Управляющий транзистор: Обозначение полевого транзистора.

Содержание

Полевые транзисторы с управляющим переходом (JFET)

 

В качестве основного рабочего элемента полевого транзистора с управляющим переходом (Junction gate field-effect transistor — JFET или JUGFET) выступает определенной длины полупроводник с электропроводностью либо \(p\)-, либо \(n\)-типа. К противоположным концам такого полупроводника подводится внешнее напряжение, что приводит к появлению в нем потоков зарядов и, соответственно, к протеканию через полупроводник некоторого тока. Чтобы сделать возможным управление потоком зарядов в полупроводниковую структуру, так же как и в случае с биполярным транзистором, вводится небольшая область с противоположным основному типом электропроводности. Однако здесь эта область не разделяет исходную структуру на две части, а лишь создает в ней на пути протекания потока зарядов некоторое достаточно узкое место (рис. 2-1.1). В дальнейшем будет показано, что с помощью определенных внешних воздействий на созданный в полупроводниковой структуре \(p\)-\(n\)-переход мы можем управлять основным потоком зарядов через нее.

Участок полупроводниковой структуры, в котором протекает этот поток, называется каналом.

 

Рис. 2-1.1. Плоская одномерная модель полевого транзистора с управляющим переходом (а) и его условные обозначения (б)

 

В зависимости от комбинации типов применяемых полупроводников возможны два варианта структур полевых транзисторов с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом: с \(p\)-каналом и с \(n\)-каналом. Кроме этого, сам управляющий переход может исполняться не только как обычный \(p\)-\(n\)-переход между полупроводниками, отличающимися только типом проводимости, но и как переход типа металл–полупроводник (см. ниже Полевые транзисторы с управляющим переходом Шоттки) или как гетеропереход (переход между полупроводниками из различных исходных материалов).

Ввиду особенностей производства полевые транзисторы не являются полностью симметричными, как это показано на рис.

2-1.1,а. Это означает, что направление протекания потока зарядов через канал имеет значение при работе, и свойства транзисторов как правило несимметричны относительно управляющей области (хотя и довольно похожи).

Каждая из областей приведенной на рис. 2-1.1,а полупроводниковой структуры полевого транзистора имеет отдельный внешний вывод (электрод), а также определенное название, во многом отражающее ее функцию (заметим, что эти функции не зависят от типа транзистора: \(p\)-канальный или \(n\)-канальный). Область, в которой порождается поток носителей зарядов (на рис. 2-1.1,а изображена слева), называется истоком (И). Средняя область, с помощью которой происходит управление этим потоком (на рис. 2-1.1,а изображена снизу), носит название затвора (З). И наконец, третья область, в которую поступает управляемый поток, называется стоком (С). Внешние электроды транзистора называются в соответствии с именами областей полупроводниковой структуры, с которыми они соединены.

Электронно-дырочный переход, образованный между областью затвора транзистора и каналом называется управляющим переходом (УП). Графические обозначения полевых транзисторов с управляющим переходом обоих возможных типов показаны на рис. 2-1.1,б.

Полевые транзисторы с управляющим переходом Шоттки (Полевые транзисторы Шоттки)

Полевые транзисторы Шоттки (ПТШ) (Metal–semiconductor field effect transistor — MESFET) впервые были представлены в 1966 году и, благодаря своим уникальным характеристикам, сразу же нашли применение в высокочастотной схемотехнике. В полевых транзисторах Шоттки в качестве управляющего перехода используется не обычный \(p\)-\(n\)-переход, а переход типа металл–полупроводник (переход Шоттки) — то есть ток в них течёт между омическими контактами в однородной среде канала. Благодаря этому, полевые транзисторы Шоттки обладают более высокой линейностью передаточной характеристики, у них нет шумов токораспределения, а плотность тока может быть большой, следовательно, уровень их шумов меньше, отдаваемые мощности больше.

ПТШ находят широкое применение в диапазонах высоких и сверхвысоких частот.

Полевые транзисторы Шоттки обычно изготавливаются из арсенида галлия (GaAs) с каналом \(n\)-типа. Подвижность электронов в слабом поле арсенида галлия (GaAs) примерно в 2 раза выше, чем в кремнии (Si), а вместо ёмкостей эмиттерного и коллекторного переходов у ПТШ имеется сравнительно малая ёмкость обратно смещённого затвора на барьере Шоттки, поэтому они могут работать на частотах до 90…120 ГГц. Внутренняя обратная связь через паразитные ёмкости в ПТШ незначительна, усилители работают на них более устойчиво в широком диапазоне частот. Несмотря на то, что теплопроводность GаАs в З раза меньше, чем у Si, биполярные транзисторы уступают ПТШ по коэффициенту шума уже на частотах выше 1…1,5 ГГц. Показатели коэффициента шума ПТШ могут достигать: 0,5…1,4 дБ на частотах 0,5…18 ГГц, 5…6 дБ на частотах миллиметрового диапазона длин волн.

Высокочастотные характеристики полевых транзисторов Шотки ограничены подвижностью электронов и временем пролета канала.

Уменьшая длину затвора, можно увеличить быстродействие этих приборов, но такой подход имеет свой предел и не всегда эффективен. Дальнейшим развитием полевых транзисторов с управляющим переходом является использование вместо перехода металл-полупроводник гетеропереходов сложной структуры.

Полевые транзисторы с управляющим гетеропереходом

Полевые транзисторы с управляющим гетеропереходом (Heterojunction field-effect transistor — HFET) изготавливаются с использованием полупроводников сразу нескольких типов. Основной особенностью гетероструктур в таких транзисторах является возможность формирования при определенных условиях областей (каналов), в которых обеспечивается повышенная подвижность электронов. В специально подобранных гетеропереходах возникают так называемые квантовые колодцы, которые и формируют двумерный электронный газ с увеличенной подвижностью электронов. Благодаря указанному свойству, получило широкое распространение другое название для таких транзисторов — Транзисторы с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ) (High-electron-mobility transistor — HEMT

). А в силу особенностей технологии изготовления их также иногда называют Полевыми транзисторами с модулированным легированием (Modulated-doping field effect transistor — MODFET).

Транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT-транзисторы) обладают поистине уникальными характеристиками. Эти приборы находят применение в разнообразной СВЧ-аппаратуре, так как могут работать практически во всем диапазоне сверхвысоких частот (300 Мгц ... 300 Ггц), а некоторые опытные экземпляры подбираются к значимому рубежу 1 ТГц.

Чаще всего применяют гетеропереходы GaAs-AlGaAs, GaN-AlGaN или многослойные гетероструктуры, такие, например, как GaN-AlN-AlGaN на кремниевой подложке.

 

 

< Предыдущая   Следующая >

Полевой транзистор с управляющим PN-переходом JFET

Полевой транзистортранзистор, в котором сила проходящего через него тока регулируется внешним электрическим полем,

т. е напряжением. Это принципиальное различие между ним и биполярным транзистором, где сила основного тока регулируется управляющим током.

Поскольку у полевого транзистора нет управляющего тока, то у него очень высокое входное сопротивление, достигающее сотен ГигаОм и даже ТерраОм (против сотен КилоОм у биполярного транзистора).

Еще полевые транзисторы иногда называют униполярными, поскольку носителями электрического заряда в нем выступают только электроны или только дырки. В работе же биполярного транзистора, как следует из названия, участвует одновременно два типа носителей заряда – электроны и дырки.

Классификация полевых транзисторов

Полевые транзисторы (FET: Field-Effect-Transistors) разделяются на два типа – полевой транзистор с управляющим PN-переходом (JFET: Junction-FET) и полевой транзистор с изолированным затвором (

MOSFET: Metal-Oxid-Semiconductor-FET).

Каждый из типов может быть как с N–каналом, так и с P-каналом. У транзисторов с N-каналом в роли носителей электрического заряда выступают электроны. У транзисторов с P-каналом – дырки. В этой статье речь пойдет о полевом транзисторе с управляющим PN-переходом JFET c N-каналом. Принцип работы транзистора P-типа аналогичен, только меняется полярность источников напряжения.

Устройство полевого транзистора JFET с N-каналом

Как показано на рисунке ниже, область полупроводника N-типа формирует канал между зонами P-типа. Электроды, подключаемые к концам N-канала, называются сток и исток. Полупроводники P-типа электрически соединяются между собой (закорачиваются), и представляют собой один электрод – затвор.

Вблизи стока и истока находятся области повышенного легирования N+. T. e. зоны с повышенной концентрацией электронов.

Это улучшает проводимость канала. Кроме этого, наличие областей N+ ослабляет эффект появления паразитических PN-переходов в случае присоединения проводников из трехвалентного алюминия.

Имена электродов сток и исток носят условный характер. Если взять отдельный полевой транзистор, не подключенный к какой-либо схеме, то не будет иметь значения какая ножка корпуса сток, а какая исток. Имя электрода будет зависеть от его расположения в электрической цепи.

Работа полевого транзистора JFET с N-каналом

1. Напряжение на затворе Uзи = 0

Подключим источник положительного напряжения к стоку, землю к истоку. Затвор также подсоединим к земле (Uзи = 0). Начнем постепенно повышать напряжение на стоке Uси. Пока Uси низкое, ширина канала максимальна. В таком состоянии полевой транзистор ведет себя как обычный проводник. Чем больше напряжение между стоком и истоком Uси, тем больше ток через канал между стоком и истоком Iси. Это состояние еще называют

омическая область.

При повышении Uси, в полупроводнике N-типа в зонах PN-перехода постепенно снижается количество свободных электронов – появляется обедненный слой. Этот слой растет несимметрично – больше со стороны стока, поскольку туда подключен источник напряжения. В результате канал сужается настолько, что при дальнейшем повышении Uси, Iси будет расти очень незначительно. Это состояние называют режим насыщения.

2. Напряжение на затворе Uзи

Когда транзистор находится в режиме насыщения, канал относительно узкий. Достаточно подать небольшое отрицательное напряжение на затвор Uзи, для того чтобы еще сильнее сузить канал и значительно уменьшить ток Iси (для транзистора с P-каналом на затвор подается положительное напряжение ). Если продолжить понижать Uзи, канал будет сужаться, пока полностью не закроется, и ток Iси не прекратится. Значение Uзи, при котором ток Iси останавливается, называется напряжение отсечки (Uотс).

Для усиления сигнала полевой транзистор JFET используют в режиме насыщения, так как в этом состоянии вследствие небольших изменений Uзи сильно меняется Iси. Параметр усилительной способности JFET – это крутизна стоко-затворной характеристики (Mutual Transconductance). Обозначается gm или S, и измеряется в mA/V (милиАмпер/Вольт).

Преимущества и недостатки полевого транзистора JFET

Высокое входное сопротивление

Одно из важнейших свойств полевых транзисторов, как уже упоминалось выше, это очень высокое входное сопротивление Rвх (Rin). Причем у полевых транзисторов с изолированным затвором MOSFET, Rin в среднем еще на несколько порядков выше, чем у JFET. Благодаря этому, полевые транзисторы практически не потребляют ток у источников сигнала, который надо усилить.

Например, цифровая схема микроконтроллера генерирует сигнал, управляющий работой электромотора. Такого рода схема обычно располагает очень малым током на выходе, что явно недостаточно для двигателя. Здесь потребуется усилитель, потребляющий крайне мало тока на входе, и выдающий на выходе сигнал такой же формы и частоты как на выходе у микроконтроллера, только уже с большим выходным током. Здесь как раз и подойдет усилитель, основанный на JFET транзисторе с высоким входным сопротивлением.

Низкий коэффициент усиления по напряжению

Значительным недостатком JFET по сравнению с биполярным транзистором является очень низкий коэффициент усиления по напряжению. Если построить усилитель на основе одного прибора JFET, можно добиться Vout/Vin в лучшем случае около 20. При аналогичном использовании биполярного транзистора с высокой β (коэффициент усиления биполярного транзистора – ток коллектора/ток базы) можно достигнуть Vout/Vin в несколько сотен.

Поэтому для качественных усилителей нередко используются совместно оба типа транзисторов. Например, благодаря очень высокому Rin полевого транзистора, добиваются большого усиления сигнала по току. А уже потом, с помощью биполярного транзистора усиливают сигнал по напряжению.

О других преимуществах и недостатках полевых транзисторов, вы можете почитать здесь

naf-st >> Радиокомпоненты >> Полевые транзисторы с управляющим переходом

  • Радиокомпоненты

Идею создания полевых транзисторов, иначе называемых униполярными или канальными, в 1952 г. предложил один из создателей биполярного транзистора У. Шокли. Главным достоинством этих транзисторов является высокое входное сопротивление (как у ламп и даже больше). Принцип устройства и схема включения полевого транзистора изображены на рис. 1.


Рис. 1 - Полевой транзистор с p-n-переходом и каналом n-типа

Пластинка из полупроводника (в нашем случае n-типа) имеет на противоположных концах электроды, с помощью которых она включена в выходную (управляемую) цепь усилительного каскада. Эта цепь питается от источника E2 и в нее включена нагрузка Rн. Вдоль транзистора проходит ток основных носителей (в нашем случае электронный ток). Входная (управляющая) цепь транзистора образована при помощи третьего электрода, являющейся областью с другим типом электропроводности (в нашем случае это p-область). Источник E1 создает на единственном p-n-переходе обратное напряжение. Прямое напряжение на переход не подается, поскольку тогда входное сопротивление транзистора будет очень малым. Во входную цепь включен источник усиливаемых колебаний ИК.

Рассмотрим физические процессы в полевом транзисторе. При изменении входного напряжения изменяется обратное напряжение на p-n-переходе, в результате чего изменяется толщина запирающего слоя (на рисунке эта область ограничена штриховыми линиями). Соответственно меняется площадь поперечного сечения области, через которую проходит поток основных носителей заряда (выходной ток). Эта область называется каналом. Электрод, из которого в канал вытекают основные носители заряда, называют истоком (И). Из канала носители проходят к электроду, который называется стоком (С). Исток и сток аналогичны катоду и аноду лампы (или эмиттеру и коллектору биполярного транзистора) соответственно. Управляющий электрод, который предназначен для регулирования площади поперечного сечения канала, называется затвором. Затвор аналогичен сетке лампы (или базе биполярного транзистора), хотя принцип их работы сильно отличается.

Если увеличивать напряжение на затворе, то запирающий слой становится толще и площадь поперечного сечения канала уменьшается. Его сопротивление постоянному R0 току растет и ток стока iс уменьшается. При определенном напряжении на затворе площадь поперечного сечения канала станет равной нулю и ток стока уменьшится до весьма малого значения. Транзистор закроется. При напряжении на затворе, равным 0 сечение канала возрастет до наибольшего значения, сопротивление R0 уменьшится до наименьшего значения, ток стока увеличится до максимального значения. Для более эффективного управления выходным током с помощью входного напряжения, материал основного полупроводника, в котором создан канал, должен быть высокоомным, т. е. с невысокой концентрацией примесей. Тогда запирающий слой получается наибольшей толщины. Кроме того, начальная толщина самого канала (при нулевом входном напряжении) должна быть достаточно малой.

Поскольку вдоль канала потенциал повышается по мере приближения к стоку, то ближе к стоку обратное напряжение перехода увеличивается и толщина запирающего слоя становится больше.

Помимо полевых транзисторов с управляющим переходом существуют так называемые транзисторы с изолированным затвором. По-другому такие транзисторы называют МДП-транзисторами (металл-диэлектрик-полупроводник) или МОП-транзисторами (металл-оксид-полупроводник). На рис. 2 показан принцип устройства такого транзистора.


Рис. 2 - Принцип устройства МДП-транзистора с собственным каналом n-типа

Основанием служит кремниевая пластинка с электропроводностью p-типа. В ней созданы две области с электропроводностью n+-типа с повышенной проводимостью. Эти области являются истоком и стоком и от них сделаны выводы. Между стоком и истоком имеется приповерхностный канал с электропроводностью n-типа. Заштрихованная область - диэлектрический слой из диоксида кремния (его толщина обычно составляет 0,1 - 0,2 мкм). Сверху диэлектрического слоя расположен затвор в виде тонкой металлической пленки. Кристалл такого транзистора обычно соединен с истоком и его потенциал принимается за нулевой. Иногда от кристалла бывает сделан отдельный вывод. Рассмотренный транзистор называют транзистором с собственным (встроенным) каналом. Посмотрим, как же он работает.

Если на затвор приложено нулевое напряжение, то, подав между стоком и истоком напряжение, через канал потечет ток, представляющий собой поток электронов. Через кристалл ток не пойдет, так как один из p-n-переходов находится под обратным напряжением. При подаче на затвор напряжения отрицательной полярности относительно истока (следовательно, и кристалла) в канале образуется поперечное электрическое поле, которое выталкивает электроны из канала в области истока и стока и кристалла. Канал обедняется электронами, его сопротивление увеличивается, ток уменьшается. Чем больше напряжение на затворе, тем меньше ток. Такой режим называется режимом обеднения. Если подать положительное напряжение на затвор, то под действием поля из областей стока, истока и кристалла в канал будут приходить электроны. Сопротивление канала падает, ток увеличивается. Такой режим называется режимом обогащения. Если кристалл n-типа, то канал должен быть p-типа и полярность напряжения меняется на противоположную.

Другим типом является так называемый транзистор с индуцированным (инверсным) каналом (рис. 3). От предыдущего он отличается тем, что канал возникает только при подаче на затвор напряжения определенной полярности.


Рис. 3 - Принцип устройства транзистора с индуцированным каналом n-типа

При отсутствии напряжения на затворе канала нет, между истоком и стоком n+-типа расположен только кристалл p-типа и на одном из p-n+-переходов получается обратное напряжение. В этом состоянии сопротивление между стоком и истоком велико и транзистор закрыт. При подаче на затвор напряжения положительной полярности под влиянием поля затвора электроны проводимости будут перемещаться из областей стока и истока и p-области по направлению к затвору. Когда напряжение на затворе достигает своего отпирающего (порогового) значения (единицы вольт), в приповерхностном слое концентрация электронов настолько увеличивается, что превышает концентрацию дырок, и в этом слое произойдет так называемая инверсия типа электропроводности, т. е. образуется тонкий канал n-типа и транзистор начнет проводить ток. Чем больше напряжение на затворе, тем больше ток стока. Очевидно, что такой транзистор может работать только в режиме обогащения. Если подложка n-типа, то получится индуцированный канал p-типа. Транзисторы с индуцированным каналом часто встречаются в устройствах переключения (очень часто в звукотехнике).

Схемы включения полевых транзисторов подобны схемам включения биполярных. Следует отметить, что полевой транзистор позволяет получить намного больший коэффициент усиления, нежели биполярный. Обладая высоким входным сопротивлением (и низким выходным) полевые транзисторы постепенно вытесняют биполярные. Следует также помнить, что полевые транзисторы очень "боятся" статического электричества, поэтому при работе с ними предъявляют особо жесткие требования по защите от статического электричества.

Новости:





 

Как сложить два числа с помощью транзисторов

Что мы уже зна­ем о транзисторах:

  1. Это устрой­ство, похо­жее на кран, толь­ко для элек­три­че­ства, и он либо про­пус­ка­ет сквозь себя ток, либо не пропускает.
  2. Если такие «кра­ны» пра­виль­но соеди­нить, то мож­но создать иллю­зию полез­ной для чело­ве­ка рабо­ты — напри­мер, суммирования.
  3. На тран­зи­сто­рах осно­ва­ны все совре­мен­ные ком­пью­тер­ные вычис­ле­ния. Совре­мен­ные тран­зи­сто­ры очень малень­кие — в бук­валь­ном смыс­ле мик­ро­ско­пи­че­ские. Они соеди­не­ны слож­ным обра­зом внут­ри всех наших про­цес­со­ров, кон­трол­ле­ров и даже памяти.
  4. Тран­зи­сто­ры сами по себе ниче­го не пони­ма­ют. Они про­сто пере­ме­ши­ва­ют элек­три­че­ство. Но если их пра­виль­но соеди­нить и их будет мно­го, от это­го пере­ме­ши­ва­ния полу­чит­ся зна­чи­тель­ная поль­за, от авто­ма­ти­че­ских и очень быст­рых мате­ма­ти­че­ских опе­ра­ций до совре­мен­ных компьютеров.

В этой ста­тье раз­бе­рём, как же имен­но соеди­не­ны тран­зи­сто­ры, что­бы уметь так хоро­шо счи­тать. Для это­го нуж­но сна­ча­ла понять тран­зи­стор­ную логи­ку, после чего ста­нет оче­вид­но, как устро­е­на тран­зи­стор­ная математика.

Нам потре­бу­ет­ся вспом­нить эту кар­тин­ку, кото­рая обо­зна­ча­ет прин­цип дей­ствия транзистора:

Тут ток течёт сле­ва напра­во. На тран­зи­стор пода­ёт­ся управ­ля­ю­щий ток, кото­рый этот тран­зи­стор «откры­ва­ет», и ток течёт. Если управ­ля­ю­щий ток выклю­чить, то тран­зи­стор «закро­ет­ся», дви­же­ние тока остановится.

Транзисторная логика

У тран­зи­сто­ров есть три прин­ци­пи­аль­ных спо­со­ба соеди­не­ния, кото­рые соот­вет­ству­ют трём базо­вым логи­че­ским опе­ра­ци­ям. Если пони­мать эти спо­со­бы и логи­ку, вы пой­мё­те архи­тек­ту­ру все­го ком­пью­тер­но­го мира. Запо­ми­нать и учить её не надо, доста­точ­но про­сто увидеть.

Основ­ных логи­че­ских опе­ра­ций все­го три: И, ИЛИ, НЕ. Все осталь­ные полу­ча­ют­ся из их ком­би­на­ций, поэто­му нам доста­точ­но понять, как рабо­та­ют эти. Мож­но пред­ста­вить, что мы через тран­зи­сто­ры хотим вклю­чить лам­поч­ку в ком­на­те и у нас есть выклю­ча­тель на стене.

Операция «НЕ»

Самая про­стая опе­ра­ция: она меня­ет зна­че­ние на про­ти­во­по­лож­ное. Так как в ком­пью­те­рах и тран­зи­сто­рах на базо­вом уровне суще­ству­ют толь­ко поня­тия «есть ток» и «нет тока», то тут будет оче­вид­но, что про­ти­во­по­лож­но чему:

НЕ (есть ток) = нет тока

НЕ (нет тока) = есть ток

Эту же запись мож­но пред­ста­вить так:

НЕ (1) = 0

НЕ (0) = 1

В тер­ми­нах нашей ком­на­ты с лам­поч­кой это зву­чит так: «Если выклю­ча­тель выклю­чен, то лам­поч­ка долж­на гореть». Схе­ма под­клю­че­ния такая:

Инже­не­ры дого­во­ри­лись обо­зна­чать такую схе­му вот такой фигу­рой. Она озна­ча­ет «Логи­че­ская опе­ра­ция НЕ»:

Операция «И»

Здесь уже участ­ву­ют два пара­мет­ра, при­чём резуль­тат равен 1 толь­ко тогда, когда оба пара­мет­ра — 1.

0 И 0 = 0

1 И 0 = 0

0 И 1 = 0

1 И 1 = 1

Толь­ко в послед­нем слу­чае у нас полу­чи­лась еди­ни­ца, пото­му что оба пара­мет­ра — еди­ни­цы. Как толь­ко хотя бы один из пара­мет­ров — ноль, то всё выра­же­ние ста­но­вит­ся рав­но 0.

Это то же самое, как если бы у нас в ком­на­те было два выклю­ча­те­ля, а лам­поч­ка заго­ра­лась бы толь­ко тогда, когда вклю­че­ны оба.

На схе­мах такой логи­че­ский эле­мент обо­зна­ча­ет­ся так, два вхо­да и один выход:

Операция «ИЛИ»

Тоже рабо­та­ет с дву­мя пара­мет­ра­ми, но по дру­гим пра­ви­лам: если хотя бы одна еди­ни­ца есть, резуль­тат тоже будет единицей.

0 ИЛИ 0 = 0

1 ИЛИ 0 = 1

0 ИЛИ 1 = 1

1 ИЛИ 1 = 1

Эта опе­ра­ция смот­рит, есть ли хоть одна еди­ни­ца, одна или вто­рая, или вооб­ще обе, и если нахо­дит её — сра­зу тоже ста­но­вит­ся единицей.

В тер­ми­нах ком­на­ты с лам­поч­кой: что­бы лам­поч­ка заго­ре­лась, дол­жен быть вклю­чён хотя бы один выключатель.

На схе­мах такой логи­че­ский эле­мент обо­зна­ча­ет­ся так:

Вся логи­ка и вычис­ли­тель­ная мощь всех про­цес­со­ров мира постро­е­на на этих трёх логи­че­ских куби­ках. Исклю­че­ние — кван­то­вые про­цес­со­ры, но они устро­е­ны внут­ри совсем по-другому.

Что дальше

Ком­би­ни­руя эти три логи­че­ские схе­мы (там есть ещё чет­вёр­тая, она дела­ет­ся из трёх основ­ных), мы смо­жем собрать такой кас­кад тран­зи­сто­ров, кото­рый помо­жет нам скла­ды­вать чис­ла. Забе­гая немно­го впе­рёд, вот кас­кад, кото­рый спо­со­бен сло­жить два чис­ла, если эти чис­ла — еди­ни­цы или ноли:

Этот кас­кад может сло­жить чис­ло раз­ме­ром 1 бит (еди­ни­ца или ноль). Его воз­мож­ные результаты:

00 — ноль

01 — единица

10 — двой­ка в дво­ич­ном счислении

Если такой кас­кад «схлоп­нуть» до одной коро­боч­ки (и немно­го допи­лить), а потом соеди­нить меж­ду собой несколь­ко коро­бо­чек, мож­но скла­ды­вать более слож­ные чис­ла. Напри­мер, такой кас­кад сло­жит два чис­ла до 4 бит, от 0 до 15:

Что мы узна­ли на этом этапе.

  1. Тран­зи­сто­ры мож­но соеди­нять по-разному: по цепоч­ке, парал­лель­но, как-то ещё хитро.
  2. В зави­си­мо­сти от схе­мы соеди­не­ния эта кон­струк­ция из тран­зи­сто­ров будет давать раз­ные резуль­та­ты. Напри­мер, лам­поч­ка будет гореть при выклю­чен­ном выклю­ча­те­ле. Или будет гореть, когда вклю­чён хотя бы один. Или когда вклю­че­ны оба.
  3. Эти схе­мы соеди­не­ний помо­га­ют вос­про­из­ве­сти про­стые логи­че­ские опе­ра­ции: НЕ, И, ИЛИ.
  4. Из этих логи­че­ских опе­ра­ций мож­но собрать про­стей­ший сум­ма­тор еди­ни­цы и ноля.
  5. Из про­стей­ше­го сум­ма­то­ра мож­но кас­ка­дом собрать более слож­ный, напри­мер, для чисел от 0 до 15.
  6. А даль­ше про­сто насла­и­ва­ешь эти сум­ма­то­ры друг на дру­га, соеди­ня­ешь раз­ны­ми хит­ры­ми обра­за­ми, и у тебя полу­ча­ет­ся всё более и более слож­ная вычис­ли­тель­ная машина.

Транзисторы: описание, подключение, схема, характеристики

Транзистор - электронная “кнопка” в цепи питания, которая нажимается не пальцем, а электрическим сигналом, например от контроллера, что позволяет управлять сильным импульсом при помощи слабого.

Содержание

  • Назначение
  • Биполярные транзисторы
  • Полевые транзисторы
  • Пример
  • Вывод

Назначение транзисторов

Транзистор - электронная “кнопка” в цепи питания, которая нажимается не пальцем, а электрическим сигналом, например от контроллера, что позволяет управлять сильным импульсом при помощи слабого. Также применяется для преобразования и коммутации электрических сигналов, что широко используется в электронных устройствах любой сложности, в том числе в микросхемах, в качестве атомарного триггера и так далее.

Как правило, у транзистора имеется три ноги: для входа, для выхода и для управляющего сигнала.

В DIY-разработках чаще всего используются транзисторы в двух корпусах: ТО-92 для небольших нагрузок и ТО-220 - более крупный и более мощный.

Транзисторы бывают двух типов: биполярные и полевые, каждый из которых имеет свои особенности, преимущества и недостатки.

Биполярные транзисторы.

Простое, надежное, компактное и недорогое устройство. Три контакта имеют следующие названия и назначения:
  • Коллектор - контакт для мощного положительного тока, которым следует управлять.
  • Эмиттер - контакт для “земли” мощного тока, на который открывается или закрывается транзит в зависимости от состояния Базы.
  • База - та самая “кнопка”, подавая небольшой ток на которую можно разблокировать связь коллектор-эмиттер, а заземлив его - заблокировать.
Простейшая схема подключения биполярного транзистора выглядит так:

В роли затвора, в нашем случае, чаще всего выступает пин Ардуино. Токоограничивающий резистор нужен для того, чтобы этот самый пин не сгорел, так как при подаче сигнала этот контакт замкнется на землю. Для этой цели достаточно резистора номиналом от 180 Ом.

Основной характеристикой биполярного транзистора является является коэффициент усиления hfe, соотношение между управляющим током и током нагрузки:

Ice = Ibe * hfe

Давайте рассчитаем, какой ток можно пропустить через типовой транзистор bc337 в корпусе ТО-92. Согласно даташита, коэффициент усиления такого транзистора составляет от 160 до 400, возьмем 300 как разумно-оптимальный. Примем номинал токоограничивающего резистора за 1 кОм, значит на базе получим ток:

Ibe = V/R = 5/1000 = 0.005 А

Вычисляем максимальный управляемый ток при помощи нехитрой формулы:

Ice = 5 мА * 300 = 1500 мА

Ответ: при помощи транзистора bc337 мы (теоретически) можем управлять нагрузкой до 1.5 А. При более высокой нагрузке транзистор откроется не полностью, “лишняя” часть пойдет на нагрев и транзистор быстро сгорит.

К основным характеристикам биполярного транзистора также можно причислить максимальное напряжение коллектор-эмиттер и максимальный ток через коллектор. Для нашего примера bc337 эти параметры, соответственно, 50 В и 0.8 А. Получается, что расчетные 1.5 А мы пропускать через этот транзистор все-таки не сможем, максимум 0.8. Поэтому, перед выбором транзистора, обязательно изучите его характеристики и свойства нагрузки.

Биполярные транзисторы выпускаются в двух разновидностях: NPN и PNP.

Транзистор из рассмотренного выше примера - NPN (Negative-Positive-Negative), такие более эффективны, а значит и распространены. PNP-транзисторы работают по обратной логике: при заземлении базы открываются, при подаче на нее питания закрываются.

Полевые транзисторы

Полевый транзисторы позволяют управлять гораздо более мощными нагрузками, при тех же размерах корпуса. В отличие от биполярных транзисторов, ток через затвор полевых не проходит, он изолирован от главной нагрузки, управление происходит только при помощи напряжения, а значит токоограничивающий резистор для них не нужен.

Названия и назначения контактов:

  • Сток - для подачи управляемой нагрузки;
  • Исток - для заземления, связь с которым открывается или закрывается в зависимости от состояния затвора;
  • Затвор - управляющий контакт, подаем напряжение - открываем транзистор, заземляем - закрываем.
Простейшая схема подключения полевого транзистора выглядит очень похоже:

Основными характеристиками полевого транзистора являются:
  • Максимальное напряжение сток-исток;
  • Максимальный ток через сток;
  • Сопротивление сток-исток;
  • Рассеиваемая мощность;
Недостатком полевого транзистора является то, что часть пропускаемой мощности в нем превращается в тепло, потому рассеиваемая мощность является таким важным параметром. Выделяемая мощность - это напряжение в квадрате, умноженное на сопротивление сток-исток, если она превысит допустимое, транзистор перегреется и выйдет из строя.

Наиболее известная разновидность полевого транзистора - MOSFET, чаще всего в DIY используются именно они. Особое внимание обратите на транзисторы с буквой L в маркировке, например IRLZ44n, они очень удобны для работы с контроллерами благодаря логическому уровню управления. Это значит, что для полного открытия гарантированно хватит сигнала с пина, обычно это от 2,5 В и выше. Максимальный ток сток-исток таких транзисторов многократно больше, чем у полевых, в случае IRLZ44n это аж 45 А, против 0,8 А у bc337. Поэтому для управления серьезной нагрузкой рекомендуется использовать именно их.


Пример

Рассматривать применение транзисторов в качестве простого выключателя мы здесь не будем, тем более, что такие схемы уже приведены выше. Давайте попробуем сделать из них что-то более сложное и полезное. Например, управление асинхронным электромотором с возможностью реверса. Для этого применим схему подключения, известную как Н-мост. Простейший вариант будет выглядеть так:

Для запуска мотора в одном направлении, подаем на первый пин единицу, на второй ноль. Нетрудно заметить на схеме, что при этом ток пойдет по красной линии, плюс на левый контакт мотора, минус на правый. Если выставим состояние пинов в обратное положение, ток пойдет по синей линии и мотор будет крутиться в противоположном направлении. Если оба пина выставить в одинаковое положение, мотор вращаться не будет, так как на его контактах будет отсутствовать разница потенциалов.

Можно обойтись и одним пином, для этого подключить второй управляющий контакт через логический инвертор, как пример - микросхему 74HC04, которая превращает ноль в единицу и наоборот. Тогда на пинах всегда будет разноименный сигнал и мотор будет вращаться в ту или другую сторону, в зависимости от подключения и состояния единственного управляющего пина.


Вывод


Транзистор - очередной элементарный “кирпичик”, один из базовых элементов электроники, наряду с резистором и конденсатором и диодом. Комбинацией этих “кубиков” создается подавляющее количество электронных схем. Знать эти элементы, их свойства, разновидности и уметь ими пользоваться должен каждый DIY-мастер.

Полевой транзистор: определение, устройство, принцип работы

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

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

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

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

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

Устройство транзистора

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

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

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

Основные физические процессы

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

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

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

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

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

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

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

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

В чем отличие работы тиристора и транзистора? — Радиомастер инфо

Транзисторы – распространенные полупроводниковые радиоэлементы. На их основе делают большинство электронных схем, а также микросхем. Главное их свойство – способность усиливать электрические сигналы. Изменяя слабый сигнал на управляющем электроде транзистора, можно управлять усиленным выходным сигналом. Есть еще довольно распространенный вид полупроводниковых радиоэлементов — тиристоры. Они тоже имеют управляющий электрод, но управление выходным сигналом в принципе отличается от транзисторов. В этой небольшой статье путем сравнения рассмотрены эти различия.

За основу возьмем простую схему с лампочкой. Коммутируя малый ток в цепи управляющего электрода будем управлять в разы большим током лампочки.

Вот как выглядит эта схема на транзисторе и на тиристоре:

Рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме на транзисторе. При наличии питания и замыкании выключателя S1 на управляющий электрод транзистора (базу) будет подано отпирающее напряжение и при условии достаточной величины тока (определяется величиной сопротивления в базе) транзистор откроется, лампочка загорится.

Изменяя величину тока в базе с помощью переменного сопротивления, мы можем открывать транзистор больше или меньше, меняя таким образом яркость свечения лампочки. Последовательно с переменным сопротивлением стоит постоянное для того, чтобы при нулевом сопротивлении переменного сопротивления ток базы не превысил допустимое значение и транзистор не вышел из строя. Выключить лампочку мы можем, разомкнув выключатель S1.

Теперь рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме, выполненной на тиристоре.

При наличии питания и замыкании выключателя S2 на управляющий электрод тиристора будет подано отпирающее напряжение и при условии достаточной величины тока (определяется величиной сопротивления в цепи управляющего электрода) тиристор откроется, лампочка загорится. А вот теперь главное отличие. Мы не можем изменять яркость лампочки изменяя сопротивление в цепи управляющего электрода. Более того, мы можем вообще разомкнуть выключатель S2 и лампочка будет светиться, но только в том случае, если ток лампочки протекающий через открытый тиристор будет больше определенного значения, называемого током удержания. Он у каждого типа тиристора свой. Чем мощнее тиристор, тем большее значение тока удержания. Погасить лампочку мы можем, только уменьшив ток через анод-катод тиристора до значения меньше тока удержания или разомкнув выключатель S3 (что равносильно току удержания равном 0).

Это главная особенность применения тиристоров и главное их отличие от транзисторов.

Другими словами, тиристор может быть или полностью открыт, или полностью закрыт. Это и достоинство, и недостаток. Достоинство в том, что падение напряжения небольшое и потери ниже, чем, например, у наполовину открытого транзистора. Недостаток в том, что схема управления усложняется.

Тиристоры проще использовать в цепях переменного тока. Мы должны открывать тиристор каждую полуволну при ее нарастании. Когда полуволна спадает, тиристор сам закроется. Задерживая время открывания при приходе полуволны, мы меняем время открытого состояния тиристора и, следовательно, значение тока в нагрузке.

Как пример, рассмотрим питание схемы на тиристоре от источника переменного напряжения.

Теперь, при замыкании выключателя лампочка будет гореть, а при размыкании, гаснуть. Как видно из осциллограммы, каждую полуволну, в ее конце ток приближается к 0. Если выключатель S2 разомкнут, то с приходом новой полуволны тиристор не откроется.

Отсюда вывод.

Тиристоры целесообразно использовать в цепях переменного или импульсного напряжения (тока). При этом на управляющий электрод достаточно подать короткий отпирающий импульс. Закроется тиристор сам, после окончания импульса в нагрузке. При приходе следующего импульса в нагрузке на управляющий электрод снова нужно подавать отпирающий импульс и так далее.

Материал статьи продублирован на видео:

 

 

 

 

 

 

 

 

Контроллер двигателя с H-мостом на мощных транзисторах


Рисунок 1 очень простой H-образный мост.

Льюиса Лофлина

До сих пор в этой серии мы рассмотрели несколько типов схем переключения транзисторов и полевых МОП-транзисторов. Теперь мы свяжем все это вместе и построим управление двигателем на биполярном транзисторе с Н-мостом. Еще раз посмотрев на рис. 1 мы видим, что H-мост - это просто четыре переключателя, два из которых связаны с землей, два связаны с Vcc, а двигатель подключен между общими клеммами.

В приведенном выше случае с механическими переключателями, только когда один из переключателей Vcc на одной стороне и заземленный переключатель на другой стороне находится на земле, мы завершаем путь тока, и двигатель будет работать.Теперь заменим механические переключатели на биполярные транзисторы.

Здесь мы используем силовые транзисторы Дарлингтона TIP120 и TIP125. См. Руководство по использованию силовых транзисторов Дарлингтона TIP120 и TIP125


Рисунок 2

На рис. 2 у нас есть базовый транзисторный H-мост. Он состоит из двух PNP и двух NPN транзисторов Дарлингтона. Кроме того, у нас есть четыре диода для подавления шума и скачков напряжения. С этого момента я не буду использовать диоды, но они понадобятся, если они не встроены в транзисторы.

Если кто-то еще не читал мои другие страницы, знайте, что НИЗКОЕ или 0-вольтовое напряжение на A или C переключит Q1 или Q2. Вход ВЫСОКОГО или положительного напряжения на C или D включит Q3 или Q4.

Внимание: избегайте одновременного включения Q1 и Q3 или Q2 и Q4! Это создаст состояние, известное как «прострел», закорачивающее источник питания и повреждающее транзисторы.


Рисунок 3

На рис. 3 мы создали путь тока для двигателя, включив Q3 с помощью HIGH входа и включив Q2 с LOW.Направление вращения двигателя постоянного тока с постоянными магнитами зависит от направления тока.


Рисунок 4

На рис. 4 мы создали обратный путь тока относительно двигателя с НИЗКИМ на Q1 и ВЫСОКИМ на Q4.


Рисунок 5

На рис. 5 мы добавили два дополнительных транзистора Q5 и Q6. Это позволило преодолеть ловушку невозможности подключить схему к микроконтроллеру из-за наличия 12 вольт на R1 и R3. Q5-Q6 блокируют это напряжение и при правильном выборе базовых резисторов допускают работу с напряжением 5 В.ВЫСОКОЕ значение на B и ВЫСОКОЕ на С включат двигатель. Используя 2N2222 для Q5-Q6 и hfe более 1000 на Q1-Q4, мы можем использовать резисторы 2,2 кОм.

Фактически, при правильной модификации схемы можно использовать маломощные полевые МОП-транзисторы или транзисторы Дарлингтона - или даже вентили КМОП, если напряжение постоянного тока меньше 15 вольт.


Рисунок 6

Наконец, мы поменяли направление двигателя на ВЫСОКИЙ на A и D на НИЗКИЙ B и C.

Надеюсь, серия была полезной. Любые исправления, предложения и т. Д.напишите мне на [email protected]

arduino - управляющее напряжение с помощью транзистора

4 светодиода последовательно, каждый из которых понижает 3 В, плохо работает с источником 12 В. Светодиоды используют все напряжение, поэтому не остается ничего, чтобы выключатель мог упасть или какой-либо механизм, обеспечивающий разумное регулирование тока.

Аккумулятор «12В» может немного отличаться в зависимости от температуры и степени заряда. У светодиодов крутая кривая тока в зависимости от напряжения, поэтому небольшое изменение напряжения батареи вызовет значительное изменение тока светодиода.

Максимум 3 из этих светодиодов могут работать последовательно от батареи «12 В». Это дает вам около 3 В при номинальном напряжении для того, что регулирует падение тока. Вот простая схема для одной цепочки из 3 светодиодов, управляемых цифровым выходом 5 В:

Это устанавливает Q1 в качестве потребителя тока, в значительной степени независимого от фактического напряжения батареи. Вы говорите, что ваши светодиоды потребляют 250 мВт при напряжении 3 В. Это означает, что ток через них составляет 83 мА. В этой схеме мы пытаемся поддерживать на эмиттере 1 В, что вызовет правильный ток через R12, при этом 98% этого или более будет проходить через светодиоды. Транзистор будет делать это в широком диапазоне напряжения коллектора, что позволяет поддерживать одинаковый ток независимо от колебаний напряжения батареи.

R2 и R3 - это что-то вроде предположения. Вероятно, вам придется настроить R3, чтобы получить желаемый ток светодиода. Однако, как только вы найдете правильное значение для вашего конкретного транзистора, это должно работать нормально. Проблема в том, что базовый ток достаточно высок, чтобы загрузить делитель напряжения R3 / R3, но мы не можем знать, что это впереди для обрезки R3.

Допустим, коэффициент усиления транзистора равен 50, это минимум, на который вы можете рассчитывать. В этом случае базовый ток будет 1,7 мА. В качестве приблизительного начала расчета R3 я использовал базовый ток 1,5 мА. Изобразите падение B-E на уровне 700 мВ, поэтому мы хотим удерживать базу на уровне 1,7 В. Это означает, что 7 мА будет течь на базовый узел через R2. Поскольку база принимает 1,5 мА, для R3 остается 5,5 мА. (1,7 В) / (5,5 мА) = 309 Ом, поэтому 300 Ом - хорошее значение для начала и определения вашего местоположения. Меньшее значение R3 приведет к меньшему току светодиода.

Обратите внимание, что эта схема предполагает, что ваш цифровой выход может выдавать 7 мА при 5 В. Многие могут, но вы должны это проверить.

Добавлено:

Смысл вышеупомянутой схемы состоял в том, чтобы управлять максимальным количеством светодиодов из цепочки и иметь дело с возможным значительным изменением напряжения батареи. Если вы хотите сдаться и просто получить два светодиода на строку, как это сделали некоторые другие ответы, тогда это станет еще проще:

При этом используется наименьшее количество деталей, наименьший ток потребляется с цифрового выхода и при этом сохраняется постоянный ток светодиода при изменении заряда батареи.Обратите внимание, что R1 должен быть резистором не менее 1/2 Вт.

Использует ту же стратегию, что и раньше, которая поддерживает фиксированное напряжение на базе транзистора с фиксированным эмиттерным резистором для создания стока тока, который в значительной степени не зависит от напряжения батареи. Имея только два светодиода для управления, у нас есть достаточно напряжения для падения транзистора, чтобы база могла удерживаться на уровне 5 В. В отличие от переключателя общего эмиттера грубой силы, ток, потребляемый с цифрового выхода, будет равен току светодиода, разделенному на усиление транзистора, а не искусственно заниженное «принудительное усиление», вдобавок к этому активно регулирует ток светодиода, как отмечалось ранее.Полагая, что вы можете рассчитывать на транзистор с коэффициентом усиления не менее 50, он потребляет менее 2 мА с цифрового выхода.

Репликация для каждой пары светодиодов, которыми вы хотите управлять.

Электрический контроль эффекта Холла долины в двухслойных транзисторах MoS 2

  • 1

    Райцер, А., Творзидло, Дж. И Бинаккер, К. В. Дж. Фильтр долины и клапан долины из графена. Природа Физика . 3 , 172–175 (2007).

    CAS Статья Google Scholar

  • 2

    Ахмеров А. Р. и Бинаккер, К. У. Дж. Обнаружение поляризации долины в графене сверхпроводящим контактом. Phys. Rev. Lett . 98 , 157003 (2007).

    CAS Статья Google Scholar

  • 3

    Сяо Д., Яо В. и Ню К. Физика, контрастирующая с долинами в графене: магнитный момент и топологический перенос. Phys. Rev. Lett . 99 , 236809 (2007).

    Артикул Google Scholar

  • 4

    Гунаван, О.и другие. Долина восприимчивости взаимодействующей двумерной электронной системы. Phys. Rev. Lett . 97 , 186404 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  • 5

    Сяо Д., Лю Г.-Б., Фэн В., Сюй X. и Яо В. Физика спина и долин в монослоях MoS2 и других дихалькогенидов VI группы. Phys. Rev. Lett . 108 , 196802 (2012).

    Артикул Google Scholar

  • 6

    Сюй, Х. , Яо, В., Сяо, Д. и Хайнц, Т. Ф. Спин и псевдоспины в слоистых дихалькогенидах переходных металлов. Природа Физика . 10 , 343–350 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 7

    Мак, К. Ф., Хе, К., Шан, Дж. И Хайнц, Т. Ф. Управление поляризацией долин в монослое MoS2 с помощью оптической спиральности. Природа Нанотех . 7 , 494–498 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 8

    Цзэн, Х., Дай, Дж., Яо, В., Сяо, Д. и Цуй, X. Поляризация долины в монослоях MoS2 с помощью оптической накачки. Природа Нанотех . 7 , 490–493 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 9

    Cao, T. et al. Долиноселективный круговой дихроизм однослойного дисульфида молибдена. Природа Коммуна . 3 , 887 (2012).

    Артикул Google Scholar

  • 10

    Саллен, Г.и другие. Устойчивая поляризация оптического излучения в монослоях MoS2 за счет селективного возбуждения долин. Phys. Ред. B 86 , 081301 (R) (2012).

    Артикул Google Scholar

  • 11

    Мак, К. Ф., МакГилл, К. Л., Парк, Дж. И Макьюэн, П. Л. Эффект Холла долины в транзисторах MoS2. Наука 344 , 1489–1492 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 12

    Ву, С.и другие. Электрическая настройка магнитного момента долины посредством контроля симметрии в двухслойном MoS2. Природа Физика . 9 , 149–153 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 13

    Горбачев Р.В. и др. Обнаружение топологических токов в сверхрешетках графена. Наука 346 , 448–451 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 14

    Суй, М.и другие. Перестраиваемый затвор топологический транспорт долины в двухслойном графене. Природа Физика . 11 , 1027–1031 (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  • 15

    Shimazaki, Y. et al. Генерация и обнаружение чистого тока долины за счет электрически индуцированной кривизны Берри в двухслойном графене. Природа Физика . 11 , 1032–1036 (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  • 16

    Ленский, Ю.Д., Сонг, Дж. К. У., Самутпрафот, П., Левитов, Л. С. Топологические токи долины в материалах Дирака с зазорами. Phys. Rev. Lett . 114 , 256601 (2015).

    Артикул Google Scholar

  • 17

    Мак, К. Ф., Ли, К., Хоун, Дж., Шан, Дж. И Хайнц, Т. Ф. Атомно тонкий MoS2: новый прямозонный полупроводник. Phys. Rev. Lett . 105 , 136805 (2010).

    Артикул Google Scholar

  • 18

    Сплендиани, А.и другие. Возникающая фотолюминесценция в монослое MoS2. Nano Lett . 10 , 1271–1275 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 19

    Лю, Г. Б., Шань, В.-Й., Яо, Ю., Яо, В. и Сяо, Д. Трехзонная модель сильной связи для монослоев дихалькогенидов переходных металлов группы VIB. Phys. Ред. B 88 , 085433 (2013).

    Артикул Google Scholar

  • 20

    Космидер, К., Гонсалес, Дж. У. и Фернандес-Россье, Дж. Большое спиновое расщепление в зоне проводимости монослоев дихалькогенидов переходных металлов. Phys. Ред. B 88 , 245436 (2013).

    Артикул Google Scholar

  • 21

    Cheiwchanchamnangij, T. & Lambrecht, W. R. L. Расчет квазичастичной зонной структуры монослоя, двухслойного и объемного MoS2. Phys. Ред. B 85 , 205302 (2012).

    Артикул Google Scholar

  • 22

    Като, Ю.К., Майерс, Р. К., Госсард, А. К. и Авшалом, Д. Д. Наблюдение спинового эффекта Холла в полупроводниках. Наука 306 , 1910–1913 (2004).

    CAS Статья Google Scholar

  • 23

    Sih, V. et al. Пространственное изображение спинового эффекта Холла и индуцированной током поляризации в двумерных электронных газах. Природа Физика . 1 , 31–35 (2005).

    CAS Статья Google Scholar

  • 24

    Гонг, З.и другие. Магнитоэлектрические эффекты и управляемые долиной спиновые квантовые вентили в бислое дихалькогенидов переходных металлов. Природа Коммуна . 4 , 2053 (2013).

    Артикул Google Scholar

  • 25

    Радисавлевич, Б., Раденович, А., Бривио, Дж., Джакометти, В. и Кис, А. Однослойные транзисторы MoS2. Природа Нанотех . 6 , 147–150 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 26

    Тан, Ю.-W. и другие. Измерение скорости рассеяния и минимальной проводимости в графене. Phys. Rev. Lett . 99 , 246803 (2007).

    Артикул Google Scholar

  • 27

    Малард, Л. М., Аленкар, Т. В., Барбоза, А. П. М., Мак, К. Ф. и де Паула, А. М. Наблюдение интенсивной генерации второй гармоники атомными кристаллами MoS2. Phys. Ред. B 87 , 201401 (R) (2013).

    Артикул Google Scholar

  • 28

    Li, Y.и другие. Исследование свойств симметрии многослойного MoS2 и h-BN с помощью оптической генерации второй гармоники. Nano Lett . 13 , 3329–3333 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 29

    Бисс, Д. П. и Браун, Т. Г. Генерация второй гармоники, управляемая поляризационным вихрем. Опт. Lett . 28 , 923–925 (2003).

    CAS Статья Google Scholar

  • 30

    Абергель, Д.С. Л., Рассел А., Фалько В. И. Видимость чешуек графена на диэлектрической подложке. Заявл. Phys. Lett . 91 , 063125 (2007).

    Артикул Google Scholar

  • 31

    Mak, K. F. et al. Плотно связанные трионы в монослое MoS2. Природа . 12 , 207–211 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 32

    Ли, К.и другие. Аномальные колебания решетки одно- и многослойного MoS2. ACS Nano 4 , 2695–2700 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 33

    Lüpke, G. et al. Оптическая генерация второй гармоники как датчик возмущения центросимметричных сред электрическим полем. Опт. Lett . 20 , 1997–1999 (1995).

    Артикул Google Scholar

  • Как использовать транзистор в качестве переключателя

    Как использовать транзистор переключатель (в разработке)

    1.Предположим, вы хотите включить мотор или лампочку. Первый шаг - определить напряжение и ток нагрузки, то, что вы пытаетесь контролировать.

    В случае с двигателем, если вы знаете, откуда он пришел, вы можете найти спецификации на сайте производителя. Если вы не знаете, откуда оно взялось, возможно, вам придется предположить или произвести некоторые измерения.

    Напряжение и мощность лампочки обычно указываются на лампе. Чтобы рассчитать ток, просто разделите мощность на напряжение.Например, лампочка на 12 В постоянного тока с номинальной мощностью 24 Вт потребляет 24 Вт / 12 В = 2 А.

    Итого:

    1. Может ли ваш транзистор обрабатывать ток нагрузки через коллектор?
    2. Может ли транзистор выдерживать напряжение питания?
    3. Найдите наихудший случай усиления по току во время насыщения .
    4. Рассчитайте минимальный базовый ток, необходимый для поддержания транзистора в состоянии насыщения, используя этот наихудший коэффициент усиления по току и ток нагрузки.
    5. Сравните этот базовый ток с максимальным током, который может выдать ваш микроконтроллер (или другая управляющая цепь).
    6. Найдите самый высокий (худший случай) Vbe.
    7. Рассчитайте падение напряжения на базовом резисторе, используя Vbe и выходное напряжение контроллера.
    8. Рассчитайте требуемый базовый резистор.
    9. Рассчитать рассеиваемую мощность коллектора

    Пример 1

    Jameco 400995 Редукторный двигатель постоянного тока. Согласно техническому описанию этого двигателя, при 12 В постоянного тока без нагрузки он потребляет только 76 мА, но если вы остановите двигатель, он вырастет до 1250 мА или 1.25 ампер. Двигатель всегда потребляет максимальный ток при остановке.

    Таким образом, напряжение нагрузки составляет 12 В постоянного тока, а максимальный ток нагрузки составляет 1,25 А.

    Vload = 12 В
    Iload (макс.) = 1,25 A

    Как правило, в качестве переключателей можно использовать как транзисторы PNP, так и NPN. Однако транзисторы PNP могут управлять только тем же напряжением, которое подается на микросхему Arduino. В этом случае, поскольку контролируемое нами напряжение (12 В) отличается от напряжения Arduino (5 В), у нас нет другого выбора, кроме как использовать транзистор NPN.

    Далее смотрим, какие NPN-транзисторы есть у нас в коробке с деталями. Представим, что у нас есть PN2222A, TIP31 и TIP120.

    Далее нам нужно проверить техническое описание каждого транзистора.

    Во-первых, нам нужно убедиться, что транзистор может безопасно выдерживать наихудший ток, который мы можем потреблять. Искомый параметр - это максимальный ток коллектора, Ic (max) .

    В таблице данных PN2222A указано значение Ic (макс.) = 0,6 А, что слишком мало для наших нужд.

    В таблице данных TIP31 указано, что Ic (max) = 3 А, что безопасно выше 1,25 А, которое наш двигатель потребляет, если он остановился. Так что TIP31 - соперник.

    Затем мы должны убедиться, что транзистор может безопасно обрабатывать напряжение питания, которое мы планируем использовать. Параметр, который мы ищем, - это максимальное напряжение коллектор-эмиттер, Vceo (max) .

    TIP31 выпускается в 4 версиях, с Vceo (макс.) В диапазоне от 40 В до 100 В, все они безопасно выше 12 В, которые мы планируем использовать.Так что TIP31 по-прежнему остается соперником.

    Теперь нам нужно рассчитать, сможем ли мы обеспечить достаточный базовый ток для поддержания транзистора в состоянии насыщения. Сначала нам нужно определить, каким будет базовый ток, когда транзистор будет пропускать ток 1,25 А. Согласно рисунку 2, Ic / Ib = 10 или Ic = 10 * Ib. Это означает, что для нашего коллекционного тока 1,25 А нам потребуется обеспечить базовый ток 0,125 А, что слишком много для нашей Arduino, которая может (безопасно) выдавать не более 40 мА.

    Наконец, давайте взглянем на техническое описание TIP120. Во-первых, мы видим, что Ic (max) = 5 A, а Vceo (max) составляет 60, 80 или 100 В, так что пока у нас все в порядке.

    Далее проверяем базовый ток. Это снова показано на рисунке 2, но на этот раз Ic = 250 * Ib или ток коллектора 1,25 А требует базового тока 5 мА (5 * 250 = 1250), что значительно ниже максимального значения 40 мА. Ардуино может потушить.

    Наконец, нам нужно выбрать базовый резистор, который будет достаточно низким, чтобы гарантировать, что TIP120 остается насыщенным, но достаточно высоким, чтобы предотвратить попытки Arduino выдавать больше тока, чем следовало бы.Нам нужен ток от 5 до 40 мА, поэтому давайте возьмем среднюю точку 20 мА.

    Вернемся к рисунку 2, где мы видим, что когда ток коллектора составляет 1 А, Vbe (sat) составляет около 1,5 В. Теперь, если Arduino выдает 5 В, а Vbe составляет 1,5 В, это означает, что на резисторе есть напряжение. падение (5 - 1,5) или 3,5 В. По закону Ома R = V / I = 3,5 / (20 мА) = 175 Ом.

    Пример 2

    Этот пример взят из отличного обсуждения здесь. Подводя итог: полоса светодиодов требует 400 мА при 12 вольт и должна управляться с Raspberry Pi.

    Предлагается TIP120.

    1. Может ли TIP120 выдерживать ток нагрузки? Согласно первой странице таблицы данных, в таблице под названием «Абсолютные максимальные номинальные параметры», максимальный ток коллектора Ic составляет 5 А, что значительно превышает наши требования.
    2. Может ли транзистор выдерживать необходимое напряжение 12 В? Согласно той же таблице, что и выше, Vceo (макс.) Составляет 60 В, что намного больше, чем нам нужно.
    3. Найдите наихудший случай усиления по току во время насыщения . Обратите внимание, что на странице 2 таблицы данных коэффициент усиления по постоянному току hfe указан как минимум 1000, но это значение Vce = 3V, которое не является насыщенным, поэтому мы не можем использовать это значение.Вместо этого взгляните на , рис. 2, на странице 3. В правом верхнем углу этого графика Ic = 250 фунтов, поэтому давайте использовать это значение. Это кажется намного выше, чем в наихудшем случае по умолчанию, которое мы используем 10, но, учитывая, что это пара Дарлингтона (2 транзистора, один за другим), это не является необоснованным.
    4. Рассчитайте минимальный базовый ток, необходимый для поддержания транзистора в состоянии насыщения, используя наихудший коэффициент усиления по току:
      Ib = Ic / 250 = 400 мА / 250 = 1,6 мА.
    5. Сравните с максимальным током, который может выдать выход Raspberry Pi.Здесь есть некоторая путаница, но, как уже говорилось на этой странице, 1,6 мА кажется безопасным.
    6. Найдите Vbe. Согласно графику на рис. 2 , Vbe (sat) ниже 1,5 В вплоть до 1A, поэтому, выбирая наихудший случай Vbe (sat), равный 1,5 В, мы должны быть в полной безопасности.
    7. Теперь посчитаем падение напряжения на базовом резисторе. Выходное напряжение Raspberry Pi составляет 3,3 В, поэтому падение напряжения на резисторе составляет
      3,3 В - 1,5 В = 1,8 В
    8. Теперь рассчитаем базовый резистор.Напомним, что минимальный базовый ток, необходимый для приведения транзистора в состояние насыщения, составляет 1,6 мА, поэтому
      R = V / I = 1,8 В / 1,6 мА = ~ 1,2 кОм
    9. Наконец, мы должны рассчитать рассеиваемую мощность коллектора, потому что для Дарлингтона она хуже из-за более высокого Vce (sat). Снова используя , рис. 2 , мы видим, что Vce (насыщ.) Составляет около 0,75 В, поэтому рассеиваемая мощность коллектора составляет:
      Pc (макс.) = Ic (макс.) * Vce (насыщ.) (Макс.) = 400 мА * 0,75 В = 0,3 Вт.
      Согласно таблице «Абсолютные максимальные характеристики» на стр. 1, максимальная рассеиваемая мощность составляет 2 Вт при температуре окружающей среды Ta = 25 ° C, поэтому здесь мы должны быть в безопасности.

    Список литературы

    1. Превосходное руководство по использованию транзисторов в качестве переключателя, но я не уверен, что они должным образом рассмотрели проблему снижения усиления при насыщении.
    2. Более краткое руководство, содержащее меньше теории и больше практического.
    3. Пример, показывающий, как создать H-мост с использованием транзисторов

    ЗАПРОСИТЬ:

    • Мы, , рассчитали это для наихудшего случая потребления тока, когда двигатель остановлен.Как работает наш транзисторный переключатель с двигателем, работающим на другом пределе, ток холостого хода всего 76 мА? Как мы можем убедиться, что транзистор все еще насыщен, то есть включен?
    • Объясните, зачем нам обратный диод для индуктивных нагрузок.
    • Включите пример 2N2222, за которым следует TIP31, чтобы показать, как можно использовать несколько ступеней.
    • Объясните разницу между NPN и PNP и почему мы предпочитаем NPN.

    Нравится:

    Нравится Загрузка...

    Transistor Anti-Saturation Control - Как обеспечить Anti-Saturation Control для BJT?

    Контроллер защиты от насыщения транзистора:

    Мы обсуждали основы, структуру и основные схемы управления Power BJT в наших предыдущих публикациях.
    В этом посте давайте обсудим одну из важных схем защиты, используемых для правильной работы силового транзистора. т.е. цепь управления против насыщения Power BJT.

    Вы можете обновить информацию о Power BJT:

    Power BJT Basics
    Power BJT Безопасная рабочая область [SOA] Базовые приводные схемы
    : Driving Power BJT
    Сравнение MOSFET с BJT

    Как обеспечить контроль защиты от насыщения для схемы базового привода BJT?

    В BJT применение избыточного базового тока (I B ) увеличивает время хранения.Следовательно, время выключения t OFF увеличивается (для разрядки накопленного заряда). Такой избыточный или тяжелый базовый диск называется Hard Saturation.

    Всегда рекомендуется, чтобы транзистор работал в режиме мягкого насыщения. Это означает, что базе должны быть предоставлены носители, достаточные для управления транзистором в состоянии простого насыщения (квази-насыщения).

    На приведенном выше рисунке показана принципиальная схема для достижения квазинасыщения в силовом BJT.
    В этой схеме основной привод подключен к клеммам a-b.

    Для цикла, состоящего из (AD 1 -BEb), Мы можем написать следующее уравнение:

    Va-b = V D1 + V BE

    Аналогично для цикла (AD как -CEb ), Мы можем написать следующее уравнение,

    Va-b = V Das + V CE

    Следовательно, приравняв два уравнения

    V D1 + V BE = V Das + V CE

    Обычно V das = V d1 .

    Следовательно, приведенное выше уравнение становится уравнением

    В BE = В CE

    • Это показывает, что напряжение коллектор-эмиттер (В CE ) будет равно напряжению база-эмиттер (В BE ) .
    • Когда транзистор находится в состоянии ВКЛЮЧЕНО, напряжение
      база - эмиттер (V BE ) составляет примерно 0,7 вольт,
      и
      напряжение насыщения коллектор - эмиттер (V CE ) составляет 0,3 вольт.
    • За счет включения диода, предотвращающего насыщение (V Das ), напряжение насыщения коллектор-эмиттер (V CE ) повышается до напряжения база-эмиттер (V BE ) .
      т.е. V BE = V CE = 0,7 Вольт.
    • Значит, транзистор больше не в насыщении. Это чуть выше насыщенности.
    • Этот эффект возникает из-за диода, предотвращающего насыщение V Das .
    • Поскольку BJT превышает насыщение, в базе нет лишних носителей, и время его хранения сокращается. Это сокращает время выключения транзисторов t OFF и, следовательно, время переключения.
    • Напряжение коллектор-эмиттер (V CE ) может быть увеличено путем установки дополнительного диода в серии D 1 .
    Недостатки транзистора, предотвращающего насыщение Схема управления:
    • Напряжение коллектор-эмиттер (V CE ) увеличивается, это увеличивает потери в открытом состоянии в BJT.

    Спасибо за то, что прочитали о цепи управления против насыщения BJT…. просьба, пожалуйста, не просто читайте и не покидайте страницу ... оставьте свои комментарии ниже, что займет несколько секунд 🙂

    Подробнее:

    Вопросы интервью по силовой электронике: Set-1
    Как демпферная цепь защищает SCR?
    Импульсный источник питания [SMPS]: Введение и классификация
    Как стабилитрон работает как регулятор напряжения?

    Стереоконтроллер на транзисторах · Один транзистор

    Создайте активную схему регулировки тембра Baxandall.Для стереоконтроллера требуется всего два транзистора. Печатная плата предоставляется.

    Контроллер тембра - это схема, вставленная перед усилителем мощности звука. Его цель - позволить пользователю регулировать усиление определенных частот звукового спектра. Контроллеры тембра варьируются от простых схем усиления низких частот до сложных эквалайзеров. Представленная здесь схема является простой, с потенциометром, который изменяет нижнюю треть звукового спектра (для регулировки низких частот), и другим, который изменяет верхнюю треть звукового спектра (для регулировки высоких частот).

    Схема не содержит потенциометра регулировки громкости, но его можно добавить перед входом контроллера. Уровень входного сигнала не должен превышать 1 Vp-p. Когда оба потенциометра повернуты к середине (плоско), относительное усиление схемы составляет от -1 до -2 дБ. Следовательно, при входном сигнале 1 Впик-пик на выходе получается не менее 0,8 Впик-пик.

    Построен прототип контроллера стереотона

    Все меняется, когда вы поворачиваете потенциометр низких частот вправо (усиление).Максимальное усиление составляет около 18 дБ при 40 Гц. Это означает выход 8 В (размах). В реальном мире большинство усилителей звука искажают сигнал такого высокого уровня. Итак, на максимальной громкости не следует поворачивать потенциометр низких частот вправо на максимум. То же самое и с высокими частотами. Максимальное усиление появляется в конце звукового спектра, около 20 кГц. В любом случае, это экстремальные частоты, которые редко можно услышать в том, что вы обычно используете для аудиосистемы. Так работает регулятор тембра Baxandall (наибольшее изменение усиления проявляется на краях спектра).

    Схема очень проста и состоит из цепи пассивной регулировки тембра (типа Baxandall), подключенной к тракту обратной связи одиночного транзисторного усилителя. Схема одного канала показана ниже.

    Схема регулятора тембра (показан только левый канал)

    Правый канал идентичен, различаются только обозначения деталей. Ниже приведен список деталей. Обратите внимание, что вход контроллера соединен конденсатором и может быть подключен непосредственно к источнику звука или через потенциометр.На выходе имеется напряжение 6,5 В (когда схема питается от 12 В), и должен быть подключен к конденсаторному входу усилителя.

    Подключение потенциометра громкости и усилителя (показан одноканальный)

    Конденсатор на входе усилителя мощности обязателен. Все схемы, которые я видел, содержат такой конденсатор. Но если его там нет, вы должны его добавить. Подойдет все от 2,2 до 22 мкФ.

    Плата регулятора тембра (стерео)

    Печатная плата стереоконтроллера имеет ширину 108 на 40 мм, потенциометры расположены на расстоянии 75 мм друг от друга.Точки A, B и C должны быть соединены проводами.

    Вот все, что вам нужно.

    Каталожный номер (левый канал) Ссылка (R ch.) Значение, информация
    C1 C2 47 мкФ, электролитический
    C5 C6 39 ... 47 нФ, пленочный конденсатор
    C3, C7 C4, C8 2.2 нФ, пленочный конденсатор
    C9, C11 C10, C12 10 мкФ, электролитический
    C13 C14 47 мкФ, электролитический
    R1, R7, R13 R2, R8, R15 4,7 к
    R3 R5 39 к
    R4 R6 5.6 к
    R9 R11 150 ... 180 к
    R10 R12 33 к
    R14 R16 1,2 к
    1 квартал 2 квартал 2N3904, NPN общего назначения
    RV1A, RV2A RV1B, RV2B Стереопотенциометр 100 кОм
    ВХОД, ВЫХОД то же 2.Контактный разъем 54 мм или аналогичный разъем
    + 12В то же Винтовой зажим для печатной платы 5,08 мм или аналогичный

    Вышеупомянутая схема может быть добавлена ​​в проект звукового усилителя. Если он построен на отдельной печатной плате, вы должны использовать отдельные провода от источника питания к контроллеру и усилителю. Выход усилителя должен располагаться подальше от регулятора тона и аудиовхода. Каждый модуль должен иметь только одно соединение с землей, и все соединения заземления должны сходиться в одной точке (включая громкоговорители, если таковой имеется).Напряжение питания для регулятора тона может регулироваться линейной ИМС 78xx (7809, 7812, 7815, даже 7805 со стабилитроном на землю).

    ресурсов

    Список литературы

    • Ray Marston , Bipolar Transistor Cookbook - Part 4 , in Nuts & Volts Magazine, октябрь 2003 г. Доступно по адресу https://www.nutsvolts.com/magazine/article/bipolar_transistor_cookbook_part_4 (по состоянию на 9 марта 2019 г.)
    • Управляющий усилитель Austereo (номер цепи.44) в Elektor 5 - Summer Circuits, июль-август 1975 г. Доступно по адресу https://www.americanradiohistory.com/UK/Elektor/70s/Elektor-1975-07-08.pdf (по состоянию на 9 марта 2019 г.)
    • М.В. Thomas , Регулятор тембра Baxandall повторно посетил в Wireless World, сентябрь 1974 г., стр. 341. Доступно по адресу https://www.harbeth.co.uk/usergroup/filedata/fetch?id=62450 (по состоянию на 9 марта 2019 г.)
    • Cătălin Lăzăroiu , Corector de ton в Almanah Tehnium, 1989, стр.65. Доступно по адресу https://pro-electronica.net/tehnium-almanah2989/ (по состоянию на 9 марта 2019 г.)

    Контроль полярности в одиночном транзисторе из дихалькогенида переходного металла (TMD) для однородных дополнительных логических схем

    В последнее время были предприняты различные попытки продемонстрировать возможность использования транзисторов на основе дихалькогенидов переходных металлов (TMD) для цифровых логических схем. Дополнительная схема инвертора, которая является основным строительным блоком логической схемы, была реализована в более ранних работах путем гетерогенной интеграции транзисторов с каналом n и p, изготовленных на различных материалах TMD.Впоследствии, чтобы упростить конструкцию схемы и процесс изготовления, дополнительные инверторы были построены на материалах с одинарным TMD с использованием амбиполярных транзисторов. Однако непрерывный переход от состояния электронной проводимости к состоянию дырочной проводимости в амбиполярных устройствах привел к проблеме высокого тока утечки. Здесь мы сообщаем о TMD-транзисторе с регулируемой полярностью, который может работать как n-, так и p-канальный транзистор с низким током утечки в несколько пикоампер. Полярность устройства может быть изменена простым преобразованием знака напряжения стока.Это связано с тем, что металлоподобный дителлурид вольфрама (WTe 2 ) с низкой концентрацией носителей используется в качестве дренажного контакта, что впоследствии позволяет селективно вводить носитель в переходе диселенид палладия / вольфрама (WSe 2 ). . Кроме того, используя принцип работы транзистора с контролируемой полярностью, мы демонстрируем дополнительную схему инвертора на материале одного канала TMD (WSe 2 ), который демонстрирует очень низкое статическое энергопотребление в несколько сотен пиковатт.Наконец, мы подтверждаем возможность расширения этого транзистора с контролируемой полярностью в сторону более сложных логических схем, представляя правильную работу трехкаскадного кольцевого генератора.

    У вас есть доступ к этой статье

    Подождите, пока мы загрузим ваш контент.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *