Подключение полевого транзистора

Давайте начнем исследование использование полевого транзистора в качестве коммутатора со знакомой схемы включения лампы:. Помня о том, что управляемый ток в полевом транзисторе течет между истоком и стоком, мы заменяем контакты ключа на рисунке выше выводами истока и стока:. Если вы еще не заметили, выводы истока и стока полевого транзистора выглядят на условном обозначении одинаково. В отличие от биполярного транзистора, где эмиттер четко отличается от коллектора наличием стрелки, линии истока и стока полевого транзистора выглядят как линии, перпендикулярные полосе, представляющей полупроводниковый канал. Это не случайно, поскольку выводы истока и стока полевого транзистора на практике часто являются взаимозаменяемыми!

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Что такое транзистор и как он работает?
• Полевой транзистор
• Полевой МОП транзистор
• Как проверить полевой транзистор мультиметром. Часть 1. Транзистор с управляющим p-n переходом.
• 062-Как подключить к микроконтроллеру нагрузку?
• Ключи на полевых транзисторах в схемах на микроконтроллере
• Подключение транзистора к Ардуино
• Primary Menu
• Полевой транзистор
• Управление мощной нагрузкой

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Драйверы для полевых транзисторов, самые простые и распространённые

Что такое транзистор и как он работает?

Продолжаем рубрику проверки электрорадиоэлементов, и сегодня я представляю первую статью по проверке полевых транзисторов тестером или как сейчас принято говорить — мультиметром. Из этого рисунку видно, что полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с управляющим p-n переходом и полевые транзисторы с изолированным затвором.

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

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

Итак, транзистор состоит из n-полупроводника с внедренными в него высоколегированными n-областями с большой концентрацией носителей заряда — электронов.

Сам полупроводник находится на подложке p-типа, которая соединена с еще одной p-областью. Вместе эти области называются затвором gate. Таким образом, каждая высоколегированная n-область создает с p-подложкой свой p-n переход. Та часть n-полупроводника, которая находится между p-областями затворами называется каналом в частности каналом n-типа.

Таким образом, через канал потечет электрический ток. Величина этого тока будет напрямую зависеть от электропроводности канала, которая в свою очередь зависит от площади поперечного сечения канала. Нетрудно догадаться, что площадь поперечного сечения канала зависит от ширины p-n переходов. Та область, от которой движутся носители заряда, а в случае n-канала это электроны, называется истоком source , а к которой движутся — стоком drain. Если на затвор относительно истока подать отрицательное напряжение, то p-n переход, образованный между затвором и истоком будет смещаться в обратном направлении, при этом ширина запирающего слоя будет увеличиваться, тем самым сужая размеры канала и уменьшая электропроводность.

Таким образом, изменяя напряжение между затвором и истоком, мы можем управлять током через канал полевого транзистора. На этом об устройстве полевого транзистора все, далее в подробности углубляться я не буду, так как этого будет достаточно, что бы понять, как проверить полевой транзистор с управляющим p-n переходом. Исходя из вышеизложенного можно составить эквивалентную схему полевого транзистора с управляющим p-n переходом, как мы делали при проверке биполярного транзистора.

В транзисторе имеются два p-n перехода, первый между затвором и истоком, второй между затвором и стоком. Канал между истоком и стоком при отсутствии отрицательного запирающего напряжения на затворе не закрыт и электропроводен, то есть имеет определенное значение сопротивления.

Теперь зная эквивалентную схему полевого транзистора с управляющим p-n переходом можно построить алгоритм или схему проверки полевого транзистора. Для проверки сопротивления канала с помощью мультиметра необходимо на приборе установить режим измерения сопротивления, предел измерения Ом.

Измерить сопротивление между истоком и стоком транзистора при разной полярности подключения щупов мультиметра. Значения сопротивления канала при разной полярности подключения щупов должны быть примерно одинаковыми.

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

Мультиметр должен показать падение напряжения на открытом p-n переходе затвор-сток, которое должно быть в пределах мВ. Проверка полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом p-типа осуществляется по вышеизложенному алгоритму, за исключением того, что при проверке p-n переходов полярность подключения щупов мультиметра меняется на противоположную.

Для наглядности и простоты понимания процесса я записал для вас видео как проверить полевой транзистор с управляющим p-n переходом, где я проверяю транзистор с каналом p-типа. Имя обязательное. Бесплатное интернет издание посвященное электротехнике, электронике, радиотехнике и другим смежным областям.

Журнал состоит из нескольких качественных и полезных статей практической направленности. Видеокурс «Черчение схем в программе sPlan 7». Если Вы хотите научиться чертить электрические схемы, создавать рисунки и иллюстрации например при оформлении курсовых, дипломных, при публикации на сайте и т. Видеокурс «Программирование микроконтроллеров для начинающих».

Если Вы хотите из новичка превратиться в профессиноала, стать высококлассным, конкурентноспособным и грамотным специалистом в области самого перспективного направления микроэлектроники, тогда изучите новый видокурс по микроконтроллерам!

В результате вы научитесь с нуля не тольно разрабатывать собственные устройства, но и сопрягать с ними различную переферию! Запомнить меня.

Часть 1. Транзистор с управляющим p-n переходом. Как проверить полевой транзистор мультиметром. Перед началом проверки полевых транзисторов рассмотрим, какие бывают виды полевых транзисторов. На рисунке 1 вы видите классификацию полевых транзисторов. Для начала кратко рассмотрим структуру транзистора и принцип его работы.

При составлении схемы будем руководствоваться следующими принципами: 1. Теперь p-n переходы обозначим диодами, а электропроводность канала резистором. Составляем эквивалентную схему полевого транзистора с управляющим p-n переходом. Еще в этом выпуске журнала Рисование и черчение электрических схем онлайн.

Нагрузочная вилка для аккумулятора. Разжевано как для первоклассников! Возьму на вооружение. В магазине есть только КПЖ1Р. Годиться КПЖ1Р в качестве аналога?

Исправьте И спасибо за статью! Все прекрасно написано! Отличная статья — очень грамотная и толковая. Разжевано как для школьника. Все исправлено, чисто машинальная ошибка!

Буду внимателен! Кар тинка не та. Обновить список комментариев. Разнообразный формат статей, красочные иллюстрации, качественные видео материалы. Конфиденциальность данных гарантируется. Основы электроники. Ремонт своими руками. Видеокурс «Черчение схем в программе sPlan 7» Если Вы хотите научиться чертить электрические схемы, создавать рисунки и иллюстрации например при оформлении курсовых, дипломных, при публикации на сайте и т.

Видеокурс «Программирование микроконтроллеров для начинающих» Если Вы хотите из новичка превратиться в профессиноала, стать высококлассным, конкурентноспособным и грамотным специалистом в области самого перспективного направления микроэлектроники, тогда изучите новый видокурс по микроконтроллерам! Уверяю такого еще нет нигде!

Подпишись на мой канал youtube! Логин Пароль Запомнить меня Забыли пароль? Забыли логин? Desktop Version.

Полевой транзистор

Есть идея построить регулируемый силовой порт с возможным ШИМ. Попытался нарисовать что то в QUCS. В общем вопросы 1. Правильно ли подобраны резисторы на gate? To dmitron Я оптрон повесил только потому, чтобы не жечь Ардуину. Изначально управление было на PIC16F84A но после N-ного сгоревшего процессора пришла идея перейти на оптронную развязку, да и ресурсы пика совсем не те что у Ардуины. To VictorNsk То есть в финале схема выглядит так У меня вопрос по диоду.

Схема включения полевого транзистора с общим истоком является аналогом схемы с общим эмиттером для биполярного транзистора.

Полевой МОП транзистор

Кроме транзисторов и сборок Дарлингтона есть еще один хороший способ рулить мощной постоянной нагрузкой — полевые МОП транзисторы. Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением. Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком. Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана. Достоинство такого транзистора, по сравнению с биполярным очевидно — на затвор надо подавать напряжение, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит требуемая мощность на управление этим транзистором будет мизерной , по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора. Недостаток же вытекает из его емкостного свойства — наличие емкости на затворе требует большого зарядного тока при открытии.

Как проверить полевой транзистор мультиметром. Часть 1.

Транзистор с управляющим p-n переходом.

Программируемый микроконтроллер Arduino идеально подходит для создания нестандартных устройств. А имеющиеся в избытке готовые модули, расширения и скетчи значительно облегчают задачу. Однако, всегда находятся проекты, в которых к Arduino необходимо подключить мощный узел или устройство. Микроконтроллер будет отвечать за логику работы, а узел или устройство — выполнять простую работу. С одной стороны — ничего сложного, с другой — Arduino обеспечивает на выходе только небольшой ток и напряжение U — не более 5В, I — 40 мА.

Русский: English:. Бесплатный архив статей статей в Архиве.

062-Как подключить к микроконтроллеру нагрузку?

Транзисторы подразделяются на биполярные и полевые. Каждый из этих типов имеет свой принцип работы и конструктивное исполнение, однако, общим для них является наличие полупроводниковых p-n структур. Определение «биполярный» указывает на то, что работа транзистора связана с процессами, в которых принимают участие носители заряда двух типов — электроны и дырки. Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических сигналов. В транзисторе используются оба типа носителей — основные и неосновные, поэтому его называют биполярным. Биполярный транзистор состоит из трех областей монокристаллического полупроводника с разным типом проводимости: эмиттера, базы и коллектора.

Ключи на полевых транзисторах в схемах на микроконтроллере

Слово «сенсорный» означает чувствительный, поэтому можно считать, что в нашем эксперименте полевой транзистор будет выступать в роли чувствительного элемента, реагирующего на прикосновение к нему. Кстати, в телевизорах прошлых лет на передней стенке стояли сенсорные контакты, прикосновение к которым вызывало переключение на ту или иную программу. Помимо транзистора понадобится любой омметр с любым диапазоном измерений. Подключите щупы омметра в любой полярности к выводам стока и истока — стрелка омметра покажет небольшое сопротивление этой цепи транзистора. А теперь коснитесь пальцем вывода затвора. Что произошло?

В зарубежной литературе полевой транзистор с управляющим p-n переходом Если к высоколегированным n-областям подключить источник.

Подключение транзистора к Ардуино

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Полевые транзисторы.

Primary Menu

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Управление полевым транзистором. Сопротивление на затворе.

В следующих статьях будут устройства, которые должны управлять внешней нагрузкой. Под внешней нагрузкой я понимаю все, что прицеплено к ножкам микроконтроллера — светодиоды, лампочки, реле, двигатели, исполнительные устройства … ну Вы поняли. И как бы не была заезжена данная тема, но, чтобы избежать повторений в следующих статьях, я все-же рискну быть не оригинальным — Вы уж меня простите :. Сразу договоримся, что речь идет о цифровом сигнале микроконтроллер все-таки цифровое устройство и не будем отходить от общей логики: 1 -включено, 0 -выключено. Нагрузкой постоянного тока являются: светодиоды, лампы, реле, двигатели постоянного тока, сервоприводы, различные исполнительные устройства и т.

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок.

Полевой транзистор

Да-да… это все слова синонимы и относятся они к одному и тому же радиоэлементу. Если преобразовать на наш могучий русский язык, то получается как полевой транзистор со структурой Металл Оксид Полупроводник или просто МОП-транзистор ;-. С чем это связано? Об этих и других вещах вы узнаете в нашей статье. Не переключайтесь на другую вкладку! В семействе МОП-транзисторов в основном выделяют 4 вида:.

Управление мощной нагрузкой

На практике часто возникает необходимость управлять при помощи цифровой схемы например, микроконтроллера каким-то мощным электрическим прибором. Это может быть мощный светодиод, потребляющий большой ток, или прибор, питающийся от электрической сети. Рассмотрим типовые решения этой задачи. Будем считать, что нам нужно только включать или выключать нагрузку с низкой частотой.

Устранение паразитных колебаний, возникающих при параллельном соединении полевых транзисторов MOSFET

Слабухин Александр

№ 1’2005

PDF версия

Основная проблема при параллельном включении MOSFET полевых транзисторов — возникновение паразитных колебаний. В статье рассмотрены причины возникновения паразитных колебаний в полевых транзисторах компании Advanced Power Technology, исследованы методы их устранения и доказано, что добавление к базе транзистора индуктивности типа ферритового цилиндра (Ferrite bead) является наиболее оптимальным решением. Полученные результаты справедливы и для биполярных транзисторов типа IGBT.

Природа паразитных колебаний

Рис. 1. Паразитные колебания между силовыми транзисторами

Колебания возникают при скачке напряжения стока в момент переключения силовых транзисторов. Рис. 1 показывает колебания, возникающие у двух параллельно соединенных полевых транзисторов APT5024BLL (номинальные напряжение 500 В и ток 22 А). Каждый полевой транзистор в своем составе имеет резистор сопротивлением 10 Ом. Он располагается между затвором и драйвером управления затвором. Результаты эксперимента получены при напряжении сток-исток 333 В, токе 44 А и температуре среды 25 °С. Напряжение драйвера управления затвором составляло 15 В. В качестве драйвера использовалось устройство Micrel MIC4452 с симметричной разводкой контактов затвора. Как видно из рис. 1, на затворе возникают колебания достаточно высокой частоты. Диапазон частот колебаний лежит в пределах от 50 до 250 МГц. Такие высокочастотные колебания недопустимы, так как это может стать причиной скачков напряжения на затворе, излучения радиочастотных помех, высоких потерь на переключение, способных вывести из строя конечное изделие.

 

Добавление индуктивности типа Ferrite bead1

Данный тип индуктивности представляет собой ферритовый цилиндр с отверстием в оси для проводника. Находит широкое применение для подавления радиочастотных помех.

Добавление индуктивного элемента Ferrite bead с резистором на затворе силового транзистора (рис. 2) устранило паразитные колебания при минимизировании потерь на переключение. Фактически добавление индуктивности более эффективно, чем использование резистора на затворе, так как ее импеданс прямо пропорционален частоте. Ширина полосы пропускания сигнала, поступающего с драйвера управления затвором, около 2 МГц, тогда как частота, на которой возникают паразитные колебания, составляет 50–250 МГц. Поэтому импеданс индуктивного элемента по отношению к частоте шумовых колебаний в 25–125 раз выше, чем по отношению к сигналу с драйвера. Высокое сопротивление индуктивности достаточно эффективно блокирует помехи, вызванные протеканием тока от истока к затвору. Более надежно паразитные колебания могут быть устранены при использовании индуктивности достаточной величины и, наравне с этим, при проведении демпфирования резистором затвора.

Рис. 2. Индуктивный элемент Ferrite bead с резистором на затворе силового транзистора

Для подавления помех элементы Ferrite bead могут использоваться не только на параллельно установленных транзисторах. При этом будет достигаться тот же эффект: высокочастотные шумы на затворе будут блокироваться, устраняя любые попытки возникновения колебаний.

На рис. 3 показаны переходные процессы в момент выключения двух параллельно соединенных полевых транзисторов MOSFET — APT5024BLL. В эту серию были последовательно добавлены индуктивные элементы с резисторами сопротивлением 4,3 Ом на каждом затворе. Включение параллельно соединенных полевых транзисторов происходит с теми же колебаниями, что и выключение.

Рис. 3. Момент выключения двух APT5024BLL

На рис. 4 изображены осциллограммы при включении двух параллельных силовых транзисторов APT50M65LLL, на затворе каждого из которых размещен резистор сопротивлением 4,3 Ом. Характеристики этих же устройств изображены на рис. 5, но только уже с затворными резисторами сопротивлением 1 Ом и индуктивными элементами Ferrite bead маленькой величины на каждом затворе. Колебание устранено, но при этом пришлось смириться с 8-процентным увеличением энергии, затрачиваемой на включение, и незначительным увеличением задержки при включении.

Рис. 4. Момент включения двух APT50M65LLL с наличием затворных резисторов

Рис. 5. Момент включения двух APT50M65LLL с наличием резисторов и Ferrite bead на затворе

Рис. 6 показывает возникновение колебаний при выключении силовых транзисторов с одним сопротивлением на затворе без индуктивного элемента, а на рис. 7 (при добавлении индуктивности к затвору) генерация исчезает. Как и на рис. 4–5, здесь использовались резисторы сопротивлениями 4,3 Ом и 1 Ом в комбинации с индуктивностями Ferrite bead. В этот раз индуктивные элементы меньшего сопротивления привели к уменьшению энергии, затрачиваемой на выключение, несмотря на то, что задержка на выключение возросла. Заметим, что затворы на рис. 7 на грани генерации, поэтому для оптимального результата необходимо немного повысить сопротивление на затворе.

Рис. 6. Начало процесса включения транзисторов

Рис. 7. Окончание процесса включения транзисторов

Если для устранения колебаний использовались бы только резисторы (рис. 1 и 4), энергии, затрачиваемые на переключение транзисторов, были бы больше, чем при использовании индуктивностей Ferrite bead на каждом затворе.

Добавление индуктивных элементов — достаточно привлекательное решение. Они недороги, малы и просты при использовании. На сегодня доступен широкий ассортимент индуктивностей Ferrite bead с различными параметрами. Энергия, затрачиваемая на переключение, может быть оптимизирована экспериментальным путем различными комбинациями сопротивлений и индуктивностей. Некоторые индуктивности имеют достаточно гибкое сопротивление с монотонной частотной характеристикой. Если индуктивности достаточно большие и не имеют потерь, затворные резисторы могут не использоваться.

 

Альтернативные решения устранения паразитных колебаний

Контурные площадки

Может показаться лишним добавление индуктивности Ferrite bead к цепи управления затворами, решающей проблему паразитных колебаний. Лучшие решения, реализованные на практике, рекомендуют проводить уменьшение индуктивности драйвера управления затвором путем использования плотной компоновки схемы. Однако ключ с компоновкой драйвера управления затвором обладает недостаточной индуктивностью. Поэтому предпочтительным решением выглядит контурная площадка. Проблема возникает из-за ее большой площади и заключается в том, что контур выступает как антенна, которая принимает высокочастотные шумы. Длинный вывод драйвера управления затвором фактически устраняет колебания благодаря повышению паразитной индуктивности самого драйвера.

Применение стабилитронов

Установка стабилитронов между выводами затвора и истока эффективна при подавлении шумов, возникающих на низких частотах переключения, и при наличии длинного вывода драйвера управления затвором. Однако стабилитроны неэффективны при подавлении шумов на частоте в десятки мегагерц.

На рис. 8 показана частотная характеристика стабилитрона (номинальное напряжение 15 В, корпус DO-41). Выводы диода были обрезаны до длины 5 мм, необходимой для установки диода на поверхность печатной платы. На частоте вплоть до 250 МГц импеданс корпуса стабилитрона является чисто емкостным, на высших частотах преобладает индуктивное сопротивление корпуса, что позволяет диоду выступать в качестве катушки индуктивности. Так же, как и у обычных диодов, емкостное сопротивление стабилитрона уменьшается с повышением напряжения обратного смещения.

Рис. 8. Частотная характеристика стабилитрона

Наличие стабилитрона, приложенного к затвору, повышает зависимое от напряжения и частоты емкостное сопротивление колебательного RLC-контура, где могут возникнуть паразитные колебания. Добавленное сопротивление не играет никакой роли, так как емкостное сопротивление стабилитрона по сравнению с входным емкостным сопротивлением MOSFET полевого транзистора незначительно.

С тех пор как помещение стабилитрона между затвором и истоком перестало приносить значительные результаты (при подавлении высокочастотных шумов и паразитных колебаний), стало лучше обходиться без них. Однако они могут быть полезны для подавления низкочастотных шумов, таких, которые возникают, например, при управлении двигателем драйвером управления затворами с длинными выводами.

 

Заключение

Мощные MOSFET имеют много преимуществ. При правильном применении они улучшают всю конструкцию системы, которая часто содержит меньше компонентов, легче, компактнее и имеет лучшие характеристики, чем те, которые могут быть достигнуты на приборах другого типа.

Так же, как и все мощные полупроводниковые приборы, мощные MOSFET имеют свои собственные маленькие технические тонкости, которые необходимо соблюдать при использовании силовых транзисторов в процессе работы:

• Паразитные колебания между двумя параллельно установленными полевыми транзисторами недопустимы, так как значительно уменьшается надежность, эффективность устройства.
• Индуктивности Ferrite bead очень эффективны в устранении паразитных колебаний до тех пор, пока уменьшаются потери на переключения, так как они действуют как частотнозависимый затворный резистор.
• Установка стабилитрона между затвором и истоком не контролирует высокочастотные паразитные колебания.

Если эти тонкости правильно понять и соблюдать, потенциальные ловушки могут быть легко преодолены при минимальных затратах. Это повышает возможности устройства и его эффективность на высоких частотах.  

Литература

1. Jonathan Dodge. Eliminating parasitic oscillations between parallel MOSFETs. AN APT-0402 Rev A. № 8.

Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) -…

Полевой транзистор с изолированным затвором (IGFET), также известный как полевой транзистор на основе оксида металла (MOSFET), является производным от поля эффектный транзистор (FET). Сегодня большинство транзисторов относятся к типу MOSFET и являются компонентами цифровых интегральных схем. Хотя дискретных BJT больше, чем дискретных MOSFET. Количество MOSFET-транзисторов в интегральной схеме может достигать сотен миллионов. Размеры отдельных устройств MOSFET составляют менее микрона и уменьшаются каждые 18 месяцев. Гораздо большие полевые МОП-транзисторы способны переключать ток почти 100 ампер при низком напряжении; некоторые выдерживают почти 1000 В при более низких токах. Эти устройства занимают значительную долю квадратного сантиметра кремния. МОП-транзисторы находят гораздо более широкое применение, чем JFET. Однако силовые МОП-транзисторы в настоящее время не так широко используются, как транзисторы с биполярным переходом.

МОП-транзистор имеет клеммы истока, затвора и стока, как и у полевого транзистора. Однако вывод затвора не имеет прямого соединения с кремнием по сравнению с корпусом полевого транзистора. Затвор MOSFET представляет собой слой металла или поликремния поверх изолятора из диоксида кремния. Затвор похож на конденсатор металл-оксид-полупроводник (MOS) на рисунке ниже. При зарядке пластины конденсатора принимают полярность заряда соответствующих клемм аккумулятора. Нижняя пластина представляет собой кремний P-типа, электроны которого отталкиваются отрицательной (-) клеммой батареи по направлению к оксиду и притягиваются положительной (+) верхней пластиной. Этот избыток электронов вблизи оксида создает инвертированный (избыток электронов) канал под оксидом. Этот канал также сопровождается обедненной областью, изолирующей канал от объемной кремниевой подложки.

N-канальный МОП-конденсатор: (а) не заряжен, (б) заряжен.

На рисунке ниже (а) МОП-конденсатор помещен между парой диффузоров N-типа в подложке P-типа. Без заряда на конденсаторе, без смещения на затворе диффузии N-типа, исток и сток остаются электрически изолированными.

N-канальный МОП-транзистор (улучшенный тип): (a) смещение затвора 0 В, (b) положительное смещение затвора.

Положительное смещение, подаваемое на затвор, заряжает конденсатор (затвор). Затвор на оксиде получает положительный заряд от батареи смещения затвора. Подложка P-типа под затвором приобретает отрицательный заряд. Под затворным оксидом формируется инверсионная область с избытком электронов. Эта область теперь соединяет области N-типа истока и стока, образуя непрерывную N-область от истока до стока. Таким образом, МОП-транзистор, как и полевой транзистор, является униполярным устройством. Один тип носителей заряда отвечает за проводимость. Этот пример представляет собой N-канальный МОП-транзистор. Проведение большого тока от истока к стоку возможно при приложении напряжения между этими соединениями. Практическая схема будет иметь нагрузку последовательно с батареей стока на рисунке выше (b).

МОП-транзистор, описанный выше на рисунке выше, известен как МОП-транзистор с режимом расширения . Непроводящий, выключенный канал включается путем усиления канала ниже затвора приложением смещения. Это самый распространенный вид устройств. Другие виды МОП-транзисторов здесь описываться не будут. См. главу «Полевой транзистор с изолированным затвором» для устройства с режимом обеднения .

МОП-транзистор, как и полевой транзистор, является устройством, управляемым напряжением. Вход напряжения на затвор управляет потоком тока от истока к стоку. Затвор не потребляет постоянный ток. Тем не менее, затвор потребляет бросок тока для зарядки емкости затвора.

Поперечное сечение N-канального дискретного МОП-транзистора показано на рисунке ниже (а). Дискретные устройства обычно оптимизированы для коммутации высокой мощности. N ⁺ указывает на то, что исток и сток сильно легированы N-типом. Это сводит к минимуму резистивные потери на пути сильного тока от истока к стоку. N ^— указывает на легкое легирование. P-область под затвором, между истоком и стоком, можно инвертировать, приложив положительное напряжение смещения. Профиль легирования представляет собой поперечное сечение, которое может быть расположено в виде змеевика на кремниевой матрице. Это значительно увеличивает площадь, а следовательно, и текущую управляемость.

N-канальный МОП-транзистор (тип улучшения): (а) поперечное сечение, (б) условное обозначение.

Схематический символ MOSFET на рисунке выше (b) показывает «плавающий» затвор, что указывает на отсутствие прямого соединения с кремниевой подложкой. Пунктирная линия от истока к стоку указывает на то, что это устройство выключено, не проводит ток и имеет нулевое смещение на затворе. Обычно «выключенный» полевой МОП-транзистор — это устройство, работающее в расширенном режиме. Канал должен быть улучшен за счет приложения смещения к затвору для проводимости. «Направленный» конец стрелки подложки соответствует материалу P-типа, который указывает на канал N-типа, «ненаправленный» конец. Это символ N-канального полевого МОП-транзистора. Стрелка указывает в противоположном направлении для устройства P-канала (не показано). МОП-транзисторы представляют собой четыре терминальных устройства: исток, затвор, сток и подложка. Подложка подключается к истоку дискретными полевыми МОП-транзисторами, что делает корпусную часть устройством с тремя выводами. МОП-транзисторы, являющиеся частью интегральной схемы, имеют подложку, общую для всех устройств, если они не изолированы намеренно. Это общее соединение может быть выведено из кристалла для соединения с землей или напряжением смещения источника питания.

N-канальный транзистор «V-MOS»: (а) сечение, (б) условное обозначение.

Устройство V-MOS на (рис. выше) представляет собой усовершенствованный мощный полевой МОП-транзистор с профилем легирования, обеспечивающим более низкое сопротивление истока и стока в открытом состоянии. VMOS получил свое название от V-образной области затвора, которая увеличивает площадь поперечного сечения пути исток-сток. Это минимизирует потери и позволяет переключать более высокие уровни мощности. УМОС, вариант с использованием П-образной канавки, более воспроизводим в производстве.

• МОП-транзисторы представляют собой устройства с однополярной проводимостью, проводящие с одним типом носителей заряда, как и полевые транзисторы, но в отличие от биполярных транзисторов.
• МОП-транзистор — это устройство, управляемое напряжением, такое как полевой транзистор. Вход напряжения затвора управляет током исток-сток.
• Затвор MOSFET не потребляет непрерывный ток, за исключением утечки. Однако для заряда емкости затвора требуется значительный начальный бросок тока.

Предыдущая страницаСледующая страница

Используйте клавиши со стрелками влево и вправо для перехода между страницами.

Проведите пальцем влево и вправо для смены страниц.

Изучение характеристик и рабочих характеристик полевых транзисторов (FET) с использованием µStat-i 400

В последние годы полевые транзисторы (FET) стали чаще использоваться в качестве сенсорной платформы для множества электрохимических и биологических приложений.

Эти устройства являются перспективными биоэлектронными преобразователями, позволяющими работать как при низком потенциале, так и при стабильных потенциометрических измерениях. В настоящее время полевые транзисторы рассматриваются в научном сообществе как привлекательная альтернатива использованию обычных систем электрохимического обнаружения.

В данных рекомендациях по применению содержится подробное руководство по эксплуатации бипотенциостатов Metrohm DropSens для определения характеристик полевых транзисторов и их использования в качестве преобразователей. Одно устройство µStat-i 400, небольшой портативный бипотенциостат и гальваностат, используется для демонстрации следующих экспериментов.

Когда полевые транзисторы (FET) должным образом функционализированы соответствующими элементами биораспознавания, такими как антитела или ферменты, показано, что они предлагают уникальную платформу для специфической и безметочной передачи биохимических событий в реальном времени. Например, правильно функционирующие полевые транзисторы могут обнаруживать присутствие газов, ионов и вирусов и даже отслеживать рост клеток в режиме реального времени.

Эти биосенсоры на основе полевых транзисторов работают с электрическим полем, которое модулирует носители заряда через полупроводниковый материал. Такие биосенсоры могут напрямую преобразовывать определенные биологические взаимодействия непосредственно в электрические сигналы без необходимости использования электроактивной метки.

Metrohm DropSens µStat-i 400 использовался для демонстрации того, как подключать аксессуары и проводить эксперименты с полевыми транзисторами. Этот прибор представляет собой портативный бипотенциостат и гальваностат, который может работать без проводов или подключаться к компьютеру с помощью USB-кабеля. Прибор управляется с помощью программного обеспечения DropView 8400, специального и простого в использовании интуитивно понятного программного обеспечения, которое позволяет пользователям выполнять электрохимические измерения и просматривать полученный графический сигнал в режиме реального времени.

Рисунок 1. а) Платформа AUFET30 для изготовления полевых транзисторов. (b) Разъем BIDSCFET.

Metrohm DropSens также предлагает электрохимический преобразователь AUFET30 (рис. 1a) , закрепленный на пластиковой подложке. Эта платформа имеет копланарную компоновку, объединяющую все электроды (канал сток-исток и затвор) в единую деталь для упрощения изготовления полевых транзисторов. Такая конфигурация всегда обеспечивает одинаковое расстояние между электродами и упрощает модификацию канала полупроводниковым материалом. Канал сток-исток представляет собой встречно-штыревую систему из шести полос в каждом электроде. Ширина зазора полос составляет 30 мкм, а длина полос 270 мкм. Электрод затвора представляет собой квадратный электрод (9мм ² ) и размещается в 2 мм от канала сток-исток.

Специальный разъем BIDSCFET (рис. 1b) был разработан для простого подключения AUFET30 к любому прибору. Здесь AUFET30 показан в слоте, расположенном на передней стороне этого разъема, а сзади есть четыре гнездовых разъема типа «банан», которые соответствуют цветам штекерных разъемов типа «банан» прилагаемых кабелей для интуитивно понятной настройки.

Подключение полевого транзистора

Рис. 2. Этикетки для 5 различных разъемов типа «банан»

Кабельный разъем I-BICABSTAT входит в комплект поставки бипотенциостата/гальваностата µStat-i 400. Этот кабель имеет 5 штекерных разъемов типа «банан», обозначенных, как описано в Рисунок 2 .

Для проведения экспериментов с полевыми транзисторами описываются различные способы подключения в зависимости от желаемого экспериментального применения.

Подключение для характеристики FET

При характеристике полевого транзистора ток сток-исток (I _D-S ) обычно оценивается путем свипирования напряжения сток-исток (V _D-S ) при различных шагах напряжения затвор-исток (V _G-S ). Таким образом, расположение соединений выглядит следующим образом: 

• разъем типа «банан» XWE2 (желтый) подключается к электроду затвора .
Штыревые разъемы
• R (синий) и A (черный) подключаются к электроду источника .
Штыревые разъемы
• WE1 (красный) и S (красный) подсоединяются к дренажному электроду .

После выполнения подключений выберите 9Метод 0112 LSV+AD в программном обеспечении DropView 8400. Параметры эксперимента можно настроить в окнах параметров программного обеспечения.

• Ebegin: начальное значение для V _D-S
• Конец: Окончательное значение для V _D-S
• E2: Напряжение затвора В _G-S

Рис. 3. График зависимости ID-S (синий) и IG-S (красный) от VD-S, полученный при разных значениях VG-S с помощью программного обеспечения DropView 8400.

Для определения характеристик проводится несколько экспериментов LSV+AD при изменении V _G-S . Во время эксперимента в области графического дисплея одновременно строятся две кривые: синяя, соответствующая I _D-S vs V _D-S , и красная, соответствующая I _G vs V _D-S . После выполнения различных экспериментов LSV+AD область графического отображения показывает график, аналогичный графику в Рисунок 3 .

Синие линии показывают линейную зависимость между I _D-S и V _D-S , полученную при различных значениях V _G-S в диапазоне от -0,40 В до +0,40 В. Линейная зависимость для оцениваемого устройства подтверждает, что омический контакт сохраняется. между золотыми электродами канала сток-исток и подстилающей полупроводниковой пленкой.

Соединение для передаточных кривых I-V: развертка напряжения затвор-исток с применением фиксированного напряжения в канале сток-исток

Для получения типичных передаточных кривых ток сток-исток (I _D-S ) регистрируется при фиксированном напряжении, в то время как V _G-S качается. После характеристики ( Рисунок 3 ) можно наблюдать большой разброс значений I _D-S в зависимости от примененного V _G-S при V _D-S +0,40 В. По этой причине это значение V _D-S (+0,40 В) был выбран для проведения следующего эксперимента с передаточными кривыми. Порядок работы очень похож на предыдущее описание, но соединения должны быть выполнены, как описано ниже.

Порядок работы очень похож на предыдущее описание, но соединения должны быть выполнены, как описано ниже.

• Банановые разъемы WE1 (красный) и S (красный) подключаются к электроду Gate .
Штыревые разъемы
• R (синий) и A (черный) подключаются к электроду источника .
Разъем типа «банан»
• XWE2 (желтый) подключается к дренажному электроду .

После выполнения подключений выберите 9Метод 0112 LSV+AD в программном обеспечении DropView 8400. Параметры эксперимента можно настроить в окнах параметров программного обеспечения.

• Ebegin: начальное значение для V _G-S
• Конец: конечное значение для V _G-S
• E2 : напряжение сток-исток

Рис. 4. График кривой передачи I-V (ID-S, красная линия) и тока утечки (IG-S, синяя линия) в зависимости от VG-S, полученный с помощью программного обеспечения DropView 8400.

После запуска эксперимента в области графического дисплея одновременно отображаются две кривые: красная, соответствующая названной кривой переноса I-V (I _D-S vs V _G-S ), и синяя, относящаяся к току утечки ( I _G-S против V _G-S ) (рис. 4) .

Подключение для непрерывных измерений

Рис. 5. а) Часть окна параметров в DropView 8400, где необходимо выбрать количество каналов. (b) Вкладка многоканального параметра в окне параметров, где E канала 1 соответствует VG-S, а E канала 2 соответствует VD-S.

Для некоторых приложений необходимо проводить измерения в непрерывном режиме, поскольку после выбора оптимальных параметров между затвором и истоком подается фиксированное напряжение, а на сток также подается другое фиксированное напряжение. В этом случае операционная установка такая же, как и для кривых переноса. Однако в этом случае используется другая техника. Амперометрическое обнаружение выбирается в программном обеспечении DropView 8400. В окнах параметров программы выберите «2» в качестве количества каналов ( Рисунок 5а ). Затем щелкните вкладку «Многоканальный параметр» внутри окна параметров ( рис. 5b ), затем установите напряжение затвор-исток в канале 1 и напряжение сток-исток в канале 2.