переходного полевого транзистора:

    1. Источник
    2. Затвор
    3. Дренаж

    Как работает переходной полевой транзистор (JFET)?

    JFET - это устройство, управляемое напряжением, поскольку оно управляется с помощью напряжения обратного смещения, подаваемого на клемму затвора.Канал осушается, и электрический ток отключается. Обычно говорят, что полевой транзистор включен, когда нет напряжения между затвором и выводом истока.

    Соединительный полевой транзистор (JFET) обычно бывает двух типов, так как в зависимости от работы используется канал n-типа или p-типа. В n-типе, когда источник напряжения подключен к затвору -ve по отношению к источнику, ток уменьшается. Соответственно, когда JFET имеет канал p-типа, если положительное напряжение приложено к затвору относительно источника, ток уменьшается.

    Символ соединительного полевого транзистора (JFET): Символ JFET N-канал и P-канал JFET Типичные слои P-канала JFET

    Работа полевого транзистора (JFET):

    С V GS = 0; приложенное напряжение V DS вызывает прохождение тока от стока к клеммам истока.

    Если приложено отрицательное напряжение затвор-исток, истощающий слой соединения затворного канала расширяется, а канал становится узким.Таким образом, сопротивление канала увеличивается, и i d уменьшается для данного значения V DS . Из-за небольшого значения V DS обедненный слой является однородным, и устройство действует как переменное сопротивление по напряжению. По мере увеличения значения V GS в отрицательном направлении слой истощения расширяется, пока не займет весь канал. Это значение V GS называется напряжением отсечки (V P ).

    По мере появления V DS по длине канала напряжение растет по каналу от истока к стоку.В результате слой истощения становится неоднородным. Обратное смещение изменяется по длине канала и является самым высоким на конце стока, а слой истощения является самым широким на конце стока. Следовательно, сопротивление канала меняется вдоль канала, и характеристическая кривая становится нелинейной.

    Параметры JFET:

    Крутизна ( г м )

    Между тем, полевой транзистор перехода представляет собой источник тока, управляемый напряжением, усиление - это изменение тока стока, деленное на изменение в напряжении затвора.Это называется усилением крутизны (сокращенно g м ) JFET

    . Крутизна - это отношение изменения тока стока (δI D ) к изменению напряжения затвора и истока (δV GS ) при постоянное напряжение сток-исток (V DS = постоянное). Таким образом, g m - это, по сути, наклон изменения I D и в отношении изменения V GS с постоянным V DS . Это определяется как,

    Это значение является максимальным при нулевом напряжении затвор-исток (V GS = 0).Максимальное значение (g mo ) указано в спецификациях Junction Field Effect Transistor (JFET). . Обычно он присутствует в единицах проводимости, в частности, в единицах Siemens. Для полевого транзистора стандартные значения крутизны ( г м ) находятся в диапазоне от одного до тридцати миллисименс.

    Сопротивление утечки по переменному току ( r d )

    Это сопротивление между выводами стока и истока, когда переходный полевой транзистор работает в области Pinch Off.Это объясняется отношением (ΔV DS ) изменения напряжения сток-исток к изменению тока стока (ΔI D ) при постоянном V GS - напряжении затвор-исток. Таким образом, можно записать как

    Коэффициент усиления ( µ)

    Коэффициент усиления переходного полевого транзистора определяет, насколько больше управляющее напряжение затвора (В GS ) имеет над напряжением стока (В DS ). Например, если µ JFET равно 30, это означает, что V GS в 30 раз эффективнее. µ = r d xg m

    ВАХ и выходной график n-канального полевого транзистора

    Ниже описаны четыре различных режима работы полевого транзистора с переходным эффектом:

    Омическая область

    Если напряжение затвора равно нулю (V GS = 0), то слой обеднения очень минимален и полевой транзистор перехода работает как резистор, управляемый напряжением.

    Область отсечки

    Во время области отсечки V GS - напряжение затвора, достаточно, чтобы заставить переходной полевой транзистор действовать как разомкнутую цепь, поскольку сопротивление канала является максимальным.Область отсечения иногда также называют областью отсечения.

    Насыщенность или активная область

    В области насыщения переходной полевой транзистор действует как хороший проводник и управляется V GS - напряжением затвор-исток. В то время как в течение этого периода напряжение стока в исток (V DS ) оказывает незначительное или незначительное влияние.

    Область пробоя

    В области пробоя V DS - напряжение между стоком и истоком, должно быть достаточно высоким, чтобы заставить полевые транзисторы перехода действовать как резистивный проход для пробоя и разрешения неконтролируемый ток.

    Преимущества JFET:
    • Высокое входное сопротивление
    • Низкий уровень шума
    • Малый размер
    • Высокая частотная характеристика

    ET Эффектный транзистор (JFET) имеет малую ширину полосы пропускания
  • Он более уязвим к повреждениям во время обращения и обслуживания.

Применения JFET:
  • JFET используется в качестве переключателя
  • Переходный полевой транзистор используется в качестве усилителя .
  • Может использоваться как буфер
  • Junction Field Effect Transistor (JFET) используется в схемах цифровой электроники из-за своего размера и применимости.

Укажите разницу между биполярным переходным транзистором и переходным полевым транзистором:

BJT против полевого транзистора: Характеризуется усилением по напряжению

Чтобы узнать больше о электронике, нажмите здесь

О Сумали Бхаттачарья

В настоящее время я инвестирую в сферу электроники и связи.
Мои статьи сосредоточены на основных областях базовой электроники с очень простым, но информативным подходом.
Я хорошо учусь и стараюсь быть в курсе всех последних технологий в области электроники.

Давайте подключимся через LinkedIn -
https://www.linkedin.com/in/soumali-bhattacharya-34833a18b/

Полевой транзистор (FET)

: работа и его применение

FET означает полевой транзистор . Эти транзисторы предназначены для преодоления недостатков транзисторов с биполярным переходом.Поскольку базовые транзисторы имеют переход эмиттера в режиме прямого смещения, это заставляет устройство работать при низких уровнях импеданса. Это приводит к значительному уровню шума. Полевые транзисторы обладают всеми характеристиками, которые позволяют преодолеть недостатки биполярных переходных транзисторов и могут быть хорошей заменой как для электронных ламп, так и для биполярных транзисторов. Он также состоит из трех терминалов. Но эти клеммы называются истоком, стоком и затвором.

Эти полевые транзисторы известны своими униполярными характеристиками.Причина его характеристик заключается в том, что функционирование этого транзистора зависит от концентрации дырок или электронных носителей. Полевые транзисторы также могут использоваться в схемах переключения, схемах буферного усиления и в интегральных схемах.

Что такое полевой транзистор?

Транзистор, который способен передавать сигналы от высокого сопротивления к значениям низкого сопротивления, как и биполярные переходные транзисторы, но с однополярным преодолением его недостатков, определяется как полевой транзистор (FET).

Полевой транзистор спроектирован таким образом, что существует три терминала, которые известны как исток, затвор и сток. Эти клеммы несут ответственность за влияние на большинство носителей, подавая на них возможные источники напряжения. Это приводит к возникновению тока. Протекание тока можно контролировать, подавая напряжение, подтверждающее характеристики устройства, управляемого напряжением.

Типы полевых транзисторов

В зависимости от конструкции полевые транзисторы классифицируются как

(1) Junction Field Effect Transistor (JFET)

Работа этих полевых транзисторов основана на каналах, образованных между выводами.Канал может быть n-типа или p-типа. Из-за канала n-типа он упоминается как JFET с n-каналом, а из-за сформированного канала p-типа он упоминается как JFET с p-каналом.

Обозначение N-канального JFET

JFET Рабочий

Конструкция JFET аналогична конструкции BJT, он может быть сформирован с использованием материалов n-типа и p-типа. N-тип помещается между p-типами или p-типы помещаются между n-типами. Подобно транзисторам N-P-N и P-N-P, сформированным в BJT, они также сформированы в FET.Эти JFET-транзисторы состоят из канала, который может быть n- или p-типа.

Символ для P-канального JFET

  • В зависимости от канала он известен как n-канальный JFET или p-канальный JFET.
  • Для n-канального JFET положительная сторона подключена к клемме источника.
  • Вывод стока получает самый высокий потенциал по сравнению с затвором в этом n-канальном полевом транзисторе JFET.
  • Переход, образованный из-за взаимодействия стока и вывода затвора, будет иметь обратное смещение.
  • По этой причине ширина обедненной области рядом со стоком больше по сравнению с истоком.
  • Из-за этого условия большинство носителей заряда, которые представляют собой потоки электронов, можно увидеть от выводов стока к истоку.
  • Поскольку этот потенциал на стоке имеет тенденцию к увеличению, поток носителей увеличивается, поток тока также увеличивается.
  • Но при определенном приращении напряжений на стоке и истоке протекание тока прекращается.
  • JFET обычно известен своими характеристиками управления током путем приложения входных напряжений.
  • Значение входного импеданса этого транзистора является пиковым.
  • Когда JFET находится в идеальном режиме, на клемме затвора нет текущих свидетельств.

Вот как работает n-канальный JFET. Только изменение полярности источников питания заставляет полевой транзистор работать как полевой транзистор с р-каналом.

(2) Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (МОП-транзистор)

В МОП-транзисторах функционирование основано на каналах, которые уже существуют или сформированы при приложении напряжения.Основываясь на этих режимах работы, полевые МОП-транзисторы далее классифицируются на Depletion mode и extension mode . В режиме улучшения канал индуцируется из-за приложения напряжения на затворе, но в режиме истощения полевой МОП-транзистор работает из-за уже существующего в нем канала.

MOSFET

MOSFET Типы:

Модель истощения MOSFET также подразделяется на ntype и ptype. Единственная разница между ними - это нанесение подложек.Из-за концентрации носителей, которые предпочтительно большинство отвечает за образование области, называемой истощением. Эта ширина обеднения отвечает за эффект проводимости.

В режиме улучшения, когда напряжение, подаваемое на вывод затвора выше порогового напряжения, формируется канал. Это может быть n-тип для подсостояния P-типа и p-тип для подсостояния N-типа. На основе режима улучшения формирования канала классифицируется как MOSFET расширения типа N и MOSFET расширения типа P .MOSFET типа расширения используются чаще, чем тип истощения.

Смещение

Смещение полевого транзистора также выполняется как смещение транзистора. Это может быть фиксированное смещение, самосмещение и смещение делителя потенциала.

(1) Фиксированное смещение

Фиксированное смещение в полевом транзисторе может быть получено путем подачи напряжения батареи. Клеммный затвор должен подключаться к отрицательному источнику питания батареи, и ток через резистор не протекает.

(2) Self Bias

Как следует из названия, если внешний источник питания не предусмотрен для схемы.Этот тип предвзятости известен как предвзятость. Любые изменения значений крутизны, отражающие искажение рабочей точки. Этими параметрами можно управлять, и на них нелегко повлиять на самосмещение.

(3) Смещение делителя потенциала

Схема снабжена питанием на входе, но два резистора соединены таким образом, что напряжение на входе делится с помощью резисторов. Следовательно, эта схема называется делителем потенциала.
Эти методы смещения выбираются в зависимости от необходимости и увеличения значений проводимости.

Характеристики

Характеристики полевого транзистора в основном зависят от различных рабочих регионов. Области - омическая область, область насыщения, отсечки и область пробоя.

(1) Омическая область

Область, в которой крутизна показывает линейный отклик, а ток на выводе затвора противостоит сопротивлению, называется омической областью.

(2) Область насыщения

В этой области устройство полностью включено.В этом состоянии через транзистор протекает максимальный ток в установившемся режиме.

(3) Область отсечки

В этой области нет очевидного протекания тока через транзистор. Следовательно, он упоминается как устройство в состоянии ВЫКЛЮЧЕНО.

(4) Область пробоя

Когда приложенное напряжение превышает условие максимального значения напряжения, транзистор переходит в состояние пробоя, указывая на то, что транзистор сопротивляется протеканию тока.

Приложения

Полевой транзистор применяется следующим образом.

  1. Для таких приложений, как низкий уровень шума, эти типы транзисторов являются предпочтительными.
  2. полевые транзисторы предпочтительно использовать при их применении в качестве буфера.
  3. Используются в каскадных усилителях.
  4. Основная особенность этого - низкая входная емкость.
  5. Для аналогового переключения предпочтительнее полевой транзистор.
  6. Предпочтительно при колебательных контурах.
  7. Для схем ограничения тока предпочтительны полевые транзисторы.

Таким образом, полевые транзисторы находят множество применений. Это может быть полевой транзистор или полевой МОП-транзистор, оба имеют множество применений, основанных на их унифицированных характеристиках. Каждый из них предпочтителен в качестве переключателей и может использоваться в усилителях и т. Д.

FET в качестве переключателя

FET можно использовать в качестве одного из приложений переключения, потому что он может работать как полностью включенным, так и полностью выключенным. Подобно BJT, полевой транзистор также состоит из активной области, области отсечки и области насыщения, как упоминалось выше.

Поскольку напряжение, приложенное на стыке затвора и истока, равно нулю, рабочее состояние полевого транзистора находится в состоянии насыщения, поскольку через него протекает максимальная величина тока. Когда приложенное напряжение меньше напряжения включения или более отрицательное.

Тогда рабочая область полевого транзистора считается находящейся в режиме отсечки. Во время его работы в области отсечки нет явного протекания тока по цепи. Это причины, по которым полевой транзистор работает как переключатель.Когда полевой транзистор подключен к нагрузке параллельно, он действует как аналоговый переключатель. Полевые транзисторы также могут быть подключены последовательно, чтобы действовать как последовательный переключатель.

Таким образом, основная работа полевого транзистора, его типы и методы смещения обсуждались выше. Полевой транзистор с переходным эффектом - это первая классификация полевых транзисторов, которая классифицируется на основе переходов, образованных –типа или p-типа. Эта классификация полевых транзисторов, основанная на сформированных каналах, известна как полевые МОП-транзисторы.

Пожалуйста, обратитесь к этой ссылке для полевых транзисторов MCQs

После анализа типов полевых транзисторов, можете ли вы описать, какой из них лучше и наиболее предпочтителен среди полевых транзисторов JFET и MOSFET?

Принцип работы соединительного полевого транзистора или JFET

Биполярный соединительный транзистор представляет собой устройство с регулируемым током. В этом транзисторе в основном базовый ток управляет работой устройства. В BJT в операции участвуют как миноритарные, так и мажоритарные перевозчики.С другой стороны, полевой транзистор с переходным эффектом - это устройство, управляемое напряжением, и только большинство носителей тока принимают участие в работе. Прежде чем перейти к основному принципу работы Junction Field Effect Transistor, мы сначала рассмотрим основную конструкцию устройства, потому что она помогает нам хорошо понять суть дела.

Здесь канал полупроводника p-типа или n-типа создается между полупроводником противоположного типа. Это означает, что если канал имеет p-тип, то окружение будет n-типа, а если канал n-типа, то окружение будет p-типа.В зависимости от типа полупроводника, используемого в канале, существует два типа полевых транзисторов с переходным эффектом, а именно полевой транзистор с каналом с n каналом и полевой транзистор с каналом p.

Для понимания основного принципа работы Junction Field Effect Transistor, мы берем n-канальный JFET, хотя работа P-канального JFET такая же, как и у n-канального FET.

Вывод, подключенный к одному концу канала n, называется выводом стока, а вывод, подключенным к другому концу канала, называется выводом истока.Металлический вывод, соединенный со слоем, окружающим канал из полупроводникового материала противоположного типа (здесь он p-типа), известен как вывод затвора.

Теперь давайте подключим внешнюю цепь к этим трем клеммам. Здесь мы подключаем положительный вывод цепи источника напряжения к стоку транзистора. Отрицательный конец источника напряжения должен быть заземлен. Клемма затвора также подключается к земле, как показано на рисунке.

Теперь при этом условии n-канал получает более высокий потенциал, чем область затвора, следовательно, соединение между областью затвора p-типа и областью канала n-типа будет в состоянии обратного смещения.В результате истощающий слой этого перехода становится толще, и, по-видимому, толщина обедненного слоя зависит от разности напряжений между этими двумя областями.

Теперь, если мы посмотрим на канал, мы увидим, что потенциал канала в направлении вывода стока больше, чем потенциал канала в направлении вывода истока. Потому что положительный вывод источника напряжения подключается к выводу стока, а вывод истока заземлен. Из-за распределения напряжения по каналу часть перехода, ближайшая к стоку, подвергается большему напряжению, чем нижняя часть перехода.В результате ширина обедненного слоя ближе к стоку будет больше, чем его нижняя часть. При этом условии поток основных носителей (здесь в n канале основными носителями являются свободные электроны) через канал непрерывен из-за приложенного электрического поля между стоком и истоком. Если мы медленно увеличиваем напряжение стока, ток через канал полевого транзистора увеличивается линейно. Однако эта линейность не сохраняется после определенного напряжения стока. Это напряжение называется напряжением отсечки.Когда мы увеличиваем напряжение стока, разница напряжений между каналом и затвором также увеличивается. Однако эта разница больше касается вывода слива. Следовательно, слой истощения по направлению к выводу стока становится толще быстрее, чем слой к выводу истока. При напряжении отсечки обедненные слои касаются друг друга и теоретически блокируют канал. Таким образом, теоретически ток стока, то есть ток через канал, становится равным нулю, но практически ток не будет равным нулю, а получит постоянное значение.

Потому что, как только ток стока становится равным нулю, падение напряжения в канале не происходит, поэтому обратное смещение перехода исчезает, и только тогда снова начинает течь ток стока и снова возникает падение напряжения. Из-за этого явления обедненные слои никогда не соприкасаются, и всегда будет узкий канал для облегчения протекания тока стока.

По мере того, как напряжение на стоке превышает значение отсечки, слои истощения подходят все ближе и ближе.В результате сопротивление канала увеличивается пропорционально, что сохраняет ток стока почти постоянным.

Теперь мы зафиксируем напряжение стока на определенном уровне, подадим отрицательное напряжение на вывод затвора и медленно увеличим отрицательное напряжение на выводе затвора, и посмотрим, что произойдет.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

BJT Биполярное устройство Униполярное устройство
Типы носителей Электроны и дырки - это два типа носителей Здесь требуются электроны или дырки.
Процесс движения Движение носителя осуществляется путем диффузии. Движение носителей осуществляется заносом.
Скорость переключения Скорость переключения BJT сравнительно выше. Скорость переключения сравнительно ниже.
Температурная зависимость Менее температурная стабильность Более высокая температурная стабильность
Шум Уровень шума выше Уровень шума меньше

сравнительный Сравнительно меньше, используется в ИС.

Цена Сравнительно дешевле Сравнительно дорого
Параметр управления Устройство контроля тока Устройство контроля напряжения.
Входное сопротивление Низкое входное сопротивление Высокое входное сопротивление (порядка 10 10 Ом)
Усиление