Полевой транзистор как открыть: Как открыть полевой транзистор — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Как открыть полевой транзистор

В этой статье мы рассмотрим работу МОП-транзистора.

Виды МОП-транзисторов

Здесь работает правило два по два (2х2). В каждом семействе по два вида:

Из всех этих 4 разновидностей, наверное не ошибусь, если скажу, что самый употребимый транзистор считается именно N-канальный с индуцированным каналом:

Именно с него мы и начнем наш путь в мир современной электроники.

Режим отсечки

Давайте познакомимся с нашим героем. У нас в гостях N-канальный МОП-транзистор с индуцированным каналом:

Судя по гравировке, звать его IRFZ44N. Выводы слева-направо: Затвор, Сток и Исток.

Что будем делать с этим куском кремния? Раз уж он есть, то давайте заставим его пахать. Для начала соберем вот такую простенькую схемку ключа:

Напряжение на крокодилы идет с блока питания Bat, но лампочка не горит. Следовательно, в данный момент никакого движения электрического тока через канал Стока и Истока нет.

Это аналогично этому рисунку (только тут без лампочки):

Ток не бежит, потому что у нас там эквивалентный диод VD2, который препятствует протеканию тока.

Об этом я еще говорил в прошлой статье.

На амперметре блока питания также по нулям, что говорит о том, что тока вообще нет никакого.

Почему Затвор у нас висит без дела? Не порядок. Надо его тоже задействовать. Чем у нас занимается Затвор в полевых транзисторах? Управляет потоком основных носителей. А что такое поток заряженных частиц, которые движутся в одном направлении? Да, все верно – это электрический ток ;-).

В опыте выше на Затворе сейчас почти ноль. Почему почти? Да потому что он все равно пытается ловить какие-то наводки, но это все равно не сказывается на работе схемы. В реальных схемах Затвор никогда нельзя оставлять без дела болтаться в воздухе. Он всегда должен быть соединен с чем-нибудь.

Так, что нам теперь надо сделать, чтобы начать управлять шириной канала Сток-Исток, а следовательно и менять сопротивление этого канала? Как мы помним из прошлой статьи, достаточно подать положительное напряжение относительно Истока на Затвор;-) Для этого возьмем второй блок питания и будем с помощью него менять напряжение на Затворе нашего транзистора. Сделаем все по такой схеме:

Вот так выглядит мой блок питания, который в схеме называется Bat2. С помощью него мы будем регулировать напряжение вручную от нуля и больше.

Так выглядит вся схема в реале, которую я нарисовал выше. Так как вольтметр на блоке питания стрелочный и неточный, поэтому напряжение будем мерять с помощью мультиметра, который я цепанул параллельно щупам Bat2:

Хоть я и сделал крутилку на ноль на Bat2, все равно он выдает каких-то 22 миллиВольта. На этот опыт эти доли милливольта никак не повлияют.

Устанавливаю 1 Вольт на Bat2:

Лампочка не горит, сила тока в цепи ноль Ампер:

Так ладно. Добавляем еще 1 Вольт, итого получаем 2 Вольта:

Лампочка не горит, на амперметре опять по нулям:

Ну ладно. Раз такое дело добавляем еще 1 Вольт. Итого 3 Вольта:

Да опять лампочка не зажглась!

Активный режим работы транзистора

И вот уже при каких-то 3,5 Вольт

Через лампочку начинает течь ток силой около 10 мА, но лампочка, естественно, пока что не горит. Ток слабоват.

. В даташите этот параметр указывается как V_GS(th), а в некоторых даташитах как V_GS(to). В даташите на мой транзистор это напряжение варьируется от 2 и до 4 Вольт при каких-то условиях (conditions):

Как вы видите, диапазон открытия этого транзистора может быть от 2 Вольт и до 4 Вольт. Но опять же, это при токе Стока от 250 мкА, как указано в даташите, а я замерял от 10 мА. Здесь также в условиях говорится, что напряжение между Истоком и Затвором должно быть такое же, как и напряжение между Стоком и Истоком. Так как мы не пытались замерить точное напряжение 5-ым знаком после запятой, для нас эти условия не имеют значения.

Как вы помните, у биполярных транзисторов транзистор начинал открываться только при напряжении на базе-эмиттере более 0,6-0,7 Вольт для кремниевых видов.

Неужели мы сегодня так и не зажжем лампочку? Зажжем, да еще как! Для того, чтобы чуток накалить нить лампы, мы просто добавляем напряжение на Затвор, покрутив крутилку блока питания Bat2.

Вуа-ля! Нить лампы стала слабенько гореть.

На амперметре видим значение около 1 Ампера:

При этом стал очень сильно греться сам транзистор. Почему? Давайте разберемся…

Почему греется транзистор

Итак, раз мы с помощью Затвора стали управлять сопротивлением канала Сток-Исток, то грубо говоря, это у нас получился резистор R. Это и есть сопротивление канала Сток-Исток. При напряжении на Затворе в 0 Вольт, сопротивление этого резистора достигает очень большого значения, а следовательно, сила тока, протекающего через него, будет вообще микроАмперы. Закон Ома.

Так как резистор R включен последовательно в цепь, то вспоминаем правило шунта: на бОльшем сопротивлении падает бОльшее напряжение, а на меньшем сопротивлении падает меньшее напряжение. Также не забываем, что нить лампы тоже обладает сопротивлением, поэтому рисунок у нас примет вот такой вид:

В первом случае у нас на Затвор ничего не подавалось и транзистор был в закрытом состоянии. Как только мы стали подавать напругу на Затвор, то у нас сопротивление канала стало меняться, а следовательно и падение напряжение на резисторе R и проходящий через него ток. Получился типичный делитель напряжения. В этом случае на резисторе R падает какое-то напряжение и через него течет приличная сила тока. В нашем случае почти 1 Ампер. Значит, мощность, рассеиваемая на транзисторе, будет равняться падению напряжения на Сток-Истоке помноженной на силу тока через Сток-Исток или просто на ток Стока или буквами:

где R – это сопротивление канала Сток-Исток

I_C

– ток, проходящий через канал (ток Стока)

А что такое мощность, рассеиваемая на радиоэлементе? Это и есть тепло. Поэтому в нашем случае транзистор нагрелся очень сильно. Опыт пришлось приостановить.

Значит, самые щадящие режимы для МОП-транзистора – это когда канал полностью открыт. В этом случае у нас сопротивление канала достигает сотые доли Ома. Либо когда канал полностью закрыт. В этом случае сила тока, проходящая через канал, будет достигать тока утечки между Стоком и Истоком. А это микроАмперы. В этих двух случаях транзистор будет холодным, как айсберг в океане. Поэтому такой транзистор предназначен в основном для работы в ключевом режиме, где как раз и используются эти два режима.

Режим насыщения МОП-транзистора

Для того, чтобы полностью открыть транзистор, достаточно будет просто подать чуть больше напряжения для полного открытия канала. В моем случае это составило 4,2 Вольта и выше:

Как вы видите, лампочка горит в полный накал. Сопротивление канала в этом случае минимальное.

Лампа ест свои честные 1,69 Ампер:

Умножайте силу тока на напряжение и получаем потребляемую мощность лампочки. Итого P=IU=12 Вх1,69 А=20,28 Ватт

А на лампочке написано 21 Ватт:

Ладно, спишем на погрешность и на то, что лампа еще не раскочегарилась.

Транзистор в этом случае остается холодным и ни капельки не греется.

Предельные параметры и графические зависимости

Раз уж транзистор полностью открылся, то можно ли еще подавать напряжение на Затвор? Можно. Но при этом лампочка уже ярче светить не будет. Оно и понятно, так как лампочка итак горит уже на всю мощь, а сопротивление канала достигло уже почти нуля. Какое максимальное напряжение можно подать на Затвор? Смотрим даташит и находим что-то типа максимальных параметров (Absolute Maximum Ratings)

Находим параметр V_GS, что обозначает напряжение между Затвором и Истоком. В нашем случае это напряжение на Bat2. Смотрим на даташит и видим, что максимальное напряжение, которое можно подать – это +-20 Вольт. Напряжение более 20 Вольт в обе стороны пробьет тончайший слой диэлектрика, в нашем случае это оксид кремния, и транзистору придет жопа. Значит, мы можем спокойно подавать от 0 и до 20 Вольт на Затвор, не боясь что транзистор уйдет на тот свет.

Также для нас могут представлять интерес такие параметры, как максимальная сила тока, которая может течь через канал Сток-Исток. В даташите такой параметр обозначается как I_D(ток Стока).

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

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

Так как транзистор с индуцированным каналом в основном используется в импульсном и ключевом режиме, поэтому нам важен такой параметр как сопротивление канала полностью открытого транзистора. В даташите он указывается как R_DS(on)

Как мы видим всего 17,5 миллиОм. Или 0,017 Ом. Тысячные доли Ома! Давайте предположим, что мы пропускаем через открытый транзистор максимальный ток в 49 Ампер. Какая мощность будет рассеиваться на транзисторе в этом случае? Формула мощности через силу тока и сопротивление выглядит вот так: P=I 2 R= 49 2 x 0,017 = 41 Ватт.

А максимальная мощность, которую может рассеять транзистор – это 94 Ватта.

Основные параметры полевых МОП-транзисторов указываются в основном сразу на первой страничке даташита в отдельной рамке.

Также различные зависимости одних параметров от других можно увидеть в даташите. Очень информативно и наглядно.

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

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

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

Интересное свойство МОП-транзистора

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

Для наглядности вместо переключателя я использовал проводок от макетной платы.

В данном случае лампочка не горит. А с чего ей гореть то? На Затворе то у нас голимый ноль, поэтому канал закрыт.

На фото ниже показан этот случай.

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

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

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

Даже если откинуть проводок от Затвора, все равно лампочка продолжает гореть как ни в чем не бывало!

Почему так происходит? Здесь надо вспомнить внутреннее строение самого МОПа.

Вот эта часть вам ничего не напоминает?

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

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

Ключ на МОП транзисторе

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

При включении выключателя S цепь стает замкнутой и лампочка загорается

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

Красота! То есть как только я убрал напряжение от Затвора, Затвор притянуло к минусу через резистор и на нем стал нулевой потенциал. А раз на Затворе ноль, то и канал Сток-Исток закрыт. Если снова подам напряжение на Затвор, то у нас на мегаомном резисторе упадет напряжение питания, которое будет все оседать на Затворе и транзистор снова откроется. На бОльшем сопротивлении падает бОльшее напряжение ;-). Не забываем золотое правило. Резистор в основном берут от 100 КилоОм и до 1 МегаОма (можно и больше).

Так как МОП-транзисторы с индуцированным каналом в основном используются в цифровой и импульсной технике, из них получаются отличные транзисторные ключи, в отличие от ключа на биполярном транзисторе.

Чего боится МОП-транзистор

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

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

В этой статье мы рассмотрим работу МОП-транзистора.

Виды МОП-транзисторов

Здесь работает правило два по два (2х2). В каждом семействе по два вида:

Именно с него мы и начнем наш путь в мир современной электроники.

Режим отсечки

Давайте познакомимся с нашим героем. У нас в гостях N-канальный МОП-транзистор с индуцированным каналом:

Судя по гравировке, звать его IRFZ44N. Выводы слева-направо: Затвор, Сток и Исток.

Это аналогично этому рисунку (только тут без лампочки):

Ток не бежит, потому что у нас там эквивалентный диод VD2, который препятствует протеканию тока.

Об этом я еще говорил в прошлой статье.

На амперметре блока питания также по нулям, что говорит о том, что тока вообще нет никакого.

Устанавливаю 1 Вольт на Bat2:

Лампочка не горит, сила тока в цепи ноль Ампер:

Так ладно. Добавляем еще 1 Вольт, итого получаем 2 Вольта:

Лампочка не горит, на амперметре опять по нулям:

Ну ладно. Раз такое дело добавляем еще 1 Вольт. Итого 3 Вольта:

Да опять лампочка не зажглась!

Активный режим работы транзистора

И вот уже при каких-то 3,5 Вольт

Через лампочку начинает течь ток силой около 10 мА, но лампочка, естественно, пока что не горит. Ток слабоват.

Во! Запомните этот момент! При этом напряжении транзистор начинает ОТКРЫВАТЬСЯ. Это значение у разных видов транзисторов разное. В основном от 0,5 и до 5 вольт. В даташите этот параметр называется как Gate threshold voltage, в переводе с англ. яз. – пороговое напряжение на Затворе для включения транзистора. В даташите этот параметр указывается как V_GS(th), а в некоторых даташитах как V_GS(to). В даташите на мой транзистор это напряжение варьируется от 2 и до 4 Вольт при каких-то условиях (conditions):

Вуа-ля! Нить лампы стала слабенько гореть.

На амперметре видим значение около 1 Ампера:

При этом стал очень сильно греться сам транзистор. Почему? Давайте разберемся…

Почему греется транзистор

где R – это сопротивление канала Сток-Исток

I_C – ток, проходящий через канал (ток Стока)

Режим насыщения МОП-транзистора

Как вы видите, лампочка горит в полный накал. Сопротивление канала в этом случае минимальное.

Лампа ест свои честные 1,69 Ампер:

Умножайте силу тока на напряжение и получаем потребляемую мощность лампочки. Итого P=IU=12 Вх1,69 А=20,28 Ватт

А на лампочке написано 21 Ватт:

Ладно, спишем на погрешность и на то, что лампа еще не раскочегарилась. Транзистор в этом случае остается холодным и ни капельки не греется.

Предельные параметры и графические зависимости

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

А максимальная мощность, которую может рассеять транзистор – это 94 Ватта.

Интересное свойство МОП-транзистора

Для наглядности вместо переключателя я использовал проводок от макетной платы.

На фото ниже показан этот случай.

Даже если откинуть проводок от Затвора, все равно лампочка продолжает гореть как ни в чем не бывало!

Почему так происходит? Здесь надо вспомнить внутреннее строение самого МОПа.

Вот эта часть вам ничего не напоминает?

Ключ на МОП транзисторе

При включении выключателя S цепь стает замкнутой и лампочка загорается

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

Чего боится МОП-транзистор

Добрый день, друзья!

Недавно мы с вами начали плотнее знакомились с тем, как устроено компьютерное «железо». И познакомились одним из его «кирпичиков» — полупроводниковым диодом. Компьютер – это сложная система, состоящая из отдельных частей. Разбирая, как работают эти отдельные части (большие и малые), мы приобретаем знание.

Обретая знание, мы получаем шанс помочь своему железному другу-компьютеру, если он вдруг забарахлит. Мы же ведь в ответе за тех, кого приручили, не правда ли?

Сегодня мы продолжим это интересное дело, и попробуем разобраться, как работает самый, пожалуй, главный «кирпичик» электроники – транзистор. Из всех видов транзисторов (их немало) мы ограничимся сейчас рассмотрением работы полевых транзисторов.

Почему транзистор – полевой?

Слово «транзистор» образовано от двух английских слов translate и resistor, то есть, иными словами, это преобразователь сопротивления.

Среди всего многообразия транзисторов есть и полевые, т.е. такие, которые управляются электрическим полем.

Электрическое поле создается напряжением. Таким образом, полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, управляемый напряжением.

В англоязычной литературе используется термин MOSFET (MOS Field Effect Transistor). Есть другие типы полупроводниковых транзисторов, в частности, биполярные, которые управляются током. При этом на управление затрачивается и некоторая мощность, так как к входным электродам необходимо прикладывать некоторое напряжение.

Канал полевого транзистора может быть открыт только напряжением, без протекания тока через входные электроды (за исключением очень небольшого тока утечки). Т.е. мощность на управление не затрачивается. На практике, однако, полевые транзисторы используются большей частью не в статическом режиме, а переключаются с некоторой частотой.

Конструкция полевого транзистора обуславливает наличие в нем внутренней переходной емкости, через которую при переключении протекает некоторый ток, зависящий от частоты (чем больше частота, тем больше ток). Так что, строго говоря, некоторая мощность на управление все-таки затрачивается.

Где используются полевые транзисторы?

Настоящий уровень технологии позволяет сделать сопротивление открытого канала мощного полевого транзистора (ПТ) достаточно малым – в несколько сотых или тысячных долей Ома!

И это является большим преимуществом, так как при протекании тока даже в десяток ампер рассеиваемая на ПТ мощность не превысит десятых или сотых долей Ватта.

Таким образом, можно отказаться от громоздких радиаторов или сильно уменьшить их размеры.

ПТ широко используются в компьютерных блоках питания и низковольтных импульсных стабилизаторах на материнской плате компьютера.

Из всего многообразия типов ПТ для этих целей используются ПТ с индуцированным каналом.

Как работает полевой транзистор?

ПТ с индуцированным каналом содержит три электрода — исток (source), сток (drain), и затвор (gate).

Принцип работы ПТ наполовину понятен из графического обозначения и названия электродов.

Канал ПТ – это «водяная труба», в которую втекает «вода» (поток заряженных частиц, образующих электрический ток) через «источник» (исток).

«Вода» вытекает из другого конца «трубы» через «слив» (сток). Затвор – это «кран», который открывает или перекрывает поток. Чтобы «вода» пошла по «трубе», надо создать в ней «давление», т.е. приложить напряжение между стоком и истоком.

Если напряжение не приложено («давления в системе нет»), тока в канале не будет.

Если приложено напряжение, то «открыть кран» можно подачей напряжения на затвор относительно истока.

Чем большее подано напряжение, тем сильнее открыт «кран», больше ток в канале «сток-исток» и меньше сопротивление канала.

В источниках питания ПТ используется в ключевом режиме, т.е. канал или полностью открыт, или полностью закрыт.

Честно сказать, принципы действия ПТ гораздо более сложны, он может работать не только в ключевом режиме. Его работа описывается многими заумными формулами, но мы не будем здесь все это описывать, а ограничимся этими простыми аналогиями.

Скажем только, что ПТ могут быть с n-каналом (при этом ток в канале создается отрицательно заряженными частицами) и p-каналом (ток создается положительно заряженными частицами). На графическом изображении у ПТ с n-каналом стрелка направлена внутрь, у ПТ с p-каналом – наружу.

Собственно, «труба» — это кусочек полупроводника (чаще всего – кремния) с примесями химических элементов различного типа, что обуславливает наличие положительных или отрицательных зарядов в канале.

Теперь переходим к практике и поговорим о том,

Как проверить полевой транзистор?

В норме сопротивление между любыми выводами ПТ бесконечно велико.

И, если тестер показывает какое-то небольшое сопротивление, то ПТ, скорее всего, пробит и подлежит замене.

Во многих ПТ имеется встроенный диод между стоком и истоком для защиты канала от обратного напряжения (напряжения обратной полярности).

Таким образом, если поставить «+» тестера (красный щуп, соединенный с «красным» входом тестера) на исток, а «-» (черный щуп, соединенный с черным входом тестера) на сток, то канал будет «звониться», как обычный диод в прямом направлении.

Это справедливо для ПТ с n-каналом. Для ПТ с p-каналом полярность щупов будет обратной.

Как проверить диод с помощью цифрового тестера, описано в соответствующей статье. Т.е. на участке «сток — исток» будет падать напряжение 500-600 мВ.

Если поменять полярность щупов, к диоду будет приложено обратное напряжение, он будет закрыт и тестер это зафиксирует.

Однако исправность защитного диода еще не говорит об исправности транзистора в целом. Более того, если «прозванивать» ПТ, не выпаивая из схемы, то из-за параллельно подключенных цепей не всегда можно сделать однозначный вывод даже об исправности защитного диода.

В таких случаях можно выпаять транзистор, и, используя небольшую схему для тестирования, однозначно ответить на вопрос – исправен ли ПТ или нет.

В исходном состоянии кнопка S1 разомкнута, напряжение на затворе относительно стока равно нулю. ПТ закрыт, и светодиод HL1 не светится.

При замыкании кнопки на резисторе R3 появляется падение напряжения (около 4 В), приложенное между истоком и затвором. ПТ открывается, и светодиод HL1 светится.

Эту схему можно собрать в виде модуля с разъемом для ПТ. Транзисторы в корпусе D2 pack (который предназначен для монтажа на печатную плату) в разъем не вставишь, но можно припаять к его электродам проводники, и уже их вставить в разъем. Для проверки ПТ с p-каналом полярность питания и светодиода нужно изменить на обратную.

Иногда полупроводниковые приборы выходят из строя бурно, с пиротехническими, дымовыми и световыми эффектами.

В этом случае на корпусе образуются дыры, он трескается или разлетается на куски. И можно сделать однозначный вывод об их неисправности, не прибегая к приборам.

В заключение скажем, что буквы MOS в аббревиатуре MOSFET расшифровываются как Metal — Oxide — Semiconductor (металл – оксид – полупроводник). Такова структура ПТ – металлический затвор («кран») отделен от канала из полупроводника слоем диэлектрика (оксида кремния).

Надеюсь, с «трубами», «кранами» и прочей «сантехникой» вы сегодня разобрались.

Однако, теория, как известно, без практики мертва! Надо обязательно поэкспериментировать с полевиками, поковыряться, повозиться с их проверкой, пощупать, так сказать.

Кстати, купить полевые транзисторы можно вот здесь .

Обсуждение: 55 комментариев

ЗАМЕЧАТЕЛЬНАЯ СТАТЬЯ… Правда — не проще дополнить — что любой транзистор — это просто два диода, и проверить тестером — 0.6 в падения. А у полевого — 0.4 Чем городить огород.

Игорь, «два диода» — это биполярный транзистор. У полевого — только один диод (защитный), включенный параллельно каналу. Это у тех полевиков, про которые я писал.

Опечатка: На схеме для проверки ПТ необходимо резистор R1 (1k) переименовать на R2 (1k)

Что работает? Полевик?

кажется нашёл, что искал, но всё равно irf3808 горят как спички, запитываю ПН от акб 12в 6о а/ч, а у фета 130 ампер.

Иваныч, у IRF3808 Vdss=75 В. А у преобразователя какое выходное напряжение?

понравилось,но извените-R1,R2 ПО 2КОМ а R3-1ком » На схеме для проверки ПТ необходимо резистор R1 (1k) переименовать на R2 (1k)».Виктор,скажите на сегодня в схеме-всё ок или нет.простите за непонятливость.С наступающим!

Да, я схему (точнее нумерацию элементов) давно подправил. В схеме все ок.
Николай, и Вас с наступающим Новым годом, и всего самого наилучшего!

Ув.Виктор!ответьте-как должно осуществляться если на схеме есть и «общий» и «земля»
даю цитату: Чтобы схема выглядела менее запутанно, общий провод нередко обозначают короткой утолщенной черточкой, соединенной с проводом, и такие же черточки ставят на концах выводов деталей, разбросанных по всей схеме. Это значит, естественно, что такие выводы нужно припаять к общему проводу.
Следует отличать обозначение общего провода от знака заземления, состоящего из трех параллельных черточек разной длины. Такой знак чаще всего встречается на схемах простых приемников, для хорошей работы которых нужна не только наружная антенна, но и заземление — проводник, подпаянный к зарытому в землю металлическому предмету. Как правило, заземляют общий провод конструкции.

Общий — это общий, земля — это земля. Выводы, подключенные к общему проводу, должны быть соединены между собой, иначе схема не будет работать. Во многих случаях схема будет работать нормально, если общий провод ее не заземлять. Например, в проверочной схеме в статье ее общий провод можно не заземлять — все и так будет работать.
Заземление нужно, нужно в частности, в силовых цепях для защиты от поражения электрическим током. На западе давно применяется трехпроводная система питания — фазный провод, нулевой провод и земля. Для нормальной работы защиты земельный провод должен быть соединен с металлическим штырем (их может быть несколько), вкопанным в землю.

Спасибо,вопрос возник ещё и потому,что в других схемах рисуют
на одной схеме вер_с_гор;вер_с_нескол.гор(как заземление)(может мно-гие СЕЙЧАС рисуют ЧТО ПОНРАВИТЬСЯ(как красивее).

Да, в этом вопросе существует некоторая путаница. Наверное, правильнее будет, если рисовать схемы, не требующие заземления, с одной горизонтальной чертой.

существуют полевые транзисторы как с n-каналом, так и с p-каналом, что используется при производстве комплементарных пар транзисторов.

Да, это в интегральной технологии очень широко используется. А если брать отдельно, то транзисторы с n-каналом используются гораздо чаще, чем с p-каналом.

Здравствуйте.По Вашей схеме можно проверить любые ПТ? Ведь они различаются по напряжению. Извините за дилетантский вопрос.

Геннадий, можно проверить ПТ с n-каналом. За все транзисторы говорить не буду (всего многообразия их не знаю). Большинство проверить можно.
При замыкании кнопки к затвору прилагается напряжение +4 В. Этого хватает, чтобы ПТ открылся, и сопротивление открытого канала стало небольшим. В то же время это меньше предельного напряжения исток-затвор, поэтому транзистор из строя не выйдет. Если придется проверять какой-то хитрый транзистор, надо посмотреть даташит. Главное здесь — чтобы канал был хорошо открыт, и прилагаемые напряжения не превысили максимально допустимых.

а слабо было сначала рассказать про ПТ с управляющим каналом хотя бы «n» типа и сказать , что он симметричный, что канал хоть «n» или «р» типа можно менять местами ток всё равно будет проходить не зависимо от полярности полупроводника на выводах стока и истока если на затворе нет напряжения И, только когда воздействовать на ток в канале поперечным полем . правильно. приложенному к затвору и одному из других электродов — можно остановить ток в канале.
А после, уже рассказать про ПТ со встроенным и индуцированным каналом, про то что у них затвор полностью изолирован от этих каналов и это одно из главных его свойств. потому как для индуцированного канала подача на затвор соответствующей полярности напряжения относительно подложки канал начинает пропускать ток, а отсутствие напряжения на затворе канал закрыт и не пропускает ток.
Что же касаемо ПТ с изолир. затвором и встроенным каналом — картина тока через встроенный канал отличается от выше перечисленных структур ПТ. Отличие в том, что канал пропускает незначительный ток от приложенного напряжения между стоком и истоком как и канал ПТ с управляющим p-n переходом о котором шла речь в самом начале. Но, почему говорим незначительный ток — да потому, что встроенный канал имеет туже проводимость что сток и исток только очень слабо легированную, в то время как сток и исток всегда сильно легированы так же как весь канал в ПТ с управляющим p-n переходом. Вот это и придает этому типу ПТ его характеристики и отличительные свойства от ПТ с индуцированным каналом и ПТ с управляющим p-n переходом.
Так что в ПТ со встроенным слаболегтрованым каналом — своя структура транзистора и его способ управления.
И как же он управляется и как при этом воздействует на ток в канале.
Очень просто: ток как уже стало понятно протекает но не значительный. Такое нас конечно не устраивает. Всем известны такие термины как «отсечка» и «обогащение» вот они то нам и помогут управлять этим полудохлым каналом. При подаче соответствующей полярности управляющего напряжения на затвор и исток канал можно настолько отсечь, выгнать из него основные носители зарядов соответствующего типа проводимости канала, что он полностью заглохнет. А поменяв полярность управляющего напряжения между затвором и истоком, можно создать условия для лавинного втягивания основных носителей зарядов соответствующего типа проводимости канала и он — этот канал, станет проводить большой ток насколько это возможно:))
Таким образом стало понятно как управлять тем или тем ПТ и все это благодаря только их структуры.(что за слово структура, хрень какая-то, просто скажем — внутреннего устройства, от которого и зависит способ подключения и управления)

KIRPICH, изложение работы ПТ велось применительно к компьютерной технике. Блог у меня о компьютерах. Поэтому и был рассмотрен только ПТ с индуцированным n-каналом. Такие как раз и используются в цифровой технике. ПТ в сильноточном стабилизаторе схемы питания ядра процессора, в блоке питания компьютера, в бесперебойных источниках питания как раз такие.
Была приведена простая аналогия, позволяющая уяснить принцип работы.
А так, да — существуют несколько типов ПТ. Но я не стал усложнять картину, и не рассказал об обогащенных и обедненных ПТ, об отсечке, крутизне, лавинном пробое, V-канавке, основных и неосновных носителях в канале.
Сколько терминов, скорее всего, сразу отпугнет новичка.
После Вашего коммента думаю — может, продолжение написать?

Приветствую, разобрал телевизор, который не включался. При включении в розетку и подключенном инверторе пищит(с одинаковым интервалом) полевой транзистор 2SK3532 на блоке питания. При отключении инвертора писк пропадает. Подскажите поможет ли замена или причина не в нем?

Иван, я не слышал, чтобы полевой транзистор пищал. В импульсных блоках питания если и пищит что, так это импульсный трансформатор.
Транзистор проверьте, как в статье описано. А вообще, надо ковырять всю схему.

Виктор! если не трудно расскажи о схеме отвертки-индикатора там наверное твоя проверочная схема задействона! подробно о пт! пробник-шток09050. спасибо. Викор .г.Тверь

Виктор, именно эту отвертку-индикатор я не ковырял. Могу предположить, что это обычный указатель напряжения. Скорее всего, там стоит обычная неоновая лампочка и последовательно с ней резистор. Если коснуться фазы 220 В концом отвертки и пальцем металлической площадки на торце, то через лампочку и тело человека потечет небольшой ток, и лампочка загорится, указывая на наличие напряжения.

Добрый вечер Виктор. Я прочитал вашу статью о ПТторе, все понятно и просто! Ест вопрос. Можноли заменить ПТ на биполярный т-р. С уважением Бахром Узбекистан.

Бахром, иногда можно, но далеко не всегда. Зависит от конкретной схемы. И полевые транзисторы — они ведь разных классов бывают.

Если я правильно понимаю, то:
S это исток (англ. source) — электрод, из которого в канал входят основные носители заряда;
D это сток (англ. drain) — электрод, через который из канала уходят основные носители заряда;
почему, исходя из Вашей схемы, входящее напряжение приложено к D (стоку) , а исходящее к S (истоку), учитывая, что ток «течет» от плюса к минусу ?

А что такое «входящее» и «исходящее» напряжение?
В ПТ с каналом n-типа основные носители — электроны, частицы с отрицательным зарядом. Исток их и поставляет.

Биполярныйй транзистор управляется током полевой полем. У биполярногооооо структура pnp или npn у полевого металл окисел полупроводник. Вот и думай Бахром можно заменить или нет. И диод еще для защиты от обратного напряжения.

Транзистор полевой

В современной цифровой электронике, транзисторы работают, как правило — в ключевом (импульсном) режиме: открыт-закрыт. Для таких режимов оптимально подходят – полевые транзисторы. Название «полевой» происходит от «электрическое поле». Это значит, что они управляются полем, которое образует напряжение, приложенное к управляющему электроду. Другое их название – униполярный транзистор. Так подчеркивается, что используются только одного типа носители заряда (электроны или дырки), в отличии от классического биполярного транзистора. «Полевики» по типу проводимости канала и типу носителей бывают двух видов: n-канальный – носители электроны и p-канальный – носители дырки. Транзистор имеет три вывода: исток, сток, затвор.

исток (source) — электрод, из которого в канал входят (истекают) носители заряда, источник носителей. В традиционной схеме включения, цепь истока n-канального транзистора подключается к минусу питания, p-канального — к плюсу питания.

сток (drain) — электрод, через который из канала выходят (стекают) носители заряда. В традиционной схеме включения, цепь стока n-канального транзистора подключается к плюсу питания, p-канального — к минусу питания.

затвор (gate) — управляющий электрод, регулирует поперечное сечения канала и соответственно ток протекающий через канал. Управление происходит напряжением между затвором и истоком – Vgs.

Полевые транзисторы бывают двух основных видов: с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором. С изолированным затвором делятся на: с встроенным и индуцированным каналом. На рис.1 изображены типы полевых транзисторов и их обозначения на схемах.

Рис.1. Типы полевых транзисторов и их схематическое обозначение.

«Полевик» с изолированным затвором и индуцированным каналом

Нас интересуют транзисторы Q5 и Q6. Именно они используются в цифровой и силовой электронике. Это полевые транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом. Их называют МОП (метал-оксид-полупроводник) или МДП (метал-диэлектрик-полупроводник) транзисторами. Английское название MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Таким названием подчеркивается, что затвор отделен слоем диэлектрика от проводящего канала. Жаргонные названия: «полевик», «мосфет», «ключ».

Индуцированный канал — означает, что проводимость в нем появляется, канал индуцируется носителями (открывается транзистор) только при подаче напряжения на затвор. В отличии от транзисторов Q3 и Q4 которые тоже МОП транзисторы, но со встроеным каналом, канал всегда открыт, даже при нулевом напряжении на затворе. Схематически, разница между этими двумя типами транзисторов на схемах обозначается сплошной (встроенный) или пунктирной (индуцированный) линией канала. Другое название индуцированного канала – обогащенный, встроенного – обеднённый.

Обратный диод

Технология изготовления МОП транзисторов такова, что образуются некоторые паразитные элементы, в частности биполярный транзистор, включенный параллельно силовым выводам. См. рис.2. Он оказывает негативное влияние на характеристики транзистора, поэтому технологической перемычкой замыкают вывод истока с подложкой (замыкают переход: база-эмиттер, паразитного транзистора), а оставшийся переход: коллектор-база, образует диод, включенный параллельно стоку-истоку, в направлении обратном протеканию тока (в классической схеме включения). Параметры этого диода производители уже могут контролировать, поэтому он не оказывает существенного влияния на работу транзистора. И даже наоборот, его наличие специально используется в некоторых схематических решениях.

Именно этот диод (стабилитрон) обозначается на схематическом изображении МОП транзистора, а технологическая перемычка показана стрелкой соединенной с истоком. Существуют и транзисторы без технологической перемычки, на их условном обозначения нет стрелкой.

В зависимости от модели транзистора, диод может быть, как и штатный – паразитный, низкочастотный, так и специально добавленный, с заданными характеристиками (высокочастотный или стабилитрон). Это указывается в документации к транзистору.

Рис.2. Паразитные элементы в составе полевого транзистора.

Основные преимущества MOSFET

меньшее потребление, высокий КПД. Транзисторы управляются напряжением, и в статике не потребляют ток управления.
простая схема управления. Схемы управления напряжением более просты, чем схемы управления током.
высокая скорость переключения. Отсутствуют неосновные носители. Следовательно не тратится время на их рассасывание. Частота работы сотни и тысячи килогерц
повышеная теплоустойчивость. С ростом температуры растет сопротивление канала, следовательно понижается ток, а это приводит к понижению температуры. Происходит саморегуляция.

Основные характеристики MOSFET

Vds(max) – максимальное напряжение сток-исток в закрытом состоянии транзистора
Rds(on) – активное сопротивление канала в открытом состоянии транзистора. Этот параметр указывают для определенных значений Vgs 10В или 4.5В или 2.5 В при которых сопротивление становится минимальным.
Vgs(th) – пороговое напряжение при котором транзистор начнет открываться.
Ids – максимальный постоянный ток через транзистор.
Ids(Imp) – импульсный (кратковременный) ток, который выдерживает транзистор.
Ciss, Crss, Coss – емкость затвор-исток (input), затвор-сток (reverse), сток-исток(output).
Qg – заряд который необходимо передать затвору для переключения.
Vgs(max) – максимальное допустимое напряжение затвор-исток.
t(on), t(of) – время переключения транзистора.
характеристики обратного диода сток-исток ( максимальный ток, падение напряжения, время восстановление)

Что еще нужно знать про полевой транзистор?

P-канальные транзисторы имеют хуже характеристики чем N-канальные. Меньше рабочая частота, больше сопротивление, больше площадь кристалла. Они реже используются и выпускаются в меньшем ассортименте.

МОП транзистор — потенциальный прибор и управляется напряжением (потенциалом), затвор отделен слоем диэлектрика , по сути это конденсатор и через него не протекает постоянный ток, поэтому он не потребляет ток управления в статике, но во время переключения требуется приличный ток для заряда-разряда емкости.

МОП транзистор имеет хоть и не большое, но активное сопротивление в открытом состоянии Rds. Это сопротивление уменьшается с ростом отпирающего напряжения и становится минимальным при определенном напряжении затвор-исток, 4.5В или 10В. По сути – это резистор, сопротивление которого управляется напряжением Vgs.

Vgs – управляющее напряжение, Vg-Vs. Если измерять относительно общего минуса, то: для n канального Vgs>0, для p канального Vgs<0 (красный провод вольтметра на затвор, черный на исток). У силовых транзисторов управляющее напряжение, при котором будет минимальное сопротивление – 10 вольт и больше. У низковольтных «полевиков», которые управляются логическими уровнями микросхем, оно составляет 4.5 вольт или 2.5В , для разных транзисторов. Общее правило: чем выше напряжение – тем транзистор лучше откроется, но это напряжение не должно превышать масимально допустимого Vgs(max).

Схема включения MOSFET

Традиционная, классическая схема включения «мосфет», работающего в режиме ключа (открыт-закрыт), приведена на рис 3. Это схема, с общим истоком. Она наиболее распространена, легка в реализации и имеет самый простой способ управления транзистором.

Нагрузку включают в цепь стока. Встроенный диод, оказывается включенным в обратном направлении и ток через него не протекает.

Для n-канального: исток на землю, сток через нагрузку к плюсу. Тогда для его открытия, на затвор нужно подать положительное напряжение, подтянуть к плюсу питания. При работе от ШИМ (широтно импульсный модулятор), открывать его будет положительный импульс.

Для p-канального: исток на плюс питания, сток через нагрузку на землю. Тогда для его открытия, на затвор нужно подать отрицательное напряжение, подтянуть к минусу питания (земле). При управлении от ШИМ, открывающим будет – отрицательный импульс (отсутствие импульса).

Рис. 3. Классическая схема включения MOSFET в ключевом режиме.

МОП транзистор, в открытом состоянии, будет пропускать ток как от истока к стоку, так и от стока к истоку. Также и нагрузку можно включать как в цепь стока, так и истока. Но при «нестандартном» включении, усложняется управление транзистором, так для n-канального может потребоваться, напряжение выше питания, а для p-канального – отрицательное напряжение ниже земли (двухполярное питание).

МОП транзисторы, используемые в цифровой электронике, делятся на два типа.

Мощные силовые – используются в импульсных преобразователях напряжения и в цепях питания.
Транзисторы логического уровня – используются как ключи, коммутируют различные сигналы и управляются микросхемами.

Транзисторы бывают в разных корпусах, с разным количеством выводов, часто в одном корпусе объединяют два транзистора.

Как управлять через оптопару полевым транзистором

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на управлении электрическим сопротивлением токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением.

В ходе проектирования электронного устройства, в котором подразумевается работа полевого транзистора в ключевом режиме, всегда необходимо правильно организовать адекватное управление данным ключом. Понятно, что затвор транзистора должен с определенной периодичностью, в определенные моменты времени, заряжаться и разряжаться.

За периодичность и моменты коммутации отвечает специальная часть схемы устройства, называемая контроллером. За скорость и качество переключения отвечает в свою очередь другая часть схемы — драйвер — он заряжает и разряжает затвор по сигналу получаемому от контроллера. Но как контроллер связывается с драйвером? Всегда ли уместно прямое соединение контроллера и драйвера? Не всегда!

Что если контроллер «сидит» на минусовой шине, а ключ должен (по условию разработки) находиться в изолированной части устройства, да еще и работать в цепи с достаточно высоким напряжением? Кто-то предложит использовать трансформатор управления затвором.

Дело в том, что трансформатор управления затвором подходит далеко не всегда, особенно если требуется получить исключительно правильную форму управляющего импульса на затворе полевого транзистора, тем более если затвор «тяжелый», то есть обладает емкостью в несколько нанофарад.

В лучшем случае к развязывающему трансформатору можно прибегнуть в составе изолированного блока питания драйвера ключа. Но опять же, как передать сигнал драйверу? Вот здесь как нельзя кстати и подойдет оптопара, например 6n137.

Типичная оптопара представляет собой микросхему, внутри которой с одной стороны находится светодиод, а с другой стороны — фототранзистор.

Когда через светодиод внутри оптопары проходит номинальный ток, фототранзистор, расположенный на некотором расстоянии от светодиода, на другой стороне внутри корпуса микросхемы (оптопары), реагирует на свет от светодиода так, словно на его базу подали управляющий сигнал.

Но прямого контакта при этом нет, энергия на «базу» фототранзистора передается фотонами света, не несущими электрического заряда. Поэтому «вход» и «выход» оптопары гальванически развязаны друг от друга, и напряжение изоляции здесь достигает нескольких киловольт. Именно поэтому для управления полевыми транзисторами часто прибегают к использованию оптопар.

Для примера давайте рассмотрим схему управления силовым полевым MOSFET транзистором STW48NM60N с использованием оптопары 6n137M, а в качестве драйвера применим микросхему UCC37321P. В итоге получим возможность управлять данным силовым ключом с помощью сигнала с амплитудой в 5 вольт и с током не более 10 мА.

Допустим, что силовая часть с ключом, драйвер и оптопара получают питание от изолированного блока питания, а контроллер питается отдельно. Главное здесь то, что вход оптопары гальванически изолирован от ее выхода и от цепей питания, а сопротивление изоляции «вход-выход» у оптопары гарантированно составляет как минимум 1000 гигаом.

На приведенной схеме изображен наш пример (для увеличенич нажмите на рисунок). Батареями показаны изолированные источники питания оптопары, драйвера и силовой части. На входе оптопары последовательно установлен резистор на 320 Ом, ограничивающий ток через внутренний светодиод оптопары значением в 10 мА (согласно даташиту на оптопару, падение напряжения на ее внутреннем светодиоде составляет 1,8 В при 10 мА). Источник управляющего сигнала имеет амплитуду 5 вольт относительно уровня нуля («земли»).

Выходная часть оптопары имеет управляющий вход включения — вывод 7, который сразу присоединен к источнику питания оптопары, чтобы она могла работать. Вывод 6 оптопары — это открытый коллектор фототранзистора, в цепь которого включен резистор номиналом 350 Ом.

Схема управления транзистором через оптопару работает так. Когда на входе оптопары положительный сигнал (напряжение высокого уровня), внутренний светодиод излучает свет; фототранзистор на ее выходе переходит в проводящее состояние, и подтягивает резистор 350 Ом к минусовой шине.

Падение напряжения на фототранзисторе (напряжение на 6 выводе оптопары) при этом становится 0,8 вольт. Данное напряжение в 0,8 вольт воспринимается входом драйвера (2 ножка драйвера) как напряжение низкого уровня.

А поскольку драйвер UCC37321P является инвертирующим, то на его выходе от этого действия устанавливается напряжение высокого уровня, которое оказывается в этот момент приложено к затвору транзистора (через токоограничительный резистор 1,5 Ом), и приводит к его отпиранию.

3 вывод драйвера — это вывод его «включения», он сразу присоединен к шине питания драйвера, чтобы драйвер мог работать.

Когда же на входе оптопары отрицательный сигнал (напряжение низкого уровня), внутренний светодиод не излучает свет, фототранзистор на выходе оптопары переходит в запертое состояние, и через резистор 350 Ом питание подается от источника питания оптопары — на 2 ножку драйвера как напряжение высокого уровня.

А поскольку драйвер UCC37321P является инвертирующим, то на его выходе от этого действия устанавливается напряжение низкого уровня, что приводит к разрядке затвора силового транзистора и к его запиранию.

Ранее ЭлектроВести писали, что дожди могут стать новым источником возобновляемой и предельно дешевой энергии: ученые из Гонконга придумали новый тип электрогенератора с высоким КПД и удельной мощностью в тысячу раз большей, чем у существовавших до сих пор других подобных устройств. Их изобретение позволяет получать из падения одной капли воды с высоты 15 см напряжение свыше 140 вольт, а энергии этого падения хватит для питания 100 небольших светодиодных ламп.

По материалам: electrik.info.

Ключ на биполярном транзисторе. Нагрузочная прямая.

Приветствую всех снова на нашем сайте 🙂 Мы продолжаем активно погружаться в нюансы работы биполярных транзисторов и сегодня мы перейдем к практическому рассмотрению одной из схем использования БТ – схеме ключа на транзисторе!

Суть схемы довольно проста и заключается в том, что как и любой переключатель, транзистор должен находиться в одном из двух состояний – открытом (включенном) и закрытом (выключенном). То есть либо транзистор пропускает ток, либо не пропускает. Давайте разбираться!

И, первым делом, давайте саму схему и рассмотрим:

Здесь у нас используется n-p-n транзистор. А вот вариант для p-n-p:

И по нашей уже устоявшейся традиции будем разбирать все аспекты работы на примере n-p-n транзистора 🙂 Суть и основные принципы остаются неизменными и для p-n-p. Так что работаем с этой схемой (здесь мы добавили протекающие по цепи токи):

Как вы уже заметили, схема очень напоминает включение транзистора с общим эмиттером. И действительно именно схема с ОЭ чаще всего используется при построении ключей. Только здесь у нас добавились два резистора (R_б и R_к). Вот с них и начнем!

Зачем же нужен резистор в цепи базы?

Итак, нам нужно подать на переход база-эмиттер напряжение прямого смещения. Его величина указывается среди параметров конкретного транзистора и обычно составляет в районе 0.6 В. Также мы знаем, какой управляющий сигнал мы будем подавать на вход для того, чтобы открыть транзистор. Например, при использовании микроконтроллера STM32 для управления ключом, на входе цепи у нас будет либо 0 В (транзистор в данном случае закрыт), либо 3.3 В (транзистор открыт). В данной схеме сигнал на вход подается не с контроллера, а напрямую с источника напряжения E_{вх} при замыкании переключателя S_1.

Таким образом, получаем, что при 3.3 В на входе напряжение на резисторе R_б составит:

U_{R_б} = E_{вх} \medspace – \medspace U_{бэ}

А теперь вспоминаем, что управление биполярным транзистором осуществляется изменением тока базы – а как его менять? Верно – изменяя сопротивление этого самого резистора! То есть, варьируя сопротивление резистора, мы меняем ток базы и, соответственно, этим самым вносим изменения в работу выходной цепи нашей схемы. Чуть позже мы рассмотрим практический пример для конкретных номиналов и величин и посмотрим на деле, как это работает.

Мы уже несколько раз использовали термины “транзистор открыт” и “закрыт”. Понятно, что это означает наличие, либо отсутствие коллекторного тока, но давайте рассмотрим эти понятия применительно к режимам работы транзистора. И тут все достаточно просто:

для того, чтобы закрыть транзистор, мы стремимся перевести его в режим отсечки
а чтобы открыть – в режим насыщения

То есть при проектировании ключа на биполярном транзисторе мы преследуем цель переводить транзистор то в режим отсечки, то в режим насыщения в зависимости от управляющего сигнала на входе!

Переходим к рассмотрению коллекторной цепи разбираемой схемы. В данном резистор R_к выполняет роль нагрузки, а также ограничивает ток в цепи во избежания короткого замыкания источника питания E_{вых}. И вот теперь пришло время вспомнить выходные характеристики, которые мы совсем недавно обсуждали 🙂

Но в данном случае выходные параметры схемы определяются помимо всего прочего еще и нагрузкой (то есть резистором R_к). Для коллекторной цепи мы можем записать:

U_{кэ} + I_к R_к = E_{вых}

Или:

I_к = \frac{E_{вых} \medspace – \medspace U_{кэ}}{R_к}

Этим уравнением задается так называемая нагрузочная характеристика цепи. Поскольку резистор – линейный элемент (U_R = I_R R), то характеристика представляет из себя прямую (которую так и называют – нагрузочная прямая). Наносим ее на выходные характеристики транзистора и получаем следующее:

Рабочая точка в данной схеме будем перемещаться по нагрузочной прямой. То есть величины U_{кэ} и I_к могут принимать только те значения, которые соответствуют точкам пересечения выходной характеристики транзистора и нагрузочной прямой. Иначе быть не может 🙂

И нам нужно обеспечить, чтобы в открытом состоянии рабочая точка оказалась в положении 1. В данном случае падение напряжения U_{кэ} на транзисторе будет минимальным, то есть почти вся полезная мощность от источника окажется на нагрузке. В закрытом же состоянии рабочая точка должна быть в положении 2. Тогда почти все напряжение упадет на транзисторе, а нагрузка будет выключена.

Теперь, когда мы разобрались с теоретическими аспектами работы ключа на транзисторе, давайте рассмотрим как же на практике производятся расчеты и выбор номиналов элементов!

Расчет ключа на биполярном транзисторе.

Добавим в схему полезную нагрузку в виде светодиода. Резистор R_к при этом остается на месте, он будет ограничивать ток через нагрузку и обеспечивать необходимый режим работы:

Пусть для включения светодиода нужно подать на него напряжение 3В (U_д). При этом диод будет потреблять ток равный 50 мА (I_д). Зададим параметры транзистора (в реальных схемах эти значения берутся из документации на используемый транзистор):

Коэффициент усиления по току h_{21э} = 100…500 (всегда задан именно диапазон, а не конкретное значение)
Падение напряжения на переходе база-эмиттер, необходимое для открытия этого перехода: U_{бэ} = 0.6 \medspace В.
Напряжение насыщения: U_{кэ \medspace нас} = 0.1 \medspace В.

Мы берем конкретные значения для расчетов, но на практике все бывает несколько иначе. Как вы помните, параметры транзисторов зависят от многих факторов, в частности, от режима работы, а также от температуры. А температура окружающей среды, естественно, может меняться. Определить четкие значения из характеристик при этом бывает не так просто, поэтому нужно стараться обеспечить небольшой запас. К примеру, коэффициент усиления по току при расчете лучше принять равным минимальному из значений, приведенных в даташите. Ведь если коэффициент в реальности будет больше, то это не нарушит работоспособности схемы, конечно, при этом КПД будет ниже, но тем не менее схема будет работать. А если взять максимальное значение h_{21э}, то при определенных условиях может оказаться, что реальное значение оказалось меньше, и его уже недостаточно для обеспечения требуемого режима работы транзистора.

Итак, возвращаемся к примеру 🙂 Входными данными для расчета кроме прочего являются напряжения источников. В данном случае:

E_{вх} = 3.3\medspace В. Я выбрал типичное значение, которое встречается на практике при разработке схем на микроконтроллерах. В этом примере подача и отключение этого напряжения осуществляется переключателем S_1.
E_{вых} = 9\medspace В.

Первым делом нам необходимо рассчитать сопротивление резистора в цепи коллектора. Напряжения и ток выходной цепи во включенном состоянии связаны следующим образом:

U_{кэ \medspace нас} + U_{R_к} + U_д = E_{вых}

При этом по закону Ома:

U_{R_к} = I_к R_к

А ток у нас задан, поскольку мы знаем, какой ток потребляет нагрузка (в данном случае диод) во включенном состоянии. Тогда:

U_{R_к} = I_д R_к

U_{кэ \medspace нас} + I_д R_к + U_д = E_{вых}

Итак, в этой формуле нам известно все, кроме сопротивления, которое и требуется определить:

R_к = \frac{E_{вых} \medspace – \medspace U_д \medspace – \medspace U_{кэ \medspace нас}}{I_д} \enspace= \frac{9 \medspace В \medspace – \medspace 3 \medspace В \medspace – \medspace 0.1 \medspace В}{0.05 \medspace А} \medspace\approx 118 \medspace Ом.

Выбираем доступное значение сопротивления из стандартного ряда номиналов и получаем R_{к} = 120\medspace Ом. Причем важно выбирать именно бОльшее значение. Связано это с тем, что если мы берем значение чуть больше рассчитанного, то ток через нагрузку будет немного меньше. Это не приведет ни к каким сбоям в работе. Если же взять мЕньшее значение сопротивления, то это приведет к тому, что ток и напряжение на нагрузке будут превышать заданные, что уже хуже 🙂

Пересчитаем величину коллекторного тока для выбранного значения сопротивления:

I_к = \frac{U_{R_к}}{R_к} \medspace = \frac{9 \medspace В \medspace – \medspace 3 \medspace В \medspace – \medspace 0.1 \medspace В}{120 \medspace Ом} \medspace\approx\medspace 49.17 \medspace мА

Пришло время определить ток базы, для этого используем минимальное значение коэффициента усиления:

I_б = \frac{I_к}{h_{21э}} = \frac{49.17 \medspace мА}{100} = 491.7 \medspace мкА

А падение напряжения на резисторе R_б:

U_{R_б} = E_{вх} \medspace – \medspace 0.6 \medspace В = 3.3 \medspace В \medspace – \medspace 0.6 \medspace В = 2.7 \medspace В

Теперь мы можем легко определить величину сопротивления:

R_б = \frac{U_{R_б}}{I_б}\medspace = \frac{2.7 \medspace В}{491.7 \medspace мкА} \approx 5.49 \medspace КОм

Опять обращаемся к ряду допустимых номиналов. Но теперь нам нужно выбрать значение, мЕньшее рассчитанного. Если сопротивление резистора будет больше расчетного, то ток базы будет, напротив, меньше. А это может привести к тому, что транзистор откроется не до конца, и во включенном состоянии бОльшая часть напряжения упадет на транзисторе (U_{кэ}), что, конечно, нежелательно.

Поэтому выбираем для резистора базы значение 5.1 КОм. И этот этап расчета был последним! Давайте резюмируем, наши рассчитанные номиналы составили:

R_{б} = 5.1\medspace КОм
R_{к} = 120\medspace Ом

Кстати в схеме ключа на транзисторе обычно добавляют резистор между базой и эмиттером, номиналом, например, 10 КОм. Он нужен для подтяжки базы при отсутствии сигнала на входе. В нашем примере, когда S1 разомкнут, то вход просто висит в воздухе. И под воздействием наводок транзистор будет хаотично открываться и закрываться. Поэтому и добавляется резистор подтяжки, чтобы при отсутствии входного сигнала потенциал базы был равен потенциалу эмиттеру. В этом случае транзистор будет гарантированно закрыт.

Сегодня мы прошлись по классической схеме, которой я стараюсь придерживаться, то есть – от теории к практике 🙂 Надеюсь, что материал будет полезен, а если возникнут какие-либо вопросы, пишите в комментарии, я буду рад помочь!

Схема управления громкостью двумя кнопками, простой электронный резистор на полевом транзисторе.

Данная схема является классической. В свое время она была опубликована в одном из журналов «Радио» в 90-х годах. По своей конструкции очень проста. Содержит всего один отечественный полевой транзистор типа КП304. В представленном варианте схемы громкостью можно управлять только на одном канале, то есть в моно режиме. Но при желании эту схему можно доработать и собрать две аналогичные схемы, которые нужно объединить хотя бы общими, сдвоенными кнопками управления «+» и «-». В итоге получим управление громкостью уже для стерео усилителя. Хотя этой схемой можно управлять не только громкостью звука. Это по сути резистор, управляемый двумя кнопками «больше» и «меньше». Следовательно, схема может быть применена в любом месте, где нужен переменный резистор.

Теперь давайте с вами рассмотрим саму схему, а точнее ее работу. Это будет полезно знать новичками. Тем, кто еще слабо понимает подобные схемы и их принцип действия. Итак, основой схемы управления громкостью двумя кнопками является полевой транзистор с индуцированным каналом (транзистор p-типа). А как известно, подобные транзисторы имеют три вывода (иногда и 4), это затвор, исток и сток. Исток и сток являются основным силовым каналом, через который протекает рабочий ток. Затвор же является управляющим выводом. В изначальном состоянии (когда между управляющими выводами транзистора нет напряжения) полевой транзистор закрыт, сопротивление между истоком и стоком бесконечно большое, и следовательно ток через этот канал протекать не может.

Чтобы открыть транзистор и уменьшить сопротивления канала исток-сток необходимо приложить некоторое постоянное напряжение между затвором и истоком. Причем у полевых транзисторов подобного типа имеется так называемое пороговое напряжение (напряжение отсечки), ниже которого транзистор продолжает быть полностью закрытым. И лишь величина напряжения, которая больше порогового значения, способна начать открывать имеющийся транзистор. У нашего полевого транзистора КП304 напряжение отсечки равно 5 вольт. В отличии от биполярных транзисторов, у которых имеется существенный ток на управляющим переходе, у полевого транзистора такой ток отсутствует. Управление силовым переходом осуществляется за счет именно величины напряжения (электрического поля внутри транзистора).

Итак, на схеме можно увидеть делитель напряжения, состоящий из резистора R4 и R5. Параллельно R5 подключен силовой переход полевого транзистора (исток-сток). На схему подается постоянное напряжение 9-12 вольт. Это напряжение делится на делителе напряжения. Поскольку в первоначальный момент после включения схемы полевой транзистор закрыт, то он никак не оказывает влияния на имеющийся делитель напряжения. В этом состоянии будет максимальная громкость на выходе усилителя. Чтобы начать открывать полевой транзистор мы должны нажать на кнопку «-», тем самым подав на затвор транзистора отрицательный потенциал. После этого произойдет зарядка конденсатора C1 до какого-то своего уровня постоянного напряжения. Поскольку конденсатор C1 подключен параллельно (разве что через резистор R4) управляющему переходу полевого транзистора, то от величины заряда будет зависеть степень открытости полевика.

Чтобы уменьшить громкость на выходе схемы нужно нажать на кнопку «-», тем самым больше зарядив C1. Если же мы нажмем на кнопку «+», то тем самым мы уже будет способствовать разряду конденсатора, уменьшению напряжения на нем, и как следствие, закрытию полевика. Скорость нарастания громкости и ее уменьшения зависит как от емкости конденсатора C1 (чем она больше, тем дольше будет происходить зарядка и разрядка конденсатора), так и от величины сопротивлений R1,R2,R3.

Резистор R2 является общим как для увеличения громкости, так и для уменьшения. То есть, именно величиной R2 можно одновременно регулировать скорость изменения напряжения на делителе напряжения R4 и R5. В то время как R1 и R3 можно делать подстройку отдельно как для увеличения громкости, так и для уменьшения. А именно, чем больше будет сопротивления на этих резисторах, тем дольше будет происходить заряд или разряд конденсатора C1. Следовательно, будет увеличиваться время нарастания или затухания громкости на выходе схемы.

На правой стороне от делителя можно увидеть на схеме сигнальную цепь, через которую и проходит звуковой сигнал. Эта цепь представлена разделительными конденсаторами C2 и C3. Они отделяют переменную составляющую электрического напряжения и тока от постоянной. Ну, и между конденсаторами еще стоит токоограничительный резистор R6. Этим резистором можно регулировать уровень громкости, который подается на усилитель мощности звуковой частоты.

В итоге мы имеем, на вход схемы (на конденсатор C2) подается звуковой сигнал, идущий либо от предусилителя, или же от темброблока. Далее этот сигнал пройдя через резистор R6 поступает на делитель напряжения R4 и R5. На нем он либо ослабевает до нуля (если полевой транзистор полностью открыт) или же идет со своей изначальной величиной (если полевик полностью закрыт) на выход данной схемы, откуда он уже поступает на УМЗЧ. А величина затухания сигнала зависит от степени открытости полевого транзистора, что в свою очередь зависит от величины напряжения на конденсаторе C1. Это напряжение увеличивается или уменьшается путем нажатия на кнопки «+» и «-», что либо заряжает конденсатор, или же его разряжает.

Поскольку полевой транзистор не имеет ток на своем управляющем переходе, то стабильность установленной громкости на выходе схемы зависит от саморазряда конденсатора C1. Если подобрать конденсатор с минимальным саморазрядом, то стабильность установленной громкости будет высокой. Также можно повысить стабильность за счет увеличения емкости конденсатора. Ну, и тогда придется подобрать резисторы R1, R2, R3 подходящего номинала. Так что кому интересна данная схема управления громкостью двумя кнопками пробуйте собрать своими руками. Учтите, что кнопки «+» и «-» должны быть без фиксации.

Видео по этой теме:

P.S. Данную схему, естественно, можно применять не только для управления громкостью усилителя. Поскольку на выходе схемы имеется делитель напряжения, напряжение на котором зависит от степени открытости полевого транзистора, то эту схему можно использовать везде, где применяется переменный резистор. То есть, любой переменник можно просто заменить данной схемкой. Но также стоит учитывать, что за простотой этого варианта схемы кроется и значительный недостаток, а именно относительно хорошая стабильность установленного уровня напряжения на выходе, зависящая от величины напряжения на конденсаторе. Так что при подборе конденсатора C1 выберите такой, у которого будет минимальный саморазряд.

Точная проверка полевого транзистора простым мультиметром | Лампа Эксперт

В Интернете существует множество рекомендаций по проверки полевых транзисторов, в том числе и голыми руками. Одни открывают эти полупроводники внешними источниками питания, подключая ту или иную нагрузку, другие вообще обходятся пальцем, подавая на затвор статическое электричество, присутствующее на теле. Первый метод подразумевает сборку специального тестера, который в следующий раз может понадобиться через год.

Второй иначе, чем варварским не назовешь. Подавать на изолированный затвор статику, величина которого может достигать сотен вольт способен либо варвар, либо абсолютно безграмотный человек. Тем не менее, для проверки большинства современных полупроводников этого типа вполне достаточно обычного мультиметра, имеющего режим проверки диодов.

Цифровой мультиметр

Прежде всего, выясняем цоколевку транзистора. Теперь кратковременно замыкаем между собой все выводы, чтобы снять статическое напряжение с затвора, которое могло там оказаться от любого случайного прикосновения. Поскольку затвор изолированный, статика может сохраняться на нем часами и даже сутками, что неизбежно повлияет на результаты измерений.

Далее переводим мультиметр в режим измерения диодов и прозваниваем сток-исток в обоих направлениях, меняя щупы местами. При этом условимся, что здесь и далее красный щуп включен в гнездо «+» мультиметра, черный – в гнездо «-» или «общий». Проверять будем транзистор с n-каналом.

Проверка состояния перехода сток-исток

В одном положении щупов прибор покажет бесконечность, в другом некоторое сопротивление. Точнее, не сопротивление, а падение напряжения порядка 500 мВ. Оно вызвано протеканием тока через переход внутреннего диода транзистора, который многие почему-то называют защитным. На самом деле его было бы вернее назвать паразитным, являющимся побочным эффектом технологии. Итак, наш транзистор закрыт.

Полевые транзисторы ранних годов выпуска таких диодов не имеют. В этом случае прибор при любых положениях щупов будет показывать бесконечность.

Теперь попробуем открыть транзистор. Устанавливаем черный щуп на сток. Кратковременно касаемся красным щупом затвора, подавая на него положительное напряжение с мультиметра относительно стока. Снова прозваниваем сток-исток в обоих направлениях.

Принудительное открытие транзистора и его прозвонка

Транзистор открылся и теперь переход проводит в обе стороны, а прибор показывает падение напряжения около 100 – 200 мВ. Осталось узнать, сможет ли наш транзистор закрыться. Устанавливаем красный щуп на исток, черным кратковременно касаемся затвора, подавая на него отрицательное напряжение с мультиметра относительно истока. Прозваниваем сток-исток в обоих направлениях и убеждаемся, что наш транзистор закрылся.

Судя по показаниям прибора транзистор снова закры

Мультиметр «видит» только внутренний диод. Полевые транзисторы с P-каналом проверяются точно так же, только красный и черный щуп меняются местами.

В некоторых случаях такая проверка может не сработать. Если пороговое напряжение затвора конкретного экземпляра транзистора выше напряжения, выдаваемого мультиметром в процессе измерения, то полупроводник не откроется. В этом случае придется использовать внешний источник с напряжением нужной величины.

Стрелочный мультиметр

При необходимости проверить полевой транзистор можно и при помощи стрелочного прибора. Переключаем прибор в режим измерения сопротивлений, диапазон – единицы килом. Прозваниваем все выводы транзистора между собой. Во всех случаях мультиметр покажет бесконечность кроме выводов исток-сток. Поскольку они зашунтированы внутренним диодом, в одну сторону прибор покажет сопротивление перехода открытого диода.

Открыть или закрыть полевой транзистор, как мы делали при помощи цифрового тестера, скорее всего, не получится, поскольку величина напряжения, выдаваемого тестером в режиме измерения, обычно ниже величины порогового напряжения затвора большинства мощных полевых транзисторов.

Полезно! В некоторых случаях транзистор удается открыть и стрелочным мультиметром. Для этого на приборе выставляют диапазон измерения резисторов с большим сопротивлением. В любом случае предложенный метод позволяет определить исправность полупроводника с высокой долей вероятности.

Вот мы и выяснили, как быстро и безопасно проверить исправность полевого транзистора. Для этого совеем не нужно собирать какие-то схемы, достаточно обычного мультиметра, который есть практически у каждого радиотехника.

Как проверить полевой транзистор — ООО «УК Энерготехсервис»

MOSFET: N-канальный полевой транзистор.

Обозначение выводов:

S — исток, D — сток, G — затвор

На мультиметре выставляем режим проверки диодов.

Транзистор закрыт: сопротивление — 502 ома

MOSFET — это Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor.

Для диагностики полевых транзисторов N-канального вида ставим мультиметр на проверку диодов (обычно он пищит на этом положении), черный щуп слева на подложку (D — сток), красный на дальний от себя вывод справа (S — исток), тестер показывает 502 Ома — полевой транзистор закрыт (Рис.

4). Далее, не снимая черного щупа, касаемся (Рис.5) красным щупом ближнего вывода (G — затвор) и опять возвращаем его на дальний (S — исток), тестер показывает 0 Ом: полевой транзистор открылся прикосновением (Рис.6).

Если сейчас черным щупом коснуться нижней (G — затвор) ножки, не отпуская красного щупа (Рис.7), и вернуть его на подложку (D — сток), то полевой транзистор закроется и снова будет показывать сопростивление около 500 Ом (Рис.8). Это верно для большинства N-канальных полевиков в корпусе DPAK и D²PAK, применяемых на материнских платах и видеокартах.

В цепи сток-исток имеется диод. Кстати его наличие обусловлено технологией производства.

Тестером можно подтвердить наличие этого диода.

0.5В — это падение напряжение на внутреннем диоде Шоттки. Если поменять щупы местами, то должен быть «обрыв».

А теперь можно проверить и затвор.

Тестер должен показывать «обрыв» при проверке затвор-исток и затвор-сток, причем полярность щупов не имеет значения.

Но вот что интересно, если черный щуп («-«) держать на истоке, а красным щупом («+») коснуться затвора, то транзистор откроется. В чем мы можем убедится, опять проверив

сток-исток.проверка MOSFET

Тестер покажет почти нулевое сопротивление.

Теперь поместим щуп «+» на сток, а черный щуп на затвор и проверим сток-исток. Тестер опять будет показывать или падение напряжения на диоде или «обрыв», т.е транзистор закрылся!

Кстати есть еще одна тонкость — если мы откроем транзистор и измерим сопротивление сток-исток, но только не сразу, а через некоторое время, то тестер будет показывать сопротивление отличное от нуля. И чем больше пройдет времени, тем больше будет сопротивление.

Почему же так происходит? А все очень просто — емкость между затвором и стоком достаточно большая (обычно единицы нанофарад) и когда мы открываем MOSFET транзистор, эта емкость заряжается. А так как полевой транзистор управляется полем а не током, то пока не разрядится конденсатор, транзистор будет открыт.

P-канальный MOSFET транзистор можно проверить по такому же принципу, только полярность затвора другая.

В современной радиоэлектронной аппаратуре все чаще находят применение полевые транзисторы. Как доказала практика, конструктивная надежность данных компонентов обуславливает высокую практичность работоспособности всевозможной бытовой техники.

В процессе ремонтных работ, которые все же случаются, возникает необходимость тестирования того или иного компонента на предмет его исправности. Например, как проверить полевой транзистор, который выпаяли из неисправного блока, вышедшего из строя аппарата. Самый простой метод проверки с применением стрелочного тестера.

У исправного транзистора между всеми его выводами прибор показывает бесконечное сопротивление, кроме современных, имеющих диод между стоком и истоком, который и ведет себя, как обычный диод. Второй способ проверки с применение современного цифрового мультиметра. Черный щуп, являющийся отрицательным, прикладываем к выводу стока транзистора.

Красный щуп, являющийся положительным, прикладываем к выводу истока. Мультиметр показывает прямое падение напряжения на внутреннем диоде около 450мВ, в обратном – бесконечное сопротивление. В данный момент транзистор закрыт. Что мы делаем далее. Не снимая черного щупа, прикладываем красный к затвору, и вновь возвращаем на вывод истока.

Мультиметр показывает 280мВ, т.е. он открылся прикосновением. Теперь, если прикоснуться затвора черным щупом, не отпуская красного щупа и вернуть его на вывод стока, то полевой транзистор закроется, и прибор снова покажет падение напряжения на диоде. Диагностика произведена, в результате чего мы убедились в исправности тестируемого транзистора.

Для образца мы применили N-канальный полевой транзистор. Чтобы проверить исправность P-канального транзистора, необходимо, всего лишь, поменять местами щупы мультиметра.

ЗЫ: Взял где взял, обобщил и добавил немного. (не отвлекайтесь и откликайтесь кому это не по зубам) — Копипаста? Да! ….обобщённая и дополненная.

Простите за качество некоторых картинок (чем богаты).

Берегите себя и своих близких!

Мосфет Измерения Проверка Ремонт техники Видео Длиннопост

Прочитал пост про проверку спелости арбуза через отношение массы и длины окружности плода.

https://pikabu.ru/story/v_doegyevskuyu_yepokhu_6032324

«Талия» 63 см.

Согласно расчётам: Спелый арбуз массой 4 кг. должен иметь длину окружности 61,9 см и более.

Проверим:

Показать полностью 1 [моё] Арбуз Спелый Проверка Измерения Окружность

Диод.

Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону. Его можно сравнить с ниппелем. Применяется, например, в выпрямителях, когда из переменного тока делают постоянный. Или когда надо отделить обратное напряжение от прямого.

Выводы диода называют анодом и катодом. Ток течет от анода к катоду. Запомнить где какой вывод очень просто: на условном обозначнеии стрелочка и палочка со стороны катода как бы рисуют букву К вот, смотри —К|—. К= Катод! А на детали катод обозначается полоской или точкой.

Есть еще один интересный тип диода – стабилитрон. Особенностью его является то, что в прямом направлении он работает как обычный диод, а вот в обратном его срывает на каком либо напряжении, например на 3.3 вольта. Подобно ограничительному клапану парового котла, открывающемуся при превышении давления и стравливающему излишки пара.

Стабилитроны используют когда хотят получить напряжение заданной величины, вне зависимости от входных напряжений. Это может быть, например, опорная величина, относительно которой происходит сравнение входного сигнала.

Им можно обрезать входящий сигнал до нужной величины или используют его как защиту. Также есть такой зверь как супрессор. Тот же стабилитрон, только куда более мощный и часто двунаправленный.

Используется для защиты по питанию.

Так работает диод.

Транзистор.

Жуткая вещь, в детстве все не мог понять как он работает, а оказалось все просто.

В общем, транзистор можно сравнить с управляемым вентилем, где крохотным усилием мы управляем мощнейшим потоком. Чуть повернул рукоятку и тонны дерьма умчались по трубам, открыл посильней и вот уже все вокруг захлебнулось в нечистотах. Т.е. выход пропорционален входу умноженному на какую то величину. Этой величиной является коэффициент усиления.

Делятся эти девайсы на полевые и биполярные.

В биполярном транзисторе есть эмиттер, коллектор и база (смотри рисунок условного обозначения). Эмиттер он со стрелочкой, база обозначается как прямая площадка между эмиттером и коллектором.

Между эмиттером и коллектором идет большой ток полезной нагрузки, направление тока определяется стрелочкой на эмиттере. А вот между базой и эмиттером идет маленький управляющий ток. Грубо говоря, величина управляющего тока влияет на сопротивление между коллектором и эмиттером.

Биполярные транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n принципиальная разница только лишь в направлении тока через них.

Полевой транзистор отличается от биполярного тем, что в нем сопротивление канала между истоком и стоком определяется уже не током, а напряжением на затворе. Последнее время полевые транзисторы получили громадную популярность (на них построены все микропроцессоры), т.к. токи в них протекают микроскопические, решающую роль играет напряжение, а значит потери и тепловыделение минимальны.

Обозначение транзисторов или камень преткновения всех студентов. Как запомнить тип биполярного транзистора по его условной схеме? Представь что стрелочка это направление твоего движения на машине… Если едем в стенку то дружный вопль «Писец Нам Писец

Короче, транзистор позволит тебе слабеньким сигналом, например с ноги микроконтроллера, управлять мощной нагрузкой типа реле, двигателя или лампочки.

Если не хватит усиления одного транзистора, то их можно соединять каскадами – один за другим, все мощней и мощней. А порой хватает и одного могучего полевого MOSFET транзистора.

Посмотри, например, как в схемах сотовых телефонов управляется виброзвонок. Там выход с процессора идет на затвор силового MOSFET ключа.

ЗЫ: Взял где взял, обобщил и добавил немного.

ЗЫ2: LF! ,kzl rjgbgfcnf!

Простите за качество некоторых картинок (чем богаты).

Берегите себя и своих близких!

Показать полностью 2 3 Диоды Транзистор Проверка Ремонт техники Видео Длиннопост

В наше время уже тяжело представить себе какое-либо устройство без пульта дистанционного управления.

История изобретения пульта ДУ весьма противоречива и, судя по-всему, так уже и останется тайной…

По одной из версий первые эксперименты были предприняты немцами еще в конце 30-х годов прошлого века.

Первая система дистанционного управления состояла из громозкого устройства со сложной электронной начинкой, соединенным с самим устройством проводами.

В дальнейшем (в середине 70-х годов) для передачи сигнала на расстояние стал использоваться ультразвук, а в конце все тех-же 70-х было предложено использовать и СВЧ-радиосигнал.

В 1974 году фирмой GRUNDIG был выпущен первый телевизор, где впервые было использован принцип передачи сигнала при помощи ИК лучей, который с большим успехом применяется и по наше время…

Принцип работы пультов ДУ следующий:

В основу каждого пульта положен генератор импульсов, работающий в частотном диапозоне между 30 и 40 кГц, сигнал которого промодулирован кодом той или иной команды. Для наглядности рассмотрим график:

Показать полностью 13 4 Пду Пуль управления Проверка Измерения Видео Длиннопост

Словосочетание «катушка ниток» знакомо всем, но про катушку индуктивности слышали, думаю, не все. Вот что вы себе представляете под словом «катушка» ? Ну…

это, наверное, какая-нибудь фиговинка, на которой намотаны нитки, леска, веревка, да что угодно! Катушка индуктивности представляет из себя точь-в-точь то же самое, но вместо нитки, лески или чего-нибудь еще там намотана обыкновенная медная проволока в изоляции. Изоляция может быть из бесцветного лака, из проводной изоляции, и даже из матерчатой.

Тут фишка такая, хоть и провода в катушке индуктивности очень плотно прилегают к друг другу, они все равно изолированы друг от друга. Если будете мотать катушки индуктивности сами, ни в коем случае не вздумайте брать обычный медный голый провод!

Любая катушка индуктивности, как ни странно, обладает индуктивностью 🙂 Индуктивность катушки измеряется в Генри (Гн), обозначается буковкой L и замеряется LC — метром. Что такое индуктивность? Давайте разбираться. Если через проводок прогнать электрический ток, то он вокруг себя создаст магнитное поле:

Показать полностью 24 Катушка индуктивности Измерения Ремонт техники Длиннопост

Как проверить транзистор мультиметром?

Транзистор это очень распространенный активный радиокомпонент, который попадается почти во всех схемах, и очень часто, особенно во время эксперементальных курсов по изучению азов электроники, он выходит из строя. Поэтому без навыка проверки транзисторов, вам в электронику лучше не соваться. Вот и давайте разбираться, как проверить транзистор.

Биполярный транзистор состоит из двух P-N переходов. Его выводы называются, как эммитер, база и коллектор. Слой, который посередине, называется базой. Эммитер и коллектор находятся по краям. В P-N-P транзисторе в классической схеме включения ток втекает в эммитер и собирается в коллекторе. А ток базы регулирует ток в коллекторе.

Из измерительного оборудования для проверки транзистора нам потребуется только обычный мультиметр, который необходимо переключить в режим омметра или в режим проверки диодов.

Проверка биполярных транзисторов основана на том, что они имеют два n-p перехода, поэтому транзистор можно представить как два диода, общий вывод которых – база. Для n-p-n транзистора эти два эквивалентных диода соединены с базой анодами, а для транзистора p-n-p катодами. Транзистор считается исправным, если исправны оба перехода.

Для проверки транзистора один щуп мультиметра присоединяют к базе транзистора, а вторым щупом поочередно дотрагиваются к эмиттеру и коллектору. Затем меняют щупы местами и повторяют измерение. Теперь чуть подробнее: Возьмем транзистор структуры N-P-N и проверим эмитерный переход для этого плюсовой щуп тестера подключаем к базе, а минусовой к эммитеру.

Показать полностью 2 Транзистор Проверка Ремонт техники Длиннопост Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам:

Как проверить полевой транзистор: мосфет или полевик, мультиметром не выпаивая, с изолированным затвором на неисправность

Использование полевых транзисторов очень распространено. Если происходит поломка необходимо найти неисправную деталь. Иногда требуется точно определить, работоспособен ли полевой транзистор. Это возможно выполнить с использованием мультиметра. Как проверить полевик — подробнее рассказывается далее.

Полевой транзистор — что это

Он включает три основных элемента — исток, затвор и сток. Для их создания используются полупроводники n-типа и p-типа. Они могут сочетаться одним из способов:

Сток, исток соответствуют n-типу, а затвор — p-типу. Их называют транзисторы n-p-n типа.
Такие, у которых используется полярность p-n-p. Тип проводимости у каждой части транзистора изменён на противоположный в сравнении с предыдущим вариантом.

Проверка мультиметром

Если эту деталь соединить с источником питания, то ток будет отсутствовать. Но всё будет иначе, если это сделать между истоком и затвором или стоком и затвором.

Нужно, чтобы к затвору было приложено напряжение, соответствующее по знаку его типу проводимости (положительное для p-типа, отрицательное для n-типа). Тогда через эту деталь потечёт ток.

Чем более высокое напряжение было подано на затвор, тем он будет сильнее.

Отличие полевого от биполярного транзистора

Транзистор станет открытым при условии, что на затвор подаётся разность потенциалов нужной полярности. В этом случае при помощи электрического поля создаётся канал между истоком и стоком, через который могут перемещаться электрические заряды. У других разновидностей транзисторов управление происходит на основе тока, а не напряжения.

Рассматриваемые электронные компоненты также называют мосфетами. Это слово происходит из аббревиатуры MOSFET — Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (в переводе это означает: металл-окисел-полупроводник полевой транзистор).

Разновидности полевиков

Как работает

Полевой транзистор отличается от других разновидностей особенностями своего устройства. Он может относиться к одному из двух типов:

с управляющим переходом;
с изолированным затвором.

Первые из них бывают n канальными и p канальными. Первые из них более распространены. Они используют следующий принцип действия.

В качестве основы используется полупроводник с n-проводимостью. К нему с противоположных сторон присоединены контакты истока и стока. В средней части с противоположных сторон имеются вкрапления проводника с p-проводимостью — они являются затвором. Та часть полупроводника, которая между ними — это канал.

Вам это будет интересно Как работают датчики движения для включения светаТранзистор с управляющим переходом

Если к истоку и стоку n канального транзистора приложить разность потенциалов, то потечёт ток. Однако при подаче на затвор отрицательного напряжения по отношению к истоку, то ширина канала для перемещения электронов уменьшится. В результате сила тока станет меньше.

Таким образом, уменьшая или увеличивая ширину канала, можно регулировать силу тока между истоком и стоком или изолировать их друг от друга.

В p-канальных транзисторах принцип работы будет аналогичным.

Этот тип полевых транзисторов становится менее распространённым, а вместо него получают всё большее распространение те, в которых используется изолированный затвор. Они могут относиться к одному из двух типов: n-p-n или p-n-p. У них принцип действия является аналогичным. Здесь будет рассмотрен более подробно первый из них: n-p-n.

В этом случае в качестве основы для транзистора применяется полупроводник p-типа. В него встраиваются две параллельно расположенные полоски полупроводника с другим типом основных носителей заряда. Между ними по поверхности прокладывается изолятор, а сверху устанавливается слой проводника. Эта часть является затвором, а полоски — это исток и сток.

Устройство транзистора

Когда на затвор подаётся положительное напряжение по отношению к истоку, на пластину попадает положительный заряд, создающий электрическое поле. Оно притягивает к поверхности положительные заряды, создавая канал для протекания тока между истоком и стоком. Чем сильнее напряжение, поданное на затвор, тем более сильный ток проходит между истоком и стоком.

Для всех типов полевых транзисторов управление происходит при помощи подачи напряжения на затвор.

Транзистор открыт

Какие случаются неисправности

Полевые транзисторы могут быть перегружены током во время проведения проверки и, в результате перегрева прийти в неисправное состояние.

Важно! Они уязвимы к статическому напряжению. В процессе проведения работы нужно обеспечить, чтобы оно не попадало на проверяемую деталь.

При работе в составе схемы может произойти пробой, в результате которого полевой транзистор становится неисправным и подлежит замене. Его можно обнаружить по низкому сопротивлению p-n-переходов в обоих направлениях.

Определить то, насколько транзистор является работоспособным можно, если прозвонить его с помощью цифрового мультиметра.

Назначение выводов

Это нужно делать следующим образом (для примера используется широко распространённая модель М-831, рассматривается полевой транзистор с каналом n-типа):

Мультиметр нужно переключить в режим диодной проверки. Он отмечен на панели схематическим изображением диода.
К прибору присоединены два щупа: чёрный и красный. На лицевой панели имеются три гнезда. Чёрный устанавливают в нижнее, красный — в среднее. Первый из них соответствует отрицательному полюсу, второй — положительному.
Нужно на тестируемом полевом транзисторе определить, какие выходы соответствуют истоку, затвору и стоку.
В некоторых моделях дополнительно предусмотрен внутренний диод, защищающий деталь от перегрузки. Сначала нужно проверить то, как он работает. Для этого красный провод присоединяют к истоку, а чёрный — к стоку.

Вам это будет интересно Особенности резонанса токовПроверка диода в прямом направлении

На индикаторе должно появиться значение, входящее в промежуток 0,5-0,7. Если провода поменять местами, то на экране будет указана единица, что означает, что ток в этом направлении не проходит.

Проверка диода в обратном направлении

Дальше осуществляется проверка работоспособности транзистора.

Если присоединить щупы к истоку и стоку, то ток не будет проходить по ним. Чтобы открыть затвор. Необходимо подать положительное напряжение на затвор. Нужно учитывать, что на красный щуп подан от мультиметра положительный потенциал. Теперь достаточно его соединить с затвором, а чёрный со стоком или истоком, для того, чтобы транзистор стал пропускать ток.

Открытие канала

Теперь, если красный провод подключить к истоку, а чёрный — к стоку, то мультиметр покажет определённую величину падения напряжения, например, 60. Если подключить наоборот, то показатель будет примерно таким же.

Если на затвор подать отрицательный потенциал, то это закроет транзистор в обоих направлениях, однако будет работать встроенный диод. Если полевик закрыт не будет, то это указывает на его неисправность.

Проверка мофсета с p-каналом выполняется аналогичным образом. Отличие состоит в том, что при проверке там, где раньше использовался красный щуп, теперь используется чёрный и наоборот.

Работа полевого МДП транзистора

Способы устранения

Для того, чтобы при проверке не повредить деталь, нужно применять при проверке такие мультиметры, у которых используется рабочее напряжения не более 1,5 в.

Если в результате проверки на мультиметре было обнаружено, что полевой транзистор вышел из строя, то его необходимо заменить на новый.

Инструкция по прозвонке без выпаивания

Чтобы проверить, исправен ли полевой транзистор, нужно его выпаять и прозвонить с мультиметром. Однако могут возникать ситуации, когда нужно в схеме есть несколько таких деталей и неизвестно, какие из них исправны, а какие — нет. В этом случае полезно знать, как проверить полевой транзистор мультиметром не выпаивая.

Цифровой мультиметр

В этом случае применяют проверку без выпаивания. Она даёт примерный результат.

Важно! После того, как будет определён предположительно неисправный элемент, его отсоединяют и проверяют, получив точную информацию о его работоспособности. Если он функционирует нормально, его устанавливают на прежнее место.

Проверка без выпаивания выполняется следующим образом:

Перед проведением прозвонки полевого транзистора цифровым мультиметром устройство отключают от электрической розетки или от аккумуляторов. Последние вынимают из устройства.
Если красный щуп соединить с истоком, а чёрный — со стоком, то можно рассчитывать, что мультиметр покажет 500 мв. Если на индикаторе можно увидеть эту или превышающую её цифру, то это говорит о том, что транзистор полностью фунукционален. В том случае, если эта величина гораздо меньше — 50 или даже 5 мв, то в этом случае можно с высокой вероятностью предположить неисправность.

Вам это будет интересно Как измерять напряжениеС управляющим p-n-переходом

Если красный мультиметровый щуп переставить на затвор, а чёрный оставить на прежнем месте, то на индикаторе можно будет увидеть 1000 мв или больше, что говорит об исправности полевого транзистора. Когда разница составляет 50 мв, то это внушает опасение, что деталь испорчена.
Если чёрный щуп тестера поставить на исток, а красный поместить на затвор, то для работоспособного транзистора можно ожидать на дисплее 100 мв или больше. В тех случаях, когда цифра будет меньше 50 мв, имеется высокая вероятность того, что проверяемая деталь неработоспособна.

Нужно учитывать, что выводы, получаемые без выпайки, носят вероятностный характер. Эти данные позволяют получить предварительные выводы об используемых в схеме полевых транзисторах.

Для проверки их нужно выпаять, произвести проверку и установить, если работоспособность подтверждена.

Подготовка к работе

Правила безопасной работы

Мосфеты очень уязвимы по отношению к статическому электричеству. В этом случае может произойти пробой. Для того, чтобы этого не случилось, нужно при помощи проведения тестирования его удалять.

При пайке возможна ситуация, когда тепло, попадающее на транзистор, приведёт к его порче. В этом случае нужно обеспечить теплоотвод. Для этого достаточно придерживать выводы транзистора плоскогубцами в процессе пайки.

Полевики имеют широкое распространение в современных электронных приборах. Когда происходит поломка, необходимо знать, как проверить мосфет. Выяснить, исправен ли он, возможно, если использовать для этого мультиметр.

Проверка полевого транзистора на работоспособность

Исключая теорию работы полевых транзисторов, все таки вспомним, что они бывают двух видов: с управляющим p-n-переходом; со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) или MOSFET — Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor

Проверка полевых транзисторов MOSFET n канального типа

Для проверки полевых транзисторов N-канального типа структуры МДП необходимо переключить мультиметр в режим проверки диодов , черный минусовой щуп необходимо установить слева на подложку (D — сток), красный плюсовой на дальний от себя вывод справа (S — исток), мультиметр показывает падение напряжения на внутреннем диоде , полевой транзистор закрыт.

Затем, не отпуская черного щупа, касаемся красным щупом ближнего вывода (G — затвор) и опять соеденяем его с дальним (S — исток), мультиметр показывает 0 мВ (на некоторых цифровых мультиметрах будет показываться 150…170 мВ), полевой транзистор открылся прикосновением

Если же в этот момент черным щупом коснуться нижней (G — затвор) ножки, не отпуская плюсового щупа, и вернуть его на подложку (D — сток), то полевой транзистор закроется и мультиметр снова будет показывать падение напряжения около 500 мВ (последний рисунок). Это метод проверен на большинстве N-канальных полевиков в корпусе DPAK и D²PAK, применяемых на современных материнских платах и видеокартах.

Проверка полевых транзисторов MOSFET p канального типа

Для проверки P-канальных полевых транзисторов требуется поменять полярность напряжений открытия-закрытия. Для этого щупы мультиметра поменяем местами.

Советы радиолюбителю. Простой способ проверки транзисторов, конденсаторов, диодов и тиристоров

Как проверить полевой транзистор

Транзистор IRFZ44N

В современной электронной аппаратуре все чаще находят применение полевые транзисторы. Разработчики используют их в блоках питания телевизоров, мониторов, видеомагнитофонов и другой аппаратуре. При проведении ремонта мастер сталкивается с необходимостью проверки исправности мощных полевых транзисторов. В статье автор рассказывает, как произвести проверку полевого транзистора с помощью обычного омметра.

Полевые транзисторы (ПТ), благодаря ряду уникальных параметров, в том числе высокому входному сопротивлению, находят широкое применение в блоках питания телевизоров, мониторов, видеомагнитофонов и другой радиоэлектронной аппаратуры.

При ремонте аппаратов, в которых применены полевые транзисторы, у ремонтников очень часто возникает задача проверки целостности и работоспособности этих транзисторов. Чаще всего приходится иметь дело с вышедшими из строя мощными полевыми транзисторами импульсных блоков питания.

Расположение выводов полевых транзисторов (Gate — Drain — Source) может быть различным. Чаще всего выводы транзистора можно определить по маркировке на плате ремонтируемого аппарата (обычно выводы маркируются латинскими буквами G, D, S). Если такой маркировки нет, то желательно воспользоваться справочными данными.

Чтобы предотвратить выход из строя транзистора во время проверки, очень важно при проверке полевых транзисторов соблюдать правила безопасности.

Дело в том, что полевые транзисторы очень чувствительны к статическому электричеству, поэтому их рекомендуется проверять, предварительно организовав заземление.

Для того чтобы снять с себя накопленные статические электрические заряды, необходимо надеть на руку заземляющий антистатический браслет. Также следует помнить, что при хранении полевых транзисторов, особенно маломощных, их выводы должны быть замкнуты между собой.

При проверке ПТ чаще всего пользуются обычным омметром. У исправного полевого транзистора между всеми его выводами должно быть бесконечное сопротивление. Причем бесконечное сопротивление прибор должен показывать независимо от прикладываемого тестового напряжения. Следует заметить, что имеются некоторые исключения.

Если при проверке приложить положительный щуп тестового прибора к затвору (G) транзистора n-типа, а отрицательный — к истоку (S), зарядится емкость затвора и транзистор откроется. При замере сопротивления между стоком (D) и истоком (S) прибор покажет некоторое значение сопротивления, которое зависит от ряда факторов.

Неопытные ремонтники могут принять такое поведение транзистора за его неисправность. Поэтому перед “прозвонкой” канала “сток-исток” замкните накоротко все ножки транзистора, чтобы разрядить емкость затвора. После этого сопротивление сток-исток должно стать бесконечным.

В противном случае транзистор признается неисправным.

В современных мощных полевых транзисторах между стоком и истоком имеется встроенный диод, поэтому канал “сток-исток” при проверке ведет себя как обычный диод. Для того чтобы избежть досадных ошибок, помните о наличии такого диода и не примите это за неисправность транзистора. Убедиться в наличии диода достаточно просто.

Нужно поменять местами щупы тестера, и он должен показать бесконечное сопротивление между стоком и истоком. Если этого не произошло, то, скорее всего, транзистор пробит. В остальном проверка транзистора не отличается от приведенной выше. Таким образом, имея под рукой обычный омметр, можно легко и быстро проверить мощный полевой транзистор.

Большой выбор полевых транзисторов в интернет магазине Dalincom, в разделе Полевые транзисторы.

Александр Столовых»Ремонт электронной техники» №7 2001

Краткий курс: как проверить полевой транзистор мультиметром на исправность

В технике и радиолюбительской практике часто применяются полевые транзисторы. Такие устройства отличаются от обычных, биполярных, транзисторов тем, что в них управление выходным сигналом осуществляется управляющим электрическим полем. Особенно часто используются полевые транзисторы с изолированным затвором.

Англоязычное обозначение таких транзисторов – MOSFET, что означает «управляемый полем металло-оксидный полупроводниковый транзистор». В отечественной литературе эти приборы часто называют МДП или МОП транзисторами. В зависимости от технологии изготовления такие транзисторы могут быть n- или p-канальными.

Особенности конструкции, хранения и монтажа

При работе с полевыми транзисторами необходимо учитывать их чувствительность к воздействию электрического поля. Поэтому хранить их надо с закороченными фольгой выводами, а перед пайкой необходимо закоротить выводы проволочкой. Паять полевые транзисторы надо с использованием паяльной станции, которая обеспечивает защиту от статического электричества.

Прежде, чем начать проверку исправности полевого транзистора, необходимо определить его цоколевку. Часто на импортном приборе наносятся метки, определяющие соответствующие выводы транзистора. Буквой G обозначается затвор прибора, буквой S – исток, а буквой D- сток.
При отсутствии цоколевки на приборе необходимо посмотреть ее в документации на данный прибор.

Схема проверки полевого транзистора n-канального типа мультиметром

Перед тем, как проверить исправность полевого транзистора, необходимо учитывать, что в современных радиодеталях типа MOSFET между стоком и истоком есть дополнительный диод. Этот элемент обычно присутствует на схеме прибора. Его полярность зависит от типа транзистора.

Работоспособность катушки зажигания определяют проверкой сопротивлений на первичной и вторичной обмотках с помощью мультиметра.

Снять статическое электричество с транзистора.
Перевести мультиметр в режим проверки диодов.
Подключить черный провод мультиметра к минусу измерительного прибора, а красный – к плюсу.
Подключить красный провод к истоку, а черный – к стоку транзистора. Если транзистор исправен, то мультиметр покажет напряжение на переходе 0,5 — 0,7 В.

Подключить красный провод мультиметра к стоку, а черный – к истоку транзистора. При исправном приборе мультиметр покажет единицу, что означает бесконечность.
Подключить черный провод к истоку, а красный – к затвору. Таким образом, осуществляется открытие транзистора.
Черный провод оставляется на истоке, а красный подсоединяется к стоку. При исправном приборе мультиметр покажет напряжение от 0 до 800 мВ.
При смене полярности щупов мультиметра величина показаний не должна измениться.
Подключить красный провод к истоку, а черный – к затвору. Произойдет закрытие транзистора.
При этом транзистор возвратиться в состояние, соответствующее п.п.4 и 5.

По проделанным измерениям можно сделать вывод, что если полевой транзистор открывается и закрывается с помощью постоянного напряжения с мультиметра, то он исправен.

Проверка исправности р-канального полевого транзистора производится таким же образом, что и n-канального. Отличие состоит в том, что в п. 3 к минусу мультиметра надо подключить красный провод, а к плюсу мультиметра – черный провод.

Как мультиметром проверить MOSFET

Программатор Ch441A MinProgrammer описание, драйвера, инструкция
Этот программатор почему-то все называют Mini Programmer, несмотря на то, что надпись на нем все таки иная. Этим грешат даже поисковики. Д…
Шаговый двигатель из CD/DVD привода
Попались в мои руки несколько приводов оптических дисков, которые я разобрал. В итоге помимо плат и прочей механики стал обладателем несколь…
Реле SRD-05VDC-SL-C описание, характеристики
Речь пойдет о низковольтном реле SRD-05VDC-SL-C китайского производства. Очень часто приходится коммутировать напряжение 220 v, в большинств…
Пришла мне в голову идея собрать на lm358 усилитель для наушников. Идея вызвана тем, что мне срочно понадобился прибор для проверки операцио…
Как выпаять микросхему в SOP или SOIC корпусе паяльником
Выпайка SMD компонентов обычным паяльником возможна, я сейчас опишу демонтаж микросхемы в корпусе SOP8 при помощи обычного 30-ти ваттного па…
Не так давно мне нужно было подключить нагрузку к Arduino nano и я столкнулся проблемой силовых ключей. У меня было несколько IRF640N, по мо…
Прошивка Cisco AIR-lAP1131AG-E-K9
Поговорим о том, как прошить точку доступа cisco AIR-lAP1131AG-E-K9 в режим Stand-alone. Итак, имеем WiFi точку с прошивкой для раб…

Как проверить полевой транзистор

Полевые транзисторы (ПТ), благодаря ряду уникальных параметров, в том числе высокому входному сопротивлению, малому сопротивлению в открытом состоянии, находят широкое применение в блоках питания компьютеров, мониторов, телевизоров, видеомагнитофонов и другой радиоэлектронной аппаратуры, постепенно, но неуклонно вытесняя транзисторы биполярные.

1. Меры предосторожности при работе с полевыми транзисторами

Чтобы предотвратить выход из строя транзистора во время проверки, очень важно соблюдать правила безопасности. Полевые транзисторы очень чувствительны к статическому электричеству, поэтому их рекомендуется проверять, предварительно организовав заземление. Для того чтобы снять с себя накопленные статические электрические заряды, необходимо надеть на руку заземляющий антистатический браслет.

При отсутствии браслета достаточно коснуться рукой батареи отопления или любых заземленных предметов, так как электростатические заряды между телами при их разделении распределяются пропорционально массе тел. Поэтому для их «обезвреживания» бывает достаточно прикоснуться даже к любой большой незаземленной металлической поверхности.

При хранении полевых транзисторов, особенно маломощных, их выводы должны быть замкнуты между собой.

2. Определение цоколёвки полевых транзисторов

Полевые транзисторы, выполненные по технологии МОП (металл-оксид-полупроводник) или МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) в англоязычной литературе носят наименование MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor).

Расположение выводов (цоколёвка) полевых транзисторов Затвор (Gate) – Сток (Drain) – Исток (Source) может быть различным. Чаще всего выводы транзистора можно определить по маркировке на плате ремонтируемого аппарата (обычно выводы маркируются латинскими буквами G, D, S).

Если такой маркировки нет, то желательно воспользоваться справочными данными (datasheet).

Основные типы корпусов полевых транзисторов импортного производства

Корпус типа D²PAK, так же известен как TO-263-3. Встречается в основном на пожилых платах, на современных используется редко.

Корпус типа DPAK, так же известен как TO-252-3. Наиболее часто используется, представляет собой уменьшенный D²PAK.

Корпус типа SO-8.Встречается на материнских платах и видеокартах, чаще на последних. Внутри может скрываться один или два полевых транзистора.

Корпус типа SuperSO-8, он же — TDSON-8. отличается от SO-8 тем, что 4 вывода соединены с подложкой транзистора, что облегчает температурный режим. Характерен для продуктов фирмы Infineon. Легко заменяется на аналог в корпусе SO-8

Корпус типа IPAK так же известен как TO-251-3. По сути — полный аналог DPAK, но с полноценной второй ногой. Такой тип транзисторов очень любит использовать фирма Intel на ряде своих плат.

Для электронных компонентов иностранного производства справочные данные берутся из Даташит (Datasheet— в дословном переводе «бумажка с информацией) — официального документа от производителя электронных компонентов, в котором приводятся описание, параметры, характеристики изделия, типовые схемы и т.д. Datasheet обычно представляет собой файл в формате PDF.

3. Основные характеристики N-канального полевого транзистора

Различных параметров важных, и не очень, у полевых транзисторов много. Мы подойдем к вопросу с прикладной точки зрения и ограничимся рассмотрением необходимых нам практически параметров.

Vds — Drain to Source Voltage — максимальное напряжение сток-исток.
Vgs — Gate to Source Voltage — максимальное напряжение затвор-исток.
Id — Drain Current — максимальный ток стока.
Vgs(th) — Gate to Source Threshold Voltage — пороговое напряжение затвор-исток при котором начинает открываться переход сток-исток.
Rds(on) — Drain to Source On Resistance — сопротивление перехода сток-исток в открытом состоянии.
Q(tot) — Total Gate Charge — полныйзарядзатвора.

Параметр Rds(on) может указываться при разных напряжениях затвор-исток, как правило это 10 и 4.5 вольта, это важная особенность которую нужно обязательно учитывать.

4. Система маркировки полевых транзисторов

Рассмотрим на примере транзистора 20N03. Это означает, что он рассчитан на напряжение (Vds) ~30V и ток (Id) ~20A. Буква N означает, что это N-канальный транзистор. Но из любого правила есть исключения, так, например, фирма Infineon указывает в маркировке Rds, а не максимальный ток.

Примеры:

IPP15N03L — Infineon OptiMOS N-channel MOSFET Vds=30V Rds=12.6mΩ Id=42A TO220
IPB15N03L — Infineon OptiMOS N-channel MOSFET Vds=30V Rds=12.6mΩ Id=42A TO263(D²PAK)
SPI80N03S2L-05 — Infineon OptiMOS N-channel MOSFET Vds=30V Rds=5.2mΩ Id=80A TO262
NTD40N03R — On Semi Power MOSFET 45 Amps, 25 Volts Rds=12.6mΩ
STD10PF06 — ST STripFET™ II Power P-channel, MOSFET 60V 0.18Ω 10A IPAK/DPAK

Итак, в случае маркировки XXYZZ мы можем утверждать, что XX — или Rds, или Id Y — тип канала ZZ – Vds.

5. Алгоритм проверки исправности полевого транзистора

Проверку можно проводить стрелочным омметром (предел х100), но более удобно это делать цифровым мультиметром в режиме тестирования P-N переходов . Показываемое мультиметром значение сопротивления на этом пределе численно равно напряжению на P-N переходе в милливольтах.

6. Пример проверки транзистора мультиметром:

У исправного полевого транзистора между всеми его выводами должно быть бесконечное сопротивление. Причем бесконечное сопротивление прибор должен показывать независимо от полярности прикладываемого напряжения (щупов).

В современных мощных полевых транзисторах между стоком и истоком имеется встроенный диод поэтому канал «сток-исток» при проверке ведет себя как обычный диод.

Черным (отрицательным) щупом прикасаемся к подложке — СТОКУ (D), красным (положительным) — к выводу ИСТОКА (S). Мультиметр показывает прямое падение напряжения на внутреннем диоде (500 — 800 мВ). В обратном смещении мультиметр должен показывать бесконечно большое сопротивление, транзистор закрыт.

Далее, не снимая черного щупа, касаемся красным щупом вывода ЗАТВОРА (G) и опять возвращаем его на вывод ИСТОКА (S). Мультиметр показывает близкое к нулю значение, причём при любой полярности приложенного напряжения — полевой транзистор открылся прикосновением. На некоторых цифровых мультиметрах возможно значение будет не 0, а 150…170 мВ

Если теперь черным щупом коснуться вывода ЗАТВОРА (G), не отпуская красного щупа, и вернуть его на вывод подложки — СТОКА (D), то полевой транзистор закроется и мультиметр снова будет показывать падение напряжения на диоде. Это верно для большинства N-канальных полевых транзисторов в корпусе DPAK и D²PAK, применяемых на материнских платах и видеокартах.

Транзистор выполнил всё, что от него требовалось. Диагноз — исправен.

Для проверки P-канальных полевых транзисторов нужно поменять полярность напряжений открытия-закрытия. Для этого просто меняем щупы мультиметра местами.

Методика проверки исправности полевых транзисторов с достаточной степенью правильности показана в видеоролике от магазина Чип и Дип

Источник: http://meandr.org/archives/9199

FET в качестве коммутатора | Работа полевого или полевого транзистора в качестве переключателя

В этом руководстве мы узнаем о полевых транзисторах или полевых транзисторах, их работе, областях работы и увидим работу полевого транзистора как переключателя. Мы увидим, как и JFET, и MOSFET могут использоваться в коммутационных приложениях.

Введение

Широкий спектр преимуществ, таких как высокий входной импеданс, простота изготовления, простые операции и т. Д., Позволяет широко использовать полевые транзисторы (FET) в различных приложениях, особенно в системах интегральных схем.

полевые транзисторы — это 2 транзистора ^{-го поколения} после биполярных транзисторов. Их можно использовать в качестве усилителей в осциллографах, испытательных и измерительных приборах, электронных вольтметрах и т. Д., А также в коммутационных действиях.

Давайте подробно рассмотрим работу полевого транзистора как переключателя. Но перед этим мы должны сначала взглянуть на основы полевого транзистора и его работы.

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Полевой транзистор и его рабочие области

Полевой транзистор — это униполярное устройство, в котором ток переносится только основными носителями (либо мотыгами, либо электронами).Полевой транзистор — это устройство, управляемое напряжением, что означает, что, управляя напряжением между затвором и истоком, выходной ток изменяется.

Давайте рассмотрим N-канальный JFET для понимания рабочих регионов. Работа или характеристики JFET разделены на три различных области, а именно омическую область, область насыщения и область отсечки. Напряжение, приложенное к стоку, обозначается как V _DS (иногда также обозначается как V _DD), а напряжение на затворе обозначается как V _GS или V _GG.

N-Channel JFET Режимы работы полевого транзистора

Омическая область (V _DS> 0 и V _DS P )

В этой области слой истощения канала очень мал а полевой транзистор действует как переменный резистор.

В этом случае значение V _DS больше нуля и меньше V _P, поэтому нет отслаивания канала и увеличивается ток I _D. Когда мы увеличиваем напряжение затвора истока V _GS, проводимость канала падает, а сопротивление увеличивается.Следовательно, области истощения будут расширяться, образуя узкий канал. Сопротивление канала обычно изменяется от 100 Ом до 10 кОм и, очевидно, регулирует напряжение. Следовательно, в этой области транзистор действует как резистор, управляемый напряжением.

Область насыщения (V _DS> V _GS — V _P)

Эта область начинается с точки, где V _DS больше, чем V _GS минус V _P, здесь V _P — напряжение отсечки.В этой области ток стока I _D полностью зависит от V _GS, а не от V _DS. Полевой транзистор работает в этой области для усиления сигналов, а также для операций переключения. Из рисунка видно, что когда V _GS равен нулю, протекает максимальный ток I _D. Когда мы меняем V _GS на более отрицательное, то ток стока падает. При определенном значении V _GS ток стока постоянно течет через устройство.Следовательно, эту область также называют областью постоянного тока.

Область отсечки (V _GS P )

Это область, в которой ток стока I _D равен нулю и устройство выключено. В этом случае напряжение затвора истока V _GS меньше напряжения отсечки V _P. Это означает, что значение V _GS более отрицательное, чем значение V _P. Таким образом, канал закрывается и не пропускает ток через устройство.

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Полевой транзистор в качестве переключателя (JFET)

Из приведенного выше обсуждения ясно, что полевой транзистор можно использовать в качестве переключателя, управляя им в двух областях: области отсечки и насыщения . Когда V _GS равен нулю, полевой транзистор работает в области насыщения, и через него протекает максимальный ток. Следовательно, это похоже на полностью включенное состояние. Точно так же, когда приложенный VGS является более отрицательным, чем напряжение отсечки, полевой транзистор работает в области отсечки и не допускает протекания тока через устройство.Следовательно, полевой транзистор находится в полностью выключенном состоянии. Полевой транзистор можно использовать в качестве переключателя в различных конфигурациях, некоторые из них приведены ниже.

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Полевой транзистор, используемый в качестве шунтирующего переключателя

Давайте посмотрим на рисунок ниже, где полевой транзистор подключен параллельно нагрузке и действует как аналоговый переключатель.

Когда примененное VGS равно нулю, полевой транзистор включается, работая в области насыщения, и его сопротивление очень мало, почти 100 Ом. Выходное напряжение на полевом транзисторе составляет В _OUT = В _в * {R _DS / (R _D + R _{DS (ON)})}.Поскольку сопротивление R _D очень велико, выходное напряжение примерно считается нулевым.
Когда мы прикладываем отрицательное напряжение, которое равно напряжению отсечки на затворе, полевой транзистор работает в области отсечки и действует как устройство с высоким сопротивлением, а выходное напряжение равно входному напряжению.

Полевой транзистор в качестве схемы параллельного переключателя

НАЗАД В начало

Полевой транзистор, используемый в качестве последовательного переключателя

На рисунке ниже показана другая конфигурация цепи переключателя полевого транзистора.В этой схеме полевой транзистор действует как последовательный переключатель. Он действует как замкнутый переключатель, если управляющее напряжение равно нулю, и разомкнутый переключатель, если управляющее напряжение отрицательное. Когда полевой транзистор включен, входной сигнал появляется на выходе, а когда он выключен, выход равен нулю.

FET как последовательная схема переключения

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Пример N-канального JFET в качестве переключателя

На рисунке ниже показано, как N-канальный JFET используется для переключения светодиода. Светодиод подключается между клеммами питания и истока через резистор.Здесь резистор используется для ограничения тока через светодиод. Клемма затвора транзистора подключена к отрицательному питанию.

Из приведенного выше обсуждения нулевое напряжение на выводе затвора заставляет ток течь через светодиод, потому что полевой транзистор находится в режиме насыщения. Таким образом, светодиод загорается.
При достаточном отрицательном напряжении на выводе затвора (около 3-4 вольт) JFET переходит в режим отсечки, поэтому светодиод гаснет.

N-канальный JFET для переключения светодиодной цепи

НАЗАД

P-канальный JFET в качестве переключателя

До сих пор мы обсуждали N-канальный JFET в качестве переключателя.Другой тип JFET — это P-канальный JFET, и работа этого полевого транзистора также аналогична N-типу, но разница только в положительном напряжении на выводе затвора.

Когда напряжение затвора истока равно нулю, полевой транзистор работает в области насыщения, поэтому полевой транзистор включается, что, в свою очередь, заставляет ток течь от стока к истоку.
А положительное напряжение между затвором и истоком приводит к отключению тока через полевой транзистор. Итак, полевой транзистор находится в состоянии разомкнутой цепи.

P-канальный JFET в качестве схемы переключения

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Пример P-канального JFET в качестве переключателя

Подобно N-канальному светодиоду, управляемому JFET, схема коммутируемого светодиода с P-каналом JFET приведена ниже. . Разница между двумя схемами заключается в источнике питания на выводе затвора.

Состояние включения остается одинаковым для обеих цепей: нулевое напряжение на клемме затвора заставляет светодиод светиться, когда полевой транзистор активен.
Для переключения полевого транзистора в режим отсечки достаточное положительное напряжение (в данном случае от 3 до 4 вольт) останавливает ток через цепь.Поэтому светодиод выключен. Мы также можем использовать полевые транзисторы для включения цепей реле, драйверов двигателей и других электронных схем управления.

P-Channel JFET для переключения светодиода

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

MOSFET в качестве переключателя

Другой тип FET — это MOSFET, который также является устройством, управляемым напряжением. Уровень V _GS, при котором ток стока увеличится или начнет течь, называется пороговым напряжением V _T.Следовательно, если увеличить V _GS, ток стока тоже возрастет. И если мы увеличим V _GS, оставив постоянным V _DS, то ток стока достигнет уровня насыщения, как в случае JFET.

MOSFET работает в режиме отсечки, когда V _GS ниже порогового уровня. Следовательно, в этом режиме ток стока не протекает. Следовательно, действует как переключатель ОТКРЫТЬ

Для лучшего понимания рассмотрим приведенный ниже рисунок, где N-канальный полевой МОП-транзистор расширенного типа переключается на разные напряжения на выводе затвора.

На приведенном ниже рисунке вывод затвора MOSFET подключен к V _DD, так что напряжение, подаваемое на вывод затвора, является максимальным. Это приводит к тому, что сопротивление канала становится таким маленьким и позволяет протекать максимальному току стока. Это называется режимом насыщения, и в этом режиме полевой МОП-транзистор полностью включен как замкнутый переключатель. Для полевого МОП-транзистора с расширенным каналом P для включения потенциал затвора должен быть более отрицательным по отношению к источнику.
В области отсечки приложенное V _GS меньше порогового уровня напряжения, поэтому ток стока равен нулю.Следовательно, полевой МОП-транзистор находится в режиме ВЫКЛ, как и открытый переключатель, как показано на рисунке.

MOSFET как схема переключения

НАЗАД В начало

Пример MOSFET как переключателя

Давайте рассмотрим схему MOSFET, которая управляет светодиодом, как показано на рисунке. Здесь N-канальный полевой МОП-транзистор используется для переключения светодиода с помощью простого переключателя.

Когда переключатель в разомкнутом состоянии вызывает нулевое напряжение на затворе относительно земли или источника.Таким образом, полевой МОП-транзистор остается выключенным, и светодиод не светится.
Когда переключатель нажимается, чтобы закрыть его, соответствующее положительное напряжение (в данном случае 5 В) подается на клемму затвора. Итак, полевой МОП-транзистор включен, и светодиод начнет светиться.
Здесь это простая резистивная нагрузка, но в случае любых индуктивных нагрузок, таких как двигатели, реле, мы должны использовать свободно вращающиеся диоды через нагрузку, чтобы защитить полевой МОП-транзистор от наведенных напряжений.

MOSFET для переключения светодиода

В большинстве схем MOSFET используется в качестве переключателя по сравнению с JFET из-за его преимуществ.Мы также можем использовать схему переключения (для управления нагрузкой на определенной частоте переключения) для полевых транзисторов JFET и полевых МОП-транзисторов для получения сигналов ШИМ в зависимости от требований к нагрузке.

Мы надеемся, что эта общая информация, возможно, позволила вам понять, как мы можем переключать нагрузки с помощью полевых транзисторов с условиями переключения и необходимыми цифрами. Вы также можете написать нам о любых сомнениях или технической помощи по этой концепции в разделе комментариев ниже.

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

ПРЕДЫДУЩИЙ — ТРАНЗИСТОР КАК ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

СЛЕДУЮЩИЙ — ТРАНЗИСТОР ДАРЛИНГТОНА

Полевые транзисторы

— обзор

9.1.1 Геометрическая масштабируемость

Ширина и длина полевого транзистора (FET) являются ключевыми переменными, доступными разработчикам схем для оптимизации характеристик схемы. Полностью обедненный кремний на изоляторе (FDSOI) — это строгальная технология, поэтому ширину можно плавно изменять, в отличие от FinFET, где ширина задается целыми числами (одно ребро, два ребра и т. Д.). Поскольку технологии FDSOI нацелены на аналоговые и радиочастотные (RF) приложения, литография обычно настраивается для обеспечения непрерывного диапазона длин.Чтобы воспользоваться этой гибкостью конструкции, модель должна точно воспроизводить характеристики устройства для любого сочетания длины и ширины.

BSIM-IMG имеет обширную физику, встроенную в уравнения для эффектов масштабирования длины канала. Для чисто цифровой модели, которая должна быть точной только для вытянутой длины в диапазоне от минимальной до нескольких более длинных точек, плюс технологический вариант L , этого может оказаться достаточно. Тем не менее, промышленный разработчик моделей, который должен покрывать расстояние от минимума менее 30 нм до максимума более микрона с точностью, требуемой разработчиками аналоговых и радиочастотных устройств, почти всегда обнаружит, что модель не может быть достаточно точно подогнана по всей длине.

Компактная модель всегда должна быть компромиссом между, включая всю физику, и обеспечением быстрого моделирования. В конкретной конструкции устройства опущенные или упрощенные физические данные могут быть достаточно важными, чтобы потребовать более обширного рассмотрения. Поскольку BSIM-IMG является стандартной отраслевой моделью, поддерживаемой коалицией компактных моделей Si2 (CMC), существует механизм для предложения, разработки, тестирования и включения изменений модели. По этой причине членами CMC являются большинство литейных производств и поставщиков средств автоматизации проектирования электроники (EDA), а также многие компании, не работающие с производителями.

Вероятно, наиболее частой причиной несоответствия по длине является печать ворот. Модель регулирует длину, указанную в списке соединений, с помощью дельты L и даже обеспечивает корректировку дельты L для печати на основе геометрии устройства.

Lnew = L + XL

LLLN = Lnew − LLN

LLWN = Lnew − WLN

LWLLN − LWN = LLLN × WLWN

dLIV = LINT + LL × LLLN + LW × WLWN + LW × WLWN

Leff = Lnew – 2.0 × dLIV

Используя эти параметры модели, можно улучшить соответствие токов и емкости вытянутой длине, особенно для самых коротких длин.

Однако это аналитические функции, которые производят плавное монотонное изменение в L и W . Формирование рисунка с номинальной длиной затвора 28 нм или меньше с использованием литографии с длиной волны 193 нм [1] требует коррекции оптической близости и использования методов повышения разрешения, таких как вспомогательные функции субразрешения [2]. Это прерывистые процессы, вызывающие немонотонное и даже прерывистое изменение дельты L в зависимости от нарисованного L , особенно для более длинных устройств, представляющих интерес для разработчиков аналоговых и маломощных радиочастотных схем.

Разработчик модели также часто сталкивается в процессе с другими геометрическими эффектами, которые вызывают различия в поведении устройства. Часто невозможно определить точный задействованный механизм, и лучшее, что может сделать разработчик модели, — это охарактеризовать изменение как одну из физических характеристик полевого транзистора, например, подвижность или последовательное сопротивление.

Для вариаций печати, которые не могут быть смоделированы, и для других наблюдаемых геометрических эффектов у разработчика моделей есть два варианта.Один из них — использовать параметры разбиения модели либо как полностью разбитую модель, либо как дополнительную глобальную вариацию в уравнениях модели. Другой — встроить в карточку модели уникальные уравнения или даже справочные таблицы, которые корректируют параметры модели с учетом геометрических изменений, которые не моделируются.

Механизм биннинга Модель короткоканального транзистора Беркли с изолированным затвором для независимых многополюсных вентилей (BSIM-IMG) аналогична таковой в других моделях BSIM от Калифорнийского университета в Беркли. Каждый параметр с возможностью бина рассчитывается как константа плюс три геометрических члена.

(9.1) PARAMi = PARAM + LPARAM / Leff + WPARAM / Weff + PPARAM / (Weff × Leff)

На рис. 9.1 показан пример разделения пространства L × W на шесть бункеров. В каждом углу бункера есть полевой транзистор, который измеряется и устанавливается без геометрических масштабов. Параметры бин-модели из четырех моделей в четырех углах бункера используются для решения уравнения. (9.1) для четырех параметров биннинга для этого бина. Структура уравнения гарантирует, что параметр бинированной модели будет иметь одинаковое значение в соседних интервалах для точек на границе между интервалами.Например, бункеры 1 и 2 имеют одинаковое значение для каждого параметра бина в L и W полевого транзистора 2, а также полевого транзистора 6 по конструкции. Параметры без объединения имеют одинаковое значение во всех ячейках, поэтому ячейки 1 и 2 дают точно такую же модель в этих точках. Изучая уравнение. (9.1) читатель может видеть, что это будет верно для каждой точки на линии от FET 2 до FET 6.

Рисунок 9.1. Разделение пространства L — W для модели с бункером.

Одно из главных преимуществ бининговых моделей состоит в том, что модели с одной геометрией для углов бинов можно легко подогнать.Тогда полная биннинговая модель может быть построена с помощью простого алгоритма. Соответствие данным по углам ячеек обычно довольно хорошее. Однако из-за того, что уравнение биннинга не учитывает физику, транзисторы в точках внутри бинов могут не подходить особенно хорошо. И хотя этот метод обеспечивает непрерывность через границы бинов, он не гарантирует монотонности или физически разумных кривых по сравнению с L или W . В общем, построение хороших бинированных моделей требует применения дополнительных ограничений на значение бинированных параметров в каждой из подгонок одной геометрии.

Разработчики моделей часто обрабатывают параметры разбиения ( L _PARAM и т. Д.) Как дополнительные параметры глобального масштабирования. Например, если насыщение скорости не может быть адекватно подобрано с помощью масштабирования L , встроенного в модель, параметр LVSAT может использоваться, чтобы дать разработчику модели дополнительную степень свободы в модели. Это особенно полезно для зависимости W SiGe-канала полевого транзистора p-типа (pFET), где ширина активной области может иметь очень сильное влияние посредством модуляции механического напряжения.

В крайнем случае, разработчик моделей может включить расчеты в карточку модели. Это добавляет сложности и создает риск того, что модели могут не работать одинаково в симуляторах от разных поставщиков EDA. Но это дает моделисту практически неограниченную свободу подгонять любое геометрическое поведение устройства. Это часто необходимо для моделирования эффекта локальной компоновки, обсуждаемого далее в этой главе.

AUSV 1320 OPEN Автомобильная электроника

Приборная панель
AUSV 1320 ОТКРЫТО
Полевые транзисторы
Перейти к содержанию Приборная панель
Авторизоваться
Приборная панель
Календарь
Входящие
История
Помощь
Закрывать Мой Dashboard
AUSV 1320 OPEN
Страницы
Полевые транзисторы
Не баннер
Home
Pages
Modules
Collaborations
Files
Chi Tester
Starfish
Ресурсы для студентов
Что такое полевой транзистор? — Блог Fusion 360
Полевой транзистор (FET) — это трехконтактный активный полупроводниковый прибор, в котором выходной ток регулируется электрическим полем, создаваемым входным напряжением.Полевые транзисторы также известны как униполярные транзисторы, потому что, в отличие от биполярных транзисторов, полевые транзисторы имеют либо электроны, либо дырки, работающие в качестве носителей заряда. Полевой транзистор использует напряжение, приложенное к его входной клемме (называемой затвором), для управления током, протекающим от истока к стоку, что делает полевой транзистор устройством, управляемым напряжением.
Полевые транзисторы
широко используются в интегральных схемах (ИС) из-за их компактных размеров и значительно более низкого энергопотребления. Кроме того, полевые транзисторы также используются в коммутационных устройствах высокой мощности, в качестве резисторов с переменным напряжением (VVR) в операционных усилителях (операционных усилителях), регуляторах тембра и т. Д., для работы микшера на FM- и ТВ-приемниках и в логических схемах.
Психический обзор
Полевой транзистор имеет четыре терминала с именами Источник, Сток, Затвор и Корпус.
Источник : Источник — это терминал, через который основные носители заряда вводятся в полевой транзистор.
Дренаж : Дренаж — это терминал, через который большинство носителей заряда выходят из полевого транзистора.
Затвор : вывод затвора формируется путем диффузии полупроводника N-типа с полупроводником P-типа.Это создает сильно легированную область PN-перехода, которая контролирует поток носителя от истока к стоку.
Корпус : Это основа, на которой построен полевой транзистор. В дискретных приложениях он внутренне привязан к выводу источника, что позволяет полностью игнорировать его эффекты. Однако в интегральных схемах этот вывод обычно подключается к наиболее отрицательному источнику питания в схеме NMOS (наиболее положительному в схеме PMOS), поскольку он используется многими транзисторами. Тщательные соединения и конструкция имеют решающее значение для поддержания производительности полевого транзистора, когда задействовано соединение Body.
Канал : это область, в которой большинство несущих проходят от терминала истока к терминалу стока.
Классификация полевых транзисторов
Полевые транзисторы
подразделяются на полевые транзисторы (JFET) и полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET).
JFET (переходно-полевой транзистор)
Junction Field Effect Transistor (JFET) — это самый ранний тип полевых транзисторов.Ток течет по активному каналу между истоками к клеммам стока. Напряжение, приложенное между затвором и истоком, управляет потоком электрического тока между истоком и стоком полевого транзистора. При подаче напряжения обратного смещения на вывод затвора канал деформируется, поэтому электрический ток полностью отключается. Вот почему полевые транзисторы JFET называют «нормально включенными» устройствами. Транзисторы JFET доступны как в N-канальном, так и в P-канальном исполнении.
N-канальный JFET
В N-канальном JFET канал легирован донорными примесями, что делает его полупроводником N-типа.Следовательно, ток через канал отрицателен в виде электронов. Отсюда и название N-канальный JFET. Две подложки P-типа, легированные с противоположных сторон от его средней части. Таким образом, два PN-перехода образованы этими сильно легированными областями P-типа и каналом N-типа между ними. Вывод затвора (G) подключается внутри к обоим клеммам P-типа, а выводы стока (D) и истока (S) подключаются к любому концу канала N-типа.
Как это работает?
Когда на вывод затвора не подается напряжение, канал становится широко открытым путем для прохождения электронов.Следовательно, максимальный ток течет от истока к выводу стока. Величина протекающего тока определяется разностью потенциалов между выводами истока и стока и внутренним сопротивлением канала.
Но происходит обратное, когда на вывод затвора подается отрицательное напряжение по отношению к выводу истока, что приводит к обратному смещению P-N перехода. В канале создается область истощения, которая сужает канал, увеличивая сопротивление канала между истоком и стоком, и ток становится меньше.
P-канальный JFET
Аналогичным образом, в JFET с P-каналом канал легирован акцепторными примесями, что делает его полупроводником P-типа. Следовательно, поток тока через канал является положительным в виде отверстий. Отсюда и название P-channel JFET. Противоположная сторона канала сильно легирована подложками N-типа. Как и в N-канальном JFET, вывод затвора формируется путем соединения областей N-типа с обеих сторон. Клеммы истока и стока взяты с двух других сторон канала.
Принцип работы также аналогичен N-канальному JFET. Единственное отличие состоит в том, что для его выключения необходимо обеспечить положительное напряжение затвора к источнику. Однако N-канальный JFET имеет более высокую проводимость по току из-за более низкого сопротивления канала, чем их эквивалентные типы P-каналов, поскольку электроны имеют более высокую подвижность через проводник по сравнению с дырками. Это делает N-канальный JFET более эффективным, чем их аналоги с P-каналом.
Характеристики
Здесь JFET смещен через источник постоянного тока, который будет управлять VGS JFET.Мы можем контролировать приложенное напряжение на клеммах стока и источника, изменяя VGS. Оттуда мы можем построить кривую ВАХ полевого транзистора.
Выходные характеристики JFET находятся между током стока (ID) и напряжением сток-исток (VDS) при постоянном напряжении затвор-исток (VGS), как показано на следующем рисунке.
Область отсечки — это область, в которой JFET выключен, что означает отсутствие тока стока, ID течет от стока к истоку.
Омическая область — В этой области JFET начинает показывать некоторое сопротивление току стока, ID, который начинает течь от стока к истоку. Ток, протекающий через полевой транзистор, линейно пропорционален приложенному напряжению.
Область насыщения — Когда напряжение сток-исток достигает такого значения, что ток, протекающий через устройство, является постоянным с напряжением сток-исток и изменяется только с напряжением затвор-исток, устройство считается находящимся в состоянии насыщения. область, край.
Область пробоя — Когда напряжение сток-исток, VDS превышает максимальное пороговое значение, что вызывает пробой области истощения, JFET теряет способность сопротивляться току, и ток стока увеличивается бесконечно.
МОП-транзистор (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник)
Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы, также известные как МОП-транзисторы, имеют большее значение и являются наиболее полезным типом среди всех транзисторов.МОП-транзистор имеет четыре вывода: сток, исток, затвор и корпус или подложку. MOSFET также является транзистором, управляемым напряжением, но основное различие между JFET и MOSFET заключается в том, что он имеет металлооксидный электрод затвора, который электрически изолирован от основного токоведущего канала между стоком и истоком очень тонким слоем. из изоляционного материала, обычно диоксида кремния, широко известного как стекло.
Трек образован с использованием двух сильно легированных зон N-типа, рассеянных в слаболегированной подложке P-типа.Эти две области N-типа известны как сток и исток, а область P-типа называется подложкой. Изоляция управляющего затвора делает входное сопротивление полевого МОП-транзистора чрезвычайно высоким по шкале мегаомов (МОм), тем самым делая его почти бесконечным. Таким образом, ток не может проходить через ворота.
Как это работает?
Основной принцип устройства MOSFET заключается в том, чтобы иметь возможность управлять напряжением и током между выводами истока и стока, используя напряжение, приложенное к выводу затвора.Поверхность полупроводника в нижнем оксидном слое, который расположен между выводами истока и стока, может быть инвертирован из p-типа в n-тип путем приложения либо положительного, либо отрицательного напряжения затвора, соответственно. Когда мы прикладываем силу отталкивания к положительному напряжению затвора, то дырки, находящиеся под оксидным слоем, толкаются вниз вместе с подложкой. Область обеднения заполнена связанными отрицательными зарядами, которые связаны с атомами акцептора. Когда достигаются электроны, развивается канал.Положительное напряжение также притягивает электроны из n + областей истока и стока в канал. Теперь, если между стоком и истоком приложено напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение затвора управляет электронами в канале. Если вместо положительного напряжения приложить отрицательное напряжение, под слоем оксида образуется отверстие.
Типы полевых МОП-транзисторов
Широко используются два полевых МОП-транзистора:
1.Истощение MOSFET:
МОП-транзистор в режиме истощения аналогичен разомкнутому переключателю. В этом режиме для выключения устройства применяется напряжение затвора в источник (VGS). Когда напряжение затвора отрицательное, в канале накапливаются положительные заряды. Это вызывает область истощения в канале и предотвращает протекание тока. Таким образом, поскольку на протекание тока влияет формирование обедненной области, он называется истощенным MOSFET.
2.Расширение MOSFET:
МОП-транзистор расширенного режима аналогичен переключателю включения. В этом режиме для включения устройства применяется напряжение затвор-исток (VGS). Когда отрицательное напряжение подается на вывод затвора полевого МОП-транзистора, отверстия, несущие положительный заряд, накапливаются рядом с оксидным слоем, образуя канал от истока к выводу стока. По мере того, как напряжение становится более отрицательным, ширина канала увеличивается и ток увеличивается; поэтому он называется улучшенным MOSFET.
Кроме того, типы истощения и расширения классифицируются на типы N-канал и P-канал .
1.N-канальный полевой МОП-транзистор :
N-канальный полевой МОП-транзистор имеет канал N-типа между истоком и стоком. Здесь выводы истока и затвора сильно легированы полупроводником N-типа, а подложка легирована полупроводниковым материалом P-типа. Следовательно, ток между истоком и стоком происходит из-за электронов.А протекание тока контролируется напряжением на затворе.
2.P-канальный полевой МОП-транзистор:
Аналогично, P-канальный MOSFET имеет канал P-типа между истоком и стоком. Здесь выводы истока и затвора сильно легированы полупроводником P-типа, а подложка легирована полупроводниковым материалом N-типа. Следовательно, ток между истоком и стоком происходит из-за дыр. А протекание тока контролируется напряжением на затворе.
Характеристики
В целом, полевой МОП-транзистор работает в основном в трех регионах, а именно:
Область отсечки:
В области отсечки полевой МОП-транзистор остается выключенным, поскольку в этой области нет тока.Здесь MOSFET ведет себя как разомкнутый переключатель и, таким образом, используется, когда они должны функционировать как электронные переключатели.
Омическая область:
В омической или линейной области ток сток-исток увеличивается с увеличением напряжения между стоком и истоком. Когда в этой области работают полевые МОП-транзисторы, их можно использовать в качестве усилителей.
Область насыщения:
В этой области значение тока от стока к истоку остается постоянным без учета увеличения напряжения между стоком и истоком.Это происходит только один раз, когда напряжение на стоке к выводу истока увеличивается больше, чем напряжение отсечки. В этом случае устройство будет работать как замкнутый переключатель. Поэтому эта рабочая область используется всякий раз, когда требуются полевые МОП-транзисторы для выполнения операций переключения.
Приложения
MOSFET в качестве коммутатора
Полевые МОП-транзисторы
используются во многих различных приложениях. Они широко известны своими коммутационными характеристиками. Как мы видели ранее, N-канальный MOSFET в режиме улучшения имеет очень высокое входное сопротивление и работает от положительного входного напряжения.Это позволяет нам переключать нагрузки с высоким током или высоким напряжением, используя сигнал относительно низкого логического уровня. В следующем примере мы будем использовать N-канальный МОП-транзистор в режиме улучшения для включения и выключения простой лампы.
Как видите, в этой схеме мы хотим переключить лампу на 12 В с помощью логического сигнала 5 В. Мы подключили положительную клемму лампы к источнику питания 12 В, а другой конец — к клемме стока полевого МОП-транзистора. Клемма источника подключена к GND. Сопротивление затвора к истоку (RGS) используется для предотвращения любого внешнего шума на выводе затвора.
Когда напряжение не подается, лампа остается выключенной. Если мы подадим положительное входное напряжение (VGS) на вывод затвора полевого МОП-транзистора, лампа включится и останется включенной до тех пор, пока мы не удалим входной сигнал или не подадим отрицательное входное напряжение. Затем лампа погаснет.
Усилитель MOSFET
MOSFET или eMOSFET в режиме расширения требует минимального напряжения затвор-исток, называемого пороговым напряжением (VTH), которое должно быть приложено к затвору, чтобы он начал протекать ток от стока к истоку (VDS).По мере увеличения прямого смещения затвора ток сток-исток (IDS) также будет увеличиваться, что делает eMOSFET идеальным для использования в схемах усилителя MOSFET.
Эта простая конфигурация усилителя MOSFET в режиме расширения с общим истоком использует одиночный источник питания на выводе стока для генерации необходимого напряжения затвора (VG) с помощью резисторного делителя на резисторах R1 и R2. Сеть резисторов создает необходимую схему смещения для работы в области насыщения. Нам также понадобятся резистор стока и истока и емкости связи.Значения R1 и R2 обычно большие, чтобы увеличить входное сопротивление усилителя и уменьшить омические потери мощности. Конденсаторы связи C1 и C2 изолируют напряжение смещения постоянного тока от сигнала переменного тока, который необходимо усилить. На изображении выше небольшой сигнал переменного тока (VGS) подается на затвор полевого МОП-транзистора, что приводит к колебаниям тока стока, синхронному с приложенным входным переменным током.
Драйвер мотора H-моста
Н-мост — это конфигурация схемы, обычно используемая для управления скоростью и направлением щеточного двигателя постоянного тока.Как мы видели ранее, используя полевой МОП-транзистор, мы можем легко контролировать скорость двигателя. Но это работает только в одном направлении. Чтобы сделать его двунаправленным, нам нужно подключить 4 полевых МОП-транзистора таким образом, чтобы он мог одновременно переключать как верхнюю, так и низкую стороны.
При активации одной пары (диагонально противоположных) полевых МОП-транзисторов двигатель видит, что ток течет в одном направлении, а когда активируется другая пара, ток через двигатель меняет направление. Срабатывание как нижнего, так и верхнего полевых МОП-транзисторов (но никогда вместе) прерывает ток и останавливает двигатель.
Затворы МОП-транзистора с N-каналом обычно подтягиваются понижающим резистором, а затворы МОП-транзистора с P-каналом подаются высоко. Это приводит к тому, что полевые МОП-транзисторы с каналом P и N отключаются; следовательно, ток не может течь. Когда сигнал ШИМ подается на затворы полевого МОП-транзистора, полевые МОП-транзисторы с каналом N и P попеременно включаются и выключаются, контролируя мощность.
_____
Технология полевых транзисторов может использоваться в различных областях электроники, где биполярные транзисторы не подходят.Полевой транзистор имеет очень высокое входное сопротивление и является устройством, управляемым напряжением; возможно, они являются наиболее широко используемым активным устройством. Поскольку они используются в КМОП и других технологиях интегральных схем, где потребляемая мощность является решающим фактором, полевые МОП-транзисторы обеспечивают работу с очень низким энергопотреблением. МОП-транзистор также можно использовать в качестве переключателя для управления большими нагрузками, такими как лампы или двигатели большой мощности. ШИМ-сигналы от внешнего источника, такого как микроконтроллер, используются для управления проводимостью транзистора. Соответственно, полевой МОП-транзистор включается или выключается, таким образом поддерживая яркость лампы или скорость двигателя.
Вы уже знакомы с электронными возможностями Fusion 360? Fusion 360 предлагает доступ к комплексным средствам проектирования электроники и печатных плат на одной платформе разработки продуктов в облаке. Попробуйте сами сегодня.
Полевой транзистор FET
ТРАНЗИСТОР ПОЛЕВОГО ЭФФЕКТА
6.1 ВВЕДЕНИЕ
Полевой транзистор сокращенно FET, это еще одно полупроводниковое устройство, такое как BJT, которое можно использовать в качестве усилителя или переключателя.
Полевой транзистор — это устройство, работающее от напряжения. В то время как биполярный транзистор — это устройство, управляемое током. В отличие от BJT полевой транзистор практически не требует входного тока.
Это дает ему чрезвычайно высокое входное сопротивление, что является его самым важным преимуществом перед биполярным транзистором.
FET также является трехполюсным устройством, обозначенным как исток, сток и затвор.
Исток можно рассматривать как эмиттер BJT, сток как коллектор, а затвор как противоположную часть базы.
Материал, соединяющий исток со стоком, называется каналом.
Работа полевого транзистора зависит только от потока основных несущих, поэтому они называются однополярными устройствами. Работа BJT зависит как от миноритарных, так и от мажоритарных перевозчиков.
Поскольку полевой транзистор имеет проводимость только через большинство несущих, он менее шумный, чем биполярный транзистор.
Полевые транзисторы
намного проще изготовить и особенно подходят для интегральных схем, поскольку они занимают меньше места, чем биполярные транзисторы.
Усилители на полевых транзисторах
имеют низкий коэффициент усиления из-за емкостных эффектов перехода и создают большие искажения сигнала, за исключением работы с малым сигналом.
На характеристики полевого транзистора практически не влияют изменения температуры окружающей среды. Поскольку он имеет отрицательный температурный коэффициент при высоких уровнях тока, он предотвращает термический пробой полевого транзистора. BJT имеет положительный температурный коэффициент при высоких уровнях тока, что приводит к тепловому пробою.
6.2 КЛАССИФИКАЦИЯ полевых транзисторов:
Существует две основные категории полевых транзисторов:
1. Переходные полевые транзисторы
2. МОП-транзисторы
Далее они подразделяются на P-канальные и N-канальные устройства.
Далее полевые МОП-транзисторы подразделяются на два типа полевых МОП-транзисторов с истощением и улучшенные. МОП-транзисторы
Когда канал имеет N-тип, JFET упоминается как N-канальный JFET, когда канал имеет P-тип, JFET упоминается как P-канальный JFET.
Условные обозначения для P-канальных и N-канальных полевых транзисторов показаны на рисунке.

6.3 КОНСТРУКЦИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ N-КАНАЛЬНОГО FET
Если затвор выполнен из материала N-типа, канал должен быть из материала P-типа.
КОНСТРУКЦИЯ N-КАНАЛЬНОГО JFET
Кусок материала N-типа, называемый каналом, имеет два меньших куска материала P-типа, прикрепленных к его сторонам, образующих PN-переходы.Концы каналов обозначены как сток и исток. И два куска материала P-типа соединены вместе, и их вывод называется затвором. Поскольку этот канал находится в полосе N-типа, полевой транзистор известен как N-канальный JFET.
РАБОТА N-КАНАЛЬНОГО JFET: —
Общая работа JFET основана на изменении ширины канала для управления током стока.
Кусок материала N-типа, называемый каналом, имеет два меньших куска материала P-типа, прикрепленных к его участкам, которые создают PN-соединения.Концы канала обозначаются стоком и истоком. И два куска материала типа P соединены вместе, и их вывод называется затвором. Когда клемма затвора не подключена, а на стоке приложен положительный потенциал на истоке, течет ток стока Id. Когда затвор смещен отрицательно относительно источника, PN-переходы смещены в обратном направлении, и образуются области обеднения. Канал более легирован, чем затворные блоки P-типа, поэтому обедненные области проникают глубоко в канал.Поскольку обедненная область — это область, обедненная носителями заряда, она ведет себя как изолятор. В результате канал сужается. Его сопротивление увеличивается, а Id уменьшается. Когда отрицательное напряжение смещения затвора дополнительно увеличивается, обедненные области встречаются в центре, и Id полностью обрезается.
Есть два способа контролировать ширину канала
Изменяя значение Vgs
И изменяя значение Vds, сохраняя постоянное значение Vgs
1 Изменяя значение Vgs: —
Мы можем изменять ширину канала и, в свою очередь, изменять ток стока.Это можно сделать, изменив значение Vgs. Этот момент проиллюстрирован на рисунке ниже. Здесь мы имеем дело с N канальным полевым транзистором. Таким образом, канал относится к типу N, а затвор — к типу P, который составляет PN-переход. Этот PN-переход всегда имеет обратное смещение при работе JFET. Обратное смещение прикладывается напряжением батареи Vgs, подключенным между затвором и истоком, то есть положительный полюс батареи подключен к истоку, а отрицательный — к затвору.
Когда PN-переход имеет обратное смещение, электроны и дырки диффундируют через переход, оставляя неподвижные ионы на N- и P-сторонах, область, содержащая эти неподвижные ионы, известна как обедненные области.
Если обе области P и N сильно легированы, то область обеднения простирается симметрично с обеих сторон.
Но в N-канальном полевом транзисторе P-область сильно легирована, чем N-тип, поэтому обедненная область простирается больше в N-области, чем в P-области.
Таким образом, когда Vds не применяется, область обеднения симметрична, и проводимость становится нулевой. Так как мобильных операторов на стыке нет.
По мере увеличения напряжения обратного смещения толщина обедненной области также увеличивается.т.е. эффективная ширина канала уменьшается.
Изменяя значение Vgs, мы можем изменять ширину канала.
2 Изменение значения Vds при постоянном Vgs: —
Когда на затвор не подается напряжение, то есть Vgs = 0, Vds применяется между истоком и стоком, электроны будут течь от истока к стоку через канал, составляющий ток стока Id.
При Vgs = 0 для Id = 0 канал между затворными соединениями полностью открыт.В ответ на небольшое приложенное напряжение Vds вся полоса действует как простой полупроводниковый резистор, и ток Id линейно увеличивается с Vds.
Сопротивления каналов представлены как rd и rs, как показано на рис.

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

Когда применяются и Vgs, и Vds: —

Конечно, в принципе невозможно полностью закрыть канал и уменьшить ток Id до нуля, поскольку, если это действительно так, напряжение затвора Vgs прикладывается в направлении, обеспечивающем дополнительное обратное смещение
Когда напряжение подается между стоком и истоком с батареей Vdd, электроны текут от истока к стоку через узкий канал, существующий между областями истощения.Он составляет ток стока Id, его обычное направление — от стока к истоку.
Значение тока стока является максимальным, когда между затвором и истоком не подается внешнее напряжение, и обозначается Idss.
Когда Vgs увеличивается выше нуля, области истощения расширяются. Это уменьшает эффективную ширину канала и, следовательно, контролирует поток стока через канал.
При дальнейшем увеличении Vgs достигается стадия, на которой области истощения соприкасаются друг с другом, что означает, что весь канал закрывается областью истощения. Это снижает ток стока до нуля.
6.4 ХАРАКТЕРИСТИКИ N-КАНАЛЬНОГО JFET: —
Семейство кривых, показывающих соотношение между током и напряжением, известно как характеристические кривые.
Есть две важные характеристики JFET.
Характеристики слива или VI
Передаточные характеристики
Характеристики слива: —
Характеристики стока показывают соотношение между напряжением стока и истока Vds и током стока Id. Для объяснения типичных характеристик стока рассмотрим кривую с Vgs = 0.V.
Когда применяется Vds и он увеличивается, ID тока стока также линейно увеличивается до точки перегиба.
Это показывает, что полевой транзистор ведет себя как обычный резистор. Эта область называется омической областью.
ID увеличивается с увеличением напряжения стока в исток. Здесь ток стока увеличивается медленно по сравнению с омической областью.

4) Это из-за того, что есть увеличение VDS.Это, в свою очередь, увеличивает обратное напряжение смещения на переходе затвор-исток. В результате этого обедненная область увеличивается в размере, тем самым уменьшая эффективную ширину канала.
5) Все напряжение между стоком и истоком, соответствующее точке ширины канала, уменьшается до минимального значения и называется отсечкой.
6) Напряжение сток-исток, при котором происходит отсечка канала, называется напряжением отсечки (Vp).
PINCH OFF Регион: —
Это область, показанная кривой как область насыщения.
Это также называется областью насыщения или областью постоянного тока. Поскольку канал занят областью истощения, область истощения больше к стоку и меньше к истоку, поэтому канал ограничен, при этом только ограниченное количество несущих может пересекать этот канал только от стока истока, вызывая ток что постоянно в этом регионе. Чтобы использовать полевой транзистор в качестве усилителя, он работает в этой области насыщения.
При этом ток стока остается постоянным на максимальном значении IDSS.
Ток стока в области отсечки зависит от напряжения затвор-исток и определяется соотношением
Id = Idss [1-Vgs / Vp] 2
Это известно как родство Шокли.
ОБЛАСТЬ РАЗРЫВА: —
Область показана кривой. В этой области ток стока быстро увеличивается по мере увеличения напряжения стока к истоку.
Это из-за перехода затвор-исток из-за лавинного эффекта.
Лавинный пробой происходит при все более низком значении VDS, поскольку напряжение затвора обратного смещения добавляется к напряжению стока, тем самым увеличивая эффективное напряжение на затворном переходе
Это вызывает
Максимальный ток стока насыщения меньше
Участок омической области уменьшился.
Важно отметить, что максимальное напряжение VDS, которое может быть приложено к полевому транзистору, является наименьшим напряжением, вызывающим доступный пробой.
РАЗДАТОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: —
Эти кривые показывают взаимосвязь между ID тока стока и напряжением затвор-исток VGS для различных значений VDS.
Сначала отрегулируйте напряжение сток-исток до некоторого подходящего значения, затем увеличьте напряжение затвор-исток до небольшого подходящего значения.
Постройте график между напряжением затвора и источником по горизонтальной оси и идентификатором тока по вертикальной оси. Мы получим такую кривую.
Как известно, если Vgs больше отрицательных кривых стока, ток уменьшать. где Vgs делается достаточно отрицательным, Id уменьшается до нуля. Это вызвано расширением области истощения до точки, где она полностью закрывает канал.Значение Vgs в точке отсечки рассчитано как Vgsoff
.
Верхний конец кривой, показанный значением тока стока, равен Idss, то есть, когда Vgs = 0, ток стока максимален.
В то время как нижний конец обозначен напряжением, равным Vgsoff
Если Vgs постоянно увеличивается, ширина канала уменьшается, тогда Id = 0
Можно отметить, что кривая является частью параболы; это может быть выражено как
Id = Idss [1-Vgs / Vgsoff] 2
РАЗНИЦА МЕЖДУ Vp И Vgsoff —
Vp — это значение Vgs, которое заставляет JFET становиться постоянной составляющей тока. Оно измеряется при Vgs = 0 В и имеет постоянный ток стока Id = Idss.Где Vgsoff — значение Vgs, которое уменьшает Id примерно до нуля.
Почему переход затвор-исток полевого транзистора всегда имеет обратное смещение?
Переход затвор-исток полевого транзистора никогда не допускает прямого смещения, потому что материал затвора не предназначен для обработки какого-либо значительного количества тока. Если переходу позволено стать смещенным вперед, ток будет генерироваться через материал затвора. Этот ток может разрушить компонент.
Есть еще одна важная характеристика обратного смещения JFET, то есть J FET имеет чрезвычайно высокое характеристическое входное сопротивление затвора. Этот импеданс обычно находится в высоком мегаомном диапазоне. Благодаря чрезвычайно высокому входному сопротивлению, он не потребляет ток от источника. Высокое входное сопротивление полевого транзистора привело к его широкому использованию в интегральных схемах. Низкие текущие требования к компоненту делают его идеальным для использования в ИС. Где тысячи транзисторов должны быть вытравлены на одном куске кремния.Низкое потребление тока помогает ИС оставаться относительно прохладной, что позволяет разместить больше компонентов в меньшей физической области.
6.5 ПАРАМЕТРЫ JFET
Электрическое поведение JFET можно описать с помощью определенных параметров. Такие параметры получаются из характеристических кривых.
A C Сопротивление дренажу (кр.) :
Это также называется динамическим сопротивлением стока и представляет собой сопротивление переменного тока между выводами стока и истока, когда полевой транзистор JFET работает в области отсечки или насыщения.Он определяется отношением небольшого изменения напряжения стока к истоку ∆Vds к соответствующему изменению тока стока ∆Id для постоянного напряжения затвора и истока Vgs.
Математически это выражается как rd = ∆Vds / ∆Id, где Vgs остается постоянным.
TRANCE ПРОВОДИМОСТЬ (гм):
Это также называется прямой крутизной. Он определяется отношением небольшого изменения тока стока (∆Id) к соответствующему изменению напряжения затвора и истока (∆Vds)
Математически крутизну можно записать как
gm = ∆Id / ∆Vds
КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ (µ)
Он определяется отношением небольшого изменения напряжения стока к истоку (∆Vds) к соответствующему изменению напряжения затвора и истока (∆Vgs) при постоянном токе стока (Id).
Таким образом, µ = ∆Vds / ∆Vgs, когда Id остается постоянным
Коэффициент усиления µ может быть выражен как произведение крутизны (gm) и сопротивления стока по переменному току (rd)
µ = ∆Vds / ∆Vgs = gm rd

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

(a) MOSFET обедненного типа (b) MOSFET улучшенного типа
Оба они являются P-канальными
Вот два основных типа МОП-транзисторов
(1) Тип истощения (2) MOSFET типа расширения.
D-МОП-транзисторы могут работать как в режиме истощения, так и в режиме улучшения.Полевые МОП-транзисторы E могут работать только в режиме улучшения. Основное различие между ними — их физическая конструкция.
Конструктивная разница между ними показана на рисунке ниже.
Как мы видим, D-MOSFET имеет физический канал между выводами истока и стока (заштрихованная область)
E MOSFET, с другой стороны, физически не имеет такого канала. Формирование канала между истоком и стоком зависит от напряжения затвора.
Оба полевых МОП-транзистора имеют изолирующий слой между затвором и остальной частью компонента. Этот изолирующий слой состоит из SIO2, изоляционного материала, подобного стеклу. Материал затвора состоит из металлического проводника. Таким образом, переходя от затвора к подложке, мы можем получить полупроводник из оксида металла, откуда и происходит термин MOSFET.
Поскольку затвор изолирован от остальной части компонента, полевой МОП-транзистор иногда называют полевым транзистором с изолированным затвором или IGFET.
Основа полевого МОП-транзистора называется подложкой.Этот материал представлен в условном обозначении центральной линией, которая соединена с источником.
В символе полевого МОП-транзистора стрелка помещена на подложку. Как и в случае с JFET, стрелка, указывающая внутрь, представляет N-канальное устройство, а указывающая стрелка представляет собой p-канальное устройство.
КОНСТРУКЦИЯ N-КАНАЛЬНОГО МОП-транзистора: —
МОП-транзистор с N-каналом состоит из слаболегированного вещества p-типа, в которое диффундируют две сильно легированные области n +, как показано на рис.Эти n + секций, которые будут действовать как исток и сток. Тонкий слой изоляционного диоксида кремния (SIO2) нарастает по поверхности конструкции, а в оксидном слое прорезаются отверстия, позволяющие контактировать с истоком и стоком. Затем металлическая область затвора накладывается на оксид, покрывая всю область канала. Металлические контакты сделаны для стока и истока, а контакт с металлом по площади канала является выводом затвора. изолирующий диэлектрический оксидный слой и полупроводниковый канал образуют конденсатор с параллельными пластинами.Изоляционный слой из sio2
Это причина, по которой это устройство называется полевым транзистором с изолированным затвором. Этот слой обеспечивает чрезвычайно высокое входное сопротивление (от 10 10 до 10 Ом, 15 Ом) для полевого МОП-транзистора.
6.7.1 ВЫПУСКНОЙ МОП-транзистор
Базовая структура D –MOSFET показана на рис. N-канал распространяется между истоком и стоком с устройством, значительный ток стока IDSS течет от нулевого затвора к напряжению истока, Vgs = 0.

Работа в режиме истощения: —
На приведенном выше рисунке показаны условия работы D-MOSFET с закороченными вместе клеммами затвора и истока (VGS = 0 В)
На этом этапе ID = IDSS, где VGS = 0 В, с этим напряжением VDS протекает заметный ток стока IDSS.
Если напряжение между затвором и истоком становится отрицательным, т. Е. Отрицательными значениями VG, в канале индуцируются положительные заряды через SIO2 конденсатора затвора.
Поскольку ток в полевом транзисторе обусловлен основными носителями (электронами для материала N-типа), индуцированные положительные заряды делают канал менее проводящим, и ток стока падает, когда Vgs становится более отрицательным.
Перераспределение заряда в канале вызывает эффективное истощение основных носителей, что и объясняет обозначение истощения MOSFET.
Это означает, что напряжение смещения Vgs истощает канал свободных носителей. Это эффективно уменьшает ширину канала, увеличивая его сопротивление.
Обратите внимание, что отрицательный Vgs оказывает такое же влияние на полевой МОП-транзистор, как и на полевой транзистор JFET.
Как показано на рисунке выше, слой истощения, создаваемый Vgs (представленный белым пространством между изоляционным материалом и каналом), врезается в канал, уменьшая его ширину.В результате Id
Работа в режиме расширения D-MOSFET: —
Этот режим работы является результатом приложения положительного затвора к источнику напряжения Vgs на устройство.
Когда Vgs положительный, канал эффективно расширяется. Это снижает сопротивление канала, позволяя ID превышать значение IDSS
.
Когда Vgs задан положительным, большинство носителей в p-типе являются дырками.Отверстия в подложке p-типа отражаются положительным напряжением затвора.
В то же время электроны зоны проводимости (неосновные носители) в материале p-типа притягиваются к каналу под действием напряжения затвора +.
По мере накопления электронов около канала, область справа от физического канала фактически становится материалом N-типа.
Расширенный канал типа n теперь допускает больший ток, Id> Idss
Характеристики истощающего полевого МОП-транзистора: —
Фиг.показывает характеристики стока для N-канального обедненного типа MOSFET
.
Кривые построены как для положительного, так и для отрицательного напряжения Vgs
.
Когда Vgs = 0 и отрицательное значение, полевой МОП-транзистор работает в режиме истощения, когда значение Vgs положительно, полевой МОП-транзистор работает в режиме улучшения.
Разница между JFET и D MOSFET заключается в том, что JFET не работает при положительных значениях Vgs.
Когда Vds = 0, между истоком и стоком нет проводимости, если Vgs <0 и Vds> 0, то Id увеличивается линейно.
Но, как и Vgs, 0 создает дырки для положительных зарядов в канале и регулирует ширину канала. Таким образом, проводимость между истоком и стоком поддерживается постоянной, то есть Id постоянным.
Если Vgs> 0, затвор индуцирует больше электронов на стороне канала, к нему добавляются свободные электроны, генерируемые источником. снова потенциал, приложенный к затвору, определяет ширину канала и поддерживает постоянный ток через него, как показано на Рис.
.
РАЗДАТОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: —
Комбинация 3 рабочих состояний i.е. Vgs = 0V, VGs <0V, Vgs> 0V представлены кривой крутизны D MOSFET, показанной на рис.
Здесь на этой кривой можно отметить, что область АВ по характеристикам аналогична таковой у JFET.
Эта кривая продолжается для положительных значений Vgs
Обратите внимание, что Id = Idss для Vgs = 0 В, когда Vgs отрицательное, Id Idss.Таким образом, очевидно, что Idss не является максимально возможным значением Id для полевого МОП-транзистора.
Кривые аналогичны JFET, поэтому D MOSFET имеет такое же уравнение крутизны.
6.7.2 Электронные МОП-транзисторы
E MOSFET может работать только в режиме улучшения. Потенциал затвора должен быть положительным по отношению к источнику.
при значении Vgs = 0 В канал, соединяющий материалы истока и стока, отсутствует.
В результате не может быть значительного тока стока.
Когда Vgs = 0, источник Vdd пытается заставить свободные электроны от истока к стоку, но наличие p-области не позволяет электронам проходить через нее. Таким образом, ток стока отсутствует при Vgs = 0,
.
Если Vgs положительный, он индуцирует отрицательный заряд в подложке p-типа, непосредственно примыкающей к слою SIO2.
Поскольку дырки отталкиваются положительным напряжением затвора, электроны неосновных носителей притягиваются к этому напряжению.Это образует эффективный мост типа N между истоком и стоком, обеспечивающий путь для тока стока.
Это положительное напряжение затвора образует канал между истоком и стоком.
Это создает тонкий слой канала типа N в субпарате P-типа. Этот слой свободных электронов называется слоем инверсии N-типа.
Минимальное значение Vgs, которое создает этот инверсионный слой, называется пороговым напряжением и обозначается как Vgs (th).Эта точка, в которой устройство включается, называется пороговым напряжением Vgs (th)
.
Когда напряжение Vgs
Однако, когда напряжение Vgs> Vgs (th), инверсионный слой подключает сток к истоку, и мы получаем значительные значения тока.

ХАРАКТЕРИСТИКИ E MOSFET: —
ДРЕНАЖНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Вольт-амперные характеристики стока N-канального МОП-транзистора в режиме улучшения приведены на рис.

РАЗДАТОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: —
Текущее значение Idss при Vgs≤ 0 очень мало, порядка нескольких наноампер.
Когда Vgs становится + ve, ток Id медленно увеличивается вначале, а затем намного быстрее с увеличением Vgs.
Стандартная формула крутизны не работает для E MOSFET.
Чтобы определить значение ID при заданном значении VG, мы должны использовать следующее соотношение
Id = K [Vgs-Vgs (Th)] 2
Где K является постоянным для полевого МОП-транзистора.найдено как
К =
Судя по листам технических данных, 2N7000 имеет следующие характеристики.
Id (on) = 75 мА (минимум).
И Vgs (th) = 0,8 (минимум)

6,8 ПРИМЕНЕНИЕ MOSFET
Один из основных вкладов в электронику, внесенный полевыми МОП-транзисторами, можно найти в области цифровой (компьютерной электроники). Сигналы в цифровых схемах состоят из быстро переключающихся уровней постоянного тока. Этот сигнал называется прямоугольной волной, состоящей из двух уровней постоянного тока (или логических уровней).Эти логические уровни — 0 В и + 5 В.
Группа схем с аналогичными схемами и рабочими характеристиками называется логическим семейством. Все схемы в данном семействе логики реагируют на одни и те же логические уровни, имеют одинаковую скорость и возможности управления мощностью и могут быть напрямую связаны друг с другом. Одним из таких семейств логики является дополнительная логика MOS (или CMOS). Это семейство логики полностью состоит из полевых МОП-транзисторов.
6.9 ПОЛЕВЫЙ СМЕЩЕНИЕ: —
Для правильного функционирования линейного усилителя на полевых транзисторах необходимо поддерживать стабильную рабочую точку Q в центральной части зоны отсечки. Точка Q не должна зависеть от изменений параметров устройства и колебаний температуры окружающей среды
Это может быть достигнуто путем подходящего выбора напряжения затвора к истоку VGS и идентификатора тока стока, который называется смещением
. Цепи смещения JFET очень похожи на схемы смещения BJT Основное различие между цепями JFET и BJT заключается в работе самих активных компонентов
Существует два основных типа схем смещения
.
Самостоятельное смещение
Смещение делителя напряжения.
6.9.1 САМОСмещение
Самосмещение — это схема смещения полевого транзистора, в которой используется истоковый резистор для обратного смещения затвора полевого транзистора. Схема самосмещения показана на рис. Самостоятельное смещение является наиболее распространенным типом смещения JFET. Этот полевой транзистор должен работать так, чтобы переход затвор-исток всегда был смещен в обратном направлении. Это условие требует отрицательного VGS для N-канального JFET и положительного VGS для P-канального JFET. Этого можно добиться, используя самосмещение, как показано на рис.Затворный резистор RG не влияет на смещение, потому что он практически не имеет падения напряжения на нем, и: затвор остается на уровне 0 В. RG необходим только для изоляции сигнала переменного тока от земли в усилителях. Падение напряжения на резисторе RS вызывает обратное смещение перехода затвор-исток.

Для анализа постоянного тока конденсаторы связи представляют собой разомкнутые цепи.
Для N-канального полевого транзистора на рис. (A)
IS вызывает падение напряжения на RS и делает источник положительным w.r.t земли. В любой схеме JFET весь ток истока проходит через устройство в цепь стока. Это связано с тем, что нет значительного тока затвора.
Мы можем определить ток источника как IS = ID
(VG = 0, потому что в RG нет тока затвора, поэтому VG через RG равен нулю)
VG = 0, затем VS = ISRS = ID RS
VGS = VG-VS = 0-ID RS = — ID RS
Анализ собственного напряжения смещения постоянного тока: —
В следующем анализе постоянного тока N-канальный J FET, показанный на рис.используется для иллюстрации.
Для анализа постоянного тока мы можем заменить конденсаторы связи разомкнутыми цепями, а также мы можем заменить резистор RG эквивалентом короткого замыкания.:. IG = 0. Связь между ID и VGS задается формулой
. Id = Idss [1-] 2
VGS для N-канального JFET = -id Rs
Подставляя это значение в уравнение выше
Id = Idss [1-] 2
Id = Idss [1+] 2
Для N-канального полевого транзистора на рисунке выше
Is вызывает падение напряжения на Rs и делает источник положительным w.r.t заземление в любой цепи JFET весь ток истока проходит через устройство в цепь стока, это связано с тем, что нет значительного тока затвора. Следовательно, мы можем определить ток источника как Is = Id и Vg = 0, тогда
Vs = Is Rs = IdRs
Vgs = Vg-Vs = 0-IdRs = -IdRs
Рисование линии самосмещения: —
Типичные передаточные характеристики полевого транзистора с самосмещением показаны на рис.
Максимальный ток стока составляет 6 мА, а напряжение отключения затвора истока составляет -3 В.Это означает, что напряжение затвора должно быть в пределах от 0 до -3 В.
Теперь, используя уравнение VGS = -IDRS и предполагая RS любого подходящего значения, мы можем нарисовать линию собственного смещения.
Допустим, RS = 500 Ом
С помощью этого Rs мы можем построить две точки, соответствующие ID = 0 и Id = IDSS
. для ID = 0
VGS = -ID RS
VGS = 0X (500 Ом) = 0 В
Итак, первая точка (0, 0)
(Id, VGS)
Для ID = IDSS = 6 мА
VGS = (-6 мА) (500 Ом) = -3 В
Таким образом, вторая точка будет (6 мА, -3 В)
Построив эти две точки, мы можем провести прямую линию через точки.Эта линия будет пересекать кривую крутизны и известна как линия самосмещения. Точка пересечения дает рабочую точку JFET самосмещения для схемы.
В точке Q значение ID немного> 2 мА, а VGS немного> -1 В. Точка Q для полевого транзистора с самосмещением зависит от значения Rs. Если Rs велико, точка Q находится далеко внизу на кривой крутизны, ID маленький, когда Rs маленький, точка Q находится далеко вверх по кривой, ID большой.
6.9.2 Смещение делителя напряжения: —

Фиг.показывает N-канальный JFET со смещением делителя напряжения. Напряжение на истоке JFET должно быть более положительным, чем напряжение на затворе, чтобы соединение затвор-исток оставалось смещенным в обратном направлении. Напряжение источника
VS = IDRS
Напряжение затвора устанавливается резисторами R1 и R2, как выражается в следующем уравнении с использованием формулы делителя напряжения.
Vg = Vdd
Для анализа постоянного тока
Применение КВЛ во входной цепи
VG-VGS-VS = 0
:: VGS = VG-Vs = VG-ISRS
VGS = VG-IDRS :: IS = ID
Применяя КВЛ к входной цепи получаем
VDS + IDRD + VS-VDD = 0
:: VDS = VDD-IDRD-IDRS
VDS = VDD-ID (RD + RS)
Точка Q усилителя JFET, использующего смещение делителя напряжения, составляет
IDQ = IDSS [1-VGS / VP] 2
VDSQ = VDD-ID (RD + RS)
СРАВНЕНИЕ MOSFET С JFET
В полевых МОП-транзисторах с усилением и истощением поперечное электрическое поле, индуцированное через изолирующий слой, нанесенный на полупроводниковый материал, регулирует проводимость канала.
В полевом транзисторе JFET поперечное электрическое поле через обратно смещенный PN-переход управляет проводимостью канала.
Ток утечки затвора в полевом МОП-транзисторе составляет порядка 10–12 А. Следовательно, входное сопротивление полевого МОП-транзистора очень велико, порядка 1010–1015 Ом. Ток утечки затвора полевого транзистора составляет порядка 10–9 А., а его входное сопротивление — порядка 108 Ом.
Выходные характеристики JFET более плоские, чем у MOSFET, и, следовательно, сопротивление стока JFET (0.От 1 до 1 МОм) намного выше, чем у полевого МОП-транзистора (от 1 до 50 кОм).
JFET работают только в режиме истощения. MOSFET истощенного типа может работать как в режиме истощения, так и в режиме улучшения.
По сравнению с JFET, полевые МОП-транзисторы легче изготавливать.
Доступны специальные цифровые КМОП-схемы, которые предполагают практически нулевое рассеивание мощности и очень низкие требования к напряжению и току. Это делает их подходящими для портативных систем.
Источник: https://www.snscourseware.org/snsct/files/CW_595634b70671f/EDC%20unit%206%20FET.doc
Если вы являетесь автором приведенного выше текста и не соглашаетесь поделиться своими знаниями для обучения, исследований, стипендий (для добросовестного использования, как указано в авторских правах США), отправьте нам электронное письмо, и мы быстро удалим ваш текст. Добросовестное использование — это ограничение и исключение из исключительного права, предоставленного законом об авторском праве автору творческой работы.В законах США об авторском праве добросовестное использование — это доктрина, которая разрешает ограниченное использование материалов, защищенных авторским правом, без получения разрешения от правообладателей. Примеры добросовестного использования включают комментарии, поисковые системы, критику, репортажи, исследования, обучение, архивирование библиотек и стипендии. Он предусматривает легальное, нелицензионное цитирование или включение материалов, защищенных авторским правом, в работы другого автора в соответствии с четырехфакторным балансирующим тестом. (источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Fair_use)
Информация о медицине и здоровье, содержащаяся на сайте, имеет общий характер и цель, которая является чисто информативной и по этой причине не может в любом случае заменить совет врача или квалифицированного лица, имеющего законную профессию.
Тексты являются собственностью их авторов, и мы благодарим их за предоставленную нам возможность бесплатно делиться своими текстами с учащимися, преподавателями и пользователями Интернета, которые будут использоваться только в иллюстративных образовательных и научных целях.
ZrO x полевой транзистор отрицательной емкости с подпороговым поведением качания ниже 60 | Письма о наномасштабных исследованиях
1.
Lundstrom MS. Новый взгляд на MOSFET: физика устройств и моделирование в наномасштабе.IEEE Int. SOI Conf. 2006: 1–3.
2.
Сакураи Т. Перспективы маломощных СБИС. IEICE Trans. Электрон. 2004: 429–436.
3.
Sze SM, Ng KK. Физика полупроводниковых приборов, 3-е издание. Wiley Inter science; 2006.
4.
Баба Т. (1992) Предложение по поверхностным туннельным транзисторам. Jpn J Appl Phys 31: 4
Статья Google Scholar
5.
Sarkar D, Xie X, Liu W et al (2015) Субтермионный туннельный полевой транзистор с атомарно тонким каналом.Nature 526: 91–95
CAS Статья Google Scholar
6.
Гопалакришнан К., Гриффифин П., Пламмер Дж. (2005) MOS с ударной ионизацией (IMOS) — Часть I: моделирование устройств и схем. IEEE Tran Elec Dev 52: 69–76
CAS Статья Google Scholar
7.
Салахуддин С., Датта С. (2008) Использование отрицательной емкости для усиления напряжения для маломощных наноразмерных устройств.Nano Lett 8: 405–410
CAS Статья Google Scholar
8.
Ли К.С., Чен П.Г., Лай Т.Й. и др. FinFET-транзистор с отрицательной емкостью менее 60 мВ без гистерезиса. В: Международное собрание электронных устройств IEEE. 2016.
9.
Хан А.И., Йунг К.В., Ху С.и др. Сегнетоэлектрический МОП-транзистор с отрицательной емкостью: настройка емкости и антисегнетоэлектрический режим. IEDM Tech Dig. 2011.
10.
Салахуддин С., Датта С. (2008) Использование отрицательной емкости для усиления напряжения для маломощных наноразмерных устройств.Nano Lett 8 (2): 405–410
CAS Статья Google Scholar
11.
Дасгупта С., Раджашекхар А., Маджумдар К. и др. Переключение Sub-kT / q при сильной инверсии в PbZr _0,52 Ti _0,48 O ₃ стробированных полевых транзисторов с отрицательной емкостью. Исследовательские твердотельные вычисления IEEE J. Схемы устройств. 2017; 1: 43–48.
12.
Бакаул С., Серрао С., Ли М. и др. (2016) Монокристаллические функциональные оксиды на кремнии.Nat Commun 7: 10547
CAS Статья Google Scholar
13.
Русу А., Сальваторе Г.А., Хименес Д. и др. Полевой транзистор металл – сегнетоэлектрик – металл – оксид – полупроводник с подпороговым размахом менее 60 мВ / декада и внутренним усилением напряжения. Встреча «Электронные устройства». IEDM Tech Dig. 2010.
14.
Jo J, Shin C (2016) Полевой транзистор с отрицательной емкостью и безгистерезисным переключением на уровне менее 60 мВ / декада.IEEE Electron Device Lett 37: 245–248
CAS Статья Google Scholar
15.
Lee MH, Wei YT, Chu KY et al (2015) Крутой наклон и почти негистерезис полевых транзисторов с антисегнетоэлектрическим HfZrO для маломощной электроники. IEEE Electron Device Lett 36: 294–296
CAS Статья Google Scholar
16.
Cheng CH, Chin A (2014) Низковольтный pMOSFET с крутым включением, использующий сегнетоэлектрический диэлектрик затвора с высоким k.IEEE Electron Device Lett 35: 274–276
CAS Статья Google Scholar
17.
Ли М.Х., Чен П.Г., Лю С. и др. Перспективы сегнетоэлектрических полевых транзисторов HfZrO _x с экспериментально CET = 0,98 нм, SS _для = 42 мВ / дек, SS _rev = 28 мВ / дек, отключение <0,2 В и стратегии без гистерезиса. В: Международное собрание электронных устройств IEEE; 2015.
18.
Мюллер Дж., Юрчук Э., Шлссер Т. и др.Сегнетоэлектричество в HfO ₂ обеспечивает энергонезависимое хранение данных в 28-нм HKMG. В кн .: Симпозиум по технологии СБИС; 2012.
19.
Шредер У., Юрчук Э., Мюллер Дж и др. (2014) Влияние различных примесей на переключающие свойства сегнетоэлектрического оксида гафния. Jpn J Appl Phys 53: 85–89
Статья Google Scholar
20.
Мюллер С., Мюллер Дж., Шредер У и др. (2013) Характеристики надежности сегнетоэлектрических тонких пленок Si: HfO ₂ для приложений памяти.IEEE T Device Mat Re 13: 93–97
CAS Статья Google Scholar
21.
Park MH, Kim HJ, Kim YJ et al (2016) Влияние содержания Zr на эффект пробуждения в Hf _1– _x Zr _x O ₂ фильмы. ACS Appl Mater Inter 8: 15466–15475
CAS Статья Google Scholar
22.
Schroeder U, Richter C, Park MH et al (2018) Оксид гафния, легированный лантаном: прочный сегнетоэлектрический материал.Inorg Chem 57: 2752–2765
CAS Статья Google Scholar
23.
Черникова А.Г., Козодаев М.Г., Негров Д.В. и др. (2018) Повышение коммутационной стойкости сегнетоэлектриков у легированных la Hf _0,5 Zr _0,5 O2 тонких пленок. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 10: 2701–2708
CAS Статья Google Scholar
24.
Hyuk PM, Hwan LY, Thomas M. et al (2018) Обзор и перспективы использования тонких пленок на основе сегнетоэлектрика HfO ₂ для запоминания.MRS Commun 8: 795–808
Статья Google Scholar
25.
Мюллер С., Юрчук Э., Слесазек С. и др. Исследование производительности и оптимизация Si: HfO ₂ FeFET по технологии 28 нм. В: Объединенный международный симпозиум IEEE по применению сегнетоэлектрика и семинар по силовой микроскопии пьезоотклика; 2013: 248–51.
26.
Zhou J, Zhou Z, Wang X et al (2020) Демонстрация сегнетоэлектричества в HfO, легированном алюминием ₂ с низким тепловым балансом 500 ° C.IEEE Electron Device Lett 41: 1130–1133
CAS Google Scholar
27.
Liu H, Peng Y, Han G et al (2020) ZrO ₂ полевых сегнетоэлектрических транзисторов, включаемых переключаемыми диполями кислородных вакансий. Nanoscale Res Lett 15: 120
CAS Статья Google Scholar
28.
Peng Y, Han G, Liu F и др. Энергонезависимые полевые транзисторы на основе диполей, связанных с кислородной вакансией, для приложений памяти и синапсов.IEEE Electron Device Lett. 2020.
29.
Peng Y, Han G, Liu F et al (2020) Сегнетоэлектрическое поведение, возникающее из-за диполей кислородных вакансий в аморфной пленке для энергонезависимой памяти. Nanoscale Res Lett 15: 134
CAS Статья Google Scholar
30.
Park MH, Kim HJ, Kim YJ et al (2014) Thin Hf _x Zr ₁ _— _x O ₂ пленки: новая бессвинцовая система для электростатических суперконденсаторов с большой плотностью накопления энергии и высокой термической стабильностью.Adv Energy Mater 4: 1400610
Артикул Google Scholar
31.
Шредер У., Юрчук Э., Мюллер Дж. И др. (2014) Влияние различных легирующих добавок на переключающие свойства сегнетоэлектрического оксида гафния. Jpn J Appl Phys 53: 08LE02
Статья Google Scholar
32.
Peng Y, Xiao W, Liu F et al (2020) Энергонезависимые полевые транзисторы на основе диполей, связанных с кислородными вакансиями, для приложений памяти и синапсов.IEEE Electron Device Lett 67: 3632–3636
CAS Статья Google Scholar
33.
Peng Y, Han G, Liu F et al (2020) Сегнетоэлектрическое поведение, возникающее из-за диполей кислородных вакансий в аморфной пленке для энергонезависимой памяти. Nanoscale Res Lett 5: 134
Артикул Google Scholar
34.
Zhang S, Liu Y, Zhou J et al (2020) Низковольтный рабочий 2D MoS ₂ сегнетоэлектрический транзистор памяти с Hf ₁ _— _x Zr _x O ₂ Конструкция ворот.Nanoscale Res Lett 15: 157
CAS Статья Google Scholar
35.
Глинчук М.Д., Морозовская А.Н., Луковяк А. и др. (2020) Возможное электрохимическое происхождение сегнетоэлектричества в тонких пленках HfO ₂. J Alloy Compod 830: 153628
CAS Статья Google Scholar
36.
Ishibashi Y, Orihara H (1995) Теория петли гистерезиса D – E. Интегр Ферроэлектр 9: 57–61
Артикул Google Scholar
37.
Скотт Дж. Ф., Доубер М. (2000) Самоструктурирование в атомных и наноразмерных тонких сегнетоэлектрических пленках. AIP Conf Proc 535: 129
CAS Статья Google Scholar
38.
Чен Х.П., Ли В.К., Охока А. и др. (2011) Моделирование и проектирование сегнетоэлектрических полевых МОП-транзисторов. IEEE Trans Electron Devices 58: 2401–2405
CAS Статья Google Scholar
39.
Zhou J, Peng Y, Han G et al (2017) Снижение гистерезиса в полевых транзисторах с отрицательной емкостью обеспечивается за счет модуляции сегнетоэлектрических свойств в HfZrO _x.IEEE J Electron Dev 6: 41–48
Google Scholar
40.
Саха А.К., Шарма П., Дабо И. и др. Модель сегнетоэлектрического транзистора на основе самосогласованного решения двумерных уравнений Пуассона, неравновесной функции Грина и многодоменных уравнений Ландау Халатникова. В: Международное собрание электронных устройств IEEE. 2018.
41.
Zhou J, Han G, Li J et al (2018) Отрицательное дифференциальное сопротивление в полевых транзисторах с отрицательной емкостью.IEEE Electron Device Lett 39: 622–625
CAS Статья Google Scholar
42.
Zhou J, Han G, Li Q и др. Сегнетоэлектрические HfZrO _x Ge и GeSn PMOSFET с подпороговым размахом менее 60 мВ / декаду, незначительным гистерезисом и улучшенным I _ds. В: Международное собрание электронных устройств IEEE. 2017.
43.
Sharma P, Tapily K, Saha AK, et al. Влияние полного и частичного дипольного переключения на крутизну переключения полевых транзисторов с отрицательной емкостью последнего затвора с сегнетоэлектрическим стеком затвора из оксида гафния-циркония.В кн .: Симпозиум по технологии СБИС. 2017.
44.
Лин Л., Робертсон Дж. (2011) Атомный механизм электрического диполя, образованного на границе раздела high-K: SiO ₂. J Appl Phys 109: 9
Google Scholar
45.
Шариа О., Демков А.А., Берсукер Г. и др. (2007) Теоретическое исследование границы раздела диэлектрик / изолятор: выравнивание полос на переходе SiO ₂ / HfO ₂. Phys Rev B 75: 3
Статья Google Scholar
Создание датчика полевого транзистора для обнаружения мутаций в гене опухолевого белка 53 (TP53) — подход к электрохимической оптимизации
Настройка датчика
Чтобы эффективно установить оптимальную настройку измерения для датчика FET для обнаружения TP53, Были проведены различные эксперименты по оптимизации «чувствительной» стороны устройства (т.э., золотой электрод). Для этой цели были выбраны PGE, и, несмотря на их относительно высокую стоимость по сравнению с электродами с трафаретной печатью (SPE), они предлагают поверхность из золота более высокого качества, которую можно отполировать до зеркального блеска, что приводит к улучшенному обнаружению ДНК, чувствительности и воспроизводимости между измерениями [ 16]. Ранее PGE находили применение в качестве ферментных биосенсоров для обнаружения перекиси и, среди прочего, в качестве химических сенсоров [26,27]. Для исследования диаметра электродов использовались золотые электроды микроизготовления.Они были изготовлены в чистом помещении с помощью ряда этапов фотолитографии и травления. Электрод диаметром 1000 мкм рассматривался как наиболее сопоставимый по размерам с PGE (2 мм) и классифицировался как макроэлектроды. Меньшие электроды считались значительно различающимися по диаметру и для целей настоящего исследования назывались микроэлектродами. Для электрохимических измерений была разработана трехэлектродная ячейка с рабочим электродом из PGE (WE), платиновым противоэлектродом (CE) и электродом сравнения Ag / AgCl (RE).ЭПГ, используемый для электрохимических измерений, представлен на (i), а поверхность электрода из золота, на которой происходит реакция, обведена красным для ясности. Для исследования качества поверхности Au-электрода СЭМ проводилась на неизолированном электроде. СЭМ-изображение, показанное на (ii), показывает, что PGE имеет преимущественно гладкий профиль поверхности с лишь несколькими пустотами на поверхности с неоднородными размерами частиц.
Механизм обнаружения сенсора основан на электрохимических изменениях на поверхности Au WE, когда целевая ДНК прикрепляется к поверхности, что в конечном итоге приводит к изменению потенциала холостого хода, которое может быть измерено как изменение напряжения, подходящее для считывания через полевой транзистор. .b изображает схему протокола прикрепления ДНК на поверхности сенсорной площадки Au, в соответствии с которой первоначально одноцепочечная (ss) зондовая ДНК иммобилизуется посредством полуковалентного связывания алкантиольной группы с золотом с последующим добавлением целевой ДНК различных концентрации. Гибридизация зонд-мишень делает возможным образование двухцепочечной (d-s) ДНК. Более подробную информацию о процессе прикрепления можно найти в соответствующей работе Keighley et al. [28]. Электрохимические измерения использовались для отслеживания изменений между поверхностью только для зонда (до мишени) и поверхностью с добавленной целевой ДНК (после мишени), чтобы установить влияние гибридизации мишени на электрод и оптимизировать различные параметры электрода для получения максимального результата. переключение между измерениями до и после цели.После оптимизации контактной площадки электрода был введен полевой транзистор датчика. Датчик на полевом транзисторе состоит из имеющегося в продаже транзистора, который действует как преобразователь. Затвор полевого транзистора соединен последовательно с контактной площадкой электрода через провод Au, поэтому пороговое напряжение полевого транзистора (V _t) должно оставаться приблизительно постоянным. Система содержит электрод питания, который в конечном итоге регулирует напряжение, подаваемое на затвор (V _GATE), электрод сенсорной площадки, который ведет себя как плавающий затвор (V _PAD), где происходит гибридизация ДНК, и сам полевой транзистор, действующий как преобразователь.Можно смоделировать падение напряжения на электроде затвора путем добавления сенсорной площадки через расширенное устройство затвора, связав напряжение как с емкостью затвора (C _GATE), так и с емкостью полупроводникового канала (C _FET) и их соответствующие области [29,30]. Согласно исследованию, проведенному С. П. Уайтом и др. В [29], для уменьшения эффективного падения напряжения площадь затвора должна быть как минимум в 150 раз больше, чем площадь полупроводника.Если это соотношение не выполняется и площадь затвора уменьшается по сравнению с площадью полупроводника, то включение транзистора не такое резкое, ток включения полевого транзистора уменьшается, а также наблюдается заметный гистерезис. Кроме того, при использовании простой модели сосредоточенного конденсатора, как описано в [29], где предполагается, что полупроводник удерживается на земле и ток затвора равен нулю, если C _GATE >> C _FET, тогда V _PAD ≈ V _GATE, критическая особенность, обеспечивающая максимально резкое включение транзистора, поскольку падение напряжения незначительно.Для системы, представленной здесь, различные емкости и площади неизвестны, поскольку коммерчески доступный полевой транзистор использовался в качестве доказательства концепции; однако будущая конструкция устройства будет включать эти важные элементы площади и соотношения емкостей, чтобы обеспечить как можно меньшее падение напряжения, поддерживая работу низковольтного устройства и, в конечном итоге, повышая чувствительность предлагаемой системы. Однако в случае представленной системы, поскольку полевой транзистор подключен в конфигурации источник-повторитель, мы можем сделать приближение и смоделировать устройство в идеальной ситуации, при которой изменение потенциала, вызванное добавлением целевой ДНК (ΔV _DNA) должна быть единственной системной переменной.Следовательно, ожидаемый выход системы должен быть приблизительно равен потенциальному изменению за счет добавления ДНК, как подробно описано в уравнении (1):
Преимущество использования подхода с расширенными вентилями было продемонстрировано ранее [22,31]; однако основная причина для этого заключается в том, чтобы избежать дополнительных сложностей, возникающих в результате инкапсуляции устройства, поскольку преобразовательный элемент (FET) изолирован от чувствительной стороны. c показывает схематическое изображение сенсорной установки с чувствительной площадкой Au-электрода, погруженной в измерительный раствор, присоединенной последовательно к затвору полевого транзистора через Au-провод.
a показывает репрезентативные графики того, что должно происходить, когда ДНК-мишень гибридизируется с ДНК зонда на поверхности электрода в отношении электрохимических измерений дифференциальной импульсной вольтамперометрии (DPV) (i), спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) (ii) и открытой потенциометрия цепи (OCP) (iii). DPV — это высокочувствительный вольтамперометрический метод, который включает серию импульсов напряжения, наложенных на линейную развертку потенциала (например, эффект лестницы). Ток измеряется перед каждым изменением напряжения.EIS используется для отслеживания сложных изменений импеданса в системе путем подачи небольшого импульса переменного напряжения и измерения действительной и мнимой частей импеданса в зависимости от частоты. OCP относится к потенциалу электрохимической системы, в которой нет тока, и является наиболее точным с электрохимической точки зрения представлением того, что происходит с изменением потенциала в системе полевых транзисторов при обнаружении ДНК. При прикреплении ДНК-мишени поверхность электрода считается более «заблокированной» (физически и электростатически), что препятствует способности электрохимического окислительно-восстановительного медиатора, такого как FF-C, проникать к поверхности электрода.Это проявляется в увеличении сопротивления переносу заряда ( R _CT ) части EIS, и с повышенным сопротивлением пиковый ток DPV и потенциал холостого хода теоретически должны уменьшаться в соответствии с законом Ома (см. A).
( a ) Примеры электрохимических измерений (дифференциальная импульсная вольтамперометрия (DPV) (i), спектроскопия электрохимического импеданса (EIS) (ii) и потенциометрия разомкнутой цепи (OCP) (iii)), отражающие эффект гибридизации с дополнительной мишенью ДНК по сравнению с первоначальными «предварительными» измерениями.Данные до цели отображаются красным цветом, а данные после цели — синим. ( b ) Эксперименты по оптимизации сенсорной площадки для Au-электрода: (i) диаметр электрода, (ii) концентрация ДНК-зонда, (iii) ДНК-зонд со спейсером или без него и (iv) влияние буфера для измерений на различные концентрации целевой ДНК.
Перед подключением к стороне полевого транзистора чувствительной схемы чувствительная площадка Au PGE была оптимизирована электрохимически с помощью измерений DPV, EIS и OCP. Были исследованы различные параметры для оптимизации чувствительности Au-прокладки для обнаружения ДНК, включая размер электрода, концентрацию ДНК зонда, ДНК зонда с и без спейсера между последовательностью ДНК и тиоловой группой, а также состав буфера для измерений, в котором проводились измерения. .
Во-первых, было исследовано влияние размера электрода на измерение ДНК. b (i) показывает влияние диаметра электрода (100, 250 и 1000 мкм) на изменение сигнала между электрохимическими измерениями до и после мишени. Эти эксперименты проводились на электродах микростроения, чтобы получить для сравнения электроды меньшего диаметра. Как и ожидалось, DPV и OCP после целевого значения привели к% снижению, тогда как EIS привел к увеличению R _CT после целевого добавления.Понятно, что наибольшее изменение сигнала независимо от методики измерения производится электродом с наибольшим диаметром (1000 мкм), а также обеспечивает наиболее согласованное изменение для измерений OCP. Таким образом, в сочетании с более воспроизводимой поверхностью и тенденцией к большему изменению сигнала с увеличением диаметра электрода, 2-миллиметровый PGE был выбран в качестве оптимального электрода для дальнейшей оптимизации.
Затем была исследована концентрация ДНК зонда в буфере для иммобилизации для оптимизации плотности ДНК зонда.b (ii) показаны данные DPV, EIS и OCP для четырех различных концентраций зонда ДНК в растворе для иммобилизации (0,1, 0,5, 1 и 3 мкМ). В то время как OCP, по-видимому, мало отличался, DPV и EIS показали наибольшее снижение и увеличение, соответственно, после добавления мишени для 1 мкМ зонда. Чтобы завершить оптимизацию зонда, был разработан зонд, который имел спейсер (SP18) на 5′-конце, чтобы удостовериться, что расширение последовательности узнавания от поверхности и дальше в раствор приводит к улучшенной гибридизации целевой ДНК и, в конечном итоге, большее изменение в OCP.Для всех выполненных измерений влияние спейсера было значительным (b (iii)) и фактически привело к меньшим изменениям после мишени, чем исходный зонд без спейсера. Это было интересным открытием, так как в литературе по электрохимическим анализам есть много сообщений о спейсерах, фактически улучшающих чувствительность [32,33], и поэтому было сочтено целесообразным исследовать влияние спейсера на эту систему. Однако тот факт, что введение прокладки в этом случае привело к меньшему изменению пост-мишени, может быть преимуществом для системы на основе полевых транзисторов, где длина Дебая является критическим параметром, который необходимо учитывать.Поэтому в дальнейшем для всех экспериментов использовался электрод из PGE диаметром 2 мм с концентрацией зонда 1 мкМ без спейсера. Последний проведенный эксперимент по оптимизации заключался в исследовании различных буферов измерения для оптимизации изменения сигнала в отношении OCP. b (iv) показывает соотношение изменения сигнала ОСР с использованием трех различных концентраций целевой ДНК для сравнения (10 нМ, 100 нМ и 1 мкМ). Были протестированы пять буферов для измерений (1 мМ FF-C в 1 × PBS, 2 мМ FF-C в 1 × PBS, только 0,05 × PBS, только 1 × PBS и только 3 × PBS) (PBS = фосфатно-солевой буфер, pH ~ 7.2). Хотя FF-C является обычным электрохимическим окислительно-восстановительным посредником, который фиксирует четко определенный ОСР, два задействованных иона имеют заряды 4 ^— и 3 ^—, что приводит к высокой ионной силе, и поэтому PBS был исследован для измерения влияние концентрации соли на ОСР системы, что особенно важно для последующих измерений полевого транзистора, где длина Дебая является важным фактором, позволяющим избежать потенциальных электростатических экранирующих эффектов, приводящих к значительному снижению чувствительности полевого транзистора к обнаружению ДНК [34].Из b (iv) ясно, что измерительный буфер 0,05 × PBS обеспечивал самый высокий коэффициент изменения сигнала (снижение ОСР) из всех буферов. Во всех случаях было четкое различие между целевой концентрацией и ОСР, что является многообещающим для чувствительного обнаружения TP53 при концентрациях в диапазоне нМ. На основании этих результатов лучшим буферным раствором для последующих измерений был выбран 0,05 × PBS.
На основе оптимизированных данных датчика и оптимального измерительного буфера для измерений OCP, следующим шагом было исследование того, как потенциал холостого хода сенсорной системы изменялся в течение длительного периода времени.Из b (iv) видно, что ОСР варьировала в зависимости от целевой концентрации, и наблюдаемое снижение было больше по мере увеличения целевой концентрации. Однако эти измерения OCP основаны на 10-секундных измерениях OCP и не учитывают долгосрочные изменения стабильности системы. a (i) показывает эффект выполнения «непрерывного» измерения ОСР в течение периода 7200 с (2 ч) для исследования чувствительности сенсорной площадки Au PGE к изменениям целевой концентрации TP53. (Данные от 0 до 1000 с не показаны из-за уравновешивания решения, и данные содержат некоторый шум, который привел к плохому представлению последующих потенциальных изменений).Через 30 минут для стабилизации буфера для измерений (смешивание или использование мешалки может сократить необходимое время), к смеси добавляли первую концентрацию целевой ДНК (100 нМ). Каждые 30 минут добавляли повышенную концентрацию целевой ДНК (250 нМ, а затем 500 нМ) для установления чувствительности системы около физиологически значимых уровней [33]. Ясно, что в случае комплементарных последовательностей зонда и ДНК-мишени по мере увеличения концентрации ДНК-мишени наблюдалось большее снижение ОСР.Красная стрелка на (i) подчеркивает эффект добавления целевой ДНК к раствору, в результате чего ОСР временно снижается до нового устойчивого состояния в этот момент времени. Для сравнения некомплементарная целевая последовательность была исследована с использованием идентичных условий для исследования специфичности разработанного сенсора. Отрадно отметить, что для некомплементарного случая не было ощутимого изменения ОСР при добавлении в систему целевой ДНК от 100 до 500 нМ, что указывает на отсутствие гибридизации между зондом и мишенью.а (ii) показывает новый стационарный потенциал системы при добавлении целевой ДНК в зависимости от концентрации целевой ДНК. В случае комплементарной мишени снижение потенциала ОСР между ситуацией до мишени и после нанесения 500 нМ целевой ДНК составляло 23,01%, тогда как для некомплементарной последовательности изменение в том же диапазоне концентраций составляло только 2,78%. Полезный биосенсор должен быть не только чувствительным, но и специфичным для конкретного интересующего параметра (втДНК), который явно предлагает эта система.
( a ) (i) Непрерывное измерение OCP, измеряющее изменение потенциала как функцию увеличения концентрации целевой ДНК с течением времени. График показывает влияние комплементарных и некомплементарных целевых последовательностей на ОСР. ( a ) (ii) Средний потенциал ОСР как функция увеличения концентрации целевой ДНК для комплементарных и некомплементарных последовательностей ДНК-мишеней. ( b ) Средний потенциал полевого транзистора как функция увеличения концентрации целевой ДНК для комплементарной ДНК-мишени.
Поскольку было доказано, что OCP чувствителен к изменениям в целевой ДНК, заключительным этапом была оценка недорогого FET как средства для отслеживания изменений потенциала, избегая необходимости в более сложных и дорогостоящих измерениях OCP. Использовалась установка датчика, показанная в c, при этом измерительная площадка Au PGE была подключена последовательно к затвору полевого транзистора через Au-провод с напряжением затвора и стоком 2 В. Эксперимент, идентичный показанному в a, был проведен с использованием дополнительного целевая последовательность. b показывает средний потенциал полевого транзистора после добавления целевой ДНК как функцию концентрации ДНК.Ясно, что по мере увеличения концентрации целевой ДНК от состояния до мишени до максимального значения 500 нМ, потенциал полевого транзистора увеличивался с 487,7 мВ до 488,6 мВ, то есть на ~ 1 мВ. Хотя это изменение невелико, оно действительно измеримо. Были выдвинуты гипотезы о возможных методах увеличения изменения потенциала полевого транзистора, включая использование тонкопленочных транзисторов, таких как органические полевые транзисторы или органические тонкопленочные транзисторы (OTFT) [22,23,24]. Такие устройства имеют значительно меньшие размеры элементов с длиной канала в микронном диапазоне, что обеспечивает большую подвижность носителей заряда и, следовательно, изменение потенциала.Второй метод повышения чувствительности датчика — это проведение измерений с использованием анализатора параметров полупроводников, позволяющего получать и измерять малые напряжения и токи (диапазон фемтоампер), а полевой транзистор может действовать как усилитель и измерять изменения тока. вместо потенциала. Оптимизация прикладываемых к полевому транзистору напряжения затвора и стока также может улучшить чувствительность, а смещение устройства в подпороговом режиме может стать хорошей отправной точкой для улучшения чувствительности.Однако текущая установка действительно обеспечивает умеренное изменение потенциала для небольших изменений концентрации целевой ДНК, устраняя необходимость в более сложных и дорогостоящих электрохимических методах обнаружения. Интересно, что хотя ОСР уменьшается с увеличением концентрации целевой ДНК, потенциал полевого транзистора увеличивается. Скорее всего, это результат смещения полевого транзистора, и изменение напряжения смещения или использование полевого транзистора с каналом p-типа может привести к снижению потенциала. Однако, независимо от увеличения / уменьшения, важным аспектом является то, что существует очевидное потенциальное изменение целевых концентраций ДНК в диапазоне нМ, и оно является постоянным.
Что касается характеристик сенсора, то было проведено аналогичное исследование с использованием подхода на основе FET, направленного на обнаружение ПНК (пептидная нуклеиновая кислота) –ДНК [31]. В этом случае они обнаружили сдвиг потенциала ~ 70 мВ при использовании 1 мкМ ДНК. Это очень сравнимо с изменением OCP, которое мы наблюдали в a, несмотря на более низкую концентрацию ДНК-мишени. Кроме того, датчик, использующий полевой транзистор с расширенным затвором на основе GaN-нанопроволоки, был разработан ранее для обнаружения TP53 [35]. Подход обеспечивал очень высокую чувствительность (аттомолярный диапазон) и был специфичным между комплементарными и некомплементарными последовательностями.Другая система, использующая биосенсор FET для обнаружения мутанта TP53, использовала CMOS MOSFET n-типа в качестве преобразователя [34]. Система сравнила ДНК TP53 дикого типа и мутантную, и после связывания было отмечено значительное увеличение тока стока FET для последовательности дикого типа (~ 250 мкА), тогда как для мутантной последовательности ток стока увеличился только на ~ 20 мкА для последовательности дикого типа. такая же концентрация целевой ДНК 100 нМ, подтверждающая специфичность системы. В [36] авторы также предоставляют подтверждение нашего увеличения потенциала полевого транзистора, поскольку положительно заряженный белок TP53 экранирует консенсусную ДНК на поверхности затвора, а увеличение положительного заряда на поверхности затвора увеличивает проводимость канала полевого транзистора. , и, следовательно, ток стока, а в нашем случае потенциал, увеличится.Несмотря на высокую специфичность ДНК TP53, основным недостатком этих систем является сложность их изготовления, а также относительно высокая стоимость разработки.
Это исследование обеспечивает четкий путь к использованию биосенсора на основе полевых транзисторов для быстрого (<30 мин) и чувствительного (нМ) обнаружения TP53 в качестве многообещающего пути к установлению измерений в местах оказания медицинской помощи, имеющих отношение к диагностике рака. Следующие шаги будут включать оптимизацию чувствительности полевого транзистора и инициирование шагов по микроизготовлению полевых транзисторов, чтобы извлечь выгоду из работы при более низком напряжении, повышенной чувствительности и даже интеграции устройства на гибких подложках, более подходящих для использования в месте оказания медицинской помощи.

Как открыть полевой транзистор

Виды МОП-транзисторов

Режим отсечки

Активный режим работы транзистора

Почему греется транзистор

Режим насыщения МОП-транзистора

Предельные параметры и графические зависимости

Интересное свойство МОП-транзистора

Ключ на МОП транзисторе

Чего боится МОП-транзистор

Виды МОП-транзисторов

Режим отсечки

Активный режим работы транзистора

Почему греется транзистор

Режим насыщения МОП-транзистора

Предельные параметры и графические зависимости

Интересное свойство МОП-транзистора

Ключ на МОП транзисторе

Чего боится МОП-транзистор

Почему транзистор – полевой?

Где используются полевые транзисторы?

Как работает полевой транзистор?

Как проверить полевой транзистор?

Обсуждение: 55 комментариев

Транзистор полевой

«Полевик» с изолированным затвором и индуцированным каналом

Обратный диод

Основные преимущества MOSFET

Основные характеристики MOSFET

Что еще нужно знать про полевой транзистор?

Схема включения MOSFET

Как управлять через оптопару полевым транзистором

Ключ на биполярном транзисторе. Нагрузочная прямая.

Расчет ключа на биполярном транзисторе.

Схема управления громкостью двумя кнопками, простой электронный резистор на полевом транзисторе.

Точная проверка полевого транзистора простым мультиметром | Лампа Эксперт

Цифровой мультиметр

Стрелочный мультиметр

Как проверить полевой транзистор — ООО «УК Энерготехсервис»

Как проверить полевой транзистор: мосфет или полевик, мультиметром не выпаивая, с изолированным затвором на неисправность

Полевой транзистор — что это

Как работает

Какие случаются неисправности

Способы устранения

Инструкция по прозвонке без выпаивания

Правила безопасной работы

Проверка полевого транзистора на работоспособность

Как проверить полевой транзистор

Краткий курс: как проверить полевой транзистор мультиметром на исправность

Особенности конструкции, хранения и монтажа

Схема проверки полевого транзистора n-канального типа мультиметром

Как мультиметром проверить MOSFET

Как проверить полевой транзистор

FET в качестве коммутатора | Работа полевого или полевого транзистора в качестве переключателя

Введение

Полевой транзистор, используемый в качестве шунтирующего переключателя

Полевой транзистор, используемый в качестве последовательного переключателя

Пример N-канального JFET в качестве переключателя

Пример P-канального JFET в качестве переключателя

Пример MOSFET как переключателя

— обзор

9.1.1 Геометрическая масштабируемость

AUSV 1320 OPEN Автомобильная электроника

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ