Стабилизатор тока на полевом транзисторе: Стабилизаторы напряжения на полевых транзисторах: схема включения и регулировки

Содержание

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

Современного человека в быту и на производстве окружает большое количество электротехнических приборов и оборудования. Для устойчивой, стабильной работы всей этой техники требуется бесперебойная подача электроэнергии. Однако из-за скачков сетевого напряжения, приборы довольно часто выходят из строя. Во избежание подобных ситуаций, применяются специальные устройства, в том числе и стабилизатор тока на полевом транзисторе. Его использование гарантирует нормальную работу электротехники, предотвращает аварии и поломки.

Работа стабилизаторов тока

Качественное питание всех электротехнических устройств можно гарантированно обеспечить лишь, используя стабилизатор тока. С его помощью компенсируются скачки и перепады в сети, увеличивается срок эксплуатации приборов и оборудования.

Основной функцией стабилизатора является автоматическая поддержка тока потребителя с точно заданными параметрами. Кроме скачков тока, удается компенсировать изменяющуюся мощность нагрузки и температуру окружающей среды. Например, с увеличением мощности, потребляемой оборудованием, произойдет соответствующее изменение потребляемого тока. В результате, произойдет падение напряжения на сопротивлении проводки и источника тока. То есть, с увеличением внутреннего сопротивления, будут более заметны изменения напряжения при увеличении токовой нагрузки.


В состав компенсационного стабилизатора тока с автоматической регулировкой входит цепь отрицательной обратной связи. Изменение соответствующих параметров регулирующего элемента позволяет достичь необходимой стабилизации. На элемент оказывает воздействие импульс обратной связи. Данное явление известно, как функция выходного тока. В зависимости от регулировок, стабилизаторы разделяются на непрерывные, импульсные и смешанные.

Среди множества стабилизаторов очень популярны стабилизаторы тока на полевых транзисторах. Подключение транзистора в данной схеме осуществляется последовательно сопротивлению нагрузки. Это приводит к незначительным изменениям тока нагрузки, в то время, как входное напряжение подвержено существенным изменениям.

Устройство и работа полевого транзистора

Управление полевыми транзисторами осуществляется посредством электрического поля, отсюда и появилось их название. В свою очередь электрическое поле создается под действием напряжения. Таким образом, все полевые транзисторы относятся к полупроводниковым приборам, управляемым напряжением.

Канал этих устройств открывается только с помощью напряжения. При этом, ток не протекает через входные электроды. Исключение составляет лишь незначительный ток утечки. Отсюда следует, что какие-либо затраты мощности на управление отсутствуют. Однако на практике не всегда используется статический режим, в процессе переключения транзисторов задействована некоторая частота.

В конструкцию полевого транзистора входит внутренняя переходная емкость, через которую протекает некоторое количество тока во время переключения. Поэтому для управления затрачивается незначительное количество мощности.

В состав полевого транзистора входит три электрода. Каждый из них имеет собственное название: исток, сток и затвор. На английском языке эти наименования соответственно будут выглядеть, как source, drain и gate. Канал можно сравнить с трубой, по которой движется водяной поток, соответствующий заряженным частицам. Вход потока происходит через исток. Выход заряженного потока происходит через сток. Для закрытия или открытия потока существует затвор, выполняющий функцию крана. Течение заряженных частиц возможно лишь при условии напряжения, прилагаемого между стоком и истоком. При отсутствии напряжения тока в канале также не будет.

Таким образом, чем больше значение подаваемого напряжения, тем сильнее открывается кран. Это приводит к увеличению тока в канале на участке сток-исток и уменьшению сопротивления канала. В источниках питания применяется ключевой режим работы полевых транзисторов, позволяющий полностью закрывать или открывать канал.

Полевые транзисторы в стабилизаторах тока

Стабилизаторы тока предназначены для поддержания параметров тока на определенном уровне. Благодаря этим свойствам, данные приборы успешно используются во многих электронных схемах. Чтобы понять принцип действия, следует рассмотреть некоторые теоретические вопросы. Известно, что в идеальном источнике тока присутствует ЭДС, стремящаяся к бесконечности и бесконечно большое внутреннее сопротивление. За счет этого удается получить ток с требуемыми параметрами, независимо от сопротивления нагрузки.

Идеальный источник способен создавать ток, остающийся на одном уровне, несмотря на изменяющееся сопротивление нагрузки в диапазоне от короткого замыкания до бесконечности. Для поддержания значения тока на неизменном уровне, величина ЭДС должна изменяться, начиная от величины больше нуля и до бесконечности. Основным свойством источника, позволяющим получать стабильное значение тока, является изменение сопротивления нагрузки и ЭДС таким образом, чтобы значение тока оставалось на одном и том же уровне.

Но, на практике поддержка источником требуемого уровня тока происходит в ограниченном диапазоне напряжения, возникающего на нагрузке. Реальные источники тока используются вместе с источниками напряжения. К таким источникам относится обычная сеть на 220 вольт, а также аккумуляторы, блоки питания, генераторы, солнечные батареи, поставляющие потребителям электрическую энергию. С каждым из них может быть последовательно включен стабилизатор тока на полевом транзисторе, выход которого выполняет функцию источника тока.

Простейшая конструкция стабилизатора состоит из двухвыводного компонента, с помощью которого происходит ограничение протекающего через него тока, до необходимых параметров, устанавливаемых изготовителем. Своим внешним видом он напоминает диод малой мощности, поэтому данные приборы известны как диодные стабилизаторы тока.

Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе IRLR2905 (13В)

При построении сильноточных стабилизаторов напряжения радиолюбители обычно используют специализированные микросхемы серии 142 и аналогичные, «усиленные» одним или несколькими, включенными параллельно, биполярными транзисторами.

Если для этих целей применить мощный переключательный полевой транзистор, то удастся собрать более простой сильноточный стабилизатор.

Принципиальная схема

Схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рис. 1. Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение около 13 В (эффективное значение) поступает на выпрямитель и сглаживающий фильтр.

На конденсаторах фильтра оно равно 16 В. Это напряжение поступает на сток мощного транзистора VT1 и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор.

Рис. 1. Принципиальная схема  стабилизатора напряжения на мощном полевом транзисторе IRLR2905 (13В).

Часть выходного напряжения через делитель R2, R3 подается на вход микросхемы DA1, замыкая цепь ООС. Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления микросхемы DA1 не достигнет порогового, около 2,5 В.

В этот момент микросхема открывается, понижая напряжение на затворе мощного транзистора, т. е. частично закрывая его, и, таким образом, устройство входит в режим стабилизации. Лучшие результаты удастся получить, если диод VD2 подключить к выпрямительному мосту (рис. 1.6).

В этом случае напряжение на конденсаторе С5 увеличится, поскольку падение напряжения на диоде VD2 будет меньше, чем падение напряжения на диодах моста, особенно при максимальном токе.

Рис. 2. Печатная плата.

При необходимости плавной регулировки выходного напряжения постоянный резистор R2 следует заменить переменным или подстроенным резистором.

В стабилизаторе в качестве регулирующего элемента применен мощный полевой транзистор IRLR2905. Хотя он и предназначен для работы в ключевом (переключательном) режиме, в данном стабилизаторе он используется в линейном режиме.

Транзистор имеет в открытом состоянии весьма малое сопротивление канала (0,027 Ом), обеспечивает ток до 30 А при температуре корпуса до 100°С, обладает высокой крутизной и требует для управления напряжения на затворе всего 2,5. ..3 В. Мощность, рассеиваемая транзистором, может достигать 110 Вт.

Полевым транзистором управляет микросхема параллельного стабилизатора напряжения КР142ЕН19 (импортный аналог TL431). Конденсаторы — малогабаритные танталовые, резисторы — МЛТ, С2-33, диод VD2 — выпрямительный с малым падением напряжения (германиевый, диод Шоттки). Параметры трансформатора, диодного моста и конденсатора С1 выбирают исходя из необходимого выходного напряжения и тока.

Хотя транзистор и рассчитан на большие токи и большую рассеиваемую мощность, для реализации всех его возможностей необходимо обеспечить эффективный теплоотвод.

Налаживание стабилизатора сводится к установке требуемого значения выходного напряжения. Надо обязательно проверить устройство на отсутствие самовозбуждения во всем диапазоне рабочих токов. Для этого напряжения в различных точках устройства контролируют с помощью осциллографа.

Если самовозбуждение возникает, то параллельно конденсаторам C1, С2 и С4 следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ с выводами минимальной длины. Размещаются эти конденсаторы как можно ближе к транзистору VT1 и микросхеме DA1.

Печатная плата устройства приведена на рис. 2 Эта плата рассчитана на установку малогабаритных деталей в корпусах для поверхностного монтажа, в том числе и микросхема КР142ЕН19 требует замены на импортный аналог в корпусе SO-8.

Схема на биполярном транзисторе

Рис. 3. Схема блока питания без полевого транзистора.

В случае, если полевой транзистор найти не удалось, стабилизатор можно выполнить по другой схеме (рис. 3.), на мощных биполярных транзисторах, с использованием той же микросхемы. Правда, максимальный ток нагрузки у этого варианта стабилизатора не более 3...4 А.

Для повышения коэффициента стабилизации применен стабилизатор тока на полевом транзисторе, в качестве регулирующего элемента применен мощный составной транзистор. Трансформатор должен обеспечивать на вторичной обмотке напряжение не менее 15 В при максимальном токе нагрузки.

Первоисточник: неизвестен.

Регулируемый стабилизатор напряжения на полевом транзисторе схема

Несложная схема для регулирования, а также стабилизации напряжения представлена на картинке выше, её сможет собрать даже новичок в электронике. К примеру, на вход подано 50 вольт, а на выходе получаем 15,7 вольт или другое значение до 27V.

Схема регулируемого стабилизатора

Основной радиодеталью данного устройства является полевой (MOSFET) транзистор, в качестве которого можно использовать IRLZ24/32/44 и другие подобные. Наиболее часто они производятся компаниями IRF и Vishay в корпусах TO-220 и D2Pak. Стоит около 0.58$ грн в розницу, на ebay 10psc можно приобрести за 3$ (0,3 доллара за штуку). Такой мощный транзистор имеет три вывода: сток (drain), исток (source) и затвор (gate), он имеет такую структуру: металл-диэлектрик(диоксид кремния SiO2)-полупроводник. Микросхема-стабилизатор TL431 в корпусе TO-92 обеспечивает возможность настраивать значение выходного электрического напряжения. Сам транзистор я оставил на радиаторе и припаял его к плате с помощью проводков.

Входное напряжение для этой схемы может быть от 6 и до 50 вольт. На выходе же получаем 3-27V с возможностью регулирования подстрочным резистором 33k. Выходной ток довольно большой, до 10 Ампер, в зависимости от радиатора.

Сглаживающие конденсаторы C1,C2 могут иметь ёмкость 10-22 мкФ, C3 4,7 мкФ. Без них схема и так будет работать, но не так хорошо, как нужно. Не забываем про вольтаж электролитических конденсаторов на входе и выходе, мною были взяты все рассчитаны на 50 Вольт.

Мощность, которую сможет рассеять такой стабилизатор напряжения не может быть более 50 Ватт. Полевой транзистор обязательно устанавливается на радиатор, рекомендуемая площадь поверхности которого не менее 200 квадратных сантиметров (0,02 м2). Не забываем про термопасту или подложку-резинку, чтобы тепло лучше отдавалось.

Возможно использование подстрочного резистора 33k типа WH06-1, WH06-2 они имеют достаточно точную регулировку сопротивления, вот так они выглядят, импортный и советский.

Для удобства на плату лучше припаять две колодки, а не провода, которые легко отрываются.

Печатная плата для дискретных элементов и переменного резистора типа СП5-2 (3296).

Стабильность неплоха и напряжение изменяется только на доли вольта на протяжении длительного времени. Готовая платка получилась компактна и удобна. Так как я планирую длительное время использовать это устройство для защиты дорожек окрасил всё дно платы зеленым цапонлаком. Автор материала – Егор.

Обсудить статью СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Несложная схема для регулирования, а также стабилизации напряжения представлена на картинке выше, её сможет собрать даже новичок в электронике. К примеру, на вход подано 50 вольт, а на выходе получаем 15,7 вольт или другое значение до 27V.

Схема регулируемого стабилизатора

Основной радиодеталью данного устройства является полевой (MOSFET) транзистор, в качестве которого можно использовать IRLZ24/32/44 и другие подобные. Наиболее часто они производятся компаниями IRF и Vishay в корпусах TO-220 и D2Pak. Стоит около 0.58$ грн в розницу, на ebay 10psc можно приобрести за 3$ (0,3 доллара за штуку). Такой мощный транзистор имеет три вывода: сток (drain), исток (source) и затвор (gate), он имеет такую структуру: металл-диэлектрик(диоксид кремния SiO2)-полупроводник. Микросхема-стабилизатор TL431 в корпусе TO-92 обеспечивает возможность настраивать значение выходного электрического напряжения. Сам транзистор я оставил на радиаторе и припаял его к плате с помощью проводков.

Входное напряжение для этой схемы может быть от 6 и до 50 вольт. На выходе же получаем 3-27V с возможностью регулирования подстрочным резистором 33k. Выходной ток довольно большой, до 10 Ампер, в зависимости от радиатора.

Сглаживающие конденсаторы C1,C2 могут иметь ёмкость 10-22 мкФ, C3 4,7 мкФ. Без них схема и так будет работать, но не так хорошо, как нужно. Не забываем про вольтаж электролитических конденсаторов на входе и выходе, мною были взяты все рассчитаны на 50 Вольт.

Мощность, которую сможет рассеять такой стабилизатор напряжения не может быть более 50 Ватт. Полевой транзистор обязательно устанавливается на радиатор, рекомендуемая площадь поверхности которого не менее 200 квадратных сантиметров (0,02 м2). Не забываем про термопасту или подложку-резинку, чтобы тепло лучше отдавалось.

Возможно использование подстрочного резистора 33k типа WH06-1, WH06-2 они имеют достаточно точную регулировку сопротивления, вот так они выглядят, импортный и советский.

Для удобства на плату лучше припаять две колодки, а не провода, которые легко отрываются.

Печатная плата для дискретных элементов и переменного резистора типа СП5-2 (3296).

Стабильность неплоха и напряжение изменяется только на доли вольта на протяжении длительного времени. Готовая платка получилась компактна и удобна. Так как я планирую длительное время использовать это устройство для защиты дорожек окрасил всё дно платы зеленым цапонлаком. Автор материала – Егор.

Обсудить статью СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Принципиальная схема усилителя мощности ВЧ сигнала для ФМ модуляторов.

Изготовление мощного генератора высокого напряжения – катушки Тесла. Схема, фото и описание сборки устройства.

По мотивам известной схемы блока питания с регулировкой тока и напряжения – полезная доработка.

Автор: Radioelectronika-Ru · Опубликовано 24.11.2017 · Обновлено 20.03.2018


На основе мощных переключательных полевых транзисторов [1] можно построить линейные стабилизаторы напряжения. Подобное устройство было ранее описано в [2]. Немного изменив схему, как показано на рис. 1, можно улучшить параметры описанного стабилизатора, существенно (в 5…6 раз) уменьшив падение напряжения на регулирующем элементе, в качестве которого применен транзистор IRL2505L. Он имеет в открытом состоянии весьма малое сопротивление канала (0,008 Ом), обеспечивает ток до 74 А при температуре корпуса 100 °С, отличается высокой крутизной характеристики (59 А/В). Для управления им требуется небольшое напряжение на затворе (2,5…3 В). Предельное напряжение сток—исток — 55 В, затвор—исток — ±16 В, мощность, рассеиваемая транзистором, может достигать 200 Вт.

Подобно современным микросхемным стабилизаторам, предлагаемый модуль имеет три вывода: 1 — вход, 2 — общий, 3 — выход. В качестве управляющего элемента применена микросхема DA1 — параллельный стабилизатор напряжения КР142ЕН19 (TL431). Транзистор VT1 выполняет функцию согласующего элемента, а стабилитрон VD1 обеспечивает стабильное напряжение для его базовой цепи. Значение выходного напряжения можно рассчитать по формуле
Uвых=2,5(1+R5/R6).
Выходное напряжение регулируют, изменяя сопротивление резистора R6. Конденсаторы обеспечивают устойчивую работу стабилизатора. Устройство работает следующим образом. При увеличении выходного напряжения повышается напряжение на управляющем входе микросхемы DA1, в результате чего ток через нее увеличивается. Напряжение на резисторе R2 увеличивается, а ток через транзистор VT1 уменьшается. Соответственно напряжение затвор—исток транзистора VT2 уменьшается, вследствие чего сопротивление его канала возрастает. Поэтому выходное напряжение уменьшается, восстанавливаясь до прежнего значения.

Регулирующий полевой транзистор VT2 включен в минусовый провод, а управляющее напряжение поступает на него с плюсового провода. Благодаря такому решению стабилизатор способен обеспечить ток нагрузки 20…30 А, при этом входное напряжение может быть всего на 0,5 В больше выходного. Если предполагается использовать модуль при входном напряжении более 16 В, то транзистор VT2 необходимо защитить от пробоя с помощью маломощного стабилитрона с напряжением стабилизации 10…12 В, катод которого подключают к затвору, анод — к истоку.

В устройстве можно применить любой n-канальный полевой транзистор (VT2), подходящий по току и напряжению из списка, приведенного в [1], желательно выделенный желтым цветом. VT1 — КТ502, КТ3108, КТ361 с любыми буквенными индексами. Микросхему КР142ЕН19 (DA1) допустимо заменить на TL431. Конденсаторы — К10-17, резисторы — Р1-4, МЛТ, С2-33.
Схема подключения модуля стабилизатора приведена на рис. 2.

При большом токе нагрузки на транзисторе VT2 рассеивается большая мощность, поэтому необходим эффективный теплоотвод. Транзисторы этой серии с буквенными индексами L и S устанавливают на теплоотвод с помощью пайки. В авторском варианте в качестве теплоотвода и одновременно несущей конструкции применен корпус от неисправного транзистора КТ912, КП904. Этот корпус разобран, удалена его верхняя часть так, что осталась позолоченная керамическая шайба с кристаллом транзистора и выводами-стойками. Кристалл аккуратно удален, покрытие облужено, после чего к нему припаян транзистор VT2. К покрытию шайбы и выводам транзистора VT2 припаяна печатная плата из двусторонне фольгированного стеклотекстолита (рис. 3). Фольга на обратной стороне платы целиком сохранена и соединена с металлизацией шайбы (стоком транзистора VT2) После налаживания и проверки модуля стабилизатора плата приклеена к корпусу. Выводы 1 и 2 — площадки на печатной плате, а вывод 3 (сток транзистора VT2) — металлический вывод-стойка на керамической шайбе.

Если применить детали для поверхностного монтажа: микросхему TL431CD (рис. 4), транзистор VT1 КТ3129А-9, транзистор VT2 IRLR2905S, резисторы Р1-12, то часть их можно разместить на печатной плате, а другую часть — навесным монтажом непосредственно на керамической шайбе корпуса. Внешний вид собранного устройства показан на рис. 5. Модуль стабилизатора напряжения не имеет гальванической связи с основанием (винтом) корпуса, поэтому его можно непосредственно разместить на теплоотводе, даже если он соединен с общим проводом питаемого устройства.

Также допустимо использовать корпус от неисправных транзисторов серий КТ825, КТ827. В таком корпусе кристаллы транзистора прикреплены не к керамической, а к металлической шайбе. Именно к ней, предварительно удалив кристалл, припаивают транзистор VT2. Остальные детали устанавливают аналогично. Сток транзистора VT2 в этом случае соединен с корпусом, поэтому модуль можно непосредственно установить на теплоотвод, соединенный с минусовым проводом питания нагрузки.
Налаживание устройства сводится к установке требуемого выходного напряжения подстроечным резистором R6 и к проверке отсутствия самовозбуждения во всем интервале выходного тока. Если оно возникнет, его нужно устранить увеличением емкости конденсаторов.

ЛИТЕРАТУРА
1. Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. — Радио, 2001, № 5, с. 45.
2. Нечеев И. Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе. — Радио, 2003, № 8. с. 53, 54.

И. НЕЧАЕВ, г. Курск
“Радио” №2 2005г.

КАТУШКА ТЕСЛА
ПРОСТОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БП С РЕГУЛИРОВКАМИ

Стабилизатор напряжения на ОУ и полевом транзисторе

Схема стабилизатора, представленная в этой статье была предложена С. Федосиным в журнале Радио 1986 №2. Особенностью стабилизатора является не только его экономичная работа, за счет малого собственного тока потребления, но и его высокий коэффициент стабилизации.

Коэффициент стабилизации равный 70000 обеспечивается за счет питания источника образцового напряжения и операционного усилителя стабилизированным напряжением.

Основные технические характеристики

Входное напряжение ….. +10…20В

Выходное напряжение ….. +9В

Ток нагрузки ….. <150мА

Коэффициент стабилизации ….. 70000

Выходное сопротивление …. 0.003Ом

Схема стабилизатора на ОУ и полевом транзисторе

Полевой транзистор VT1 максимально уменьшает связь между входом и стабилизатором блокируя проникновение пульсаций напряжения со входа на выход схемы.

На инвертирующий вход операционного усилителя (ОУ) DA1 через резистивный делитель R2R3 подается напряжение с выхода стабилизатора, таким образом, организована отрицательная обратная связь. На неинвертирующий вход подается образцовое напряжение 6.8В.

Коррекция частотной характеристики обеспечивается с помощью конденсаторов C1 и C2. Емкости C3 и C4 сглаживают пульсации и высокочастотные колебания на выходе стабилизатора.

Еще одна хорошая особенность данного стабилизатора заключается в том, что он не боится перегрузки по току и короткого замыкания (КЗ). При увеличении нагрузки напряжение на резисторе R3 и выводе 2 операционного усилителя DA1 уменьшается относительно образцового значения на выводе 3, следовательно, на выходе ОУ (вывод 6) появляется положительное разностное напряжение, которое уменьшает напряжение между затвором и истоком транзистора VT1. Транзистор начнет открываться, повышая выходное напряжение стабилизатора. При дальнейшем росте тока нагрузки в определенный момент напряжение затвор-исток уже не сможет уменьшаться и останется постоянным. В этот момент транзистор VT1 войдет в режим стабилизации тока.

При КЗ стабилизатора ток через VT1 будет ограничен током сток-исток при нулевом потенциале на затворе.

Рассеиваемая мощность КП903Б 6Вт. При долговременном КЗ входное напряжение не должно быть более 15В, иначе рассеиваемая на транзисторе мощность будет более 6Вт, учитывая начальный ток сток-исток КП903Б (480мА).

Также на транзистор необходимо установить теплоотвод.

Автор схемы допускает замену стабилитрона КС168А на КС162А, КС166А, а К551УД1Б на К153УД5, К140УД12, К153УД2 и другие с соответствующими корректирующими цепями. Стоит учесть тот факт, что при замене ОУ на вышеперечисленные стабильность выходного напряжения немного снизится.

Наладка стабилизатора осуществляется подбором сопротивления резистора R2 до получения на выходе необходимого напряжения.

Базовая схема источника стабилизированного тока на MOSFET транзисторах

Добавлено 4 января 2020 в 22:18

Сохранить или поделиться

Рассмотрим простую версию схемы, которая имеет важное значение в разработке аналоговых интегральных микросхем.

Вспомогательная информация

Что за источник тока?

Источники стабилизированного тока занимают видное место в заданиях по анализу цепей и теориях цепей, а затем, кажется, они более или менее исчезают... если вы не разработчик микросхем. Хотя источники тока редко встречаются в типовых проектах печатных плат, они широко распространены в мире аналоговых микросхем. Это потому, что они используются 1) для смещения и 2) в качестве активных нагрузок.

  1. Смещение: транзисторы, работающие как усилители в линейном режиме, должны быть смещены так, чтобы они работали в нужной части своей передаточной характеристики. Лучший способ реализовать это в контексте разработки микросхем – это заставить заданный ток течь через сток транзистора (для MOSFET) или коллектора (для биполярного транзистора). Этот заранее определенный ток должен быть стабильным и независимым от напряжения на компоненте источника тока. Конечно, ни одна реальная схема никогда не будет абсолютно стабильной или абсолютно невосприимчивой к изменениям напряжения, но, как это обычно бывает в инженерном деле, совершенство не совсем необходимо.
  2. Активные нагрузки: В схемах усилителей вместо коллекторных/стоковых резисторов могут использоваться источники тока. Эти «активные нагрузки» обеспечивают более высокий коэффициент усиления по напряжению и позволяют цепи работать должным образом при более низком напряжении питания. Кроме того, технология изготовления микросхем отдает предпочтение транзисторам по сравнению с резисторами.

В данной статье я буду ссылаться на выход источника тока как на «ток смещения» или Iсмещ, потому что я считаю, что использование в качестве смещения является более простым средством для изучения основных функций этой схемы.

Схема источника стабилизированного тока на MOSFET транзисторах

Ниже показана базовая схема источника стабилизированного тока на MOSFET транзисторах:

Рисунок 1 – Базовая схема источника стабилизированного тока на MOSFET транзисторах

На мой взгляд, она удивительно проста – два NMOS-транзистора и один резистор. Давайте посмотрим, как она работает.

Как видите, сток Q1 накоротко замкнут с затвором. Это означает, что Vзатвор = Vсток (VG = VD), и, следовательно, Vзатвор-сток = 0 В (VGD = 0 В). Итак, Q1 находится в области отсечки, области триода или области насыщения? Он не может быть заперт, потому что, если ток не протекает через канал, напряжение на затворе будет равно напряжению питания (VDD), и, следовательно, Vзатвор-исток (VGS) будет больше, чем пороговое напряжение Vпорог (можно смело предположить, что VDD выше, чем Vпорог).2\]

На данный момент мы игнорируем модуляцию длины канала; следовательно, как показывает формула, ток стока не зависит от напряжения сток-исток. Теперь обратите внимание, что истоки у обоих полевых транзисторов подключены к земле, и что их затворы замкнуты вместе – иными словами, оба имеют одинаковое напряжение затвор-исток. Таким образом, если предположить, что оба устройства имеют одинаковые размеры канала, их токи стока будут одинаковыми, независимо от напряжения на стоке Q2. Это напряжение обозначено как Vит, что означает напряжение на компоненте источника тока; это помогает напомнить нам, что Q2, как и любой хорошо работающий источник тока, генерирует ток смещения, который не зависит от напряжения на его клеммах. Еще один способ сказать это – Q2 имеет бесконечное выходное сопротивление:

Рисунок 2 – Q2 имеет бесконечное выходное сопротивление

В этих условиях ток никогда не протекает через выходное сопротивление Rвых, даже если Vит очень велико. Это означает, что ток смещения всегда в точности равен опорному току.

Распространенным названием для этой схемы является «токовое зеркало». Вы, вероятно, можете понять, почему – ток, генерируемый правым транзистором является зеркальным отражением (т.е. равным) опорному току, протекающему через левый транзистор. Это название особенно подходит, когда вы принимаете во внимание визуальную симметрию, демонстрируемую представлением типовой схемы.

Кстати, для старых микросхем часто требовался внешний резистор для Rнастр. Однако в настоящее время производители используют встроенные резисторы, которые обрезаются при производстве для достижения достаточной точности.

Важность пребывания транзистора в режиме насыщения

Первым серьезным вызовом этому идеализированному анализу данной схемы является тот факт, что всё разваливается, когда транзистор не находится в режиме насыщения. Если Q2 находится в области триода (т.е. в линейной), ток стока будет сильно зависеть от Vсток-исток (VDS). Другими словами, у нас больше нет источника тока, потому что на ток смещения влияет Vит. Мы знаем, что напряжение затвор-сток Q2, чтобы поддерживать насыщение, должно быть меньше порогового напряжения.

Другой способ сказать это: Q2 покинет область насыщения, когда напряжение стока станет на Vпорог вольт ниже, чем напряжение затвора. Мы не можем указать точное число, потому что и напряжение на затворе, и пороговое напряжение будут варьироваться от одной реализации к другой.

Пример: напряжение затвора, необходимое для генерации требуемого тока смещения, составляет около 0,9 В, а пороговое напряжение составляет 0,6 В; это означает, что мы можем поддерживать насыщение до тех пор, пока Vит остается выше ~ 0,3 В.

Модуляция длины канала

К сожалению, даже когда проект нашей итоговой схемы гарантирует, что Q2 всегда будет в насыщении, наш источник тока на MOSFET транзисторах будет не совсем идеален. Виновником является модуляция длины канала.

Суть области насыщения заключается в «отсечке» канала, который существует, когда напряжение затвор-сток не превышает пороговое напряжение.

Рисунок 3 – Отсечка канала

Идея состоит в том, что ток стока становится независимым от Vит после того, как канал отсекается, потому что дальнейшее увеличение напряжения стока не влияет на форму канала. Однако в действительности увеличение Vит заставляет «точку отсечки» перемещаться к истоку, и это позволяет напряжению стока оказывать небольшое влияние на ток стока, даже когда полевой транзистор находится в насыщении. Результат можно представить следующим образом:

 

Рисунок 4 – Влияние перемещения «точки отсечки»

Iсмещ теперь является суммой Iопор (определяется Rнастр) и Iошибки (ток, протекающий через выходное сопротивление). Iошибки подчиняется закону Ома: более высокое Vит означает больший Iошибки и, следовательно, больший Iсмещ, и, таким образом, источник тока больше не независим от напряжения на его клеммах.2\]

Ток стока прямо пропорционален отношению ширины к длине, и, таким образом, мы можем увеличить или уменьшить Iсмещ, просто сделав отношение W/L в Q2 выше или ниже, чем в Q1. Например, если мы хотим, чтобы ток смещения был в два раза больше опорного тока, все, что нам нужно сделать, это сохранить длины каналов одинаковыми и увеличить ширину канала в Q2 в два раза. (Это может показаться не таким простым, если вы привыкли работать с дискретными полевыми транзисторами, но указание размеров канала является стандартной практикой при проектировании микросхем).

Также очень просто использовать эту схему для «токового управления». Следующая схема иллюстрирует концепцию токового управления:

Рисунок 5 – Токовое управление

Это включение MOSFET транзисторов позволяет генерировать множество токов смещения от одного опорного тока. Более того, каждый из этих токов может быть разным – их можно индивидуально изменять, просто регулируя соотношения ширины канала к его длине.

Заключение

Мы рассмотрели работу и возможности базовой схемы источника стабилизированного тока на MOSFET транзисторах, а также обсудили ее ограничения. Как следует из прилагательного «базовый», существуют лучшие схемы. Но базовая схема – хорошая отправная точка, потому что двухтранзисторное токовое зеркало остается основным ядром схем с более высокой производительностью.

Оригинал статьи:

Теги

MOSFET / МОП транзисторИсточник токаМодуляция длины каналаСтабилизатор токаТоковое зеркало

Сохранить или поделиться

Стабилизатор напряжения на транзисторе – jelectro.ru

Для работы электронной аппаратуры необходимо напряжение, обладающие точно заданными характеристиками. Но в промышленной сети напряжение постоянно меняется. Его уровень зависит от подключенных в систему предприятий, зданий и оборудования. Функционирование любого прибора напрямую зависит от напряжения, колебания данного параметра влияют на качество работы, например, при перепадах приемник может начать хрипеть или гудеть. Для того чтобы решить данную проблему, используют стабилизаторы на транзисторе.

Стабилизатор импульсного типа

Принцип работы стабилизатора

Одна часть этого оборудования отвечает за сравнение с эталонным значением, а другая – управляет параметрами. Если входящий параметр оказывается больше требуемого показателя, то система снижает его. Если же значение меньше, то характеристики повышаются. По этой же схеме регулируется вода в кране: когда поток меньше, чем надо, вентиль закручивается и наоборот.

Принцип стабилизации применяется на самом разном оборудовании, начиная от утюгов и заканчивая космической отраслью. Разница заключается только в технологии контроля и управления показателями.

Важно! Согласно существующему ГОСТу, напряжение в сети может изменяться в пределах до 5%, а в реальных условиях и 10% от указанного значения. Для качественного функционирования оборудования этот показатель не может превышать 0,1%.

Самая простая схема стабилизатора напряжения содержит всего лишь 2 элемента:

  1. источник опорного напряжения – стабилитрон VD1;
  2. балластный резистор R1.

Стабилитроном называют диод, который при определенных значениях напряжения стабилизации (обратно приложенного) начинает пропускать ток в обратном направлении. Если напряжение растет, при уменьшении внутреннего сопротивления стабилитрон продолжает удерживать напряжение в заданном значении. Принцип работы можно увидеть на схеме стабилизатора напряжения.

Схема и график работы стабилизатора

Если обратное напряжение растет, то стабилитрон оказывает сопротивление, а, значит, ток на выходе минимален. При достижении заданного параметра ток начинает расти. Затем, доходя до точки 1 на вольтамперной характеристике, напряжение перестает расти, несмотря на повышение показателей тока. На p-n переходе напряжение увеличивается только на резисторе, стабилитрон работает в заданном режиме. Конечно, любой стабилитрон может удерживать напряжение только в заданном значении, и после повышения показателей до точки 2 элемент может начать греться и выйти из строя. Расстояние между точками 1 и 2 называется рабочим участком.

Такой простой метод стабилизации подходит только для сетей, в которых применяют малые токи. Для того чтобы повысить нагрузочную способность, применяется эмиттерный повторитель в виде биполярного транзистора. Данный элемент повторяет приложенное напряжение. За счет этого нагрузка может быть на порядок больше. Можно использовать схему из нескольких транзисторов, тогда нагрузка еще сильнее увеличится.

При создании таких схем важно учесть, что из-за падения на участке p-n перехода выходное напряжение уменьшится. Поэтому необходимо выбирать стабилитрон с учетом потерь на переходах на транзисторах. На рисунке в схеме с двумя транзисторами также можно увидеть еще один резистор. Его используют для ликвидации реактивной составляющей второго транзистора.

Два простых стабилизатора

Принципы расчета характеристик

Основными показателями стабилизатора являются максимальное выходное напряжение Uвых, минимальное выходное напряжение Uвых1 и максимальный ток Imax. Допустим, что эти величины составляют 14 Вольт, 1,5 Вольта и 1 Ампер, соответственно. Вычисляем входное напряжение по формуле:

Uвх=Uвых+ 3, где 3 – это коэффициент падения напряжение на переходе коллектор – эмиттер.

Обратите внимание! Паспортные параметры транзистора должны обеспечивать функционирование в полуоткрытом режиме и выдерживать разницу напряжений, возникающую между выходным напряжением и выходными данными.

Далее следует рассчитать максимальную мощность Pmax, которую будет рассеивать транзистор:

  • Pmax=1.3(Uвх-Uвых)Imax=1.3(17-14)=3.9 Вт;
  • Pmax=1.3(Uвх-Uвых1)Imax=1.3(17-1.5)=20,15 Вт.

Как видно, большее значение получается при расчете для минимального входного напряжения, и эта величина будет правильной, для того чтобы подобрать транзистор по справочнику. У нас это будет КТ817.

Важно! Значение напряжение должно быть больше входного значения, а ток – больше заданного максимального значения. Иначе элемент будет работать на пределе возможностей и быстро выйдет из строя.

Схема на полевом транзисторе

Теперь нужно учесть Iб max ток базы самого транзистора:

Iб max=Imax/h31Э min, где h31Э min – коэффициент передачи тока (в нашем случае эта величина равна 25).

Iб max=1/25=0.04 А.

Зная эти показатели, можно определить характеристики стабилизатора напряжения на транзисторе. Стабилизированное напряжение равно 14 вольтам, а ток по формуле – 0.04 А. По этим показателям подходит Д814Д, но в этом случае ток базы будет составлять 0,005 А, то есть надо понизить выходные значение. Для этого используется второй транзистор (КТ315). За счет его использования нагрузка уменьшится на величину максимального коэффициента передачи тока второго транзистора (у нас h31Э=30). Таким образом, ток будет составлять 0,04/30=0,00133 мА.

Теперь определим показатели для Rб балластного резистора:

Rб=(Uвх-Uст)/(Iб max+Iст min)=(17-14)/(0,00133+0,005) = 474 Ом, где:

  • Iст min – ток стабилизации;
  • Uст – напряжение стабилизации стабилитрона.

Затем считаем балластную мощность:

Prб=(Uвх-Uст)2/Rб=(17-14)2/473=0,02 Вт.

Параметры дополнительного резистора рассчитывают редко, при выборе этой детали нужно учесть только одно, что его значение тока должно быть меньше максимально нагрузочного. У нас используется резистор с сопротивлением в 1 Ом.

Компенсационные стабилизаторы

Рассмотренные выше схемы представляют собой параметрические стабилизаторы, то есть устройства, работающие на стабилитроне. Более точными считаются компенсационные схемы, где присутствует обратная связь, и уже стабилизирующую составляющую сравнивают с эталонными значениями. Основным преимуществом таких устройств является точное выходное напряжение, на которое практически не оказывает влияния ток нагрузки, тогда, как у параметрических систем именно нагрузка влияет на всю работу транзисторного стабилизатора.

Схема стабилизатора компенсационного типа может быть последовательной и параллельной. В первом варианте регулирующими элементами обычно являются транзисторы.

Компенсационные стабилизаторы последовательного типа

На схеме:

  • Р – регулирующий элемент;
  • И – источник опорного (эталонного) напряжения;
  • ЭС – элемент сравнения;
  • У – усилитель постоянного тока.

Выходное напряжение для последовательного стабилизатора определяется по вышеуказанной формуле, где R4’ и R4’’, соответственно, верхняя и нижняя величина резистора R4. Транзистор VT1 выполняет роль регулирующего элемента, а VT2 стабилизирует, то есть сравнивает и при необходимости усиливает показатели. Источником опорного напряжения является стабилитрон VD1. Между базой и эмиттером VT2 напряжение определяется как разность UОП и UРЕГ. Если на нагрузке идет рост напряжения, то UРЕГ увеличивает и эмиттерные, и коллекторные токи VT2. Далее по схеме коллекторный ток идет на резистор R1, что вызывает падание напряжения. Это напряжение обратно по полярности для эмиттерной части VT1, поэтому коллекторные и эмиттерные токи данного транзистора падают, а номинальное напряжение на нагрузке восстанавливается.

Для плавной регулировки на выходной цепи стабилизатора используется делитель напряжения, состоящий из R3, R4, R5. Ступенчатое регулирование происходит с помощью опорного напряжения стабилитрона.

Типовая схема компенсационного стабилизатора параллельного типа

В компенсационном стабилизаторе напряжения параллельного типа при возникновении отклонения значения от номинального появляется сигнал рассогласования, который составляет разницу между опорным и выходным напряжением. Далее этот сигнал усиливается на регулирующей части, которая стоит параллельно нагрузке. За счет этого ток на регулирующем элементе изменяется, напряжение на резисторе R1 падает, а на выходе сохраняются постоянные показатели:

U1=U0–IBXR1=const.

Важно! КПД стабилизаторов параллельного типа небольшое, поэтому подобные схемы используются довольно редко.

Импульсные стабилизаторы

Кроме компенсационных и параметрических стабилизаторов, существуют импульсные схемы, в которых коэффициент полезного действия самый большой, даже если диапазон входных напряжений достаточно большой. Работа этих устройств основана на том, что регулирующий элемент отключается и выключается в импульсном режиме. Общая схема стабилизатора состоит из ключа, накопителя энергии и цепи управления. Накопитель и ключ вместе представляют силовую часть, вместе с цепью они составляют контур регулирования.

Импульсный стабилизатор напряжения можно собрать на основе 3 транзисторов. При этом VT1, VT2 составляют ключевой регулирующий элемент, а VT3 необходим для усиления сигнала рассогласования.

Схема импульсного стабилизатора

Алгоритм работы следующий:

  1. С коллектора VT2 через конденсатор С2 на базу VT1 поступает напряжение положительной обратной связи;
  2. VT2 при насыщении током от резистора R2 открывается;
  3. На коллекторно-эмиттерном переходе при насыщенном VT1 меньше, чем напряжение для открывания VT2, значит, когда VT1 открыт, VT2 закрытый;
  4. Усилитель на VT3 через эмиттер подключен к стабилитрону VD2, а база – к делителю выходного напряжения R5, R6, R7;
  5. Таким образом, VT1 управляет закрыванием и открыванием VT2 по сигналу от VT3;
  6. Когда VT2 открыт, происходит накопление энергии в дросселе, после закрывания энергия идет в нагрузку.

Каждая из представленных схем позволит собрать простейшей вариант стабилизаторов.

Видео

Оцените статью:

Регулятор напряжения на полевом схема. Стабилизатор напряжения на полевом транзисторе — схемотехника. Мощный стабилизатор на полевике

Несложная схема для регулирования, а также стабилизации напряжения представлена на картинке выше, её сможет собрать даже новичок в электронике. К примеру, на вход подано 50 вольт, а на выходе получаем 15,7 вольт или другое значение до 27V.

Основной радиодеталью данного устройства является полевой (MOSFET) транзистор, в качестве которого можно использовать IRLZ24/32/44 и другие подобные. Наиболее часто они производятся компаниями IRF и Vishay в корпусах TO-220 и D2Pak. Стоит около 0.58$ грн в розницу, на ebay 10psc можно приобрести за 3$ (0,3 доллара за штуку). Такой мощный транзистор имеет три вывода: сток (drain), исток (source) и затвор (gate), он имеет такую структуру: металл-диэлектрик(диоксид кремния SiO2)-полупроводник. Микросхема-стабилизатор TL431 в корпусе TO-92 обеспечивает возможность настраивать значение выходного электрического напряжения. Сам транзистор я оставил на радиаторе и припаял его к плате с помощью проводков.

Входное напряжение для этой схемы может быть от 6 и до 50 вольт. На выходе же получаем 3-27V с возможностью регулирования подстрочным резистором 33k. Выходной ток довольно большой, до 10 Ампер, в зависимости от радиатора.

Сглаживающие конденсаторы C1,C2 могут иметь ёмкость 10-22 мкФ, C3 4,7 мкФ. Без них схема и так будет работать, но не так хорошо, как нужно. Не забываем про вольтаж электролитических конденсаторов на входе и выходе, мною были взяты все рассчитаны на 50 Вольт.

Мощность, которую сможет рассеять такой не может быть более 50 Ватт. Полевой транзистор обязательно устанавливается на радиатор, рекомендуемая площадь поверхности которого не менее 200 квадратных сантиметров (0,02 м2). Не забываем про термопасту или подложку-резинку, чтобы тепло лучше отдавалось.

Возможно использование подстрочного резистора 33k типа WH06-1, WH06-2 они имеют достаточно точную регулировку сопротивления, вот так они выглядят, импортный и советский.

Для удобства на плату лучше припаять две колодки, а не провода, которые легко отрываются.

Обсудить статью СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

И. НЕЧАЕВ, г. Курск

Этот регулятор позволяет управлять количеством тепла, выделяемого электронагревательным прибором. Принцип его работы основан на изменении числа периодов сетевого напряжения, поступающих на нагреватель, причем включение и отключение происходят в моменты, близкие к переходу мгновенного значения сетевого напряжения через ноль. Поэтому регулятор практически не создает коммутационных помех. К сожалению, он не годится для регулировки яркости ламп накаливания, которые будут заметно мигать.

Схема прибора показана на рис. 1.


В качестве коммутирующих элементов в нем применены полевые транзисторы IRF840 с допустимым напряжением сток-исток 500 В, током стока 8 А при температуре корпуса 25 °С и 5 А при температуре 100 °С, импульсным током 32 А, сопротивлением открытого канала 0,85 Ом и рассеиваемой мощностью 125 Вт. Каждый транзистор содержит внутренний защитный диод, включенный параллельно каналу в обратной полярности (катодом к стоку). Это позволяет, соединив два транзистора встречно-последовательно, коммутировать переменное напряжение.

На элементах DD1.1, DD1.2 собран генератор импульсов регулируемой скважности, следующих с частотой приблизительно 1 Гц. На DD1.3, DD1.4 - компаратор напряжения. DD2.1 - D-триггер, a DD1.5, DD1.6 - буферные каскады. Гасящий резистор R2, диоды VD3 и VD4, стабилитрон VD6, конденсатор С2 образуют параметрический стабилизатор напряжения. Диоды VD5, VD7 гасят выбросы напряжения на затворах транзисторов VT1, VT2.

Временные диаграммы сигналов в различных точках регулятора показаны на рис. 2.

Положительная полуволна сетевого напряжения, пройдя через диоды VD3, VD4 и резистор R2, заряжает конденсатор С2 до напряжения стабилизации стабилитрона VD6. Напряжение на аноде диода VD4 представляет собой синусоиду, ограниченную снизу нулевым значением, а сверху - напряжением стабилизации стабилитрона VD6 плюс прямое падение напряжения на самом диоде. Компаратор на элементах DD1.3, DD1.4 делает перепады напряжения более крутыми. Сформированные им импульсы поступают на вход синхронизации (выв. 11) триггера DD2.1, а на его вход D (выв. 9) - импульсы частотой приблизительно 1 Гц с выхода генератора на элементах DD1.1, DD1.2.

Выходные импульсы триггера поданы через соединенные параллельно (для уменьшения выходного сопротивления) элементы DD1.5 и DD1.6 на затворы транзисторов VT1 и VT2. Они отличаются от импульсов генератора "привязкой" перепадов по времени к пересечениям сетевым напряжением уровня, близкого к нулевому, в направлении от плюса к минусу. Поэтому открывание и закрывание транзисторов происходят только в моменты таких пересечений (что и гарантирует низкий уровень помех) и всегда на целое число периодов сетевого напряжения. С изменением переменным резистором R1 скважности импульсов генератора изменяется и отношение длительности включенного и выключенного состояния нагревателя, а следовательно, и среднее количество выделяемого им тепла.

Полевые транзисторы можно заменить другими, подходящими по допустимым напряжению и току, но обязательно с защитными диодами. Микросхемы серии К561 при необходимости заменяют функциональными аналогами серии 564 или импортными. Стабилитрон Д814Д - любым средней мощности с напряжением стабилизации 10...15 В.

Большинство деталей прибора размещено на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, показанной на рис. 3.

При мощности нагревателя более 500 Вт транзисторы VT1 и VT2 необходимо снабдить теплоотводами.

Плату устанавливают в корпус из изоляционного материала, на стенке которого монтируют розетку XS1 и переменный резистор R1. На ось резистора обязательно насаживают ручку из изоляционного материала.

При налаживании регулятора проверяют напряжение на конденсаторе С2 во всем интервале регулировки мощности. Если оно заметно меняется, номинал резистора R2 придется уменьшить.
Радио №4 2005 год.

Симисторный регулятор мощности.

А.СТАСЬ

Дроссель L1 - любой помехоподавляющий, применяемый в подобного рода устройствах, соответствующий нагрузке. Можно, в принципе, обойтись и без него, особенно если нагрузка носит индуктивный характер. Конденсаторы CI, С2 - на напряжение не ниже 250 В. Диоды VD1...VD4 - любые кремниевые на обратное напряжение не менее 300 В.


Транзисторы VT1, VT2 - тоже, в принципе, любые кремниевые с соответствующим типом проводимости.

Данная схема работает с любыми типами симисторов на соответствующее напряжение. Самый мощный, что удалось испытать, был ТС142-80-10.

Радиолюбитель 8/97

Ступенчатый регулятор мощности.

К. МОВСУМ-ЗАДЕ, г. Тюмень

Предлагаемое устройство отличается доступными деталями при небольшом их числе и некритичности номиналов. Регулирование ступенчатое: 2/2, 2/3, 2/4, 3/7, 3/8, 3/9 и 3/10 полной мощности нагрузки.

Схема регулятора изображена на рис. 1.


Он состоит из узла питания (диоды VD2, VD6, стабилитрон VD1, резистор R3, конденсатор С1), узла управления (резисторы R1, R2, R4, R5, переключатель SA1, десятичный счетчик DD1, диоды VD3-VD5) и силового узла на полевом транзисторе VT1 и диодном мосте VD7-VD10, в него же входит резистор R6.

Предположим, переключатель SA1 установлен в положение 2/3. Во время первого положительного полупериода сетевого напряжения диоды VD2 и VD6 открыты. Ток, протекающий через стабилитрон VD1, формирует на нем импульс амплитудой 15 В с крутыми фронтом и спадом. Этот импульс через диод VD2 заряжает конденсатор С1, а через резистор R1 поступает на вход CN счетчика DD1. По фронту этого импульса на выходе 1 счетчика будет установлен высокий уровень, который через диод VD4 и резистор R4 поступит на затвор полевого транзистора VT1 и откроет его. В результате через нагрузку протекает положительная полуволна тока.

Во время отрицательного полупериода диоды VD2 и VD6 закрыты, но напряжение заряженного конденсатора С1 (далее его подзаряжает каждый положительный полупериод) продолжает питать счетчик DD1, состояние которого не изменяется. Транзистор VT1 остается открытым, и ток через нагрузку продолжает течь.

С началом следующего положительного полупериода уровень на выходе 1 счетчика станет низким, а на выходе 2 - высоким. Транзистор VT2, напряжение затвор-исток которого стало нулевым, будет закрыт, а нагрузка отключена от сети на весь период.

В третьем положительном полупериоде высокий уровень, установленный на выходе 3, поступит через переключатель SA1 на вход R счетчика, который немедленно перейдет в исходное состояние с высоким уровнем на выходе 0 и низким на всех остальных выходах. Напряжение, поступившее через диод VD3 и резистор R4 на затвор транзистора VT1, откроет его. По окончании этого периода цикл повторится. В других положениях переключателя SA1 прибор работает аналогично, изменяется лишь число периодов, в течение которых нагрузка подключена к сети и отключена от нее.

Регулятор почти не создает радиопомех, так как переключение счетчика, а с ним открывание и закрывание транзистора VT1 происходят в моменты, когда мгновенное значение сетевого напряжения очень близко к нулевому - оно не превышает напряжения стабилизации стабилитрона VD1. Резистор R6 подавляет выбросы напряжения, возникающие при коммутации индуктивной нагрузки, что уменьшает вероятность пробоя транзистора VT1.

Регулятор собран на печатной плате из односторонне фольгированного текстолита (рис. 2).

Она рассчитана на резисторы МЛТ и им подобные указанной на схеме мощности, причем номиналы резисторов могут в несколько раз отличаться от указанных. Конденсатор С1 - К50-35 или другой оксидный. Стабилитрон КС515Г можно заменить КС515Ж или КС508Б, диоды КД257Б - импортными 1N5404, а транзистор КП740 - IRF740.

Переключатель SA1 - галетный П2Г-3 11П1Н, из одиннадцати положений которого использовано только семь. Выводы переключателя соединяют гибкими проводами с не имеющими обозначений контактными площадками, расположенными на печатной плате вокруг микросхемы DD1.

Собранный прибор желательно проверить, подключив к сети через разделительный трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 20...30 В и заменив реальную нагрузку резистором 1,5...3 кОм. Только убедившись в правильной работе, подключайте его к сети напрямую. После этого прикасаться к каким-либо элементам устройства (кроме изолированной ручки переключателя) опасно - они находятся под сетевым напряжением.

Регулятор проверен с нагрузкой мощностью до 600 Вт. Полевой транзистор VT1 благодаря малому сопротивлению открытого канала нагревается очень незначительно, тем не менее желательно снабдить его небольшим теплоотводом.

В данной статье приводится описание двух принципиальных схем регулятора основанных на постоянного тока, которые реализованы на базе операционного усилителя К140УД6.

ШИМ регулятор напряжения 12 вольт — описание

Особенностью данных схем является возможность применить фактически любые имеющиеся в наличии операционные усилители, с напряжение питания на уровне 12 вольт, например, или .

Изменяя величину напряжения на неинвертирующем входе операционного усилителя (вывод 3) можно изменять величину выходного напряжения. Таким образом, эти схемы можно использовать как регулятор тока и напряжения, в диммерах, а также в качестве регулятора оборотов двигателя постоянного тока.

Схемы достаточно просты, состоят из простых и доступных радиокомпонентов и при верном монтаже сразу начинают работать. В качестве управляющего ключа применен мощный полевой n- канальный транзистор. Мощность полевого транзистора, а так же площадь радиатора, необходимо подобрать согласно току потребления нагрузки.

Для предупреждения пробоя затвора полевого транзистора, в случае использовании ШИМ регулятора с напряжением питания 24 вольта, необходимо между затвором VT2 и коллектором транзистора VT1 подключить сопротивление величиной в 1 кОм, а параллельно сопротивлению R7 подключить стабилитрон на 15 вольт.

В случае если необходимо изменять напряжение на нагрузке, один из контактов которой подсоединен к «массе» (такое встречается в автомобиле), то применяется схема, в которой к плюсу источника питания подсоединяется сток n -канального полевого транзистора, а нагрузка подключается к его истоку.

Желательно для создания условий, при котором открытие полевого транзистора будет происходить в полной мере, цепь управления затвором должна содержать узел с повышенным напряжением порядка 27…30 вольт. В этом случае напряжение между истоком и затвором будет более 15 В.

Если ток потребления нагрузкой менее 10 ампер, то возможно применить в ШИМ регуляторе мощные полевые p- канальные транзисторы.

Во второй схеме ШИМ регулятор напряжения 12 вольт меняется и вид транзистора VT1, а также меняется направление вращения переменного резистора R1. Так у первого варианта схемы, уменьшение напряжения управления (ручка перемещается к «-» источника питания) вызывает увеличение напряжения на выходе. У второго варианта все на оборот.

Регуляторы мощности переменного тока с фазоимпульсным управлением получили широкое распространение как в устройствах промышленной автоматики, так и в радиолюбительских конструкциях. Регулирующим элементом таких устройств является триодный тиристор, момент (угол) открывания которого регулируется подачей импульса или уровня напряжения на управляющий электрод,

а закрывание происходит в момент уменьшения тока, протекающего через тиристор, до нуля (при активной нагрузке - в момент перехода сетевого напряжения через ноль). Такое управление называется неполным, поскольку можно регулировать только угол открывания тиристора, а момент закрывания не регулируется. Разработанные в последние годы мощные полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET ) позволяют построить несложный ключ для коммутации переменного тока с полным управлением, т.е. открыванием и закрыванием ключа.

Схема регулятора мощности представлена на рис.1. Силовой ключ выполнен на транзисторах VT1, VT2, включенных встречно-последовательно. Наличие в каждом транзисторе внутреннего защитного диода, включенного параллельно каналу в обратной полярности (анодом к истоку, катодом к стоку), позволяет обеспечивать протекание тока в нагрузке при положительных и отрицательных полупериодах сетевого напряжения.

На трех логических элементах микросхемы DD1 выполнен генератор импульсов с регулируемой скважностью. Частота импульсов - около 2 кГц (значительно выше частоты сетевого напряжения). При наличии высокого уровня на выходе инвертора DD1.3 транзисторный ключ открыт, и ток протекает через нагрузку. При этом в положительный полупериод ток протекает через открытый канал транзистора VT1 и защитный диод транзистора VT2, а в отрицательный полупериод - наоборот, через защитный диод транзистора VT1 и открытый канал транзистора VT2. Если же на выходе DD1.3 - низкий уровень, то оба транзистора закрыты, и нагрузка обесточена. Временные диаграммы работы регулятора показаны на рис.2. Очевидно, что изменение скважности импульсов позволяет изменять мощность нагрузки от нуля до максимального значения, соответствующего полному напряжению сети.

Питание микросхемы DD1 производится от однополупериодного выпрямителя с параметрическим стабилизатором, собранным на элементах R2 VD3, VD4, С2 Следует обратить внимание, что стабилизатора напряжения соединен с истоками полевых транзисторов и с общим проводом микросхемы, поэтому напряжение на затворы транзисторов подается относительно их истоков

Преимущество данного способа регулирования мощности перед фазоимпульсным состоит в том, что коммутация нагрузки происходит со значительно большей частотой, чем в регуляторах на тиристорах, это позволяет регулировать мощность для малоинерционных нагрузок.

Указанные на схеме полевые транзисторы IRF840 имеют следующие параметры: ток стока - 8 А, максимальное напряжение между стоком и истоком - 500 В, сопротивление канала в открытом состоянии - 0,85 Ом, рассеиваемая мощность - 125 Вт. Эти транзисторы можно заменить на IRF740, IRFP450, IRFP460, IRFPC50, IRFPC60, IRFP350, IRFP360 BUZ80. Перед установкой в устройство следует убедиться, что транзистор имеет защитный диод (это легко сделать с помощью омметра). Максимальная мощность нагрузки определяется предельным током открытого транзистора, при этом мощность, выделяющаяся на открытом канале, не должна превышать предельно допустимую Частота генератора в случае необходимости может быть изменена подбором емкости С1.

Литература

1. Колдунов А Транзисторы MOSFET. - Радиомир, 2004, N4 С 26

2 Семенов Б.Ю Силовая электроника для любителеи и профессионалов - М. СОЛОН-Р 2001

А.ЕВСЕЕВ,

ФАЗОВЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ НА КЛЮЧЕВОМ ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ ничительного резистора, что снижает быстродействие ключа, так как образуется RC-цепь состоящая из этого сопротивления и емкости затвора, либо выход схемы управления делают более мощным.

Обычно фазовые регуляторы мощности переменного тока строятся на основе тиристора или симистора. Эти схемы уже давно стали типовыми и повторены многократно как радиолюбителями, так и в масштабе производства. Но тиристорным и симисторным регуляторам, равно как и ключам, всегда был свойственен один важный недостаток, ограничение минимальной мощности нагрузки. То есть, типовой тиристорный регулятор на максимальную мощность нагрузки более 100W не может хорошо регулировать мощность маломощной нагрузки, потребляющей единицы и доли ватт. Ключевые полевые транзисторы отличаются тем, что физически работа их канала очень напоминает работу обычного механического выключателя, в полностью открытом состоянии их сопротивление очень мало и составляет доли Ом, а в закрытом состоянии ток утечки составляет микроамперы. И это практически не зависит от величины напряжения на канале. То есть, именно как механический выключатель. Именно поэтому ключевой каскад на ключевом полевом транзисторе может коммутировать нагрузку мощностью от единиц и долей ватт, до максимально допустимого по току значения. Например, популярный полевой транзистор IRF840 без радиатора работая в ключевом режиме может коммутировать мощность практически от нуля до 400W. Кроме того ключевой полевой транзистор обладает очень низким током затвора, поэтому для управления требуется очень низкая статическая мощность.

Правда это омрачается относительно большой емкостью затвора, поэтому в первый момент включения ток затвора может оказаться и довольно большим (ток на заряд емкости затвора). С этим борются включением последовательно затвору токоограСхема регулятора мощности показана на рисунке. Нагрузка питается пульсирующим напряжением, так как подключена через диодный мост VD5-VD8. Для питания электронагревательного прибора (паяльника, лампы накаливания) это подходит. Так как у пульсирующего тока отрицательная полуволна «вывернута» вверх, получаются пульсации с частотой 100 Гц Но они положительные, то есть, график изменения от нуля до полодительного амплитудного значения напряжения. Поэтому регулировка возможна от 0% до 100% Величина максимальной мощности нагрузки в этой схеме ограничена не столько максимальным током открытого канала VT1 (это ЗОА), сколько максимальным прямым током диодов выпрямительного моста VD5-VD8.

При использовании диодов КД209 схема может работать с нагрузкой мощностью до 100W. Если нужно работать с более мощной нагрузкой (до 400W) нужно использовать более мощные диоды, например, КД226Г, Д.

На инверторах микросхемы D1 выполнен формирователь управляющих импульсов, которые открывают транзистор VT1 в определенной фазе полуволны. Элементы D1.1 и D1.2 образуют триггер Шмитта, а остальные элементы D1.3-D1.6 образуют умощненный выходной инвертор. Умощнить выход пришлось чтобы компенсировать неприятности вызванные скачком тока на заряд емкости затвора VT1 в момент его включения.

Система низковольтного питания микросхемы посредством диода VD2 разделена на две части, собственно питающую часть,

Применение

JFET | Источник постоянного тока | Чоппер

Привет, ученики, добро пожаловать в еще один эксперимент Proteus на Инженерные проекты. Ранее мы видели, что такое переходные полевые транзисторы. Сегодня мы узнаем о некоторых применениях переходных полевых транзисторов.

Непосредственно перед экспериментом полезно уточнить следующее: Транзисторы - это трехполюсные униполярные устройства. Клеммы Junction Field Effect Transistor имеют следующие названия: Терминал ворот является общим как для Источника, так и для Источника.Перед тем, как начать, давайте проясним некоторые понятия о транзисторах с эффектом поля перехода.

Резистор

Резистор - это электрическое устройство. мы определяем резисторы как:
"Резистор - это двухконтактное пассивное электрическое устройство, которое показывает электрическое сопротивление и полезно почти в каждой цепи.
Резисторы могут использоваться для уменьшения или управления потоком тока, прекращения перехода. линии и другие функции.

Напряжение отключения Основное определение напряжения защемления:

"Напряжение, приложенное между стоком и источником, при котором текущий максимальный ток протекает через цепь при условии, что напряжение затвора равно нулю, называется напряжением отключения P в дюймах. "

когда значение напряжений меньше, чем область отсечки, напряжение поступает в другую область, называемую омической областью полевого транзистора, и транзистор действует как резистор в этой области.

Управляющее напряжение

Управляющее напряжение переходного полевого транзистора определяется как: «Управляющее напряжение - это напряжение транзисторов от затвора к истоку. Чтобы установить его значение, напряжение от затвора к истоку делается отрицательным и обозначается как Vgs.«Полевые транзисторы широко используются в мире электроники из-за их размера и производительности. Мы будем применять полевые транзисторы JFET при создании двух схем:
    ,
  1. , источник постоянного тока.
  2. Чоппер.
Во время реализации схем мы будем использовать полевой транзистор N-типа из-за лучшего потока электронов в этом виде полевого транзистора. В JFET N-типа основными носителями заряда являются электроны, и я объясню это один за другим.

Источник постоянного тока

Полевой транзистор можно использовать в качестве источника постоянного тока.Это означает, что если JFET спроектированы таким образом, они могут обеспечивать постоянный ток через нагрузочный резистор, независимо от того, какой ток подается на его вход. Эта способность обусловлена ​​почти горизонтальной линией на характеристиках стока JFET. Напомним, что резистор представляет собой устройство с двумя выводами, которое уменьшает ток, делит напряжение или регулирует сигнальные линии. Но тщательно контролируемый полевой транзистор можно использовать для преодоления сопротивления через резистор, который находится между полевым транзистором и источником напряжения.В схеме, когда Vgs больше, чем напряжение отсечки. математически

V-IR> | V |

Реализация

в Proteus ISIS

Чтобы создать схему для источника постоянного тока, нам понадобятся следующие компоненты:

Требуемый компонент:

  1. Переходный полевой транзистор
  2. Резистор
  3. Наземный терминал
  4. Источник постоянного тока
  5. Подключение проводов

Процедура

  • Запустите программу Proteus.
  • Выберите JFET и резистор из библиотеки Pick с помощью кнопки «P».
  • Возьмите наземный терминал из библиотеки терминалов на самой левой вкладке.
  • Вывести источник постоянного тока из «Генераторного режима».
  • Для измерения силы тока мы добавим амперметр постоянного тока из «Режима виртуального прибора».
Это шаг, на котором схема должна быть устроена так, чтобы получить требуемый выход.
  • Соедините источник со стоком через провод.
  • Соедините клемму заземления с проводом, соединяющим источник и ворота.
  • Подключите компоненты в рабочей области в соответствии со схемой:
  • Дважды щелкните аккумулятор и введите значение 9 вольт .
  • Дважды щелкните вольтметр и измените диапазон дисплея на миллиампер.
  • Точно так же дважды нажмите на резистор и присвойте ему значение 1 кОм Ом.
ПРИМЕЧАНИЕ: вы также можете использовать переменный резистор.
  • Запишите значения амперметра.
  • При первых наблюдениях измените номинал резистора на 1 кОм.
  • Нажмите кнопку воспроизведения.
Амперметр показывает значение 0,40 милиампер .
  • Снимите семь показаний, изменив номинал резистора, и составьте таблицу. 3
    Сопротивление Ток
    1 кОм 0,40 * 10 -3
    2 кОм 0,403 0,403 0,40 * 10 0,40 * 10 -3
    4 кОм 0.40 * 10 -3
    5 кОм 0,40 * 10 -3
    6 кОм 0,40 * 10 -3
    7 кОм3
Тот же эксперимент можно провести, изменив значение заряда батареи и записав значения.

Измельчитель

Чоппер - это применение транзистора, которое показывает нам выходной сигнал в виде прямоугольной волны. Мы определяем прерыватель как: "Прерыватель - это электронная схема, используемая для приема усиленного постоянного тока с использованием транзистора какого-либо типа или другого устройства." Можно использовать любой тип транзистора, например, биполярный переходной транзистор, чтобы создать схему прерывателя. Но полевые транзисторы перехода лучше для этой цели из-за управления полем полевых транзисторов. В прерывателях полевой транзистор действует как переменное сопротивление. Давайте поспешим к Proteus, чтобы применить схему.

Реализация прерывателей в Proteus ISIS

  • Запустите Proteus ISIS.

Требуемый материал

  1. Переходный полевой транзистор
  2. Резистор
  3. Источник переменного тока
  4. Земля
  5. Осциллограф
  • Выберите Vsine, Resistor и JFET из библиотеки Pick с помощью кнопки «P».
  • Возьмите форму осциллографа "Virtual Instrument Mode" и закрепите ее прямо над контуром.
  • Подключите канал A сразу после источника переменного тока, а канал B - с источником.
  • Поместите клемму заземления под схемой, выбрав ее в «Терминале».
  • Измените значение сопротивления, подключенного к переменному току, на 100 Ом .
  • Измените значение сопротивления, подключенного к источнику, на 200 Ом.
  • Задайте частоту 1000 Гц и амплитуду 12 В до синусоиды.
  • Присоединитесь к цепи в соответствии с изображением, приведенным ниже:
Похоже, наша цепь теперь завершена.
  • Нажмите кнопку Play, чтобы смоделировать график.
  • Установите значение канала A на 1 В .
  • Установите канал B на 20V .
Выход схемы: Это преобразование важно в некоторых схемах. Выходной сигнал Chopper имеет форму прямоугольных волн. Таким образом, сегодня мы узнали о JFET вместе с приложениями JFET как постоянный ток и Chopper в деталях и увидели их реализацию в Proteus.

FET Ограничитель тока 30A и обнаружение перегрузки

Я пробовал это с классическим двухконтактным [патент на сомнение], и это всего лишь «резистор разгона»; есть 3-х транзисторная версия, которая работает. Я Spice смоделировал и построил все вышеперечисленное, но лучший вариант - это мощный MOSFET с большим радиатором. Если вы используете «аналоговый режим», вы рассеиваете много энергии. То, что я не пробовал, - это подход SMPS; «умное управление» не нужно, так как правильный регулятор заведомо сработает или сгорит.

Хорошо, чтобы превратить это в ответ: JFET, NO, MOSFET, YES. Он будет большой, я это сделал. Биполярные биполярные транзисторы являются устройствами тока и не выключаются так же хорошо, как устройства типа полевого транзистора напряжения. Полевые транзисторы JFET не производятся в диапазонах мощности, которые могли бы работать. Но полевые МОП-транзисторы доступны в «кирпичных» корпусах. Моей целью был 100А, и я использовал MOS, чтобы достичь этого. Блоки MOSFET и радиатор могут рассеивать отклоняемую мощность. Я говорю об устройствах на 1200 В / 100 А, используемых в мегаваттных ИБП, над которыми я работал.

Чтобы избежать высокого рассеивания мощности, потребуется метод SMPS [импульсный источник питания].При этом используется режим истинного выключения, а не рассеяние. Тем не менее, теплоотвод, отклоняющий тепло в режиме ВКЛ, все равно должен куда-то уходить, поэтому большая вероятность не исчезнет.

Под «правильным регулятором» я подразумеваю схему, которая регулирует без внешнего «лица, принимающего решения» [CPU]. Многие из них перегорают с тепловым разгоном, когда выходят за рамки ограничений SOA [Safe Operating Area], таких как схема Doubt 2-terminal BJT [Bipolar junction Transistor]. Схема Doubt [Pat US3769572] выглядит многообещающей, но ее лучше всего оставить для приложений с током 20 мА или около того.Я пробовал их @> 1000X.

Другая проблема заключается в том, что в этих ограничителях в качестве чувствительного элемента используется последовательный резистор. Чтобы получить высокие токи, это чувство R переходит в миллиомную область. Вы можете или должны будете сделать свои собственные шунты, используя провод с отводами большого сечения, то есть сам вывод стока или эмиттера. Для подстройки сильноточного шунта вам понадобится миллиом или микрометр.

TNX 🙂

Пособие по проектированию схем на полевых транзисторах

»Примечания по электронике

Полевые транзисторы

широко используются как в дискретных, так и в микросхемах, где они обеспечивают усиление по напряжению и высокие входные сопротивления.


Конструкция схемы полевого транзистора, полевого транзистора Включает:
Основы проектирования схемы полевого транзистора Конфигурации схемы Общий источник Общий дренажный / истоковый повторитель Общие ворота


Полевые транзисторы используются в схемотехнике, так как они могут обеспечивать очень высокие уровни входного импеданса наряду со значительными уровнями усиления по напряжению.

В отличие от биполярного транзистора, который является устройством с контролем тока, полевой транзистор управляется напряжением.Это приводит к тому, что конструкция схем на полевых транзисторах сильно отличается от конструкции схем на биполярных транзисторах.

Однако схемы с усилением по току и напряжению все еще могут быть спроектированы и приняты аналогичные форматы схем.

Основы схемы полевого транзистора

При рассмотрении использования схемы полевого транзистора необходимо учитывать технологию полевого транзистора, и тип полевого транзистора будет наиболее подходящим.

Примечание по технологии полевых транзисторов:

Полевой транзистор FET - это трехконтактное устройство, обеспечивающее усиление по напряжению.Имея высокий входной импеданс, электрическое поле рядом с входным выводом, называемым затвором, изменяет ток, протекающий в так называемом канале между выводами, называемом истоком и стоком.

Подробнее о полевом транзисторе и принципах его работы

Полевой транзистор имеет три электрода:

  • Источник: Источник - это электрод на полевом транзисторе, через который в канал попадают основные носители, т.е.е. at действует как источник носителей для устройства. Ток, поступающий в канал через источник, обозначается IS.
  • Дренаж: Дренаж - это электрод полевого транзистора, через который большинство носителей покидают канал, т.е. они выводятся из канала. Обычный ток, поступающий в канал через сток, обозначается буквами ID. Также напряжение от стока к источнику часто обозначается буквами VDS
  • .
  • Gate: Gate - это терминал, который контролирует проводимость канала, следовательно, уровень напряжения на затворе управляет током, протекающим на выходе устройства.
Обозначение соединительной схемы полевого транзистора

Расчетные параметры схемы полевого транзистора

При разработке схемы на полевом транзисторе необходимо определить основные требования к схеме. Они будут определять многие решения, касающиеся типа используемой топологии схемы, а также типа используемого полевого транзистора.

В требованиях к конструкции транзисторной схемы может быть ряд параметров:

  • Коэффициент усиления по напряжению: Коэффициент усиления по напряжению часто является ключевым требованием.Это напряжение выходного сигнала, деленное на напряжение входного сигнала.
  • Коэффициент усиления по току: Это коэффициент усиления схемы полевого транзистора по току. Может потребоваться подать на нагрузку ток высокого уровня.
  • Входное сопротивление: Это импеданс, который будет видеть предыдущий каскад, когда он подает сигнал на эту рассматриваемую схему полевого транзистора. Полевые транзисторы по своей природе имеют высокий входной импеданс затвора, и поэтому полевые транзисторы часто используются там, где это имеет первостепенное значение.
  • Выходное сопротивление: Выходное сопротивление также важно. Если схема на полевом транзисторе управляет схемой с низким импедансом, то ее выход должен иметь низкий импеданс, в противном случае на выходном каскаде транзистора произойдет большое падение напряжения.
  • Частотная характеристика: Частотная характеристика - еще один важный фактор, который влияет на конструкцию схемы полевого транзистора. Конструкции схем низкочастотных или звуковых транзисторов могут отличаться от схем, используемых для радиочастотных приложений.Кроме того, на выбор номиналов полевого транзистора и конденсатора в конструкции схемы будет сильно влиять требуемая частотная характеристика.
  • Напряжение и ток питания: Во многих цепях напряжение питания определяется тем, что доступно. Также может быть ограничен ток, особенно если готовая схема на полевом транзисторе должна питаться от батареи.

Типы полевых транзисторов для схемотехники

Поскольку существует несколько различных типов полевых транзисторов, которые могут использоваться, необходимо определить по крайней мере некоторые из полевых транзисторов, которые могут использоваться в процессе проектирования схемы.

В таблице ниже определены некоторые из различных типов и характеристик, с которыми можно встретиться.


Полевые транзисторы для использования в схемотехнике
Характеристика Детали
N-канал Полевой транзистор с N-каналом имеет канал, сделанный из полупроводника N-типа, в котором основными носителями являются электроны.
P-канал Полевой транзистор с P-каналом имеет канал, сделанный из полупроводника P-типа, в котором основными носителями являются дырки.
J-FET J-FET или переходной полевой транзистор - это форма полевого транзистора, в котором затвор формируется с помощью диодного перехода на канал. Изоляция поддерживается за счет того, что диодный переход остается смещенным в обратном направлении при работе в цепи. Ключевым требованием к конструкции схемы полевого транзистора является обеспечение того, чтобы переход оставался смещенным в обратном направлении для удовлетворительной работы.
МОП-транзистор Полевой транзистор этого типа основан на оксиде металла между затвором и каналом.Он предлагает очень высокое входное сопротивление.
МОП-транзистор с двойным затвором Как следует из названия, эта форма полевого МОП-транзистора имеет два затвора. В схемотехнике на полевых транзисторах это дает дополнительные возможности.
Режим улучшения Полевые транзисторы в режиме расширения выключены при нулевом напряжении затвор-исток. Они включаются путем вытягивания напряжения затвора в направлении напряжения стока, то есть по направлению к шине питания, что положительно для устройств с N-каналом и отрицательно для устройств с P-каналом.Другими словами, подтягивая напряжение затвора к напряжению стока, количество несущих в активном слое канала увеличивается.
Режим истощения В режиме истощения MOSFET устройство обычно включено при нулевом напряжении затвор-исток. Любое напряжение затвора в направлении напряжения стока будет иметь тенденцию к истощению активной области канала носителей и уменьшению протекающего тока.

При проектировании схемы полевого транзистора сначала необходимо выбрать требуемый тип полевого транзистора.Факторы, включая базовый тип полевого транзистора, включая то, является ли он транзисторным полевым транзистором или полевым МОП-транзистором или другим типом, а также тип режима и другие факторы, должны быть определены до того, как можно будет приступить к проектированию схемы.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

ТРАНЗИСТОР ПОЛЕВОГО ЭФФЕКТА; J-FET


ЦЕЛИ

Знакомство с основными характеристиками и параметрами J-FET.

Применение J-FET в качестве источника тока и переменного резистора.

PRELAB

Изобразите схему для измерения характеристик режима обеднения, n-канальный JFET, описанный в части 1 Лаборатории (ниже). Основные характеристики эскиза n-канального J-FET (I D vs.V DS и I D по сравнению с V GS ) и объясните, почему его можно использовать в качестве источника постоянного тока и регулируемого напряжения резистор. Укажите части характеристик, в которых эти функции могут быть реализованным.


ЛАБОРАТОРИЯ

Необходимое оборудование со склада: комплект деталей ECE 392, аналоговый универсальный счетчик, коробка подстановки сопротивления, выводы.

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ JFET; V

P И I DSS .

1. 1. Вставьте JFET в макетную плату, подключите источник на землю и сток на источник питания 15 В через амперметр, который буду измерять ток стока (I D ). Измерьте этот ток для разные значения напряжения между затвором и истоком (В GS ). Используйте только отрицательное напряжение на затворе. Определите напряжение отсечки (В P ), т.е. напряжение затвора при котором ток стока (практически) равен нулю.Сделайте несколько измерений при низком токе, с V GS близко к V P , так что у вас достаточно точек на графике log I D в сравнении с V GS , чтобы определить V P . (см. описание отчета ниже). Измерьте также I DSS , ток стока с V GS = 0. Этот ток течет через транзистор, когда затвор подключен к истоку. Повторите измерения значений V P и I DSS для другой транзистор того же типа в вашем комплекте и посмотрите, есть ли существенная разница между двумя транзисторами.Если да, убедитесь, что вы можете идентифицировать эти транзисторы, когда будете использовать их в других измерениях.

1. 2. Затем измерьте I D (V DS ) характеристики одного из транзисторов для V GS = 0 и двух разных отрицательные значения. Обратите внимание на линейную часть характеристик, где I D - это пропорционально V DS (ведет себя как резистор) и часть насыщения, где ток (почти) не зависит от напряжения.

Вы исследуете диапазон насыщения характеристики JFET-транзистора. в части 2 и линейном диапазоне в части 3 ниже.

2. FET КАК ИСТОЧНИК ТОКА.

Плоские части I D в сравнении с V DS Характеристики полевые транзисторы позволяют использовать это устройство в качестве простого источника постоянного тока, т.к. ток (почти) не зависит от напряжения на нем.Проверить это идея с двумя транзисторами. Измерьте ток с разными значениями резистор нагрузки R L (100 Ом - 100 кОм) выбран из поле замены сопротивления.

Насколько хорошо это Источник тока? Определите диапазон значений резистора нагрузки, который позволяет току оставаться постоянным в заданном интервале (скажем, 2% или 5%). Каков диапазон напряжения на транзисторе, работающем как текущий источник .

Вы можете купить полевые транзисторы с затвором, подключенным к источнику, т.н. диоды регулятора тока. Эти два оконечных устройства, откалиброванные для различные значения тока, являются токовыми эквивалентами стабилитронов, которые обеспечить постоянное напряжение.

Вариант источника тока на полевом транзисторе с самосмещением, показан на следующей схеме. Одним из его преимуществ является то, что вы можно получить разные значения тока, регулируя резистор R (a несколько k).Попробуйте эту простую схему и снова определите диапазон нагрузки. резистор R L который позволяет поддерживать постоянный ток.

Этот источник тока лучше, чем без резистор? Как это работает? Вы видите обратную связь в этой цепи? Что здесь показывает вольтметр?

3. JFET КАК ПЕРЕМЕННЫЙ РЕЗИСТОР.

В линейной части JFET I D в сравнении с характеристиками V DS , ток через транзистор (примерно) пропорционален напряжению на нем, как в резистор. Причем крутизна этих характеристик зависит от V GS , поэтому что изменение последнего изменяет значение «сопротивления». Этот эффект можно использовать во многих «цепях, управляемых напряжением».

Поэкспериментируйте с JFET в качестве переменного резистора, используя это вместо штатного резистора в двухрезисторном делителе напряжения.
Выбрал R = 10 к.

Подайте небольшой синусоидальный сигнал (около 0,2 В) на вход и наблюдать изменение выходной амплитуды при изменении V GS (необходимо использовать отрицательное напряжение!). Чтобы узнать, не работает ли транзистор действительно ведет себя как резистор, переключите генератор сигналов на треугольная волна. Нелинейная зависимость напряжения от тока будет показать как искажение прямых линий осциллограммы.Резистор имеет линейную ВАХ и не искажает треугольную волну.

Из наблюдения формы выходного сигнала с треугольным волна на входе оцените, в каком диапазоне входных напряжений транзистор ведет себя примерно как резистор? Объясните свое наблюдение.

Схема, показанная ниже, является улучшенной версией двух резисторов напряжения. делитель, где R - обычный резистор, а транзистор - регулируемый резистор.Коэффициент делителя можно регулировать управляющим напряжением V C . Схема компенсации (между выходом и затвором транзистора) значительно улучшает линейность схемы в составе выходного напряжения (какая доля?) добавлен в V GS . Убедитесь, что эта схема ведет себя намного лучше как резистивный делитель, управляемый напряжением.

Сравните диапазон V в с неискаженным треугольником осциллограмма с предыдущим случаем некомпенсированной схемы.Объяснять.

Подсказка:


Сопротивление истока:

, где k - постоянная величина. Для линейного поведения R DS должен зависеть только от V GS .


ОТЧЕТ

Кратко опишите измерения. Включите все схемы. Показать все результаты с собственными единицами. Не забудьте указать частоту, используемую при измерениях переменного тока. Для части 1 постройте график зависимости I D отV GS характеристика и укажите значения I DSS и V P на графике. V P лучше всего определяется по графику log I D vs. В GS . Если у вас есть данные для двух транзисторов, нанесите их на один график. Для части 2 вы можете построить график I D по сравнению с log R L до покрывают широкий диапазон сопротивлений. В обсуждении прокомментируйте, I DSS и V P одинаковы для данного типа транзистора.. Адрес темы и ответьте на вопросы, выделенные жирным шрифтом в руководстве. Добавить любые наблюдения или выводы, которые вы хотите сделать.


ИДЕЯ ПРОЕКТА (ДОПОЛНИТЕЛЬНО): ОДИН ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПЕРЕДАТЧИК AM.

Вы можете использовать последнюю схему для амплитудной модуляции высокой частоты. несущий сигнал, как это делается при радиопередаче AM. Поставляем вход с высокочастотной синусоидой (около 1 МГц) и модулируйте ее амплитуду на подача низкочастотного сигнала (в килогерцовом диапазоне) через конденсатор (~ 1 мкФ) на ползунок потенциометра.Низкочастотный сигнал может приниматься AM-радио, настроенным на соответствующую частоту (в этом корпус около 1 МГц). Если вы подаете усиленный сигнал с микрофона, вы может услышать ваш голос «в прямом эфире». Кусок проволоки, прикрепленный к сток может служить антенной передатчика, увеличивая дальность приема.

chet_paynter_introduct_6 | Полевые транзисторы | Краткое содержание главы

JFET - это трехконтактное устройство, которое содержит два полупроводниковых материала и один переход.Конструкцию полевого транзистора JFET можно представить, как показано на рисунке 12-1. Как показано на рисунке, три вывода JFET называются истоком , стоком и затвором . Полупроводниковый материал, который соединяет выводы стока и истока, называется каналом . Канал изготовлен из одного материала, а затвор - из другого. Обратите внимание:

  • Данный JFET идентифицируется по типу материала, используемого в качестве канала.(Компонент на рис. 12-1 называется полевым транзистором с n-каналом .)
  • Материал затвора окружает канальный пояс вокруг вашей талии. (Два материала типа p на рис. 12-1 на самом деле являются концами одного и того же материала, если смотреть сбоку.)

РИСУНОК 12-1. Конструкция N-канального JFET.

Обычно используемые условные обозначения схемы JFET показаны на рисунке 12-2. Обратите внимание:

  • Стрелка расположена на выводе затвора и указывает на материал типа n .
  • N-канальные полевые транзисторы требуют положительных напряжения питания, в то время как p -канальные полевые транзисторы требуют отрицательных напряжения питания. (См. Рисунок 12.3 текста.)
  • Исток , сток и затвор являются JFET аналогами эмиттера BJT, коллектора и базы (соответственно).

РИСУНОК 12-2. Символы JFET.

Общая работа JFET основана на изменении ширины канала для управления током стока следующим образом: Проводимость изменяется обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника.Как показано на рисунке 12-3, ток в цепи сток-исток проходит через канал полевого транзистора. Сужая эффективную ширину канала, можно управлять проводимостью через цепь сток-исток.

РИСУНОК 12-3. Проводимость JFET.

Ширина канала JFET уменьшается на , увеличивая эффективную ширину затвора . Эффективную ширину затвора можно увеличить, приложив обратное напряжение затвор-исток (), как показано на рисунке 12-4.Приложение обратного напряжения затвор-исток вызывает формирование обедненного слоя вокруг затвора (как показано на рисунке), уменьшая ток через схему сток-исток.

РИСУНОК 12-4. Эффект от приложения обратного напряжения затвор-исток.

Затворный переход может также иметь обратное смещение за счет напряжения сток-исток (). На рисунке 12-5 затвор замкнут на источник. В результате затвор подключен к отрицательной стороне.Поскольку положительная сторона соединена со стоком, сток типа n является более положительным, чем затвор типа p , что приводит к формированию небольшого обедненного слоя, как показано.

РИСУНОК 12-5. Слой истощения, образованный.

Напряжение защемления () и ток утечки с закороченным затвором ()

Источник напряжения () на рис. 12-5 генерирует ток через канал JFET. По мере увеличения значения ток устройства и ширина обедненного слоя также увеличиваются.После достижения заданного значения, называемого напряжением отсечки (), дальнейшее увеличение компенсируется прямо пропорциональным увеличением сопротивления канала, и ток устройства выравнивается (становится постоянным). Эта взаимосвязь проиллюстрирована графиком на рисунке 12.7 текста. Обратите внимание, что рейтинг данного JFET измеряется в.
Когда и, ток стока достигает максимально возможного значения. Это значение, называемое током стока с короткозамкнутым затвором (), указано в технических характеристиках данного полевого транзистора.

Напряжение отсечки затвор-исток ()

Существует значение, при котором ток стока () падает примерно до 0 А. Это значение называется напряжением отсечки затвор-исток ,. Когда слой истощения вокруг ворот закрывает канал, в результате чего. Обратите внимание, что номинальные значения и JFET всегда равны по величине (и противоположны по полярности). По этой причине в спецификации для данного JFET обычно указывается только одно из двух значений.

Сопротивление затвора

Затвор полевого транзистора всегда имеет обратное смещение (при нормальных условиях эксплуатации). По этой причине сопротивление затвора JFET чрезвычайно велико, как правило, в G диапазон. Этот высокий импеданс затвора является основным преимуществом JFET по сравнению с BJT. Когда вывод затвора полевого транзистора используется в качестве компонентного входа, высокое сопротивление затвора практически не приводит к нагрузке на источник.

Следует отметить, что затвор JFET не предназначен для обработки значительного количества тока.Следовательно, следует позаботиться о том, чтобы вентиль никогда не смещался вперед . В этом случае даже относительно небольшие токи (в диапазоне мА) могут повредить компонент.

Кривые крутизны

На рисунке 12-6 показан типичный усилитель с полевым транзистором. Поскольку компонент не имеет входного тока, он не имеет бета-рейтинга. Однако выходной ток () при заданном значении можно рассчитать, используя уравнение, показанное на рисунке.

РИСУНОК 12-6.Схема JFET и кривая крутизны.

Когда уравнение решается для серии значений, результаты могут быть использованы для построения кривой крутизны для JFET. Общая кривая крутизны показана на рисунке 12-6. Обратите внимание, что кривая заканчивается на значениях и для данного компонента. Кривая крутизны JFET построена, как показано в Примере 12.2 текста. Обратите внимание, что:

  • Большинство JFET имеют минимум и максимум кривых крутизны, как показано в Примере 12.3.
  • Кривые крутизны для данного JFET используются в анализе постоянного тока цепи смещения.

Смещение затвора

Смещение затвора является эквивалентом базового смещения JFET. Схема смещения затвора показана (вместе с линией смещения постоянного тока) на рисунке 12-7.


РИСУНОК 12-7. Схема смещения затвора и линия смещения.

Линия смещения постоянного тока представляет все возможные значения точки Q для схемы смещения полевого транзистора.Как показано на рисунке, точка Q для схемы смещения затвора может находиться в любом месте между точками, где линия смещения пересекает две кривые крутизны. В результате значение тока стока в точке Q крайне нестабильно для смещения затвора. Это основной недостаток использования этой простой схемы.

Самосмещение

Самосмещение - это более часто используемая схема смещения полевого транзистора, в которой используется истоковый резистор () для создания отрицательного напряжения затвор-исток.Схема самосмещения показана (вместе с линией смещения постоянного тока) на Рисунке 12-8.

РИСУНОК 12-8. Схема самосмещения и линия смещения постоянного тока.

Линия смещения показывает, что все еще может находиться в относительно большом диапазоне значений, но этот диапазон значительно уже, чем диапазон для сопоставимой схемы смещения затвора. (Эта точка проиллюстрирована на рисунке 12.24 текста.) Линия смещения постоянного тока для цепи самосмещения строится следующим образом:

  1. Постройте кривые минимальной и максимальной крутизны для JFET.
  2. Выберите любое значение и определите соответствующее значение с помощью
  3. Постройте найденную точку с помощью уравнения и проведите линию от этой точки до начала графика.

Эта процедура продемонстрирована в Примере 12.6 текста. Поскольку самосмещение обеспечивает более стабильный выходной сигнал, чем смещение затвора, это предпочтительная схема из двух. (Самосмещение также имеет то преимущество, что не требует использования отрицательного источника питания для смещения перехода затвор-исток.)

Смещение делителя напряжения

Смещение делителя напряжения используется для значительного уменьшения возможных вариаций, присущих усилителям JFET. Усилитель на полевом транзисторе со смещением делителя напряжения показан на рис. 12-9 вместе с расчетными соотношениями постоянного тока для схемы.

РИСУНОК 12-9. Смещение делителя напряжения.

Линия смещения постоянного тока для цепи смещения делителя напряжения показана на Рисунке 12-10. Обратите внимание на небольшую разницу в I D между точками Q .Относительно стабильное значение тока стока - это сила цепи. Процедура построения линии смещения постоянного тока продемонстрирована в примере 12.8 текста.

РИСУНОК 12-10. Линия смещения постоянного тока для усилителя с делителем напряжения.

Смещение источника тока

Смещение источника тока использует BJT для управления током стока JFET, что делает его независимым от характеристик JFET. Схема смещения источника тока показана на рисунке 12-11.Пока схема спроектирована так, что меньше минимального значения , значение тока стока Q не зависит от характеристик полевого транзистора.

РИСУНОК 12-11. Смещение источника тока.

Усилитель с общим истоком

Усилитель с общим истоком (CS) является аналогом JFET усилителя с общим эмиттером. Как показано на Рисунке 12-12, входной сигнал подается на затвор JFET, а выходной сигнал берется из стока.Обратите внимание, что усилитель CS - это единственная конфигурация усилителя JFET, которая обеспечивает угол поворота 180 °. фазовый сдвиг напряжения от входа к выходу.

Крутизна () JFET-усилителя равна отношению изменения тока стока () к изменению напряжения затвор-исток (), обычно измеряемого в микросименсах (). Как следует из уравнения на рис. 12-12, на значение влияет коэффициент крутизны JFET () и смещение цепи постоянным током.Этот момент проиллюстрирован в Примере 12.11 текста.

РИСУНОК 12-12. Усилитель с общим источником.

Коэффициент усиления по напряжению стандартного усилителя CS попадает в диапазон значений, который определяется (частично) кривыми минимальной и максимальной крутизны для устройства. Этот момент проиллюстрирован в Примере 12.12 текста. Чтобы решить эту проблему, можно использовать подавляющий резистор .

Усилитель с общим стоком (повторитель источника)

Повторитель источника является аналогом JFET повторителя эмиттера.Как показано на рис. 12-13, входной сигнал подается на затвор JFET, а выходной сигнал берется из источника.


РИСУНОК 12-13. Усилитель с общим стоком (истоковый повторитель).

Повторитель источника обычно имеет высокий входной импеданс, низкий выходной импеданс и. В результате схема обычно используется как буфер. Коэффициент усиления по напряжению и выходное сопротивление повторителя источника попадают в диапазоны, которые определяются (частично) кривыми минимальной и максимальной крутизны для устройства.Этот момент проиллюстрирован в Примере 12.16 текста.

Усилитель с общим затвором

Усилитель с общим затвором (CG) является аналогом JFET усилителя с общей базой. Как показано на рис. 12-14, входной сигнал подается на исток JFET, а выходной - на сток.

РИСУНОК 12-14. Усилитель с общим затвором.

Усилитель CG обычно имеет низкий входной импеданс, высокий выходной импеданс (по сравнению с, и).В результате схема обычно используется для согласования источника с низким импедансом с нагрузкой с более высоким импедансом. Обратите внимание, что выходная проводимость JFET () является номинальной характеристикой. Выходное сопротивление усилителя CG рассчитывается, как показано в Примере 12.17 текста.

Неисправности JFET

Есть несколько вещей, которые могут выйти из строя с JFET. Поскольку имеется только одно соединение компонентов, симптомы неисправности полевого транзистора легко распознать. Влияние условий короткого затвора и открытого затвора показано на рисунке 12.47 текста.

Спецификации полевого транзистора

Как и спецификации транзисторов, в спецификациях полевых транзисторов обычно указаны максимальные номинальные значения , характеристики вне зависимости от характеристик, и характеристики слабого сигнала .

Раздел максимальных номинальных значений спецификации JFET обычно включает стандартные номинальные значения напряжения пробоя, максимальные номинальные токи и рабочие диапазоны температур.

В разделе спецификации выкл. Характеристики обычно указываются значения напряжения пробоя затвор-исток и обратного тока затвора.Обратите внимание, что обратный ток затвора () обычно находится в нА или диапазоне.

В разделе характеристик спецификации обычно указывается значение и минимально возможное значение.

В разделе характеристик слабого сигнала спецификации обычно указаны значения проводимости, проводимости, крутизны и пропускания компонентов. Обратите внимание, что рейтинги допуска учитывают восприимчивость компонента , тогда как рейтинги проводимости нет.

Приложения JFET

JFET обычно используются в любом приложении, требующем более высокого входного импеданса схемы, чем может быть получено с усилителем BJT.

Полевой транзистор

- обзор

Входные каскады полевых транзисторов

Полевые транзисторы (FET) имеют гораздо более высокий входной импеданс, чем биполярные переходные транзисторы (BJT), и поэтому кажутся идеальными устройствами для входных каскадов операционных усилителей. Однако они не могут быть изготовлены на всех процессах биполярных ИС, и когда процесс позволяет их производство, у них часто возникают собственные проблемы.

Полевые транзисторы

обладают высоким входным сопротивлением, низким током смещения и хорошими высокочастотными характеристиками. (В операционном усилителе более низкий g m полевых транзисторов допускает более высокие хвостовые токи, тем самым увеличивая максимальную скорость нарастания напряжения.) Полевые транзисторы также имеют гораздо более низкий токовый шум.

С другой стороны, входное напряжение смещения пар полевых транзисторов с длинными хвостами не так хорошо, как смещение соответствующих BJT, и подстройка для минимального смещения одновременно не минимизирует дрейф. Для дрейфа требуется отдельный триммер, и в результате смещение и дрейф в операционном усилителе с полевым транзистором с полевым транзистором, хотя и хороши, но не так хороши, как у лучших биполярных транзисторов.Упрощенная процедура подстройки для входного каскада операционного усилителя на полевых транзисторах показана на рисунке 1-26.

Рисунок 1-26. Входной каскад операционного усилителя с полевым транзистором (JFET) с подстройкой смещения и дрейфа

Операционные усилители с полевым транзистором на полевых транзисторах (JFET) можно сделать с очень низким уровнем шума, но задействованные устройства очень большие и имеют довольно высокую входную емкость, которая зависит от входа напряжение, и поэтому существует компромисс между шумом напряжения и входной емкостью.

Ток смещения операционного усилителя на полевом транзисторе - это ток утечки диффузионного затвора (или утечка защитного диода затвора, который имеет аналогичные характеристики для полевого МОП-транзистора).Такие токи утечки удваиваются при повышении температуры кристалла на каждые 10 ° C, так что ток смещения операционного усилителя на полевом транзисторе в в тысячу раз больше при 125 ° C, чем при 25 ° C. Очевидно, это может быть важно при выборе между операционным усилителем с биполярным или полевым транзистором, особенно в высокотемпературных приложениях, где входной ток смещения биполярного операционного усилителя фактически уменьшается.

До сих пор мы говорили в основном обо всех типах полевых транзисторов, то есть о переходах (JFET) и MOS (MOSFETS). На практике операционные усилители с комбинированной биполярной / JFET-технологией (т.е.е., BiFET) обеспечивают лучшую производительность, чем операционные усилители, использующие чисто MOSFET или CMOS технологию. Хотя ADI и другие производят высокопроизводительные операционные усилители с входными каскадами MOS или CMOS, в целом эти операционные усилители имеют худшие смещение и дрейф, шум напряжения и высокочастотные характеристики, чем биполярные аналоги. Потребляемая мощность обычно несколько ниже, чем у биполярных операционных усилителей с сопоставимой или даже лучшей производительностью.

JFET-устройства требуют большего запаса по сравнению с BJT, поскольку их напряжение отсечки обычно больше, чем напряжение BJT-базой-эмиттером.Следовательно, их труднее работать при очень низких напряжениях источника питания (1-2 В). В этом отношении КМОП имеет то преимущество, что требует меньшего запаса по сравнению с полевыми транзисторами.

Полевой транзистор FET

ТРАНЗИСТОР ПОЛЕВОГО ЭФФЕКТА
6.1 ВВЕДЕНИЕ

  1. Полевой транзистор сокращенно FET, это еще одно полупроводниковое устройство, такое как BJT, которое можно использовать в качестве усилителя или переключателя.
  2. Полевой транзистор - это устройство, работающее от напряжения.В то время как биполярный транзистор - это устройство, управляемое током. В отличие от BJT полевой транзистор практически не требует входного тока.
  3. Это дает ему чрезвычайно высокое входное сопротивление, что является его самым важным преимуществом перед биполярным транзистором.
  4. FET также является трехполюсным устройством, обозначенным как исток, сток и затвор.
  5. Исток можно рассматривать как эмиттер BJT, сток как коллектор, а затвор как противоположную часть базы.
  6. Материал, соединяющий исток со стоком, называется каналом.
  1. Работа полевого транзистора зависит только от потока основных несущих, поэтому они называются однополярными устройствами. Работа BJT зависит как от миноритарных, так и от мажоритарных операторов.
  2. Поскольку полевой транзистор имеет проводимость только через большинство несущих, он менее шумный, чем биполярный транзистор.
  3. Полевые транзисторы
  4. намного проще изготовить и особенно подходят для интегральных схем, поскольку они занимают меньше места, чем биполярные транзисторы.
  5. Усилители на полевых транзисторах
  6. имеют низкий коэффициент усиления из-за емкостных эффектов перехода и создают большие искажения сигнала, за исключением работы с малым сигналом.
  7. На характеристики полевого транзистора практически не влияют изменения температуры окружающей среды. Поскольку он имеет отрицательный температурный коэффициент при высоких уровнях тока, он предотвращает термический пробой полевого транзистора. BJT имеет положительный температурный коэффициент при высоких уровнях тока, что приводит к тепловому пробою.

6.2 КЛАССИФИКАЦИЯ полевых транзисторов:
Существует две основные категории полевых транзисторов:
1. Переходные полевые транзисторы
2. МОП-транзисторы
Далее они подразделяются на P-канальные и N-канальные устройства.
Далее полевые МОП-транзисторы подразделяются на два типа полевых МОП-транзисторов с истощением и улучшенные. МОП-транзисторы
Когда канал имеет N-тип, JFET упоминается как N-канальный JFET, когда канал имеет P-тип, JFET упоминается как P-канальный JFET.
Условные обозначения для P-канальных и N-канальных полевых транзисторов показаны на рисунке.

6.3 КОНСТРУКЦИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ N-КАНАЛЬНОГО FET
Если затвор выполнен из материала N-типа, канал должен быть из материала P-типа.
КОНСТРУКЦИЯ N-КАНАЛЬНОГО JFET

Кусок материала N-типа, называемый каналом, имеет два меньших куска материала P-типа, прикрепленных к его сторонам, образующих PN-переходы.Концы каналов обозначены как сток и исток. И два куска материала P-типа соединены вместе, и их вывод называется затвором. Поскольку этот канал находится в полосе N-типа, полевой транзистор известен как N-канальный JFET.
РАБОТА N-КАНАЛЬНОГО JFET: -
Общая работа JFET основана на изменении ширины канала для управления током стока.
Кусок материала N-типа, называемый каналом, имеет два меньших куска материала P-типа, прикрепленных к его участкам, которые создают PN-соединения.Концы канала обозначаются стоком и истоком. И два куска материала типа P соединены вместе, и их вывод называется затвором. Когда клемма затвора не подключена, а на стоке приложен положительный потенциал на истоке, течет ток стока Id. Когда затвор смещен отрицательно относительно источника, PN-переходы смещены в обратном направлении, и образуются области обеднения. Канал более легирован, чем затворные блоки P-типа, поэтому обедненные области проникают глубоко в канал.Поскольку обедненная область - это область, обедненная носителями заряда, она ведет себя как изолятор. В результате канал сужается. Его сопротивление увеличивается, а Id уменьшается. Когда отрицательное напряжение смещения затвора дополнительно увеличивается, обедненные области встречаются в центре, и Id полностью обрезается.
Есть два способа контролировать ширину канала

  1. Путем изменения значения Vgs
  2. И изменяя значение Vds, сохраняя постоянную Vgs

1 Путем изменения значения Vgs: -
Мы можем изменять ширину канала и, в свою очередь, изменять ток стока.Это можно сделать, изменив значение Vgs. Этот момент проиллюстрирован на рисунке ниже. Здесь мы имеем дело с N канальным полевым транзистором. Таким образом, канал относится к типу N, а затвор - к типу P, который составляет PN-переход. Этот PN переход всегда имеет обратное смещение при работе JFET. Обратное смещение прикладывается напряжением батареи Vgs, подключенным между затвором и истоком, то есть положительный полюс батареи подключен к истоку, а отрицательный - к затвору.

  1. Когда PN-переход смещен в обратном направлении, электроны и дырки диффундируют через переход, оставляя неподвижные ионы на N- и P-сторонах, область, содержащая эти неподвижные ионы, известна как обедненные области.
  2. Если обе области P и N сильно легированы, то область обеднения простирается симметрично с обеих сторон.
  3. Но в N-канале FET P-область сильно легирована, чем N-тип, поэтому обедненная область простирается больше в N-области, чем в P-области.
  4. Таким образом, когда Vds не применяется, обедненная область симметрична, а проводимость становится нулевой. Так как мобильных операторов на стыке нет.
  5. По мере увеличения напряжения обратного смещения толщина обедненной области также увеличивается.т.е. эффективная ширина канала уменьшается.
  6. Изменяя значение Vgs, мы можем изменять ширину канала.

2 Изменение значения Vds при постоянном Vgs: -

  1. Когда на затвор не подается напряжение, то есть Vgs = 0, Vds применяется между истоком и стоком, электроны будут течь от истока к стоку через канал, составляющий ток стока Id.
  2. При Vgs = 0 для Id = 0 канал между затворными соединениями полностью открыт.В ответ на небольшое приложенное напряжение Vds вся полоса действует как простой полупроводниковый резистор, и ток Id линейно увеличивается с Vds.
  3. Сопротивления каналов представлены как rd и rs, как показано на рис.


  1. Этот увеличивающийся ток стока Id вызывает падение напряжения на rd, которое смещает в обратном направлении переход затвор-исток (rd> rs). Таким образом, формируется область обеднения, которая не является симметричной.
  2. Область истощения, т.е. развитая, проникает глубже в канал возле стока и меньше в направлении истока, поскольку Vrd >> Vrs. Таким образом, обратное смещение выше у стока, чем у истока.
  3. В результате увеличивающаяся область обеднения уменьшает эффективную ширину канала. В конце концов достигается напряжение Vds, при котором канал перекрывается. Это напряжение, при котором ток Id начинает выравниваться и приближаться к постоянному значению.
  4. Итак, изменяя значение Vds, мы можем изменять ширину канала, сохраняя Vgs постоянным.


Когда применяются и Vgs, и Vds: -

Конечно, в принципе невозможно полностью закрыть канал и уменьшить ток Id до нуля, поскольку, если это действительно так, напряжение затвора Vgs прикладывается в направлении, обеспечивающем дополнительное обратное смещение

  1. Когда напряжение подается между стоком и истоком с батареей Vdd, электроны текут от истока к стоку через узкий канал, существующий между областями истощения.Он составляет ток стока Id, его обычное направление - от стока к истоку.
  2. Значение тока стока является максимальным при отсутствии внешнего напряжения между затвором и истоком и обозначается Idss.

  1. Когда Vgs увеличивается выше нуля, области истощения расширяются. Это уменьшает эффективную ширину канала и, следовательно, контролирует поток стока через канал.
  2. При дальнейшем увеличении Vgs достигается стадия, на которой области истощения соприкасаются друг с другом, что означает, что весь канал закрывается областью истощения. Это снижает ток стока до нуля.

6.4 ХАРАКТЕРИСТИКИ N-КАНАЛЬНОГО JFET: -
Семейство кривых, показывающих соотношение между током и напряжением, известно как характеристические кривые.
Есть две важные характеристики JFET.

  1. Характеристики слива или VI
  2. Передаточная характеристика
  1. Характеристики слива: -

Характеристики стока показывают соотношение между напряжением стока и истока Vds и током стока Id. Для объяснения типичных характеристик стока рассмотрим кривую с Vgs = 0.V.

  1. Когда применяется Vds и он увеличивается, ID тока стока также линейно увеличивается до точки перегиба.
  2. Это показывает, что полевой транзистор ведет себя как обычный резистор. Эта область называется омической областью.
  3. ID увеличивается с увеличением напряжения стока до истока. Здесь ток стока увеличивается медленно по сравнению с омической областью.


4) Это из-за того, что есть увеличение VDS.Это, в свою очередь, увеличивает обратное напряжение смещения на переходе затвор-исток. В результате этого обедненная область увеличивается в размере, тем самым уменьшая эффективную ширину канала.

5) Все напряжение между стоком и истоком, соответствующее точке ширины канала, уменьшается до минимального значения и называется отсечкой.

6) Напряжение стока в исток, при котором происходит отсечка канала, называется напряжением отсечки (Vp).

PINCH OFF Регион: -

  1. Это область, показанная кривой как область насыщения.
  2. Это также называется областью насыщения или областью постоянного тока. Поскольку канал занят областью истощения, область истощения больше к стоку и меньше к истоку, поэтому канал ограничен, с этим только ограниченным количеством несущих разрешено пересекать этот канал только от стока истока, вызывая ток что постоянно в этом регионе. Чтобы использовать полевой транзистор в качестве усилителя, он работает в этой области насыщения.
  3. При этом ток стока остается постоянным на максимальном значении IDSS.
  1. Ток стока в области отсечки зависит от напряжения затвор-исток и задается соотношением

Id = Idss [1-Vgs / Vp] 2
Это известно как родство Шокли.
ОБЛАСТЬ РАЗРЫВА: -

  1. Область показана кривой. В этой области ток стока быстро увеличивается по мере увеличения напряжения стока в исток.
  2. Это из-за перехода затвор-исток из-за лавинного эффекта.
  3. Лавинный пробой происходит при все более низком значении VDS, потому что напряжение затвора обратного смещения добавляется к напряжению стока, тем самым увеличивая эффективное напряжение на затворном переходе

Это вызывает

    1. Максимальный ток стока насыщения меньше
    2. Участок омической области уменьшился.
  1. Важно отметить, что максимальное напряжение VDS, которое может быть приложено к полевому транзистору, является самым низким напряжением, вызывающим доступный пробой.
  1. РАЗДАТОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: -

Эти кривые показывают взаимосвязь между ID тока стока и напряжением затвор-исток VGS для различных значений VDS.

  1. Сначала отрегулируйте напряжение стока до истока до некоторого подходящего значения, затем увеличьте напряжение затвора до истока до небольшого подходящего значения.
  2. Постройте график между напряжением затвора и источником по горизонтальной оси и идентификатором тока по вертикальной оси. Мы получим такую ​​кривую.

  1. Как известно, если Vgs больше отрицательных кривых стока, ток уменьшать. где Vgs делается достаточно отрицательным, Id уменьшается до нуля. Это вызвано расширением области истощения до точки, где она полностью закрывает канал.Значение Vgs в точке отсечки рассчитано как Vgsoff
  2. .

  1. Верхний конец кривой, показанный значением тока стока, равен Idss, то есть, когда Vgs = 0, ток стока максимален.
  1. В то время как нижний конец обозначен напряжением, равным Vgsoff
  2. Если Vgs постоянно увеличивается, ширина канала уменьшается, тогда Id = 0
  3. Можно отметить, что кривая является частью параболы; это может быть выражено как

Id = Idss [1-Vgs / Vgsoff] 2
РАЗНИЦА МЕЖДУ Vp И Vgsoff -
Vp - это значение Vgs, которое заставляет JFET становиться постоянной составляющей тока. Оно измеряется при Vgs = 0 В и имеет постоянный ток стока Id = Idss.Где Vgsoff - значение Vgs, которое уменьшает Id примерно до нуля.
Почему переход затвор-исток полевого транзистора всегда имеет обратное смещение?
Переход затвор-исток полевого транзистора никогда не должен иметь прямого смещения, потому что материал затвора не предназначен для обработки какого-либо значительного количества тока. Если переходу позволено стать смещенным вперед, ток будет генерироваться через материал затвора. Этот ток может разрушить компонент.
Есть еще одна важная характеристика обратного смещения JFET, то есть J FET имеет чрезвычайно высокое характеристическое входное сопротивление затвора. Этот импеданс обычно находится в высоком мегаомном диапазоне. Благодаря чрезвычайно высокому входному сопротивлению, он не потребляет ток от источника. Высокое входное сопротивление полевого транзистора привело к его широкому использованию в интегральных схемах. Низкие текущие требования к компоненту делают его идеальным для использования в ИС. Где тысячи транзисторов должны быть вытравлены на одном куске кремния.Низкое потребление тока помогает ИС оставаться относительно прохладной, что позволяет разместить больше компонентов в меньшей физической области.
6.5 ПАРАМЕТРЫ JFET
Электрическое поведение JFET можно описать с помощью определенных параметров. Такие параметры получаются из характеристических кривых.
A C Сопротивление дренажу (кр.) :
Это также называется динамическим сопротивлением стока и представляет собой сопротивление переменного тока между выводами стока и истока, когда полевой транзистор JFET работает в области отсечки или насыщения.Он определяется отношением небольшого изменения напряжения стока к истоку ∆Vds к соответствующему изменению тока стока ∆Id для постоянного напряжения затвора и истока Vgs.
Математически это выражается как rd = ∆Vds / ∆Id, где Vgs остается постоянным.
TRANCE CONDUCTANCE (гм):
Это также называется прямой крутизной. Он определяется отношением небольшого изменения тока стока (∆Id) к соответствующему изменению напряжения затвора и истока (∆Vds)
Математически крутизну можно записать как
gm = ∆Id / ∆Vds
КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ (µ)
Он определяется отношением небольшого изменения напряжения стока к истоку (∆Vds) к соответствующему изменению напряжения затвора и истока (∆Vgs) при постоянном токе стока (Id).
Таким образом, µ = ∆Vds / ∆Vgs, когда Id остается постоянным
Коэффициент усиления µ может быть выражен как произведение крутизны (gm) и сопротивления стока по переменному току (rd)
µ = ∆Vds / ∆Vgs = gm rd

6.6 МОДЕЛЬ МАЛЫХ СИГНАЛОВ ПОЛЕВА: -
Эквивалентная схема линейного малого сигнала для полевого транзистора может быть получена способом, аналогичным тому, который использовался для получения соответствующей модели для транзистора.
Мы можем выразить ток стока iD как функцию f напряжения затвора и напряжения стока Vds.
Id = f (Vgs, Vds) ------------------ (1)
Крутизна gm и сопротивление стока rd: -
Если изменяются как напряжение затвора, так и напряжение стока, изменение тока стока аппроксимируется с помощью ряда тейлоров с учетом только первых двух членов в расширении
∆id = | vds = константа .∆vgs | vgs = постоянная ∆vds
мы можем написать ∆id = id
∆vgs = vgs
∆vds = vds
Id = gm v Vds → (1)
Где gm = | Vds | Vds
gm = | Vds
Это взаимная проводимость или крутизна.Его также называют прямой проводимостью общего источника gfs или yfs.
Второй параметр rd - это сопротивление стока или выходное сопротивление, определяемое как
. rd = | Vgs | Vgs = | Vgs
rd = | Vgs
Обратной величине rd является проводимость стока gd. Она также обозначается буквами Yos и Gos и называется выходной проводимостью общего истока. Таким образом, эквивалентную схему малого сигнала для полевого транзистора можно нарисовать двумя разными способами.
1. малый сигнальный ток - модель
2.Модель источника напряжения слабого сигнала.
Модель источника тока слабого сигнала для полевого транзистора в общей конфигурации источника может быть построена, удовлетворяя уравнению → (1), как показано на рисунке (a)
Эта низкочастотная модель для полевого транзистора имеет выходную цепь Нортона с генератором зависимого тока, величина которого пропорциональна напряжению между затвором и источником. Коэффициент пропорциональности - это крутизна «gm». Выходное сопротивление - «rd». Входное сопротивление между затвором и истоком бесконечно, поскольку предполагается, что затвор с обратным смещением не потребляет ток.По той же причине предполагается, что сопротивление между затвором и стоком бесконечно.
Модель источника напряжения слабого сигнала показана на рисунке (b).
Это можно получить, найдя эквивалент Тевенина для выходной части рис (а).
Эти малосигнальные модели для полевого транзистора можно использовать для анализа трех основных конфигураций усилителя полевого транзистора:
1. общий источник (CS) 2. общий сток (CD) или повторитель источника
3. общие ворота (CG).
(a) Модель источника тока слабого сигнала для полевого транзистора (b) Модель источника напряжения малого сигнала для полевого транзистора
Здесь входная цепь остается разомкнутой из-за высокого входного сопротивления, а выходная цепь удовлетворяет уравнению для ID
6,7 MOSFET: -
Теперь обратим наше внимание на полевой транзистор с изолированным затвором или металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор, который имеет большее коммерческое значение, чем полевой транзистор с переходом.
Однако большинство полевых МОП-транзисторов представляют собой триоды с внутренней подложкой, подключенной к источнику.Условные обозначения схем, используемые несколькими производителями, показаны на рисунке ниже.



(a) MOSFET обедненного типа (b) MOSFET улучшенного типа
Оба они являются P-канальными
Вот два основных типа МОП-транзисторов
(1) Тип истощения (2) MOSFET типа расширения.
D-МОП-транзисторы могут работать как в режиме истощения, так и в режиме улучшения.Полевые МОП-транзисторы E могут работать только в режиме улучшения. Основное различие между ними - их физическая конструкция.
Конструктивная разница между ними показана на рисунке ниже.

Как мы видим, D-MOSFET имеет физический канал между выводами истока и стока (заштрихованная область)

E MOSFET, с другой стороны, физически не имеет такого канала. Формирование канала между истоком и стоком зависит от напряжения затвора.
Оба полевых МОП-транзистора имеют изолирующий слой между затвором и остальной частью компонента. Этот изолирующий слой состоит из SIO2, изоляционного материала, подобного стеклу. Материал затвора состоит из металлического проводника. Таким образом, переходя от затвора к подложке, мы можем получить полупроводник из оксида металла, откуда и происходит термин MOSFET.
Поскольку затвор изолирован от остальной части компонента, полевой МОП-транзистор иногда называют полевым транзистором с изолированным затвором или IGFET.
Основа полевого МОП-транзистора называется подложкой.Этот материал представлен в условном обозначении центральной линией, которая соединена с источником.
В символе полевого МОП-транзистора стрелка помещена на подложку. Как и в случае с JFET, стрелка, указывающая внутрь, представляет N-канальное устройство, а указывающая стрелка представляет собой p-канальное устройство.

КОНСТРУКЦИЯ N-КАНАЛЬНОГО МОП-транзистора: -
МОП-транзистор с N-каналом состоит из слаболегированного вещества p-типа, в которое диффундируют две сильно легированные области n +, как показано на рис.Эти n + секций, которые будут действовать как исток и сток. Тонкий слой изоляционного диоксида кремния (SIO2) нарастает по поверхности конструкции, а в оксидном слое прорезаются отверстия, позволяющие контактировать с истоком и стоком. Затем металлическая область затвора накладывается на оксид, покрывая всю область канала. Металлические контакты сделаны для стока и истока, а контакт с металлом по площади канала является выводом затвора. изолирующий диэлектрический оксидный слой и полупроводниковый канал образуют конденсатор с параллельными пластинами.Изоляционный слой из sio2
Это причина, по которой это устройство называется полевым транзистором с изолированным затвором. Этот слой обеспечивает чрезвычайно высокое входное сопротивление (от 10 10 до 10 Ом, 15 Ом) для полевого МОП-транзистора.
6.7.1 ВЫПУСКНОЙ МОП-транзистор
Базовая структура D –MOSFET показана на рис. N-канал распространяется между истоком и стоком с устройством, и значительный ток стока IDSS течет от нулевого затвора к напряжению истока, Vgs = 0.

Работа в режиме истощения: -

  1. На рисунке выше показаны рабочие условия D-MOSFET с закороченными вместе клеммами затвора и истока (VGS = 0 В)
  1. На этом этапе ID = IDSS, где VGS = 0 В, с этим напряжением VDS протекает значительный ток стока IDSS.

  1. Если напряжение между затвором и истоком становится отрицательным, т. Е. Отрицательными значениями VG, в канале индуцируются положительные заряды через SIO2 конденсатора затвора.
  1. Поскольку ток в полевом транзисторе возникает из-за основных носителей заряда (электронов для материала N-типа), индуцированные положительные заряды делают канал менее проводящим, и ток стока падает по мере того, как Vgs становится более отрицательным.

  1. Перераспределение заряда в канале вызывает эффективное истощение основных носителей, что и объясняет обозначение истощения MOSFET.
  1. Это означает, что напряжение смещения Vgs истощает канал свободных носителей. Это эффективно уменьшает ширину канала, увеличивая его сопротивление.

  1. Обратите внимание, что отрицательный Vgs оказывает такое же влияние на полевой МОП-транзистор, как и на полевой транзистор JFET.

  1. Как показано на рисунке выше, слой истощения, создаваемый Vgs (представленный белым пространством между изоляционным материалом и каналом), врезается в канал, уменьшая его ширину.В результате Id

Работа в режиме расширения D-MOSFET: -

  1. Этот режим работы является результатом приложения положительного затвора к источнику напряжения Vgs на устройство.
  2. Когда Vgs положительный, канал эффективно расширяется. Это снижает сопротивление канала, позволяя ID превышать значение IDSS
  3. .
  4. Когда Vgs задан положительным, большинство носителей в p-типе являются дырками.Отверстия в подложке p-типа отражаются положительным напряжением затвора.
  5. В то же время электроны зоны проводимости (неосновные носители) в материале p-типа притягиваются к каналу под действием напряжения затвора +.
  6. По мере накопления электронов около канала, область справа от физического канала фактически становится материалом N-типа.
  7. Расширенный канал типа n теперь допускает больший ток, Id> Idss

Характеристики истощающего полевого МОП-транзистора: -
Фиг.показывает характеристики стока для N-канального обедненного типа MOSFET

.
  1. Кривые построены как для положительного, так и для отрицательного напряжения Vgs.

.

  1. Когда Vgs = 0 и отрицательное значение, полевой МОП-транзистор работает в режиме истощения, когда значение Vgs положительно, полевой МОП-транзистор работает в режиме улучшения.
  2. Разница между JFET и D MOSFET заключается в том, что JFET не работает при положительных значениях Vgs.
  1. Когда Vds = 0, между истоком и стоком нет проводимости, если Vgs <0 и Vds> 0, то Id увеличивается линейно.

  1. Но, поскольку Vgs, 0 индуцирует дырки для положительных зарядов в канале и контролирует ширину канала. Таким образом, проводимость между истоком и стоком поддерживается постоянной, то есть Id постоянным.
  1. Если Vgs> 0, затвор индуцирует больше электронов на стороне канала, к нему добавляются свободные электроны, генерируемые источником. снова потенциал, приложенный к затвору, определяет ширину канала и поддерживает постоянный ток через него, как показано на Рис.
  2. .

РАЗДАТОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: -
Комбинация 3 рабочих состояний i.е. Vgs = 0V, VGs <0V, Vgs> 0V представлены кривой крутизны D MOSFET, показанной на рис.

  1. Здесь на этой кривой можно отметить, что область АВ по характеристикам аналогична таковой у JFET.
  1. Эта кривая продолжается для положительных значений Vgs

  1. Обратите внимание, что Id = Idss для Vgs = 0 В, когда Vgs отрицательное, Id Idss.Очевидно, что Idss не является максимально возможным значением Id для полевого МОП-транзистора.
  1. Кривые аналогичны JFET, поэтому D MOSFET имеет такое же уравнение крутизны.

6.7.2 Электронные МОП-транзисторы
E MOSFET может работать только в режиме улучшения. Потенциал затвора должен быть положительным по отношению к источнику.

  1. при значении Vgs = 0 В канал, соединяющий материалы истока и стока, отсутствует.
  1. В результате не может быть значительного тока стока.

  1. Когда Vgs = 0, источник Vdd пытается заставить свободные электроны от истока к стоку, но наличие p-области не позволяет электронам проходить через нее. Таким образом, при Vgs = 0,
  2. ток стока отсутствует.
  1. Если Vgs положительный, он индуцирует отрицательный заряд в подложке p-типа в непосредственной близости от слоя SIO2.

  1. Поскольку дырки отталкиваются положительным напряжением затвора, электроны неосновных носителей притягиваются к этому напряжению.Это образует эффективный мост типа N между истоком и стоком, обеспечивающий путь для тока стока.
  1. Это положительное напряжение затвора образует канал между истоком и стоком.

  1. Это создает тонкий слой канала N-типа в субпарате P-типа. Этот слой свободных электронов называется инверсионным слоем N-типа.

  1. Минимальное значение Vgs, которое создает этот инверсионный слой, называется пороговым напряжением и обозначается как Vgs (th).Эта точка, в которой устройство включается, называется пороговым напряжением Vgs (th)
  2. .
  3. Когда напряжение Vgs
  1. Однако, когда напряжение Vgs> Vgs (th) инверсионный слой подключает сток к истоку, и мы получаем значительные значения тока.

ХАРАКТЕРИСТИКИ E MOSFET: -

    1. ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛИВА

Вольт-амперные характеристики стока N-канального полевого МОП-транзистора в режиме улучшения приведены на рис.

    1. РАЗДАТОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: -
  1. Текущее значение Idss при Vgs≤ 0 очень мало, порядка нескольких наноампер.
  2. Когда Vgs становится + ve, ток Id медленно увеличивается вначале, а затем намного быстрее с увеличением Vgs.
  3. Стандартная формула крутизны не работает для E MOSFET.
  4. Чтобы определить значение ID при заданном значении VG, мы должны использовать следующее соотношение

Id = K [Vgs-Vgs (Th)] 2
Где K является постоянным для полевого МОП-транзистора.найдено как
К =
Судя по листам технических данных, 2N7000 имеет следующие характеристики.
Id (on) = 75 мА (минимум).
И Vgs (th) = 0,8 (минимум)

6,8 ПРИМЕНЕНИЕ MOSFET
Один из основных вкладов в электронику, внесенный полевыми МОП-транзисторами, можно найти в области цифровой (компьютерной электроники). Сигналы в цифровых схемах состоят из быстро переключающихся уровней постоянного тока. Этот сигнал называется прямоугольной волной, состоящей из двух уровней постоянного тока (или логических уровней).Эти логические уровни - 0 В и + 5 В.
Группа схем с аналогичными схемами и рабочими характеристиками называется логическим семейством. Все схемы в данном семействе логики реагируют на одни и те же логические уровни, имеют одинаковую скорость и возможности управления мощностью и могут быть напрямую соединены друг с другом. Одним из таких семейств логики является дополнительная логика MOS (или CMOS). Это семейство логики полностью состоит из полевых МОП-транзисторов.
6.9 ПЕРЕДНИЙ ПЕРЕДАЧИ: -
Для правильного функционирования линейного усилителя на полевых транзисторах необходимо поддерживать стабильную рабочую точку Q в центральной части зоны отсечки. Точка Q не должна зависеть от изменений параметров устройства и колебаний температуры окружающей среды
Это может быть достигнуто путем подходящего выбора напряжения затвора для истока VGS и идентификатора тока стока, который называется смещением
. Цепи смещения JFET очень похожи на схемы смещения BJT Основное различие между цепями JFET и BJT заключается в работе самих активных компонентов
Существует два основных типа схем смещения

.
  1. Самостоятельное смещение
  2. Делитель напряжения смещения.

6.9.1 САМОСВЯЗЬ
Самосмещение - это схема смещения полевого транзистора, в которой используется истоковый резистор для обратного смещения затвора полевого транзистора. Схема самосмещения показана на рис. Самостоятельное смещение является наиболее распространенным типом смещения JFET. Этот полевой транзистор должен работать так, чтобы переход затвор-исток всегда был смещен в обратном направлении. Это условие требует отрицательного VGS для N-канального JFET и положительного VGS для P-канального JFET. Этого можно добиться, используя самосмещение, как показано на рис.Затворный резистор RG не влияет на смещение, потому что он практически не имеет падения напряжения на нем, и: затвор остается на уровне 0 В. RG необходим только для изоляции сигнала переменного тока от земли в усилителях. Падение напряжения на резисторе RS вызывает обратное смещение перехода затвор-исток.

Для анализа постоянного тока конденсаторы связи представляют собой разомкнутые цепи.
Для N-канального полевого транзистора на рис. (A)
IS вызывает падение напряжения на RS и делает источник положительным w.r.t земли. В любой схеме JFET весь ток истока проходит через устройство в цепь стока. Это связано с тем, что нет значительного тока затвора.
Мы можем определить ток источника как IS = ID
(VG = 0, потому что в RG нет тока затвора, поэтому VG через RG равен нулю)
VG = 0, затем VS = ISRS = ID RS
VGS = VG-VS = 0-ID RS = - ID RS
Анализ собственного постоянного тока смещения: -
В следующем анализе постоянного тока N-канальный J FET, показанный на рис.используется для иллюстрации.
Для анализа постоянного тока мы можем заменить конденсаторы связи на разомкнутые цепи, а также мы можем заменить резистор RG эквивалентом короткого замыкания.:. IG = 0. Связь между ID и VGS задается формулой
. Id = Idss [1-] 2
VGS для N-канального JFET = -id Rs
Подставляя это значение в уравнение выше
Id = Idss [1-] 2
Id = Idss [1+] 2
Для полевого транзистора N-chanel на рисунке выше
Is вызывает падение напряжения на Rs и делает источник положительным w.r.t заземление в любой цепи JFET весь ток истока проходит через устройство в цепь стока, это связано с тем, что нет значительного тока затвора. Следовательно, мы можем определить ток источника как Is = Id и Vg = 0, тогда
Vs = Is Rs = IdRs
Vgs = Vg-Vs = 0-IdRs = -IdRs
Рисование линии самосмещения: -
Типичные передаточные характеристики полевого транзистора с самосмещением показаны на рис.
Максимальный ток стока составляет 6 мА, а напряжение отключения затвора истока составляет -3 В.Это означает, что напряжение затвора должно быть в пределах от 0 до -3 В.

Теперь, используя уравнение VGS = -IDRS и предполагая RS любого подходящего значения, мы можем нарисовать линию собственного смещения.
Допустим, RS = 500 Ом
С помощью этого Rs мы можем построить две точки, соответствующие ID = 0 и Id = IDSS
. для ID = 0
VGS = -ID RS
VGS = 0X (500 Ом) = 0 В
Итак, первая точка (0, 0)
(Id, VGS)
Для ID = IDSS = 6 мА
VGS = (-6 мА) (500 Ом) = -3 В
Таким образом, вторая точка будет (6 мА, -3 В)
Построив эти две точки, мы можем провести прямую линию через точки.Эта линия будет пересекать кривую крутизны и известна как линия самосмещения. Точка пересечения дает рабочую точку JFET самосмещения для схемы.
В точке Q значение ID немного> 2 мА, а VGS немного> -1 В. Точка Q для полевого транзистора с самосмещением зависит от значения Rs. Если Rs большое, точка Q находится далеко вниз на кривой крутизны, ID маленький, когда Rs маленький, точка Q находится далеко вверх по кривой, ID большой.
6.9.2 Смещение делителя напряжения: -

Фиг.показывает N-канальный JFET со смещением делителя напряжения. Напряжение на истоке JFET должно быть более положительным, чем напряжение на затворе, чтобы соединение затвор-исток оставалось смещенным в обратном направлении. Напряжение источника
VS = IDRS
Напряжение затвора устанавливается резисторами R1 и R2, как выражается в следующем уравнении с использованием формулы делителя напряжения.
Vg = Vdd
Для анализа постоянного тока

Применение КВЛ во входной цепи
VG-VGS-VS = 0
:: VGS = VG-Vs = VG-ISRS
VGS = VG-IDRS :: IS = ID
Применяя КВЛ к входной цепи получаем
VDS + IDRD + VS-VDD = 0
:: VDS = VDD-IDRD-IDRS
VDS = VDD-ID (RD + RS)
Точка Q усилителя JFET, использующего смещение делителя напряжения, составляет
IDQ = IDSS [1-VGS / VP] 2
VDSQ = VDD-ID (RD + RS)
СРАВНЕНИЕ МОП-транзистора с JFET

    1. В полевых МОП-транзисторах с усилением и истощением поперечное электрическое поле, индуцируемое через изолирующий слой, нанесенный на полупроводниковый материал, регулирует проводимость канала.
    2. В полевом транзисторе JFET поперечное электрическое поле через обратно смещенный PN-переход управляет проводимостью канала.
    3. Ток утечки затвора в полевом МОП-транзисторе составляет порядка 10–12 А. Следовательно, входное сопротивление полевого МОП-транзистора очень велико, порядка 1010–1015 Ом. Ток утечки затвора полевого транзистора составляет порядка 10–9 А., а его входное сопротивление - порядка 108 Ом.
    4. Выходные характеристики JFET более плоские, чем у MOSFET, и, следовательно, сопротивление стока JFET (0.От 1 до 1 МОм) намного выше, чем у полевого МОП-транзистора (от 1 до 50 кОм).
    5. JFET
    6. работают только в режиме истощения. MOSFET истощенного типа может работать как в режиме истощения, так и в режиме улучшения.
    7. По сравнению с JFET, полевые МОП-транзисторы легче изготовить.
    8. Доступны специальные цифровые КМОП-схемы, которые обеспечивают практически нулевое рассеивание мощности и очень низкие требования к напряжению и току. Это делает их подходящими для портативных систем.

Источник: https://www.snscourseware.org/snsct/files/CW_595634b70671f/EDC%20unit%206%20FET.doc

Если вы являетесь автором приведенного выше текста и не соглашаетесь поделиться своими знаниями для обучения, исследований, стипендий (для добросовестного использования, как указано в авторских правах США), отправьте нам электронное письмо, и мы быстро удалим ваш текст. Добросовестное использование - это ограничение и исключение из исключительного права, предоставленного законом об авторском праве автору творческой работы.В законодательстве США об авторском праве добросовестное использование - это доктрина, которая разрешает ограниченное использование материалов, защищенных авторским правом, без получения разрешения от правообладателей. Примеры добросовестного использования включают комментарии, поисковые системы, критику, новостные репортажи, исследования, обучение, архивирование библиотек и стипендии.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *