Преимущества и недостатки полевых транзисторов перед биполярными.
Полевые транзисторы практически вытеснили биполярные в ряде применений. Самое широкое распространение они получили в интегральных схемах в качестве ключей (электронных переключателей)
Главные преимущества полевых транзисторов
Благодаря очень высокому входному сопротивлению, цепь полевых транзисторов расходует крайне мало энергии, так как практически не потребляет входного тока.
Усиление по току у полевых транзисторов намного выше, чем у биполярных.
Значительно выше помехоустойчивость и надежность работы, поскольку из-за отсутствия тока через затвор транзистора, управляющая цепь со стороны затвора изолирована от выходной цепи со стороны стока и истока.
У полевых транзисторов на порядок выше скорость перехода между состояниями проводимости и непроводимости тока.
Поэтому они
могут работать на более высоких частотах,
чем биполярные.
Поэтому они
могут работать на более высоких частотах,
чем биполярные.Главные недостатки полевых транзисторов
У полевых транзисторов большее падение напряжения из-за высокого сопротивления между стоком и истоком, когда прибор находится в открытом состоянии.
Структура полевых транзисторов начинает разрушаться при меньшей температуре (150С), чем структура биполярных транзисторов (200С).
Несмотря на то, что полевые транзисторы потребляют намного меньше энергии, по сравнению с биполярными транзисторами, при работе на высоких частотах ситуация кардинально меняется. На частотах выше, примерно, чем 1.5 GHz, потребление энергии у МОП-транзисторов начинает возрастать по экспоненте. Поэтому скорость процессоров перестала так стремительно расти, и их производители перешли на стратегию «многоядерности».
При изготовлении мощных МОП-транзисторов, в их структуре возникает «паразитный» биполярный транзистор.
Для того, чтобы
нейтрализовать его влияние, подложку
закорачивают с истоком. Это эквивалентно
закорачиванию базы и эмиттера паразитного
транзистора. В результате напряжение
между базой и эмиттером биполярного
транзистора никогда на достигнет
необходимого, чтобы он открылся (около
0.6В необходимо, чтобы PN-переход внутри
прибора начал проводить).
Для того, чтобы
нейтрализовать его влияние, подложку
закорачивают с истоком. Это эквивалентно
закорачиванию базы и эмиттера паразитного
транзистора. В результате напряжение
между базой и эмиттером биполярного
транзистора никогда на достигнет
необходимого, чтобы он открылся (около
0.6В необходимо, чтобы PN-переход внутри
прибора начал проводить).128. Биполярные транзисторы (принцип действия, конструкция, схемы включения, вольт-амперные характеристики).
Биполярный транзистор —
трёхэлектродный полупроводниковый
прибор,
один из типов транзистора.
Электроды подключены к трём последовательно
расположенным слоям полупроводника с
чередующимся типом примесной
проводимости.
По этому способу чередования различают
npn и pnp транзисторы (n(negative) —
электронный тип примесной
проводимости, p (positive) —
дырочный). В биполярном транзисторе, в
отличие от других разновидностей,
основными носителями являются и
электроны, и дырки (от слова «би» —
«два»).
Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.
Биполярный
точечный транзистор был изобретен в
1947 году, в течение последующих лет он
зарекомендовал себя как основной элемент
для изготовленияинтегральных
микросхем,
использующих
Биполярные и полевые транзисторы
Биполярные и полевые транзисторы
полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.
Основные функции транзистора: усилитель и переключатель
Слово «транзистор» образовано от двух английских слов translate и resistor, то есть, иными словами, это преобразователь сопротивления
ТРИОД
- Имеет три электрода: термоэлектронный катод , анод и одну управляющую сетку.
- Лампа могла работать в качестве усилителя тока, а в 1913 году на её основе был создан автогенератор.
- В 1914 год Н. Д. Папалекси изготовил первые русские трёхэлектродные электронные лампы.
Ли де Форест
1907
БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР
В 1947 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях Bell Labs создали биполярный транзистор .
В 1956 награждены Нобелевской премией по физике,
Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн
- транзистор имел форму маленького металлического цилиндрика длиной 13 мм.
1947
ПОЛЕВОЙ (УНИПОЛЯРНЫЙ) ТРАНЗИСТОР
предложил метод управления током в образце путём подачи на него поперечного электрического поля, которое, воздействуя на носители заряда, будет управлять проводимостью
Юлий Эдгар Лилиенфельд
1928
ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР
- регулирование сопротивления токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением;
- использует один тип основных носителей – электроны или дырки.
- канал слой проводника, по которому про
- исток (source ) — электрод, из которого в канал входят основные носители заряда;
- сток ( drain ) — электрод, через который из канала уходят основные носители заряда;
- затвор ( gate ) — электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала.
n – канал, p- канал
Принцип работы полевого транзистора
- При подаче напряжения на затвор между затвором и каналом появляется пространство, через которое протекает ток.
- Ширина этого канала регулируется напряжением, которое подаётся на затвор.
- Соответственно, можно увеличивать и уменьшать ширину канала и управлять протекающим током.
ПАРАМЕТРЫ ПОЛЕВГО ТРАНЗИСТОРА
- Входное сопротивление.
- Амплитуда напряжения на затворе.
- Полярность.
ВАХ полевого транзистора
Выходной характеристикой называют график, на котором изображена зависимость тока стока от Uси (приложенного к выводам стока и истока), при различных напряжениях затвора.
ВАХ полевого транзистора
Верхняя ветвь– ток при нулевом напряжении на затворе
Область насыщения (активная область)
«Омическая область» линейный участок открытое состояние, транзистор ведет себя как резистор
Область пробоя, здесь транзистор находиться не должен
Чем больше напряжение Uзи, тем меньше ток стока.
Стоко-затворная характеристика
зависимость тока стока от напряжения на затворе при одинаковом напряжении стока-исток
- чем ближе напряжение Uзи к 0, тем больший ток стока.
- Крутизна характеристика показывает, насколько растёт ток стока при увеличении напряжения затвор-исток при неизменяемом напряжении сток-исток.
http://electrik.info/main/praktika/1388-polevye-tranzistory.html
Схема включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом
с общим стоком
Усиление по напряжению близко к 1, большое входное сопротивление, а выходное низкое.
Другое название – истоковый повторитель
ОС ОК.
с общим затвором
Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, усиления нет., используется в усилит. технике СВЧ.
ОЗ ОБ.
с общим истоком
Каскад с ОИ даёт усиление по току и ОИ ОЭ
Полевые транзисторы с изолированным затвором
- В отличие от управляющего p-n-перехода он работает не на принципе расширения перехода и перекрытия канала, а на принципе изменения концентрации носителей заряда в полупроводнике под действием внешнего электрического поля.
1. МДП-транзистор (метал-диэлектрик-полупроводник).
2. МОП-транзистор (метал-окисел-полупроводник).
3. MOSFET -транзистор (metal-oxide-semiconductor
Полевой транзистор
с управляющим p-n- переходом (JFET) и каналом n-типа
с изолированным затвором (
a) — с индуцированным каналом,
b) — со встроенным каналом
а) с затвором со стороны подложки; b) с диффузионным затвором
Моделирование Транзистор со встроенным каналом n-типа с нулевым напряжением на затворе:
Подадим на затвор -1В.
Ток снизился в 20 раз.
Согласно параметрам на этот транзистор пороговое напряжение затвор-исток в районе одного вольта, а типовое его значение – 1.2 В.
Ток стал в микроамперах. Если еще немного повысить напряжение, он исчезнет полностью.
При изменении полярности напряжения на затворе появляется положительный потенциал, так как это режим обогащения.
Биполярные транзисторы
трёхэлектродный полупроводниковый прибор с двумя p-n -переходами
- перенос заряда осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками, поэтому прибор назвается «биполярный».
Применение транзисторов
- усилительные схем;
- генераторы сигналов;
- электронные ключи.
Общий вид и конструкция биполярных транзисторов
Выводы биполярного транзистора:
База – слой полупроводника, который является управляющим электродом.
Эмиттер — слой полупроводника, функция которого инжектирование носителей заряда в слой базы.
Коллектор- слой полупроводника, функция которого собирать носители заряда прошедшие через базовый слой.
Схематичное изображение n-p-n транзистора
Режимы работы биполярного транзистора
«ЭБ» – открыт «КБ»- закрыт
«ЭБ» – открыт «КБ»- открыт
«ЭБ» – закрыт «КБ»- закрыт
Токопрохождение в биполярном транзисторе в режимах отсечки
Оба p-n перехода смещены в обратном направлении (оба закрыты).
Режим отсечки соответствует условию U ЭБ I Б =0
Токопрохождение в биполярном транзисторе в режимах насыщения
Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб
U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт): U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0. Токопрохождение в биполярном транзисторе в активном режиме по схеме с общей базой Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт): U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.
«
Переход эмиттер-база включен в прямом направлении [2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):
Переход эмиттер-база включен в прямом направлении [2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):
Переход эмиттер-база включен в прямом направлении [2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):
U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.
- U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.
U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.
- U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.
U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.
- U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.
Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):
U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.
Токопрохождение в биполярном транзисторе в активном режиме по схеме с общей базой
Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):
U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.
Схемы подключения биполярных транзисторов
С общим эмиттером — входной сигнал подаётся на базу, а выходной снимается с коллектора
С общим коллектором — входной сигнал подаётся на базу, а снимается с эмиттера
С общей базой — входной сигнал подаётся на эмиттер, а снимается с коллектора
Схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:
Коэффициент усиления по току I вых / I вх .
Входное сопротивление R вх = U вх / I вх
Схема включения с общей базой
- обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением.;
- имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению;
- не инвертирует фазу сигнала;
- коэффициент усиления по току: I вых / I вх = I к / I э = α [α
- входное сопротивление R вх = U вх / I вх = U эб / I э;
- хорошие температурные и широкий частотный диапазон
- высокое допустимое коллекторное напряжение;
- малое усиление по току
- малое входное сопротивление
Входное сопротивление: R вх = U вх / I вх = U бэ / I б . Большой коэффициент усиления по току. Большой коэффициент усиления по напряжению. Наибольшее усиление мощности. Можно обойтись одним источником питания. Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного. Имеет меньшую температурную стабильность. Слабые частотные свойства. «
Схема включения с общим эмиттером
- I вых = I к I вх = I б U вх = U бэ U вых = U кэ .
- Коэффициент усиления по току: I вых / I вх = I к / I б = I к /( I э -I к ) = α/(1-α) = β [β1].
- Входное сопротивление: R вх = U вх / I вх = U бэ / I б .
- Большой коэффициент усиления по току.
- Большой коэффициент усиления по напряжению.
- Наибольшее усиление мощности.
- Можно обойтись одним источником питания.
- Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.
- Имеет меньшую температурную стабильность.
- Слабые частотные свойства.
Схема с общим коллектором
- Схема включения с общим коллектором. I вых = I э I вх = I б U вх = U бк U вых = U кэ .
- Коэффициент усиления по току: I вых / I вх = I э / I б = I э /( I э -I к ) = 1/(1-α) = β+1 [β1].
- Входное сопротивление: R вх = U вх / I вх = ( U бэ + U кэ )/ I б .
- Большое входное сопротивление.
- Малое выходное сопротивление.
- Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.
- Схему с таким включением часто называют « эмиттерным повторителем ».
Основные параметры
Вольт-амперная характеристика биполярного транзистора
Технические характеристики транзисторов
- максимальный ток коллектора I к ma х ;
- максимальное напряжение коллектор-эмиттер U к-э ;
- максиамальная мощность рассеиваемая коллектором Р К ;
- предельная (граничая) частота усиления f max .
Маркировка полупроводниковых транзисторов
состоит из шести элементов
К
1
Т
2
буква или цифра, указывает вид материала
9
Г(1) — германий;
К (2) — кремний;
А (3) — арсенид галия;
И (4) — индий.
2
3
буква, указывает тип транзистора
4
Т- биполярный
П- полевой
3-цифра, указывающая на функциональные возможности транзистора по допустимой рассеиваемой мощности и частотным свойствам.
0
А
малой мощности Pmax
1.низкочастотный, fгр
2. среднечастотный, 3
3. высокочастотный, 30
4…6- транзисторы средней мощности 0,3
7 … 9 — транзисторы большой мощности Pmax 1,5 Вт.
числа от
01 до 99
5
6
порядковый номер разработки или электрические свойства
Буква
от А до Я
деление технологического типа приборов на группы.
группы
– кремниевый транзистор средней мощности среднечастотный, номер разработки 40, группа Б.
КТ540Б
ECEA 5632 — полевой транзистор и транзистор с биполярным переходом | Электротехника, вычислительная техника и энергетика
Домашняя страница Академические курсы Онлайн-программы MS-EE на Coursera Учебный план Фотоника и оптика ECEA 5632 Транзистор — полевой транзистор и транзистор с биполярным переходом
3-й и последний курс по полупроводниковым устройствам
Преподаватель: Вунчжан Пак, доктор философии, профессор
Этот курс представляет собой углубленное обсуждение и анализ полевых транзисторов металл-оксид-полупроводник (MOSFET) и транзисторов с биполярным переходом (BJT), включая равновесные характеристики, режимы работы, характеристики переключения и усиления тока.
Необходимые предварительные знания: ECEA 5630 Физика полупроводников, ECEA 5631 Диодный переход и контакт металла и полупроводника, понимание активных полупроводниковых устройств, базовой электроники, схем и систем (например, анализ частотной характеристики), базовое понимание концентрации носителей и квантовой теории, исчисления и Дифференциальные уравнения.
Результаты обучения- Понимание и анализ устройства металл-оксид-полупроводник (МОП).
- Понимать и анализировать МОП полевой транзистор (MOSFET).
- Понять и проанализировать биполярный переходной транзистор (BJT).
Неделя 1 | Устройство металл-оксид-полупроводник (МОП)
Продолжительность: 4 часа
В этом модуле, посвященном МОП-устройствам, мы рассмотрим следующие темы: структура МОП-устройства, диаграмма энергетических зон для МОП-устройства в состоянии равновесия, состояние плоской зоны, накопление , Истощение и инверсия МОП при смещении, Диаграмма энергетических зон и распределение заряда для МОП в инверсии, Количественная модель и соответствующие параметры, Диаграмма энергетических зон со смещением канала, Заряд инверсионного слоя и Влияние на пороговое напряжение МОП в неравновесном состоянии , C-V характеристики: распределение заряда при различных условиях смещения, C-V характеристики: частотная зависимость, влияние заряда оксида на плоскую полосу и пороговые напряжения в неидеальном МОП, и типы заряда оксида в неидеальном МОП.
Неделя 2 | Полевой МОП-транзистор (МОП-транзистор)
Продолжительность: 3 часа
В этом модуле, посвященном МОП-транзисторам (полевым транзисторам металл-оксид-полупроводник), мы рассматриваем следующие темы: история развития МОП-транзисторов, структура устройства, типы устройств. , Символы цепи, Теория длинного канала, ВАХ, Режимы работы, Модуляция длины канала, Эффект смещения тела, Эффект объемного заряда, Подпороговая проводимость, Разделение заряда источника/стока в устройствах с коротким каналом, Снижение барьера, вызванное стоком, Подповерхностное пробивание , Деградация подвижности, Насыщение скорости, Насыщение тока стока, Масштабирование тока стока в зависимости от длины канала и Масштабирование скорости в зависимости от длины канала.
Неделя 3 | Транзистор с биполярным переходом (BJT)
Продолжительность: 5 часов
В этом модуле по BJT (транзисторам с биполярным переходом) мы рассмотрим следующие темы: Структура устройства BJT, Диаграммы энергетических зон, Активное смещение, Ток утечки, Рекомбинация в базе, Впрыск мотыги, Неравномерное легирование в базе, Усиление тока, Переключение с помощью BJT, Биполярный транзистор с одним гетеропереходом, Биполярный транзистор с двойным гетеропереходом, Неоднородный материал, Ранний эффект, Зависимость смещения эмиттера, Инжекция высокого уровня, База, эмиттер и коллектор время прохождения и постоянная времени RC.
Неделя 4 | Заключительный экзамен
Продолжительность: 2 часа
Заключительный экзамен по курсу.
Чтобы узнать о прокторинге экзаменов ProctorU, ссылках на системные тесты и политике конфиденциальности, посетите www.colorado.edu/ecee/online-masters/current-students/proctoru.
КлассификацияНазначение | Процент от оценки |
Домашнее задание №1 | 18% |
Домашнее задание №2 | 18% |
| Экспертная оценка : BJT с рекомбинацией в базе | 6% |
Домашнее задание №3 | 18% |
Заключительный экзамен | 40% |
Письмо 9 класс0073 | Минимальный процент |
А | 95% |
А- | 90% |
Б+ | 85% |
Б | 80% |
Б- | 75% |
С+ | 70% |
С | 65% |
С- | 60% |
Д+ | 55% |
Д | 50% |
Ф | 0% |
Переходной полевой транзистор — proacttechnology
w3.org/1999/xhtml» cellspacing=»0″>В Bipolar Junction Transistor учебники, мы увидел, что выходной коллекторный ток транзистора пропорционален входной ток поступает на клемму Base устройства, тем самым делая биполярный транзистор устройство, управляемое «ТОКОМ» (модель Beta), как меньший ток можно использовать для переключения большего тока нагрузки.
Поле Эффект-транзистор или просто FET , однако, использует напряжение, подаваемое на их входную клемму, называемую воротами, для управления током, протекающим через В результате выходной ток пропорционален входному напряжению. Поскольку их работа основана на электрическом поле (отсюда и название эффект поля) генерируемое входным напряжением затвора, это делает Полевой транзистор а Устройство, управляемое «НАПРЯЖЕНИЕМ».
Типичный полевой эффект
Транзистор
Полевой Транзистор эффектов представляет собой трехконтактный униполярный
полупроводниковый прибор, по своим характеристикам очень похожий на
их аналоги на биполярном транзисторе .
Например,
высокая эффективность, мгновенная работа, надежность и дешевизна, возможность использования в большинстве
приложения электронной схемы для замены их эквивалентного биполярного перехода
транзисторы (BJT) родственники.
Поле транзисторы с эффектом можно сделать намного меньше, чем эквивалентный транзистор BJT и наряду с низким энергопотреблением и рассеиваемой мощностью делает их идеально подходит для использования в интегральных схемах, таких как КМОП-диапазон цифровой логики чипсы.
Мы помните из предыдущих руководств, что существует два основных типа биполярного расстройства. конструкция транзистора, NPN и PNP, которая в основном описывает физическое устройство Полупроводниковые материалы P-типа и N-типа, из которых они изготовлены. Это также верно и для полевых транзисторов, поскольку есть также две основные классификации полевых эффектов. Транзистор, называемый N-канальным полевым транзистором, и P-канальный полевой транзистор.
полевой транзистор представляет собой трехвыводной прибор, построенный без
PN-переходы в пределах основного токоведущего пути между клеммами «Сток» и «Источник».
Эти клеммы по функциям соответствуют коллектору и эмиттеру.
соответственно биполярного транзистора. Текущий путь между этими двумя
Терминалы называются «каналом», который может быть изготовлен либо из P-типа, либо из
Полупроводниковый материал N-типа.
управление током, протекающим в этом канале, достигается изменением напряжения применяется к воротам. Как их название подразумевает, что биполярные транзисторы являются «биполярными» устройствами, потому что они работают с обоими типами носителей заряда, дырками и электронами. Поле Эффект-транзистор, с другой стороны, является «униполярным» устройством, которое зависит только от проводимость электронов (N-канал) или дырок (P-канал).
Поле Effect Transistor имеет одно важное преимущество перед
стандартные родственники биполярных транзисторов, поскольку их входное сопротивление ( Rin ) очень велико (тысячи Ом), в то время как BJT
сравнительно низкий. Этот очень высокий входной импеданс делает их очень чувствительными к
сигналы входного напряжения, но цена этой высокой чувствительности также означает, что
они могут быть легко повреждены статическим электричеством.
Есть два основных типа полевых транзисторов, Junction Полевой транзистор или JFET и полевой транзистор с изолированным затвором или IGFET) , который более известен как стандарт Metal Оксидно-полупроводниковый полевой транзистор или MOSFET для короткая.
Полевой транзистор соединения
Мы видели ранее, что биполярный переходной транзистор сконструирован с использованием двух PN-переходы в основном токопроводящем тракте между эмиттером и Коллекторные терминалы. Эффект поля соединения Транзистор (JUGFET или JFET) не имеет PN-переходов, но вместо этого имеет узкий кусок полупроводникового материала с высоким удельным сопротивлением, образующий «канал» либо кремний N-типа, либо кремний P-типа для протекания основных носителей с два омических электрических соединения на каждом конце, обычно называемые стоком и истоком соответственно.
Есть
две основные конфигурации полевого транзистора перехода, N-канальный
JFET и P-канальный JFET.
Канал N-канального полевого транзистора легирован донором
примеси означают, что ток через канал отрицательный
(отсюда и термин N-канал) в виде электронов.
Аналогично, Канал P-канального JFET легирован акцепторными примесями, что означает, что поток тока через канал положителен (отсюда термин P-канал) в форма отверстий. N-канальные JFET имеют большую проводимость канала (меньше сопротивление), чем их эквивалентные типы P-каналов, поскольку электроны имеют более высокая подвижность через проводник по сравнению с отверстиями. Это делает N-канал JFET является более эффективным проводником по сравнению с их P-канальными аналогами.
У нас есть ранее говорилось, что на каждом конце имеется два омических электрических соединения. канала под названием Слив и источник. Но внутри этого канала есть третье электрическое соединение, которое называется клеммой Gate, и оно также может быть P-типа. или материал N-типа, образующий PN-соединение с основным каналом.
связь между соединениями переходного полевого транзистора и
биполярный переходной транзистор сравнивается ниже.
Сравнение соединений между JFET и BJT
Биполярный транзистор (BJT) | Полевой транзистор (FET) |
Излучатель – (E) >> Источник – (S) | |
База – (B) >> Ворота – (G) | |
Коллектор – (C) >> Слив – (D) | |
показаны символы и базовая конструкция для обеих конфигураций JFET ниже.
полупроводниковый «канал» Junction Field Effect
Транзистор представляет собой резистивный тракт, через который напряжение В ДС вызывает
ток I D к
поток, и поэтому полевой транзистор перехода может проводить ток
одинаково хорошо в любом направлении. Поскольку канал имеет резистивный характер,
Таким образом, формируется градиент напряжения по длине канала с этим
напряжение становится менее положительным по мере того, как мы переходим от клеммы «Сток» к «Истоку».
Терминал.
Результатом является то, что PN-переход поэтому имеет высокое обратное смещение на стоке. клемме и меньшему обратному смещению на клемме источника. Это предубеждение вызывает «слой истощения», который формируется внутри канала и ширина которого увеличивается с уклоном.
Величина тока, протекающего по каналу между стоком и истоком клеммы управляются напряжением, подаваемым на клемму Gate, которая является с обратным смещением. В N-канальном JFET это напряжение на затворе отрицательное, в то время как для P-канальный JFET Напряжение на затворе положительное.
Основной Разница между JFET и устройством BJT заключается в том, что когда соединение JFET при обратном смещении ток затвора практически равен нулю, тогда как ток базы BJT всегда является некоторым значением больше нуля.
Смещение N-канального JFET
На приведенной выше схеме поперечного сечения показан полупроводниковый канал N-типа с
Область P-типа, называемая Воротами, диффундирует в канал N-типа, образуя
PN-переход с обратным смещением, и именно этот переход образует истощение
область вокруг области ворот, когда нет внешнего напряжения.
применяемый. Поэтому JFET известны как устройства с режимом истощения.
Это область истощения создает градиент потенциала различной толщины вокруг PN-перехода и ограничить ток через канал уменьшая его эффективную ширину и тем самым увеличивая общее сопротивление сам канал.
Тогда мы можно увидеть, что наиболее истощенная часть обедненной области находится между Ворота и Водосток, а наименее истощенная область находится между Воротами и источник. Затем канал полевого транзистора работает с нулевым напряжением смещения. (т. е. область обеднения имеет близкую к нулю ширину).
Нет внешнее напряжение затвора ( В G = 0 ), и маленькое напряжение ( В ДС ) применяется между стоком и истоком, максимальный ток насыщения ( I DSS ) будет течь по каналу от Слива к Истоку, ограниченному только небольшая область истощения вокруг стыков.
Если
небольшое отрицательное напряжение ( -V GS ) теперь подается на затвор размером
области истощения начинает увеличиваться, уменьшая общую эффективную площадь
канала и, таким образом, уменьшая ток, протекающий через него, своего рода
имеет место «сжимающий» эффект.
Таким образом, при подаче обратного напряжения смещения увеличивается
ширина обедненной области, которая, в свою очередь, снижает проводимость
канал.
С PN-переход смещен в обратном направлении, через затвор будет течь небольшой ток связь. Поскольку напряжение затвора ( -V GS ) становится более отрицательным, ширина канал уменьшается до тех пор, пока ток между Drain и Источник и полевой транзистор называются «отсеченными» (аналогично области отсечки). для BJT). Напряжение, при котором канал закрывается, называется «отсечкой». напряжение», ( В P ).
Отсечка канала JFET
В этой отсечке область Напряжение затвора, В GS управляет током канала, а V DS имеет небольшой эффект или его отсутствие.
Модель JFET
Результатом является то, что полевой транзистор действует больше как резистор, управляемый напряжением, который имеет
нулевое сопротивление, когда V GS = 0 и максимальное значение «ON»
сопротивление ( R DS )
когда напряжение на затворе очень отрицательное.
В нормальных условиях эксплуатации,
Затвор JFET всегда смещен отрицательно относительно истока.
Это важно, чтобы напряжение на затворе никогда не было положительным, поскольку, если это все ток канала будет течь к воротам, а не к источнику, результат повреждение JFET. Затем, чтобы закрыть канал:
· Напряжение затвора отсутствует (V GS ) и V DS увеличено с нуля.
· № V DS и Контроль затвора уменьшается отрицательно с нуля.
· V DS и V GS различаются.
P-канал Соединение полевого транзистора работает точно так же, как N-канал выше, со следующими исключениями: 1). Ток канала положительный из-за отверстий, 2). Полярность смещения напряжение нужно инвертировать.
выходные характеристики N-канального JFET с затвором, закороченным на источник дается как:
Выходная характеристика V-I кривые типичного соединения FET
напряжение В GS применяется
к воротам контролирует ток, протекающий между стоком и источником
терминалы.
V GS относится к
к напряжению, приложенному между затвором и источником, в то время как V DS относится
к напряжению, приложенному между стоком и истоком.
Потому что Полевой транзистор Junction устройство, управляемое напряжением, «ток не течет в ворота!» тогда Исходный ток ( I S ), вытекающий из устройства, равен В него втекает ток стока и, следовательно, ( I D = I S ).
пример кривых характеристик, показанный выше, показывает четыре различных области операция для JFET, и они указаны как:
· Омическая область — когда V GS = 0 обедненный слой канала очень мал и JFET действует как резистор, управляемый напряжением.
· Зона отсечения – это также известен как область отсечки, где напряжение затвора, V GS соответствует достаточно, чтобы заставить JFET действовать как разомкнутая цепь, поскольку канал сопротивление максимальное.
·
Насыщенность или активная область —
JFET становится хорошим проводником и управляется напряжением затвор-исток ( V GS )
в то время как напряжение сток-исток (V DS ) имеет
небольшой эффект или его отсутствие.
· Область разбивки — напряжение между стоком и истоком, ( В ДС ) достаточно высока, чтобы вызвать выход из строя резистивного канала JFET. нерегулируемый максимальный ток.
кривые характеристик для полевого транзистора с P-канальным переходом то же, что и выше, за исключением того, что ток стока I D уменьшается с увеличением положительного напряжения затвор-исток, В GS .
Ток стока равен нулю, когда V GS = V P . Для нормальной работы V GS смещено, чтобы быть где-то между V P и 0. Тогда мы можем рассчитать Drain тока, I D для любой заданной точки смещения в области насыщения или активной области следующим образом:
Ток стока в активной области.
Примечание что значение тока стока будет между нулем (отсечка) и I DSS (максимальное Текущий). Зная ток стока I D и напряжение сток-исток V DS , сопротивление канала ( R DS ) определяется как:
Сопротивление канала сток-исток.
Где: г м есть «усиление крутизны», поскольку JFET является устройством, управляемым напряжением, и который представляет собой скорость изменения тока стока по отношению к изменению в напряжении затвор-исток.
Режимы полевых транзисторов
Аналогично биполярный переходной транзистор, полевой транзистор с тремя выводами Устройство способно работать в трех различных режимах и, следовательно, может быть подключен в цепи в одной из следующих конфигураций.
Конфигурация общего источника (CS)
Вход конфигурация Common Source (аналогичная с общим эмиттером), вход подается на вентиль, а его выход берется из Слив, как показано. Это наиболее распространенный режим работы полевого транзистора из-за его высокий входной импеданс и хорошее усиление напряжения и, как таковые, общие Усилители источников широко используются.
общий режим источника соединения FET обычно используется звуковая частота
усилителях, а также в предусилителях и каскадах с высоким входным импедансом.
Будучи усиливающим
цепи, выходной сигнал 180 или «не в фазе»
с вводом.
Конфигурация общего затвора (CG)
Вход конфигурация Common Gate (аналогично общая база), вход подается на Источник, а его выход берется из Сток с вентилем подключен непосредственно к земле (0 В), как показано на рисунке. Высота функция входного импеданса предыдущего соединения теряется в этой конфигурации поскольку общий затвор имеет низкий входной импеданс, но высокий выходной импеданс.
Это Тип конфигурации FET может использоваться в высокочастотных цепях или в цепи согласования импеданса были низким входным импедансом, который необходимо согласовать с высокое выходное сопротивление. Выход «синфазен» со входом.
Конфигурация с общим стоком (CD)
Вход
конфигурация Common Drain (аналогично
общий коллектор), вход подается на вентиль, а его выход берется
из Источника. Конфигурация с общим стоком или «истоковым повторителем» имеет высокую
входной импеданс и низкий выходной импеданс и коэффициент усиления по напряжению, близкий к единице, поэтому
поэтому используется в буферных усилителях.
Коэффициент усиления по напряжению истокового повторителя
конфигурация меньше единицы, а выходной сигнал «синфазен», 0 или с
входной сигнал.
Это тип конфигурации упоминается как «Общий сток», потому что нет сигнал на стоковом соединении, напряжение есть, +В DD просто обеспечивает уклон. Выход синфазен со входом.
Усилитель JFET
Точно так же транзистор с биполярным переходом, полевой транзистор JFET можно использовать для создания одноступенчатого класса Схемы усилителя с усилителем с общим истоком JFET и характеристики очень похож на схему с общим эмиттером BJT. Основное преимущество JFET У усилителей по сравнению с усилителями BJT является их высокое входное сопротивление, которое управляется резистивной сетью смещения затвора, образованной R1 и R2, как показано.
Смещение усилителя JFET
Это
Схема усилителя с общим истоком (CS) смещена в режиме класса «А» по напряжению
сеть делителя, образованная резисторами R1 и R2.
