вид и обозначение, достоинства и недостатки, принцип работы для чайников

В электронике и радиотехнике очень часто применяются полупроводниковые приборы, к которым относятся и транзисторы. Полевые транзисторы (ПТ) потребляют значительно меньше электрической энергии, благодаря чему они применяются в различных маломощных устройствах. Кроме того, существуют модели, работающие на больших токах при малом потреблении питающего напряжения (U).

Общие сведения

FET или ПТ — полупроводниковый прибор, который при изменении управляющего U, регулирует I (силу тока). Этот тип транзистора называется еще униполярным. Появился он позже обычного транзистора (биполярного), но с ростом технологии получил широкое распространение среди цифровых устройств благодаря низкому энергопотреблению. Основное отличие заключается в методе регулирования I. В биполярном — регулирование I происходит при помощи управляющего I, а полевом — при помощи U (Рисунок 1).

Рисунок 1 — Отличие полевого от биполярного Т.

У ПТ нет I управления, и он обладает высоким входным сопротивлением (R), которое достигает несколько сотен ГОм (ГигаОм) или ТОм (ТерраОм). Для того чтобы узнать сферы применения ПТ, нужно внимательно изучить его. Носителями заряда являются электроны или дырки, а у биполярного — электроны и дырки.

Классификация и устройство

ПТ бывают нескольких видов, обладают различными характеристиками и устройством. Они делятся на 2 типа:

1. С управляющим p-n — переходом (JFET).
2. С изолированным затвором (MOSFET).

Кроме того, каждый из типов бывает с N и P каналами. У ПТ с N-каналом носителями заряда являются электроны, а у P-канального — дырки. Принцип работы для P и N аналогичен, отличие лишь в подаче U другой полярности в качестве управляющего.

Устройство JFET ПТ (рисунок 2) простое. Область N образовывает канал между зонами P. К концам канала N подключаются электроды, которые называются условно стоком (С) и истоком (И), так как все зависит от схемы подключения. Затвор (З) — тип электрода, который образовывается при закорачивании полупроводников P. Это обусловлено электрическим соединением при воздействии U. Возле С и И находится область повышенной концентрации или легирование (N+) электронов, что приводит к улучшению проводимости канала. Наличие зоны легирования значительно понижает образование паразитных p-n — переходов, образующихся при присоединении алюминия.

Рисунок 2 — Схематическое устройство ПТ типа JFET.

MOFSET называется МОП или МДП, также делятся на типы — со встроенным и индуцируемым каналами. В каждом из этих типов есть модели с P и N каналами. Полевой транзистор, обозначение которого представлено на рисунке 3, иногда обладает 4 выводами.

Рисунок 3 — Обозначение МДП-транзистора.

Устройство довольно простое и показано на рисунке 4. Для ПТ с N-каналом подложка (покрывается SiO2) обладает электропроводимостью P-типа. Через слой диэлектрика проводятся электроды стока и истока от зон с легированием, а также вывод, который закорачивается с истоком. Слой затвора находится над диэлектриком.

Рисунок 4 — Типичное устройство ПТ с индуцированным каналом.

Принцип работы JFET

JFET работает в 2 режимах. Эта особенность связана с тем, что подается на затвор напряжение положительной и отрицательной составляющей (рис. 5). При подключении U > 0 к стоку, а земли к истоку необходимо подсоединить затвор к земле (Uзи = 0). Во время постепенного повышения U между С и И (Uис) ПТ является обыкновенным проводником. При низких значениях Uис ширина канала является максимальной.

При высоких значениях Uис через канал протекают большие значения силы тока между истоком и стоком (Iис). Это состояние получило название омической области (ОО). В полупроводнике N-типа, а именно в зонах p-n — перехода происходит снижение концентрации свободных электронов. Несимметричное разрастание слоя снижения концентрации свободных электронов называется обедненным слоем. Разрастание случается со стороны подключенного источника питания. Происходит сильное сужение канала при повышении Uис, вследствие которого Iис растет незначительно. Работа ПТ в этом режиме называется насыщением.

Рисунок 5 — Схема работы JFET (Uзи = 0).

При подаче низкого отрицательного U на затворе происходит сильное сужение канала и уменьшение Iис. При уменьшении U произойдет закрытие канала, и ПТ будет работать в режиме отсечки, а U, при котором прекращается подача Iис, называется напряжением отсечки (Uотс). На рисунке 6 изображено графическое представление работы ПТ при Uзи < 0:

Рисунок 6 — Графическое представление принципа работы полевого транзистора типа JFET.

При использовании в режиме насыщения происходит усиление сигнала (рис. 7), так как при незначительных изменениях Uис происходит значительное изменение Iис:

Рисунок 7 — Пример S JFET.

Этот параметр является усилительной способностью JFET и называется крутизной стоко-затворной характеристики (S). Единица измерения — mA/В (милиАмпер/Вольт).

Особености работы MOFSET

При подключении U между электродами С и И любой полярности к MOFSET с индуцированным N-каналом ток не потечет, так как между легитивным слоем находится слой с проводимостью P, которая не пропускает электроны. Принцип работы с каналом P-типа такой же, только необходимо подавать отрицательное U. Если подать положительное Uзи на затвор, то возникнет электрическое поле, выталкивающее дырки из зоны P в направлении подложки (рис. 8).

Под затвором концентрация свободных носителей заряда начнет уменьшаться, а их место займут электроны, которые притягиваются положительным зарядом затвора. При достижении Uзи порогового значения концентрация электронов будет значительно больше концентрации дырок. В результате этого произойдет формирование между С и И канала с проводимостью N-типа, по которому потечет Iис. Можно сделать вывод о прямо пропорциональной зависимости Iис от Uзи: при повышении Uзи происходит расширение канала и увеличение Iис. Этот процесс является одним из режимов ПТ — обогащения.

Рисунок 8 — Иллюстрация работы ПТ с индуцированным каналом (тип N).

ВАХ ПТ с изолированным затвором примерно такой же, как и с управляющим переходом (рис. 9). Участок, на котором Iис растет прямо пропорционально росту Uис, является омической областью (насыщения). Участок при максимальном расширении канала, на котором Iис не растет, является активной областью.

При превышении порогового значения U переход типа p-n пробивается, и ПТ является обычным проводником. В этом случае радиодеталь выходит из строя.

Рисунок 9 — ВАХ ПТ с изолированным затвором.

Отличие между ПТ со встроенным и индуцируемым каналами заключается в наличии между С и И канала проводящего типа. Если к ПТ со встроенным каналом подключить между стоком и истоком U разной полярности и оставить затвор включенным (Uзи = 0), то через канал потечет Iис (поток свободных носителей заряда — электронов). При подключении к затвору U < 0 возникает электрическое поле, выталкивающее электроны в направлении подложки. Произойдет уменьшение концентрации свободных носителей заряда, а сопротивление увеличится, следовательно, Iис — уменьшится. Это состояние является режимом обеднения.

При подключении к затвору U > 0 возникает электромагнитное поле, которое будет притягивать электроны из стока, истока и подложки. В результате этого произойдет расширение канала и повышение его проводимости, а Iис увеличится. ПТ начнет работать в режиме обогащения. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 — ВАХ ПТ со встроенным каналом.

Несмотря на свою универсальность, ПТ обладают преимуществами и недостатками. Эти недостатки следуют из устройства, способа исполнения и ВАХ приборов.

Преимущества и недостатки

Преимущества и недостатки являются условными понятиями, взятыми из сравнения полевых и биполярных транзисторов. Одним из свойств ПТ является высокое сопротивление Rвх. Причем у MOFSET его значение на несколько порядков выше, чем у JFET. ПТ практически не потребляют ток у источника сигнала, который нужно усилить.

Например, если взять обыкновенную схему, генерирующую сигнал на базе микросхемы-микроконтроллера. Эта схема управляет работой электродвигателя, но обладает низким значением тока, которого недостаточно для этих целей. В этом случае необходим усилитель, потребляющий малое количества I и генерирующий на выходе ток высокой величины. В усилителе такого типа и следует применить JFET, обладающий высоким Rвх. JFET обладает низким коэффициентом усиления по U. При построении усилителя на JFET (1 шт.) максимальный коэффициент усиления будет около 20, при использовании биполярного — несколько сотен.

В усилителях высокого качества применяются оба типа транзистора. При помощи ПТ происходит усиление по I, а затем, при помощи биполярного происходит усиление сигнала по U. Однако ПТ обладают рядом преимуществ перед биполярными. Эти преимущества заключаются в следующем:

1. Высокое Rвх, благодаря которому происходит минимальное потребление I и U.
2. Высокое усиление по I.
3. Надежность работы и помехоустойчивость: при отсутствии протекания I через затвор, в результате чего управляющая цепь затвора изолирована от стока и истока.
4. Высокое быстродействие перехода из одного состояния в другое, что позволяет применять ПТ на высоких частотах.

Кроме того, несмотря на широкое применение, ПТ обладают несколькими недостатками, не позволяющими полностью вытеснить с рынка биполярные транзисторы. К недостаткам относятся следующие:

1. Повышенное падение U.
2. Температура разрушения прибора.
3. Потребление большего количества энергии на высоких частотах.
4. Возникновение паразитного транзистора биполярного типа (ПБТ).
5. Чувствительность к статическому электричеству.

Повышенное падение U возникает из-за высокого R между стоком и истоком во время открытого состояния. ПТ разрушается при превышении температуры по Цельсию 150 градусов, а биполярный — 200. ПТ обладает низким энергопотреблением только на низких частотах. При превышении частоты 1,6 ГГц энергопотребление возрастает по экспоненте. Исходя из этого, частоты микропроцессоров перестали расти, а делается упор на создании машин с большим количеством ядер.

При использовании мощного ПТ в его структуре образовывается ПБТ, при открытии которого ПТ выходит из строя. Для решения этой проблемы подложку закорачивают с И. Однако это не решает проблему полностью, так как при скачке U может произойти открытие ПБТ и выход из строя ПТ, а также цепочки из деталей, которые подключены к нему.

Существенным недостатком ПТ является чувствительность к статическому электричеству. Этот недостаток исходит от конструктивной особенности ПТ. Слой диэлектрика (изоляционный) тонкий, и его очень легко разрушить при помощи заряда статического электричества, который может достигать сотен или тысяч вольт. Для предотвращения выхода из строя при воздействии статического электричества предусмотрено заземление подложки и закорачивание ее с истоком. Кроме того, в некоторых типах ПТ между стоком и истоком стоит диод. При работе с интегральными микросхемами на ПТ следует применять антистатические меры: специальные браслеты и транспортировка в вакуумных антистатических упаковках.

Схемы подключения

ПТ подключается примерно так же, как и обыкновенный, но есть некоторые особенности. Существует 3 схемы включения полевых транзисторов: с общими истоком (ОИ), стоком (ОС) и затвором (ОЗ). Чаще всего применяется схема подключения с ОИ (схема 1). Это подключение позволяет получить значительное усиление по мощности. Однако подключение с ОИ используется в низкочастотных усилителях, а также обладает высокой входной емкостной характеристикой.

Схема 1 — Включение с ОИ.

При включении с ОС (схема 2) получается каскад с повторителем, который называется истоковым. Преимуществом является низкая входная емкость. Его применяют для изготовления буферных разделительных каскадов (например, пьезодатчик).

Схема 2 — Подключение с ОС.

При подключении с ОЗ (схема 3) не происходит значительного усиления по току, коэффициент усиления по мощности ниже, чем при подключениях с ОИ и ОС. Однако при помощи этого типа подключения возможно полностью избежать эффекта Миллера. Эта особенность позволяет увеличить максимальную частоту усиления (усиление СВЧ).

Схема 3 — Включение с ОЗ.

Таким образом, ПТ получили широкое применение в области информационных технологий. Однако не смогли вытеснить с рынка радиодеталей биполярные транзисторы. Это связано, прежде всего, с недостатками ПТ, которые кроются в принципе работы и конструктивной особенности. Главным недостатком является высокая чувствительность к полям статического электричества.

Полевой транзистор принцип работы для чайников

Транзисторами (transistors, англ.) называют полупроводниковые триоды у которых расположено три выхода. Их основным свойством является возможность посредством сравнительно низких входных сигналов осуществлять управление высоким током на выходах цепи.

Для радиодеталей, которые используются в современных сложных электроприборах, применяются полевые транзисторы. Благодаря свойствам этих элементов выполняется включение или выключение тока в электрических цепях печатных плат, или его усиление.

Что представляет собой полевой транзистор

Полевые транзисторы — это трех или четырех контактные устройства, в которых ток, идущий на два контакта может регулироваться посредством напряжения электрополя  третьего контакта.  на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. В результате этого подобные транзисторы называются полевыми.

Название расположенных на устройстве контактов и их функции:

• Истоки – контакты с входящим электрическим током, которые находится на участке n;
• Стоки – контакты с исходящим, обработанным током, которые находятся  на участке n;
• Затворы – контакты, находящиеся на участке р, посредством изменения напряжения на котором, выполняется регулировка пропускной способности на устройстве.

Полевые транзисторы с  n-p переходами – особые виды, позволяющие управлять током. От простых они, как правило, отличаются тем, через них протекает ток, без пересечения участка р-n переходов, участка который образуется на границах этих двух зон. Размеры р-n участка являются регулируемыми.

Видео «Подробно о полевых транзисторах»

Виды полевых транзисторов

Полевой транзистор с n-р переходами подразделяется на несколько классов в зависимости:

1. От типа каналов проводников: n или р. Каналы воздействую на знаки, полярности, сигналы управления. Они должны быть противоположны по знакам n-участку.
2. От структуры приборов: диффузных, сплавных по р -n — переходам, с затворами Шоттки, тонкопленочными.
3. От общего числа контактов: могут быть трех или четырех контактными. Для четырех контактных приборов, подложки также являются затворами.
4. От используемых материалов: германия, кремния, арсенид галлия.

В свою очередь разделение классов происходит в зависимости от принципа работы транзистора:

• устройства под управлениями р-n переходов;
• устройства с изолированными затворами или с барьерами Шоттки.

Принцип работы полевого транзистора

Говоря простыми словами о том, как работает полевой транзистор для чайников с управляющими p-n переходами, стоит отметить: радиодетали состоят из двух участков: p-переходов и n-переходов. По участку n проходит электроток. Участок р является перекрывающей зоной, неким вентилем.  Если оказывать определенное давление на нее, то она будет перекрывать участок и препятствовать прохождению тока. Либо, же наоборот, при снижении давления количество проходящего тока возрастет. В результате такого давления осуществляется увеличение напряжения на контактах затворов, находящихся на участке р.

Приборы с управляющими p-n канальными переходами — это полупроводниковые пластины, имеющие электропроводность с одним из данных типов. К торцевым сторонам пластин выполняется подсоединение контактов: стока и истока, в середину — контакты затвора. Принцип работы прибора основан на изменении пространственных толщин p-n переходов. Так как в запирающих областях практически отсутствуют подвижные носители заряда, их проводимость равняется нулю. В полупроводниковых пластинах, на участках которых не воздействует запирающий слой, создаются проводящие ток каналы. Если подается отрицательное напряжение в отношении истока, на затворе образуется поток, через который протекают носителя заряда.

Для изолированных затворов, характерно расположение на них тонкого слоя диэлектрика. Такое устройство работает по принципу электрических полей.  Для его разрушения понадобится всего лишь небольшое электричество. В связи с этим, чтобы предотвратить статическое напряжение, которое может превышать 1000 В, необходимо создание специальных корпусов для приборов, которые минимизируют эффект от воздействия вирусных типов электричества.

Для чего нужен полевой транзистор

При рассмотрении работы сложных видов электротехники, стоит рассмотреть работу такого важного компонента интегральной схемы, как полевой транзистор. Основная задача от использования данного элемента заключается в пяти ключевых направлениях, в связи с чем транзистор применяется для:

1. Усиления высокой частоты.
2. Усиления низкой частоты.
3. Модуляции.
4. Усиления постоянного тока.
5. Ключевых устройств (выключателей).

В качестве простого примера работа транзистора-выключателя, может быть представлена как микрофон и лампочка в одной компановке.  Благодаря микрофону улавливаются звуковые колебания, что влияет на появление электрического тока, поступающего на участок запертого устройства. Присутствие тока влияет на включение устройства и включение электрической цепи, к которой подключаются лампочки. Последние загораются после того как микрофон уловил звук, но горят они за счет источников питания не связанных с микрофоном и более мощных.

Модуляцию применяют с целью управления информационными сигналами. Сигналы управляют частотами колебаний. Модуляцию применяют для качественных звуковых радиосигналов, для передачи звуковых частот в телевизионные передачи, для трансляции цветовых изображений и телевизионных сигналов с высоким качеством. Модуляцию применяют повсеместно, где нужно проводить работу с высококачественными материалами.

Как усилители полевые транзисторы в упрощенном виде работают по такому принципу: графически любые сигналы, в частности, звукового ряда, могут быть представлены как ломаная линия, где ее длиной является временной промежуток, а высотой изломов – звуковая частотность. Чтобы усилить звук к радиодетали подается поток мощного напряжения, приобретаемого нужную частотность, но с более большим значением, из-за подачи слабых сигналов на управляющие контакты. Иначе говоря, благодаря устройству происходит пропорциональная перерисовка изначальной линии, но с более высоким пиковым значением.

 

Как применять полевой транзистор для чайников

Первыми приборами, которые поступили на рынок для реализации, и в которых были использованы полевые транзисторы с управляющими p-n переходами, были слуховые аппараты. Их изобретение состоялось еще в пятидесятые годы XX века. В более крупным масштабах они применялись, как элементы для телефонных станций.

В наше время, применение подобных устройств можно увидеть во многих видах электротехники. При наличии маленьких размеров и большому перечню характеристик, полевые транзисторы встречаются в кухонных приборах (тостерах, чайниках, микроволновках), в устройстве компьютерной, аудио и видео техники и прочих электроприборах. Они используются для сигнализационных систем охраны пожарной безопасности.

На промышленных предприятиях транзисторное оборудование применяют для регуляции мощности на станках. В сфере транспорта их устанавливают в поезда и локомотивы, в системы впрыскивания топлива на личных авто. В жилищно-коммунальной сфере транзисторы позволяют следить за диспетчеризацией и системами управления уличного освещения.

Также самая востребованная область, в которой применяются транзисторы – изготовление комплектующих, используемых в процессорах. Устройство каждого процессора предусматривает множественные миниатюрные радиодетали, которые при повышении частоты более чем на 1,5 ГГц, нуждаются в усиленном потреблении энергии. В связи с этими разработчики процессорной техники решил создавать многоядерные оборудования, а не увеличивать тактовую частоту.

Достоинства и недостатки полевых транзисторов

Использование полевых транзисторов благодаря их универсальным характеристикам позволило обойти другие виды транзисторов. Они широко применяются для интегральной схемы в качестве выключателя.

Достоинства:

• каскады детали расходуют малое количество энергии;
• показатели усиления превышают, значения других аналогичных устройств;
• достижение высокой помехоустойчивости осуществляется за счет того, что отсутствует ток в затворе;
• обладают более высокой скоростью включения и выключения, работают с недоступными для других транзисторов частотами.

Недостатки:

• менее устойчивы к высоким температурам, которые приводят к разрушению;
• на частотах более 1,5 ГГц, количество потребляемой энергии стремительно увеличивается;
• чувствительны к статическим видам электричества.

Благодаря характеристикам, которыми обладают полупроводниковые материалы, взятые в качестве основы для полевого транзистора, позволяют использовать устройство в бытовой и производственной сфере. Полевыми транзисторами оснащается различная бытовая техника, которая используется современным человеком.

Видео «Устройство и принцип работы полевого транзистора»

Принцип работы полевого транзистора для чайников

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 (transistor, англ.) – триод, из полупроводниковых материалов, с тремя выходами, основное свойство которого – сравнительно низким входным сигналом управлять значительным током на выходе цепи. В радиодеталях, из которых собирают современные сложные электроприборы, используются полевые транзисторы. Их свойства позволяют решать задачи по выключению или включению тока в электрической цепи печатной платы, или его усилению.

Что такое полевой транзистор

Полевой транзистор — это устройство с тремя или четырьмя контактами, в котором ток на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. Поэтому их называют полевыми.

• исток – контакт входящего электрического тока, находящийся в зоне n;
• сток – контакт исходящего, обработанного тока, находящийся в зоне n;
• затвор – контакт, находящийся в зоне р, изменяя напряжение на котором, можно регулировать пропускную способность устройства.

Полевой транзистор с п – р переходом – особый вид транзисторов, которые служат для управления током.

Он отличается от простого обычного тем, что ток в нем проходит, не пересекая зоны р — n перехода, зоны, образующейся на границы этих двух зон. Размер р — n зоны регулируется.

Полевые транзисторы, их виды

Полевые транзисторы с п – р переходом делят на классы:

1. По типу канала проводника: n или р. От канала зависит знак, полярность, сигнала управления. Она должна быть противоположна по знаку n -зоне.
2. По структуре прибора: диффузные, сплавные по р – n — переходом, с затвором Шоттки, тонкопленочные.
3. По числу контактов: 3-х и 4-контактные. В случае 4-контактного прибора, подложка также исполняет роль затвора.
4. По используемым материалам: германий, кремний, арсенид галлия.

Классы делятся по принципу работы:

• устройство под управлением р — n перехода;
• устройство с изолированным затвором или с барьером Шоттки.

Полевой транзистор, принцип работы

По-простому, как работает полевой транзистор с управляющим р-п переходом, можно сказать так: радиодеталь состоит из двух зон: р — перехода и п — перехода. По зоне п течет электрический ток. Зона р – перекрывающая зона своего рода вентиль. Если на нее сильно надавить, она перекрывает зону для прохождения тока и его проходит меньше. Или, если давление снизить пройдет больше. Такое давление осуществляют увеличением напряжения на контакте затвора, находящегося в зоне р.

Прибор с управляющим р — п канальным переходом — это полупроводниковая пластина с электропроводностью одного из этих типов. К торцам пластины подсоединены контакты: сток и исток, в середине — контакт затвора. Действие устройства основано на изменяемости толщины пространства р-п перехода. Поскольку в запирающей области почти нет подвижных носителей заряда, ее проводимость равна нулю. В полупроводниковой пластине, в области не под воздействием запирающего слоя, создается проводящий ток канал. При подаче отрицательного напряжения по отношению к истоку, на затвор создается поток, по которому истекают носители заряда.

В случае изолированного затвора, на нем расположен тонкий слой диэлектрика. Этот вид устройства работает на принципе электрического поля. Чтобы разрушить его достаточно небольшого электричества. Поэтому для защиты от статического напряжения, которое может достигать тысяч вольт, создают специальные корпуса приборов — они позволяют минимизировать воздействие вирусного электричества.

Зачем нужен полевой транзистор

Рассматривая работу сложной электронной техники, как работу полевого транзистора (как одного из компонентов интегральной схемы) сложно представить, что основных направления его работы пять:

1. Усилители высоких частот.
2. Усилители низких частот.
3. Модуляция.
4. Усилители постоянного тока.
5. Ключевые устройства (выключатели).

На простом примере работу транзистора, как выключателя, можно представить как компоновку микрофона с лампочкой. Микрофон улавливает звук, от этого появляется электрический ток. Он поступает на запертый полевой транзистор. Своим присутствием ток включает устройство, включает электрическую цепь, к которой подключена лампочка. Лампочка загорается при улавливании звука микрофоном, но горит за счет источника питания, не связанного с микрофоном и более мощного.

Модуляция применяется для управления информационным сигналом. Сигнал управляет частотой колебания. Модуляция применяется для качественного звукового сигнала в радио, для передачи звукового ряда в телевизионных передачах, трансляции цвета и телевизионного сигнала высокого качества. Она применяется везде, где требуется работа с материалом высокого качества.

Как усилитель полевой транзистор упрощенно работает так: графически любой сигнал, в частности, звуковой ряд, можно представить в виде ломаной линии, где ее длина – это время, а высота изломов частота звука. Для усиления звука на радиодеталь подают мощное напряжение, которое приобретает необходимые частоты, но с более большими значениями, за счет подачи слабого сигнала на управляющий контакт. Другими словами, устройство пропорционально перерисовывает изначальную линию, но с более высокими пиковыми значениями.

Применение полевых транзисторов

Первым прибором, поступившим в продажу, где использовался полевой транзистор с управляющим p-n переходом, был слуховой аппарат. Его появление зафиксировано в пятидесятых годах прошлого века. В промышленных масштабах их применяли в телефонных станциях.

В современном мире, устройства применяют во всей электротехнике. Благодаря маленьким размерам и разнообразию характеристик полевого транзистора, встретить его можно в кухонной технике, аудио и телевизионной технике, компьютерах и электронных детских игрушках. Их применяются в системах сигнализации как охранных механизмов, так и пожарной сигнализации.

На заводах транзисторное оборудование применяется для регуляторов мощности станков. В транспорте от работы оборудования на поездах и локомотивов, до системы впрыска топлива частных автомобилей. В ЖКХ от систем диспетчеризации, до систем управления уличным освещением.

Одна из важнейших областей применения транзисторов – производство процессоров. По сути, весь процессор состоит из множества миниатюрных радиодеталей. Но при переходе на частоту работы выше 1,5 ГГц, они лавинообразно начинают потреблять энергию. Поэтому производители процессоров пошли по пути многоядерности, а не путем увеличения тактовых частот.

Плюсы и минусы полевых транзисторов

Полевые транзисторы своими характеристиками оставили далеко позади другие виды устройства. Широкое применение они нашли в интегральных схемах в роли выключателей.

• каскад деталей расходует мало энергии;
• усиление выше, чем у других видов;
• высокая помехоустойчивость достигается отсутствием прохождения тока в затворе;
• более высокая скорость включения и выключения – они могут работать на недоступных другим транзисторам частотах.

• более низкая температура разрушения, чем у других видов;
• на частоте 1,5 ггц, потребляемая энергия начинает резко возрастать;
• чувствительность к статическому электричеству.

Характеристики полупроводниковых материалов, взятых за основу полевых транзисторов, позволили применять устройства в быту и производстве. На основе плевых транзисторов создали бытовую технику в привычном для современного человека виде. Обработка высококачественных сигналов, производство процессоров и других высокоточных компонентов невозможна без достижений современной науки.

Классификация полевых транзисторов

Лекция 12. Полевые транзисторы. Классификация, принцип действия, основные параметры, схемы включения и режимы работы

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, ток в котором создаётся основными носителями зарядов (только электронами или только дырками). Заряды перемещаются в области, которая называется канал. Электрод, через который ток втекает в транзистор, называется исток (И). Прошедшие через канал заряды выходят из него через электрод, который называется сток (С). Движением зарядов управляет электрод, который называется затвор (З).

Классификация. В зависимости от типа проводимости канала различают полевые транзисторы с каналом типа p и типа n, а в зависимости от способа выполнения затвора – с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором. Условное графическое обозначение полевых транзисторов представлено на рис. 12.1. Стрелка показывает направление от слоя p к слою n.

Рис. 12.1. Условное графическое обозначение полевых транзисторов

В 1926 году был открыт полевой эффект и указан его недостаток – поверхностные волны в металле не позволяли проникать полю затвора в канал. Однако в 1952 году Уильям Шокли исследовал влияние управляющего p-n перехода на ток в канале, а в 1959 году Джон Аталла и Дэвон Канг из Bell Labs изготовили полевой транзистор с изолированным затвором по технологии МОП металлический (Al) затвор, изолятор оксид кремния (SiO₂) и канал-полупроводник (Si).

Система обозначений транзисторов была рассмотрена в лекции 6, и для полевых транзисторов, как и для биполярных, установлена отраслевым стандартом ОСТ 11336.919 – 81 и его последующими редакциями.

12.2. Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p-n переходом

Рассмотрим физические процессы, происходящие в полевом транзисторе с управляющим p-n переходом и каналом n-типа, схематичное изображение которого представлено на рис. 12.2.

Рис. 12.2. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом и каналом n-типа

Такая конструкция, в которой электроды расположены в одной плоскости, называется планарной. В исходном полупроводниковом материале методом диффузии создаётся легированная область n – канал. Затем на поверхности образуют сток, исток и затвор таким образом, что канал получается под затвором. Нижняя область исходного полупроводника – подложка – обычно соединяется с затвором. Исток подключают к общей точке источников питания, и напряжения на стоке и затворе измеряют относительно истока.

Изменение проводимости канала осуществляется изменением напряжения, прикладываемого к p-n переходам затвора и подложки. На рис. 12.3. представлены графики статических характеристик. Поскольку ток затвора не зависит от напряжения U_ЗИ, входная характеристика отсутствует. Вместо неё применяется сток – затворная характеристика передачи . Выходная характеристика – это зависимость тока стока от напряжения на стоке при фиксированном напряжении на затворе .

Рис. 12.3. Статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-n переходом

При U_ЗИ = 0 толщина p-n – переходов затвора и подложки минимальна, канал «широкий» и проводимость его наибольшая. Под действием напряжения U_СИ по каналу будет проходить ток, создаваемый основными носителями зарядов – электронами. На участке напряжений от 0 до U_СИ.НАС ток будет нарастать и достигнет величины I_С.нач – начального тока стока. Дальнейшее увеличение напряжения на стоке повышает напряжённость поля в запорном слое p-n переходов затвора и подложки, но не увеличивает ток стока. Когда напряжение на стоке достигнет U_{СИ.макс}, может наступить электрический пробой по цепи сток – затвор, что показывает вертикальная линия роста тока на выходной характеристике.

Если отрицательное напряжение на затворе увеличивать, то, в соответствии с эффектом Эрли, толщина p-n – переходов затвора и подложки начнёт увеличиваться за счёт канала, сечение канала будет уменьшаться. Ток стока будет ограничен на меньшем уровне. Если и дальше увеличивать отрицательное напряжение на затворе, то, при некоторой его величине, называемой напряжением отсечки U_ЗИотс, p-n переходы затвора и подложки сомкнутся и перекроют канал. Движение электронов в канале прекратится, ток стока будет равен нулю, и не будет зависеть от напряжения на стоке.

Следовательно, полевой транзистор с управляющим p-n–переходом до напряжения на стоке U_СИ.НАС работает как регулируемое сопротивление, а на горизонтальных участках выходных характеристик может использоваться для усиления сигналов в режиме нагрузки.

Отличие полевых транзисторов с изолированным затвором состоит в том, что у них между металлическим затвором и полупроводником-каналом находится слой диэлектрика, в качестве которого используется слой двуокиси кремния SiO₂, выращенный на поверхности кристалла кремния методом высокотемпературного окисления. Существуют два типа полевых транзисторов с изолированным затвором: с индуцированным каналом и с встроенным каналом.

Рассмотрим принцип действия полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа, упрощённая конструкция которого представлена на рис. 12.4.

Основой транзистора является подложка – пластина Si с проводимостью р типа и с высоким удельным сопротивлением. На поверхности подложки методом диффузии создаются две сильно легированные области с проводимостью n типа, не соединённые между собой. К ним подключают металлические контакты, которые будут выводами стока и истока. Поверхность пластины покрывают слоем SiO₂, на который между стоком и истоком наносят слой металла – затвор. Подложку обычно электрически соединяют с истоком.

При U_ЗИ = 0, даже если между стоком и истоком приложено напряжение, транзистор закрыт, и в цепи стока протекает малый обратный ток p-n перехода между стоком и подложкой (рис. 12.4, а).

а)	б)

Рис. 12.4. Конструкция и принцип действия полевого транзистора с индуцированным каналом:

а – при U_ЗИ = 0; б – при U_ЗИ > порогового значения

При подаче на затвор положительного относительно истока напряжения электрическое поле затвора через диэлектрик проникает на некоторую глубину в приконтактный слой полупроводника, выталкивая из него вглубь полупроводника основные носители зарядов (дырки) и притягивая электроны. При малых напряжениях U_ЗИ под затвором возникает обеднённый основными носителями зарядов слой и область объёмного заряда, состоящего из ионизированных атомов примеси.

При дальнейшем увеличении положительного напряжения на затворе в поверхностном слое полупроводника происходит инверсия электропроводности (рис. 12.4, б). Образуется тонкий инверсный слой – канал – соединяющий сток с истоком. Напряжение на затворе, при котором образуется канал, называется пороговым напряжением.

Изменение напряжения на затворе вызывает изменение толщины и электропроводности канала, а, следовательно, и ток стока.

На рис. 12.5 представлены графики статических характеристик полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа.

Рис. 12.5. Графики статических характеристик полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа

Режим работы полевого транзистора, при котором канал обогащается носителями зарядов при увеличении напряжения на затворе, называется режимом обогащения.

Отсутствие тока стока при нулевом напряжении на затворе, а также одинаковая полярность напряжений U_ЗИ и U_СИ у транзисторов с индуцированным каналом позволяет использовать их в экономичных цифровых микросхемах.

Рассмотрим теперь принцип действия полевого транзистора с встроенным каналом n-типа, упрощённая конструкция которого аналогична конструкции, представленной на рис. 12.4, б.

На стадии изготовления такого транзистора между областями стока и истока методом диффузии создаётся тонкий слаболегированный слой – канал – с таким же типом проводимости, как у стока и истока.

При U_ЗИ = 0, когда между стоком и истоком приложено напряжение, транзистор открыт, и в цепи стока протекает ток. Отрицательное напряжение, приложенное к затвору относительно истока, будет выталкивать электроны из канала и втягивать в канал дырки из подложки. Канал обедняется основными носителями зарядов, его толщина и электропроводность уменьшаются. При некотором отрицательном напряжении на затворе, называемом напряжением отсечки, канал закрывается, ток стока становится равным нулю.

Увеличение положительного напряжения на затворе вызывает приток электронов из подложки в канал. Канал обогащается носителями, ток стока возрастает.

Таким образом, транзистор с встроенным каналом может работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения.

На рис. 12.6 представлены графики статических характеристик полевого транзистора с встроенным каналом n-типа.

Рис. 12.6. Графики статических характеристик полевого транзистора с встроенным каналом n-типа

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент – человек, постоянно откладывающий неизбежность. 10178 – | 7216 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Полевой транзистор МОП (MOSFET) | Принцип работы и параметры

Что такое полевой транзистор MOS, MOSFET, МОП транзистор?

Как часто вы слышали название полевой транзистор МОП, MOSFET, MOS, полевик, МДП-транзистор, транзистор с изолированным затвором? Это все слова синонимы и относятся к одному и тому же радиоэлементу: полевому МОП-транзистору.

Полное название такого радиоэлемента на английский манер звучит как Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFET), что в дословном переводе Металл Оксид Полупроводник Поле Влияние Транзистор. Если преобразовать на наш могучий русский язык, то получается как полевой транзистор со структурой Металл Оксид Полупроводник или просто МОП-транзистор. Почему МОП-транзистор также называют МДП-транзистором и транзистором с изолированным затвором.

Откуда пошло название “МОП”

Если “разрезать” МОП-транзистор, то можно увидеть вот такую картину.

С точки зрения еды на вашем столе, МОП-транзистор будет больше похож на бутерброд. Полупроводник P-типа – толстый кусок хлеба, диэлектрик – тонкий слой колбасы, слой металла – тонкая пластинку сыра. В результате у нас получается вот такой бутерброд.

А как  будет строение транзистора сверху-вниз? Сыр – металлическая пластинка, колбаса – диэлектрик, хлеб – полупроводник. Следовательно, получаем Металл-Диэлектрик-Полупроводник. А если взять первые буквы с каждого названия, то получается МДП – Металл-Диэлектрик-Полупроводник, не так ли? Значит, такой транзистор можно назвать по первым буквам МДП-транзистором. А так как в качестве диэлектрика используется очень тонкий слой оксида кремния (SiO₂), можно сказать почти стекло, то и вместо названия “диэлектрик” взяли название “оксид, окисел”, и получилось Металл-Окисел-Полупроводник, сокращенно МОП. Ну вот, теперь все встало на свои места).

Далее по тексту МОП-транзистор условимся называть просто полевой транзистор. Так будет проще.

Строение полевого транзистора

Давайте еще раз рассмотрим структуру полевого транзистора.

Имеем “кирпич” полупроводникового материала P-проводимости. Как вы помните, основными носителями в полупроводнике P-типа являются дырки, поэтому, их концентрация намного больше, чем электронов. Но электроны также есть и в P-полупроводнике. Как вы помните, электроны в P-полупроводнике – это неосновные носители и их концентрация очень мала, по сравнению с дырками. “Кирпич” P-полупроводника носит название Подложки. От подложки выходит вывод с таким же названием: подложка.

[quads id=1]

Другие слои – это материал N+ типа, диэлектрик, металл. Почему N+, а не просто N? Дело в том, что этот материал сильно легирован, то есть концентрация электронов в этом полупроводнике очень большая. От  полупроводников N+ типа, которые располагаются по краям, отходят два вывода: Исток и Сток.

Между Истоком и Стоком через диэлектрик располагается металлическая пластинка, от который идет вывод. Называется этот вывод Затвором. Между Затвором и другими выводами нет никакой электрической связи. Затвор вообще изолирован от всех выводов транзистора, поэтому МОП-транзистор также называют транзистором с изолированным затвором.

Мы видим, что полевой транзистор на схеме имеет 4 вывода (Исток, Сток, Затвор и Подложка), а реальный транзистор имеет только 3 вывода.

В чем прикол? Дело все в том, что Подложку обычно соединяют с Истоком. Иногда это уже делается в самом транзисторе еще на этапе разработки. В результате того, что Исток соединен с Подложкой, у нас образуется диод между Стоком и Истоком, который иногда даже не указывается в схемах, но всегда присутствует:

Поэтому, следует соблюдать цоколевку при подключении МОП-транзистора в схему.

Виды полевых транзисторов

В семействе МОП полевых транзисторов в основном выделяют 4 вида:

1) N-канальный с индуцированным каналом

2) P-канальный с индуцированным каналом

3) N-канальный со встроенным каналом

4) P-канальный со встроенным каналом

Как вы могли заметить, разница только в обозначении самого канала. С индуцированным каналом он обозначается штриховой линией, а со встроенным каналом – сплошной.

В современном мире полевой транзистор со встроенным каналом используется все реже и реже, поэтому, в наших статьям мы их не будем рассматривать. Будем изучать только N и P – канальные полевые транзисторы с индуцированным каналом.

Принцип работы полевого транзистора

Принцип работы почти такой же, как и в полевом транзисторе с управляющим PN-переходом (JFET-транзисторе). Исток – это вывод, откуда начинают свой путь основные носители заряда, Сток – это вывод, куда они притекают, а Затвор – это вывод, с помощью которого мы контролируем поток основных носителей.

Пусть Затвор у нас пока что никуда не подключен. Для того, чтобы устроить движение электронов через Исток-Сток, нам потребуется источник питания Bat:

Если рассмотреть наш транзистор с точки зрения PN-переходов и диодов на их основе, то можно нарисовать эквивалентную схемку для нашего рисунка. Она будет выглядеть вот так:

где

И-Исток

П-Подложка

С-Сток

Как вы видите, диод VD2 включен в обратном направлении, так что электрический ток никуда не потечет.

Значит, в этой схеме

никакого движения электрического тока пока что не намечается.

Индуцирование канала в МОП-транзисторе

Если подать некоторое напряжение на Затвор, то в Подложке начнутся волшебные превращения. В ней будет индуцироваться канал. Индукция, индуцирование – это буквально означает “наведение”, “влияние”. Под этим термином понимают возбуждение в объекте какого-либо свойства или активности в присутствии возбуждающего субъекта (индуктора), но без непосредственного контакта (например, через магнитное или электрическое поле). Последнее выражение для нас имеет более глубокий смысл: “через электрическое поле”.

Также нам не помешает вспомнить, как ведут себя заряды различных знаков. Те, кто не играл на физике на последней парте в  морской бой и не плевал через корпус шариковой ручки бумажными шариками в одноклассниц, тот наверняка вспомнит, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются:

На основе этого принципа еще в начале ХХ века ученые сообразили, где все это можно применить, и создали гениальный радиоэлемент. Оказывается, достаточно подать на Затвор положительное напряжение относительно Истока, как сразу под Затвором возникает электрическое поле.

Так как у нас слой диэлектрика очень тонкий, следовательно, электрическое поле будет также влиять и на подложку, в которой дырок намного больше, чем электронов, так как в данный момент подложка P-типа. А раз и на Затворе положительный потенциал, а дырки обладают положительным зарядом, следовательно, одноименные заряды отталкиваются, а разноименные  – притягиваются.

Картина будет выглядеть следующим образом.

Дырки обращаются в бегство подальше от Затвора, так как одноименные заряды отталкиваются, а электроны наоборот пытаются пробиться к металлической пластинке затвора, но им мешает диэлектрик, который не дает им воссоединиться с Затвором и уравнять потенциал до нуля. Поэтому, электронам ничего другого не остается, как просто создать “вавилонское столпотворение” около слоя диэлектрика, что мы и видим на рисунке ниже.

Но смотрите, что произошло !? Исток и Сток соединились тонким каналом из электронов! Говорят, что такой канал индуцировался из-за электрического поля, которое создал Затвор транзистора.

Так как этот канал соединяет Исток и Сток, которые сделаны из N+ полупроводника, следовательно у нас получился N-канал. А такой транзистор уже будет называться N-канальным МОП-транзистором. Вы наверняка помните, что в проводнике очень много свободных электронов. Так как Сток и Исток соединились мостиком из большого количества электронов, следовательно, этот канал стал проводником для электрического тока. Проще говоря, между Истоком и Стоком образовался “проводок”, по которому может бежать электрический ток.

Значит, если сейчас подать напряжение между Стоком и Истоком при индуцированном канале, то мы можем увидеть вот такую картину.

Как вы видите, цепь стает замкнутой, и в цепи может спокойно течь электрический ток.

Но это еще не все! Чем сильнее электрическое поле, тем больше концентрация электронов, тем толще получается канал, следовательно, тем меньше сопротивление канала!  А как сделать поле сильнее? Достаточно подать побольше напряжения на Затвор! Подавая бОльшее напряжение на Затвор с помощью источника питания Bat2, мы увеличиваем толщину канала, а значит и его проводимость! Или простыми словами, мы можем менять сопротивление канала, “играя” напряжением на затворе. Ну гениальнее некуда!

Работа P-канального полевого транзистора

Выше мы разобрали N-канальный транзистор с индуцированным каналом. Также есть еще и P-канальный транзистор с индуцированным каналом. P-канальный работает точно также, как и N-канальный, но вся разница в том, что основными носителями будут являться дырки. В этом случае все напряжения в схеме меняем на инверсные, в отличие от N-канального транзистора. Честно говоря, P-канальные полевые транзисторы используются реже, чем N-канальные.

Принцип работы показан на рисунке ниже.

Режимы работы полевого транзистора

Работа полевого транзистора в режиме отсечки

Давайте познакомимся с нашим героем. У нас в гостях N-канальный полевой транзистор с индуцированным каналом. Судя по гравировке, звать его IRFZ44N. Выводы слева-направо: Затвор, Сток и Исток.

Как мы уже с вами разобрали, Затвор служит для управлением ширины канала между Стоком и Истоком. Для того, чтобы показать принцип работы, мы с вами соберем простейшую схему, которая будет управлять интенсивностью свечения лампы накаливания. Так как в данный момент нет никакого напряжения на Затворе полевого транзистора, следовательно, он будет находится в закрытом состоянии. То есть электрический ток через лампу накаливания течь не будет.

По идее, для того, чтобы управлять свечением лампы, нам достаточно менять напряжение на Затворе относительно Истока. Так как наш полевой транзистор является N-канальным, следовательно, на Затвор мы будем подавать положительное напряжение. Окончательная схема примет вот такой вид.

Вопрос в другом. Какое напряжение надо подать на Затвор, чтобы в цепи Сток-Исток побежал минимальный электрический ток?

Мой блок питания Bat2 выглядит следующим образом.

С помощью этого блока питания мы будем регулировать напряжение. Так как он стрелочный, более правильным будет измерение напряжения с помощью мультиметра.

Собираем все как по схеме и подаем на Затвор напряжение номиналом в 1 Вольт.

Лампочка не горит. На другом блоке питания (Bat1) есть встроенный амперметр, который показывает, что в цепи лампы накаливания электрический ток не течет, следовательно, транзистор не открылся. Ну ладно, будем добавлять напряжение.

 

И только уже при 3,5 Вольт амперметр на Bat1 показал, что в цепи лампы накаливания появился ток, хотя сама лампа при этом не горела.

Такого слабого тока ей просто недостаточно, чтобы накалить вольфрамовую нить. Режим, при котором в цепи Сток-Исток не протекает электрический ток, называется режимом отсечки.

Активный режим работы полевого транзистора

В нашем случае при напряжении около 3,5 Вольт наш транзистор начинает немного приоткрываться. Это значение у различных видов полевых транзисторов разное и колеблется в диапазоне от 0,5 и до 5 Вольт. В даташите этот параметр называется как Gate threshold voltage, в переводе с англ. яз.  –  пороговое напряжение Затвора. Указывается как V_GS(th), а в некоторых даташитах как V_GS(to) .

Как вы видите в таблице, на мой транзистор это напряжение варьируется от 2 и до 4 Вольт при каких-то условиях (conditions). В условиях прописано, что открытие транзистора считается при токе в 250 мкА и при условии, что напряжение на Стоке-Истоке будет такое же как и напряжение на Затворе-Стоке.

С этого момента мы можем плавно регулировать ширину канала нашего полевого транзистора, увеличивая напряжение на Затворе. Если чуть-чуть добавить напряжение, то мы можем увидеть, что нить лампы накаливания начинает накаляться. Меняя напряжение туда-сюда, мы можем добиваться нужного нам свечения лампочки накаливания. Такой режим работы полевого транзистора называется активным режимом.

В этом режиме полевой транзистор может менять сопротивление индуцируемого канала в зависимости от напряжения на Затворе. Для того, чтобы понять, как усиливает полевой транзистор, вам надо прочитать статью про принцип работы биполярного транзистора, где все это описано, иначе ничего не поймете. Читать по этой ссылке.

Активный режим работы транзистора чреват тем, что в этом режиме транзистор может очень сильно греться. Поэтому, всегда следует позаботиться об охлаждающем радиаторе, который бы рассеивал тепло от транзистора в окружающее пространство. Почему же греется транзистор? В чем дело? Да все оказывается до боли просто. Сопротивление Сток-Исток зависит от того, какое напряжение будет на Затворе. То есть схематически это можно показать вот так.

Если напряжения на Затворе нет или оно меньше, чем напряжение открытия транзистора, то сопротивление в этом случае будет бесконечно большое. Лампочка – это нагрузка, которая обладает каким-либо сопротивлением. Не спорю, что сопротивление нити горящей лампочки будет совсем другое, чем холодной, но пока пусть будет так, что лампочка – это какое-то постоянное сопротивление. Перерисуем нашу схему вот так.

Получился типичный делитель напряжения. Как я уже говорил, если нет напряжения на Затворе, то сопротивление Сток-Истока будет бесконечно большим.  Значит, мощность, рассеиваемая на транзисторе, будет равняться падению напряжения на Сток-Истоке помноженной на силу тока через Сток-Истока: P=I_c U_си . Если выразить эту формулу через сопротивление, то получаем

P= I²_C R 

где R – это сопротивление канала Сток-Исток, Ом

I_C  – сила тока, проходящая через канал (ток Стока) , А

А что такое мощность, рассеиваемая на каком-либо радиоэлементе? Это и есть тепло.

Теперь представьте, что мы приоткрыли транзистор наполовину. Пусть в нашей цепи ток через лампу будет 1 Ампер, а сопротивление перехода Сток-Исток будет равно 10 Ом. Согласно формуле P= I²_C R  получим, что рассеиваемая мощность на транзисторе в этот момент будет 10 Ватт! Да это маленький, черт его возьми, нагреватель!

Режим насыщения полевого транзистора

Для того, чтобы полностью открыть полевой транзистор, нам достаточно подавать напряжение до тех пор, пока лампа не будет гореть во весь накал. В моем случае это напряжение более чем 4,2 Вольта.

 

В режиме насыщение сопротивление канала Сток-Исток минимально и почти не оказывает сопротивление электрическому току. Лампа ест свои честные 20,4 Ватта (12х1,7=20,4).

 

На самой лампе мы видим ее мощность 21 Ватт. Спишем небольшую погрешность на наши приборы.

Самое интересное то, что транзистор в этом случае остается холодным и ни капли не греется, хотя через него проходит 1,7 Ампер! Для того, чтобы понять этот феномен, нам опять надо рассмотреть формулу P= I²_C R . Если сопротивление Стока-Истока составляет какие-то сотые доли Ома в режиме насыщения, то с чего будет греться транзистор?

Поэтому, самые щадящие режимы для полевого МОП-транзистора – это когда канал полностью открыт или когда канал полностью закрыт. При закрытом транзисторе сопротивление канала будет бесконечно большое, а ток через это сопротивление будет бесконечно мал, так как в этой цепи будет работать закон Ома. Подставляя эти значение в формулу P= I²_C R, мы увидим, что мощность рассеивания на таком транзисторе будет равна практически нулю. В режиме насыщения у нас сопротивление будет достигать сотые доли Ома, а сила тока будет зависеть от нагрузку в цепи. Следовательно, в этом режиме транзистор также будет рассеивать какие-то сотые доли Ватта.

Ключевой режим работы полевого транзистора

В этом режиме полевой транзистор работает только в режиме отсечки и насыщения.

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 полный ноль, поэтому, канал закрыт.

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! Просто подаем на Затвор напряжение питания и все! Разумеется, если оно не превышает максимальное напряжение на Затворе, прописанное в даташите. Для нашего транзистора это +-20 Вольт. 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 ну очень маленькая (микроамперы).

Как вы видите, лампочка горит на всю мощь. В этом случае можно сказать, что потенциал на Стоке стал такой же, как и на Истоке, то есть ноль, 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  рабочий стол.

Но наблюдается также и интересный феномен, в отличие от ключа на биполярном транзисторе. 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 полевого транзистора. 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, поэтому он и держит заряд электронов в канале, пока мы не разрядим вывод Затвора. Для того, чтобы убрать потенциал с Затвора и “заткнуть” канал, нам опять же надо уравнять его с нулем. Сделать это достаточно просто, 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 так и останется открытым. Поэтому обязательное условие в схемах – Затвор должен всегда чем-то управляться и с чем-то соединяться. Ему нельзя висеть в воздухе.

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 я 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 делителя напряжения. 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.

Характеристики полевого МОП транзистора

Для того, чтобы узнать характеристики транзистора, нам надо открыть на него даташит и рассмотреть небольшую табличку на первой странице даташита. Будем рассматривать транзистор, который мы использовали в своих опытах: IRFZ44N.

Напряжение V_GS   – это напряжение между Затвором и Истоком. Смотрим на даташит и видим, что максимальное напряжение, которое можно подать на Затвор это +-20 Вольт. Более 20 Вольт в обе стороны пробьет тончайший слой диэлектрика, и транзистор придет в негодное состояние.

Максимальная сила тока I_D , которая может течь через канал Сток-Исток.

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 температуре кристалла 100 градусов, что чаще всего и происходит на практике.

 

R_DS(on) – сопротивление полностью открытого канала Стока-Истока. В режиме насыщения, сопротивление канала транзистора достигает ну очень малого значения. Как вы видите, у нашего подопечного сопротивление канала достигает 17,5 мОм (при условии, что напряжение на Затворе = 10 Вольт, а ток Стока  = 25 Ампер).

 

Максимальная рассеиваемая мощность P_D  – это мощность, которую транзистор может рассеять на себе, превращая эту мощность в тепло. В нашем случае это 94 Ватта. Но здесь также должны быть соблюдены различные условия – это температура окружающей среды, а также есть ли у транзистора радиатор.

 

Также различные зависимости одних параметров от других можно увидеть в даташите на последних страницах.

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.

Как проверить полевой транзистор

Для того, чтобы проверить полевой транзистор, мы должны определить, где какие у него выводы. У нас подопытным кроликом будет тот же самый транзистор: IRFZ44N.

Для этого вбиваем в любой поисковик название нашего транзистора и рядом прописываем слово “даташит”. Чаще всего на первой странице даташита мы можем увидеть цоколевку транзистора.

Хотя, интернет переполнен уже готовыми распиновками и иногда все-таки бывает проще набрать”распиновка (цоколевка) *название транзистора* “. Итак, я вбил ” IRFZ44N цоколевка”  в Яндекс и нажал на вкладку “картинки”.  Яндекс мне выдал  уйму картинок с распиновкой этого транзистора:

Ну а дальше дело за малым.
Устройство и принцип работы в видео:

Проверка полевого транзистора с помощью мультиметра

Теперь, зная цоколевку и принцип работы транзистора, мы можем проверить его на работоспособность. Первым делом мы без проблем можем проверить эквивалентный диод VD2 между Стоком и Истоком. В схемотехническом обозначении его тоже часто указывают.

Как проверить диод мультиметром, я писал еще в этой статье.

Но не спешите брать мультиметр в руки и прозванивать диод! Ведь первым делом надо снять с себя статическое напряжение. Это можно сделать, если задеть метализированный слой водонагревательных труб, либо коснуться заземляющего провода. При работе с радиоэлементами, чувствительными к статическому напряжению, желательно использовать антистатический браслет, один конец которого закрепляется к заземляющему проводнику, например, к батарее отопления, а другой конец в виде ремешка надевается на запястье.

Далее замыкаем все выводы транзистора  каким-нибудь металлическим предметом. В моем случае это металлический пинцет. Для чего мы это делаем? А вдруг кто-то зарядил Затвор до нас или он уже где-то успел “хапнуть” потенциал на Затворе? Поэтому, чтобы все было честно, мы уравняем потенциал на Затворе до нуля с помощью этой нехитрой манипуляции.

Ну а теперь со спокойной совестью можно проверить диод, который образуется в полевом транзисторе между Стоком и Истоком. Так как у нас транзистор N-канальный, следовательно, его схемотехническое обозначение будет выглядеть вот так:

Беремся положительным (красным) щупом мультиметра за Исток, так-как там находится анод диода, а отрицательным (черным)  – за Сток
(там у нас катод диода). На мультиметре должно высветиться падение напряжения на диоде 0,5-0,7 Вольт. В моем случае, как видите, 0,56 Вольт.

 

 

Далее меняем щупы местами. Мультиметр покажет единичку, что нам говорит о том, что диод в полевом транзисторе жив и здоров.

Проверяем сопротивление канала. Мы с вами уже знаем, что в N-канальном транзисторе ток у нас будет бежать от Стока к Истоку, следовательно, встаем красным положительным щупом на Сток, а отрицательным –  на Исток, и меряем сопротивление. Оно должно быть ну о-о-о-очень большое. В моем случае даже на Мегаомах показывает единичку, что говорит о том, что сопротивление даже больше, чем 200 Мегаом. Это очень хорошо.

 

Так как у нас транзистор N-канальный, следовательно, чтобы его приоткрыть, нам достаточно будет подать напряжение на Затвор, относительно Истока. Чаще всего в режиме прозвонки диодов на щупах мультиметра бывает напряжение в 3-4 Вольта. Все зависит от марки мультиметра. Этого напряжения будет вполне достаточно, чтобы подать его на Затвор и приоткрыть транзистор.

Так и сделаем. Ставим черный щуп на Исток, а красный на Затвор на доли секунды. На показания мультиметра не обращаем внимания, так как мы сейчас используем его в качестве источника питания, чтобы подать потенциал на Затвор. Этим простым действием мы приоткрыли наш транзистор.

Раз мы приоткрыли транзистор, значит, сопротивление Сток-Исток должно уменьшится. Проверяем, так ли это? Ставим мультиметр в режим измерения сопротивления и смотрим, уменьшилось ли сопротивление между Стоком-Истоком? Как видите, мультиметр показал значение в 2,45 КОм.

Это говорит о том, что наш полевой транзистор полностью работоспособен.

Конечно, бывает и такое, что малого напряжения на мультиметре не хватает, чтобы приоткрыть транзистор. Здесь можно прибегнуть к источникам питания, которые выдают более-менее нормальное напряжение, например, блок питания или батарейка Крона в 9 Вольт. Так как рядом не оказалось Кроны, то мы просто выставим напряжение в 10 Вольт. Напряжение на Затвор именно этого транзистора не должно превышать 20 Вольт, иначе произойдет пробой диэлектрика, и транзистор выйдет из строя.

Итак, выставляем 10 Вольт.

 

Подаем это напряжение на Затвор транзистора на доли секунды.

 

Теперь по идее сопротивление между Стоком и Истоком должно равняться нулю. Для чистоты эксперимента замеряем сопротивление щупов самого мультиметра. Эх, дешевые китайские щупы. 2,1 Ом).

 

А теперь и замеряем сопротивление самого перехода. Практически 0 Ом!

Хотя, если верить даташиту, должно быть 17,5 миллиОм. Теперь можно утверждать со 146% вероятностью, что наш транзистор полностью жив и здоров.

Как проверить полевой транзистор с помощью транзисторметра

На рабочем столе каждого электронщика должен быть этот замечательный китайский прибор, благо он стоит недорого. Про него я писал обзор здесь.

 

Здесь все просто, как дважды два. Вставляем транзистор в кроватку и нажимаем большую зеленую кнопку. В результате прибор сразу же определил, что это полевой МОП транзистор с каналом N-типа, определил расположение выводов транзистора, а также емкость затвора и пороговое напряжение открытия, о котором мы говорили выше в статье. Ну не прибор, а чудо!

Меры безопасности при работе с полевыми транзисторами

Все полевые транзисторы, будь это полевой транзистор с управляющим PN-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 PN 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 бы 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.

Похожие статьи по теме “полевой транзистор”

Транзистор биполярный

Полевой транзистор с управляющим PN-переходом (JFET-транзистор)

Транзисторметр Mega328

Читаем электрические схемы с транзистором

Мультивибратор на транзисторах

Сторожевое устройство на одном транзисторе

Полевой транзистор: принцип работы

Среди множества полупроводниковых приборов следует отметить полевой транзистор, принцип работы которого основан на перемещающихся основных однотипных носителях заряда. Поток этих зарядов регулируется с помощью поперечного электрического поля. Источником поля является напряжение, приложенное к любому из электродов транзистора. Такой электрод получил дополнительное название затвора.

Полевые транзисторы с управляющим р-п-переходом

Поскольку перемещаются однотипные заряды, электроны или дырки, полевые транзисторы называются униполярными, в отличие от биполярных приборов. Они могут иметь управляющий р-п-переход или изолированный затвор. Основными параметрами устройств является входное и внутреннее (выходное) сопротивление, а также напряжение отсечки и прочие характеристики.

Данный прибор состоит из полупроводниковой пластины, на концах которой установлены электроды истока и стока. Именно при их участии происходит подключение устройства к управляемой сети. Соединение управляющей сети осуществляется с третьим электродом, выступающим в роли затвора. Поскольку у пластины и третьего электрода различные типы проводимости, то за счет этого и образуется р-п-переход.

С помощью источника питания, включенного во входную цепь, в области р-п-перехода создается обратное напряжение. Дополнительно к входной цепи производится подключение источника усиливаемых колебаний. Когда входное напряжение изменяется, то происходит изменение и обратного напряжения в районе р-п-перехода. В результате, происходит изменение п-канала, представляющего собой обедненный слой. То есть, фактически, изменяется поперечное сечение, через которое проходят основные носители заряда.

В зависимости от выполняемых функций, электроды прибора имеют следующие наименования:

• Электрод исток: из него происходит вхождение в канал основных носителей зарядов.
• Электрод сток: через него из канала происходит выход основных носителей зарядов.
• Электрод затвор: регулирует поперечное сечение канала.

Сам канал может обладать одной из двух проводимостей. Проводимость полевых транзисторов бывает с «р» или «п» каналом. Напряжения смещения, которые подаются на эти электроды, имеют противоположную полярность.

Таким образом, принцип действия полевого транзистора очень похож на работу вакуумного триода. Триод имеет катод, анод и сетку, которые соответствуют истоку, стоку и затвору. Однако, конструкция полупроводникового прибора отличается в лучшую сторону и обладает большим набором функций.

Полевые транзисторы с изолированным затвором

Данная конструкция прибора отличается наличием изолирующего слоя, разделяющего затвор и канал. В качестве подложки используется полупроводниковый кристалл, имеющий высокое удельное сопротивление. В нем создаются области с проводимостью, противоположной подложке. В этих местах наносятся электроды стока и истока. Между ними, на поверхности кристалла наносится тонкий слой диэлектрического материала. В свою очередь, на этот слой производится нанесение третьего металлического электрода – затвора.

В структуру прибора входит металл, диэлектрик и полупроводник (МДП). Поэтому, данные устройства получили название МДП-транзисторов.

МДП-приборы имеют следующую классификацию:

• С индуцированным каналом. В данной конструкции отсутствует проводящий канал между стоком и истоком. Поэтому, появление тока зависит от полярности стока и порогового напряжения на затворе в соответствии с истоком.
• Со встроенным каналом. В этом приборе, при значении нулевого напряжения, под затвором происходит образование инверсионного слоя в виде канала, соединяющего сток и исток.

Таким образом, полевые транзисторы, имеют общий принцип работы, но отличается особенностями конструкции, что дает возможность их использования в самых разных областях.

Как работает полевой транзистор

Что такое полевой транзистор и как его проверить

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.

Полевые транзисторы принцип действия — Строительство домов и бань

Применение полевых транзисторов

Для того чтобы быстро изменить силу тока в усилительных схемах, лампочках или электрических двигателях применяют транзисторы. Они умеют ограничивать силу тока плавно и постепенно или специальным методом «импульс-пауза». Второй способ особо часто используется при широтно-импульсной модуляции и управления. Если используется мощный источник тока, то транзистор проводит его через себя и регулирует параметр слабым значением. Если тока маловато, то используют сразу несколько транзисторов, обладающих большей чувствительностью. Соединять в таком случае их нужно каскадным образом. В этой статье будет рассмотрено, как открыть полевой транзистор, какой принцип работы полевого транзистора для чайников и какие обозначения выводов полевой транзистор имеет.

Что это такое

Полевой транзистор — это радиоэлемент полупроводникового типа. Он используется для усиления электросигнала. В любом цифровом приборе схема с полевым транзистором исполняет роль ключа, который управляет переключением логических элементов прибора. В этом случае использование ПТ является очень выгодным решением проблемы с точки зрения уменьшения размеров устройства и платы. Обусловлено это тем, что цепь управления радиокомпонентами требует не очень большой мощности, а значит, что на одном кристалле могут располагаться тысячи и десятки тысяч транзисторов.

Материалами, из которых делают полупроводниковые элементы и транзисторы в том числе, являются:

• Фосфид индия;
• Нитрид галлия;
• Арсенид галлия;
• Карбид кремния.

Важно! Полевые транзисторы также называют униполярными, так как при протекания через них электротока используется только один вид носителей.

Характеристики полевого транзистора

Основными характеристики полевого транзистора являются:

• Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность;
• Максимально допустимая рабочая частота;
• Напряжение сток-исток;
• Напряжение затвор-сток;
• Напряжение затвор-исток;
• Максимально допустимый ток стока;
• Ток утечки затвора;
• Крутизна характеристики;
• Начальный ток стока;
• Емкость затвор-исток;
• Входная ёмкость;
• Выходная ёмкость;
• Проходная ёмкость;
• Выходная мощность;
• Коэффициент шума;
• Коэффициент усиления по мощности.

Как он работает

Полевой транзистор включает нескольких составных элементов — истока (источника носителя заряда наподобие эмиттера на биполярном элементе), стока (приемника заряда по аналогии с коллектором) и затвора (управляющего электрода наподобие сетки в лампах или базы). Работа первых двух очевидна и состоит в генерации и приеме носителя электрозаряда, среди которых электроны и дырки. Затвор же нужен в первую очередь для управления электротоком, который протекает через ПТ. То есть, получается классического вида триод с катодом, анодом и электродом управляющего типа.

Когда происходит подача напряжения на затвор, возникает электрополе, которое изменяет ширину определенных переходов и влияет на параметр электротока, протекающего от истока к стоку. Если управляющее напряжение отсутствует, то ничто не будет препятствовать потоку носителей заряда в виде электронов. Когда напряжение управления повышается, то канал, по которому движутся электроны или дырки, наоборот, уменьшается, а при достижении некоего предела закрывается совсем, и полевой транзистор входит в так называемый режим отсечки. Именно эта характеристика ПТ делает возможным их применение в качестве ключей.

Свойства усиления электротока этого радиокомпонента обусловлены тем, что сильный электрический ток, который протекает от истока к стоку, повторяет все динамические характеристика напряжения, прикладываемого к затвору. Другим языком, с выхода этого усилителя берется абсолютно такой же по форме сигнал, как и на электроде управления, только более сильный.

Строение ПТ (униполярного транзистора) немного отличается от биполярного. А именно тем, что электричество в нем пере пересекает определенные переходные зоны. Электрозаряды совершают движение по участку регуляции, который называется затвором. Его пропускная способность регулируется параметром напряжения.

Важно! Пространство зон транзистора под действием электрического поля уменьшается и увеличивается. Исходя из этого изменяется количество носителей зарядов — от их полного отсутствия до переизбытка.

Для чего нужен

ПТ нужны для того, чтобы управлять выходным током с помощью создаваемого электрического поля и изменять его важнейшие параметры. Структуры, созданные на основе полевого транзистора, часто используются в интегральных схемах цифрового и аналогового вида.

Именно за счет полевого управления, эти транзисторы воздействуют на величину приложенного к их затвору напряжения. Это отличает их от биполярных транзисторов, которые управляются током, который протекает через их базу. ПТ потребляют значительно меньшее количество электроэнергии, что и определило их популярность при использовании в ждущих и следящих устройствах, а также интегральных схемах малого потребления ( при организации спящего режима).

Важно! Одними из наиболее известных устройств, основанных на действии полевых транзисторов, являются пульты управления от телевизора, наручные часы электронного типа. Эти устройства за счет своего строения и применения ПТ могут годами работать от одного крошечного источника питания в виде батарейки.

Как открыть полевой транзистор

Для того чтобы полностью открыть полевой транзистор и запустить его работы в режиме ключа, напряжение базы-эмиттера должно быть больше 0,6-0,7 Вольт. Также сила электротока, текущая через базу должна быть такой, чтобы он мог спокойно протекать через коллектор-эмиттер без каких-либо препятствий. В идеальном случае, сопротивление через коллектор-эмиттер должно быть равным нулю, в реальности же оно будет иметь сотые доли Ома. Такой режим называется «режимом насыщения транзистора».

Как видно на схеме, коллектор и эмиттер находятся в режиме насыщения и соединены накоротко, что позволяет лампочке гореть «на полную».

Схема (структура)

На схеме ниже можно увидеть примерное строение транзистора полярного типа. Его выводы соединены с металлизированными участками затвора, истока и стока. Схема изображает именно p канальное устройство, затвором которого является n-слой. Он имеет гораздо меньшее удельное сопротивление, чем канальная область p-слоя. Область же перехода n-p в большей степени находится в p-слое.

Как подключить

Все зависит от того, каким именно образом полевой транзистор будет включаться в усилительный каскад. Таких способа есть три:

• С общим истоком;
• С общим стоком;
• С общим затвором.

Их различия заключаются в том, что они используют различные электроды подаются питающим напряжением и к каким электроцепям присоединен источник сигнала и нагрузка для него.

Общий исток наиболее часто используется для достижения максимального усиления сигнала входа. Общий сток используется для устройств согласования, потому что усиление там используется небольшое, но сигналы входа и выхода аналогичны по фазе. Схема с общим затвором применяется чаще всего в усилителях высокой частоты. При таком способе подключения полоса пропускания намного шире, чем в других способах.

Таким образом, полевой транзистор это очень важный полупроводниковый радиоэлемент, который способен управлять сопротивлением канала электротока путем воздействия на него поперечного электрического поля, создаваемого напряжением затвора.

Устройство и принцип действия полевых транзисторов с изолированным затвором

Классификация полевых транзисторов

Лекция 12. Полевые транзисторы. Классификация, принцип действия, основные параметры, схемы включения и режимы работы

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, ток в котором создаётся основными носителями зарядов (только электронами или только дырками). Заряды перемещаются в области, которая называется канал. Электрод, через который ток втекает в транзистор, называется исток (И). Прошедшие через канал заряды выходят из него через электрод, который называется сток (С). Движением зарядов управляет электрод, который называется затвор (З).

Классификация. В зависимости от типа проводимости канала различают полевые транзисторы с каналом типа p и типа n, а в зависимости от способа выполнения затвора – с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором. Условное графическое обозначение полевых транзисторов представлено на рис. 12.1. Стрелка показывает направление от слоя p к слою n.

Рис. 12.1. Условное графическое обозначение полевых транзисторов

В 1926 году был открыт полевой эффект и указан его недостаток — поверхностные волны в металле не позволяли проникать полю затвора в канал. Однако в 1952 году Уильям Шокли исследовал влияние управляющего p-n перехода на ток в канале, а в 1959 году Джон Аталла и Дэвон Канг из Bell Labs изготовили полевой транзистор с изолированным затвором по технологии МОП металлический (Al) затвор, изолятор оксид кремния (SiO₂) и канал-полупроводник (Si).

Система обозначений транзисторов была рассмотрена в лекции 6, и для полевых транзисторов, как и для биполярных, установлена отраслевым стандартом ОСТ 11336.919 – 81 и его последующими редакциями.

12.2. Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p-n переходом

Рассмотрим физические процессы, происходящие в полевом транзисторе с управляющим p-n переходом и каналом n-типа, схематичное изображение которого представлено на рис. 12.2.

Рис. 12.2. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом и каналом n-типа

Такая конструкция, в которой электроды расположены в одной плоскости, называется планарной. В исходном полупроводниковом материале методом диффузии создаётся легированная область n – канал. Затем на поверхности образуют сток, исток и затвор таким образом, что канал получается под затвором. Нижняя область исходного полупроводника – подложка – обычно соединяется с затвором. Исток подключают к общей точке источников питания, и напряжения на стоке и затворе измеряют относительно истока.

Изменение проводимости канала осуществляется изменением напряжения, прикладываемого к p-n переходам затвора и подложки. На рис. 12.3. представлены графики статических характеристик. Поскольку ток затвора не зависит от напряжения U_ЗИ, входная характеристика отсутствует. Вместо неё применяется сток — затворная характеристика передачи

. Выходная характеристика – это зависимость тока стока от напряжения на стоке при фиксированном напряжении на затворе .

Рис. 12.3. Статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-n переходом

При U_ЗИ = 0 толщина p-n – переходов затвора и подложки минимальна, канал «широкий» и проводимость его наибольшая. Под действием напряжения U_СИ по каналу будет проходить ток, создаваемый основными носителями зарядов – электронами. На участке напряжений от 0 до U_СИ.НАС ток будет нарастать и достигнет величины I_С.нач – начального тока стока. Дальнейшее увеличение напряжения на стоке повышает напряжённость поля в запорном слое p-n переходов затвора и подложки, но не увеличивает ток стока. Когда напряжение на стоке достигнет U_{СИ.макс}, может наступить электрический пробой по цепи сток – затвор, что показывает вертикальная линия роста тока на выходной характеристике.

Если отрицательное напряжение на затворе увеличивать, то, в соответствии с эффектом Эрли, толщина p-n – переходов затвора и подложки начнёт увеличиваться за счёт канала, сечение канала будет уменьшаться. Ток стока будет ограничен на меньшем уровне. Если и дальше увеличивать отрицательное напряжение на затворе, то, при некоторой его величине, называемой напряжением отсечки U_ЗИотс, p-n переходы затвора и подложки сомкнутся и перекроют канал. Движение электронов в канале прекратится, ток стока будет равен нулю, и не будет зависеть от напряжения на стоке.

Следовательно, полевой транзистор с управляющим p-n–переходом до напряжения на стоке U_СИ.НАС работает как регулируемое сопротивление, а на горизонтальных участках выходных характеристик может использоваться для усиления сигналов в режиме нагрузки.

Отличие полевых транзисторов с изолированным затвором состоит в том, что у них между металлическим затвором и полупроводником-каналом находится слой диэлектрика, в качестве которого используется слой двуокиси кремния SiO₂, выращенный на поверхности кристалла кремния методом высокотемпературного окисления. Существуют два типа полевых транзисторов с изолированным затвором: с индуцированным каналом и с встроенным каналом.

Рассмотрим принцип действия полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа, упрощённая конструкция которого представлена на рис. 12.4.

Основой транзистора является подложка – пластина Si с проводимостью р типа и с высоким удельным сопротивлением. На поверхности подложки методом диффузии создаются две сильно легированные области с проводимостью n типа, не соединённые между собой. К ним подключают металлические контакты, которые будут выводами стока и истока. Поверхность пластины покрывают слоем SiO₂, на который между стоком и истоком наносят слой металла – затвор. Подложку обычно электрически соединяют с истоком.

При U_ЗИ = 0, даже если между стоком и истоком приложено напряжение, транзистор закрыт, и в цепи стока протекает малый обратный ток p-n перехода между стоком и подложкой (рис. 12.4, а).

Рис. 12.4. Конструкция и принцип действия полевого транзистора с индуцированным каналом:

а – при U_ЗИ = 0; б – при U_ЗИ > порогового значения

При подаче на затвор положительного относительно истока напряжения электрическое поле затвора через диэлектрик проникает на некоторую глубину в приконтактный слой полупроводника, выталкивая из него вглубь полупроводника основные носители зарядов (дырки) и притягивая электроны. При малых напряжениях U_ЗИ под затвором возникает обеднённый основными носителями зарядов слой и область объёмного заряда, состоящего из ионизированных атомов примеси.

При дальнейшем увеличении положительного напряжения на затворе в поверхностном слое полупроводника происходит инверсия электропроводности (рис. 12.4, б). Образуется тонкий инверсный слой – канал – соединяющий сток с истоком. Напряжение на затворе, при котором образуется канал, называется пороговым напряжением.

Изменение напряжения на затворе вызывает изменение толщины и электропроводности канала, а, следовательно, и ток стока.

На рис. 12.5 представлены графики статических характеристик полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа.

Рис. 12.5. Графики статических характеристик полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа

Режим работы полевого транзистора, при котором канал обогащается носителями зарядов при увеличении напряжения на затворе, называется режимом обогащения.

Отсутствие тока стока при нулевом напряжении на затворе, а также одинаковая полярность напряжений U_ЗИ и U_СИ у транзисторов с индуцированным каналом позволяет использовать их в экономичных цифровых микросхемах.

Рассмотрим теперь принцип действия полевого транзистора с встроенным каналом n-типа, упрощённая конструкция которого аналогична конструкции, представленной на рис. 12.4, б.

На стадии изготовления такого транзистора между областями стока и истока методом диффузии создаётся тонкий слаболегированный слой – канал – с таким же типом проводимости, как у стока и истока.

При U_ЗИ = 0, когда между стоком и истоком приложено напряжение, транзистор открыт, и в цепи стока протекает ток. Отрицательное напряжение, приложенное к затвору относительно истока, будет выталкивать электроны из канала и втягивать в канал дырки из подложки. Канал обедняется основными носителями зарядов, его толщина и электропроводность уменьшаются. При некотором отрицательном напряжении на затворе, называемом напряжением отсечки, канал закрывается, ток стока становится равным нулю.

Увеличение положительного напряжения на затворе вызывает приток электронов из подложки в канал. Канал обогащается носителями, ток стока возрастает.

Таким образом, транзистор с встроенным каналом может работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения.

На рис. 12.6 представлены графики статических характеристик полевого транзистора с встроенным каналом n-типа.

Рис. 12.6. Графики статических характеристик полевого транзистора с встроенным каналом n-типа

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 10007 —

| 7789 — или читать все.

188.64.174.65 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Полевые транзисторы: типы, устройство, принцип и режимы работы, схемы включения, основные параметры, использование

Полевые транзисторы: типы, устройство, принцип и режимы работы, схемы включения, основные параметры, использование

Полевым транзистором (ПТ) называется полупроводниковый радиокомпонент, используемый для усиления электрического сигнала. В цифровых устройствах схемы на основе ПТ исполняют функции ключей, управляющих переключениями логических элементов. В последнем случае использование полевых транзисторов оказывается крайне выгодным с точки зрения миниатюризации аппаратуры. Это обусловлено тем, что для цепей управления этими радиокомпонентами требуются небольшие мощности, вследствие чего на одном кристалле полупроводниковой микросхемы можно размещать десятки тысяч транзисторов.

Полупроводниковым сырьём для изготовления полевых транзисторов являются следующие материалы:

1. карбид кремния;
2. арсенид галлия;
3. нитрид галлия;
4. фосфид индия.

Устройство и принцип работы полевого транзистора.

ПТ состоит из трёх элементов – истока, стока и затвора. Функции первых двух очевидны и состоят соответственно в генерировании и приёме носителей электрического заряда, то есть электронов или дырок. Предназначение затвора заключается в управлении током, протекающим через полевой транзистор. Таким образом, мы получаем классический триод с катодом, анодом и управляющим электродом.

В момент подачи напряжения на затвор возникает электрическое поле, изменяющее ширину p-n-переходов и влияющее на величину тока, который протекает от истока к стоку. При отсутствии управляющего напряжения ничто не препятствует потоку носителей заряда. С повышением управляющего напряжения канал, по которому движутся электроны или дырки, сужается, а при достижении некоего предельного значения закрывается вовсе, и ПТ входит в так называемый режим отсечки. Как раз это свойство полевых транзисторов и позволяет использовать их в качестве ключей.

Усилительные свойства радиокомпонента обусловлены тем, что мощный электрический ток, протекающий от истока к стоку, повторяет динамику напряжения, прикладываемого к затвору. Другими словами, с выхода усилителя снимается такой же по форме сигнал, что и на управляющем электроде, только гораздо более мощный.

Распространённые типы полевых транзисторов.

В настоящее время в радиоаппаратуре применяются ПТ двух основных типов – с управляющим p-n-переходом и с изолированным затвором. Опишем подробнее каждую модификацию.

1. Управляющий p-n-переход.

Эти полевые транзисторы представляют собой удлинённый полупроводниковый кристалл, противоположные концы которого с металлическими выводами играют роль стока и истока. Функцию затвора исполняет небольшая область с обратной проводимостью, внедрённая в центральную часть кристалла. Так же, как сток и исток, затвор комплектуется металлическим выводом.

Электронно-дырочный p-n-переход в таких полевых транзисторах получил название управляющего, поскольку напрямую изменяет мощность потока носителей заряда, представляя собой физическое препятствие для электронов или дырок (в зависимости от типа проводимости основного кристалла).

2. Изолированный затвор.

Конструкция этих полевых транзисторов отличается от описанных выше ПТ с управляющим p-n-переходом. Здесь полупроводниковый кристалл играет роль подложки, в которую на некотором удалении друг от друга внедрены две области с обратной проводимостью. Это исток и сток соответственно. Функцию затвора исполняет металлический вывод, который отделяется от кристалла слоем диэлектрика и, таким образом, электрически с ним не контактирует.

Из-за того, что в конструкции этих полевых транзисторов используются три типа материалов – металл, диэлектрик и полупроводник, – данные радиокомпоненты часто именуют МДП-транзисторами. В элементах, которые формируются в кремниевых микросхемах планарно-эпитаксиальными методами, в качестве диэлектрического слоя используется оксид кремния, в связи с чем буква «Д» в аббревиатуре заменяется на «О», и такие компоненты получают название МОП-транзисторов.

Существует два вида этих полевых транзисторов – с индуцированным и встроенным каналом. В первых физический канал отсутствует и возникает только в результате воздействия электрического поля от затвора на подложку. Во вторых канал между истоком и стоком физически внедрён в подложку, и напряжение на затворе требуется не для формирования канала, а лишь для управления его характеристиками.

Схемотехническое преимущество ПТ с изолированным затвором перед транзисторами с управляющим p-n-переходом заключается в более высоком входном сопротивлении. Это расширяет возможности применения данных элементов. К примеру, они используются в высокоточных устройствах и прочей аппаратуре, критичной к электрическим режимам.

В силу конструктивных особенностей МОП-транзисторы чрезвычайно чувствительны к внешним электрическим полям. Это вынуждает соблюдать особые меры предосторожности при работе с этими радиодеталями. В частности, в процессе пайки необходимо использовать паяльную станцию с заземлением, а, кроме того, заземляться должен и человек, выполняющий пайку. Даже маломощное статическое электричество способно повредить полевой транзистор.

Схемы включения полевых транзисторов.

В зависимости от того, каким образом ПТ включается в усилительный каскад, существует три схемы – с общим истоком, с общим стоком и с общим затвором. Способы различаются тем, на какие электроды подаются питающие напряжения, и к каким цепям присоединяются источник сигнала и нагрузка.

Схема с общим истоком используется чаще всего, так как именно в этом случае достигается максимальное усиление входного сигнала. Способ включения ПТ с общим стоком используется, главным образом, в устройствах согласования, поскольку усиление здесь небольшое, но входной и выходной сигналы совпадают по фазе. И, наконец, схема с общим затвором находит применение, в основном, в высокочастотных усилителях. Полоса пропускания при таком включении полевого транзистора гораздо шире, чем при других схемах.

Принцип работы полевого транзистора для чайников

Транзистор (transistor, англ.) – триод, из полупроводниковых материалов, с тремя выходами, основное свойство которого – сравнительно низким входным сигналом управлять значительным током на выходе цепи. В радиодеталях, из которых собирают современные сложные электроприборы, используются полевые транзисторы. Их свойства позволяют решать задачи по выключению или включению тока в электрической цепи печатной платы, или его усилению.

Что такое полевой транзистор

Полевой транзистор — это устройство с тремя или четырьмя контактами, в котором ток на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. Поэтому их называют полевыми.

• исток – контакт входящего электрического тока, находящийся в зоне n;
• сток – контакт исходящего, обработанного тока, находящийся в зоне n;
• затвор – контакт, находящийся в зоне р, изменяя напряжение на котором, можно регулировать пропускную способность устройства.

Полевой транзистор с п – р переходом – особый вид транзисторов, которые служат для управления током.

Он отличается от простого обычного тем, что ток в нем проходит, не пересекая зоны р — n перехода, зоны, образующейся на границы этих двух зон. Размер р — n зоны регулируется.

Полевые транзисторы, их виды

Полевые транзисторы с п – р переходом делят на классы:

1. По типу канала проводника: n или р. От канала зависит знак, полярность, сигнала управления. Она должна быть противоположна по знаку n -зоне.
2. По структуре прибора: диффузные, сплавные по р – n — переходом, с затвором Шоттки, тонкопленочные.
3. По числу контактов: 3-х и 4-контактные. В случае 4-контактного прибора, подложка также исполняет роль затвора.
4. По используемым материалам: германий, кремний, арсенид галлия.

Классы делятся по принципу работы:

• устройство под управлением р — n перехода;
• устройство с изолированным затвором или с барьером Шоттки.

Полевой транзистор, принцип работы

По-простому, как работает полевой транзистор с управляющим р-п переходом, можно сказать так: радиодеталь состоит из двух зон: р — перехода и п — перехода. По зоне п течет электрический ток. Зона р – перекрывающая зона своего рода вентиль. Если на нее сильно надавить, она перекрывает зону для прохождения тока и его проходит меньше. Или, если давление снизить пройдет больше. Такое давление осуществляют увеличением напряжения на контакте затвора, находящегося в зоне р.

Прибор с управляющим р — п канальным переходом — это полупроводниковая пластина с электропроводностью одного из этих типов. К торцам пластины подсоединены контакты: сток и исток, в середине — контакт затвора. Действие устройства основано на изменяемости толщины пространства р-п перехода. Поскольку в запирающей области почти нет подвижных носителей заряда, ее проводимость равна нулю. В полупроводниковой пластине, в области не под воздействием запирающего слоя, создается проводящий ток канал. При подаче отрицательного напряжения по отношению к истоку, на затвор создается поток, по которому истекают носители заряда.

В случае изолированного затвора, на нем расположен тонкий слой диэлектрика. Этот вид устройства работает на принципе электрического поля. Чтобы разрушить его достаточно небольшого электричества. Поэтому для защиты от статического напряжения, которое может достигать тысяч вольт, создают специальные корпуса приборов — они позволяют минимизировать воздействие вирусного электричества.

Зачем нужен полевой транзистор

Рассматривая работу сложной электронной техники, как работу полевого транзистора (как одного из компонентов интегральной схемы) сложно представить, что основных направления его работы пять:

1. Усилители высоких частот.
2. Усилители низких частот.
3. Модуляция.
4. Усилители постоянного тока.
5. Ключевые устройства (выключатели).

На простом примере работу транзистора, как выключателя, можно представить как компоновку микрофона с лампочкой. Микрофон улавливает звук, от этого появляется электрический ток. Он поступает на запертый полевой транзистор. Своим присутствием ток включает устройство, включает электрическую цепь, к которой подключена лампочка. Лампочка загорается при улавливании звука микрофоном, но горит за счет источника питания, не связанного с микрофоном и более мощного.

Модуляция применяется для управления информационным сигналом. Сигнал управляет частотой колебания. Модуляция применяется для качественного звукового сигнала в радио, для передачи звукового ряда в телевизионных передачах, трансляции цвета и телевизионного сигнала высокого качества. Она применяется везде, где требуется работа с материалом высокого качества.

Как усилитель полевой транзистор упрощенно работает так: графически любой сигнал, в частности, звуковой ряд, можно представить в виде ломаной линии, где ее длина – это время, а высота изломов частота звука. Для усиления звука на радиодеталь подают мощное напряжение, которое приобретает необходимые частоты, но с более большими значениями, за счет подачи слабого сигнала на управляющий контакт. Другими словами, устройство пропорционально перерисовывает изначальную линию, но с более высокими пиковыми значениями.

Применение полевых транзисторов

Первым прибором, поступившим в продажу, где использовался полевой транзистор с управляющим p-n переходом, был слуховой аппарат. Его появление зафиксировано в пятидесятых годах прошлого века. В промышленных масштабах их применяли в телефонных станциях.

В современном мире, устройства применяют во всей электротехнике. Благодаря маленьким размерам и разнообразию характеристик полевого транзистора, встретить его можно в кухонной технике, аудио и телевизионной технике, компьютерах и электронных детских игрушках. Их применяются в системах сигнализации как охранных механизмов, так и пожарной сигнализации.

На заводах транзисторное оборудование применяется для регуляторов мощности станков. В транспорте от работы оборудования на поездах и локомотивов, до системы впрыска топлива частных автомобилей. В ЖКХ от систем диспетчеризации, до систем управления уличным освещением.

Одна из важнейших областей применения транзисторов – производство процессоров. По сути, весь процессор состоит из множества миниатюрных радиодеталей. Но при переходе на частоту работы выше 1,5 ГГц, они лавинообразно начинают потреблять энергию. Поэтому производители процессоров пошли по пути многоядерности, а не путем увеличения тактовых частот.

Плюсы и минусы полевых транзисторов

Полевые транзисторы своими характеристиками оставили далеко позади другие виды устройства. Широкое применение они нашли в интегральных схемах в роли выключателей.

• каскад деталей расходует мало энергии;
• усиление выше, чем у других видов;
• высокая помехоустойчивость достигается отсутствием прохождения тока в затворе;
• более высокая скорость включения и выключения – они могут работать на недоступных другим транзисторам частотах.

• более низкая температура разрушения, чем у других видов;
• на частоте 1,5 ггц, потребляемая энергия начинает резко возрастать;
• чувствительность к статическому электричеству.

Характеристики полупроводниковых материалов, взятых за основу полевых транзисторов, позволили применять устройства в быту и производстве. На основе плевых транзисторов создали бытовую технику в привычном для современного человека виде. Обработка высококачественных сигналов, производство процессоров и других высокоточных компонентов невозможна без достижений современной науки.

Принцип работы полевого транзистора для чайников: для чего он нужен и как работает

Транзисторами (transistors, англ.) называют полупроводниковые триоды у которых расположено три выхода. Их основным свойством является возможность посредством сравнительно низких входных сигналов осуществлять управление высоким током на выходах цепи.

Для радиодеталей, которые используются в современных сложных электроприборах, применяются полевые транзисторы. Благодаря свойствам этих элементов выполняется включение или выключение тока в электрических цепях печатных плат, или его усиление.

Что представляет собой полевой транзистор

Полевые транзисторы — это трех или четырех контактные устройства, в которых ток, идущий на два контакта может регулироваться посредством напряжения электрополя третьего контакта. на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. В результате этого подобные транзисторы называются полевыми.

Название расположенных на устройстве контактов и их функции:

• Истоки – контакты с входящим электрическим током, которые находится на участке n;
• Стоки – контакты с исходящим, обработанным током, которые находятся на участке n;
• Затворы – контакты, находящиеся на участке р, посредством изменения напряжения на котором, выполняется регулировка пропускной способности на устройстве.

Полевые транзисторы с n-p переходами – особые виды, позволяющие управлять током. От простых они, как правило, отличаются тем, через них протекает ток, без пересечения участка р-n переходов, участка который образуется на границах этих двух зон. Размеры р-n участка являются регулируемыми.

Видео «Подробно о полевых транзисторах»

В свою очередь разделение классов происходит в зависимости от принципа работы транзистора:

• устройства под управлениями р-n переходов;
• устройства с изолированными затворами или с барьерами Шоттки.

Принцип работы полевого транзистора

Говоря простыми словами о том, как работает полевой транзистор для чайников с управляющими p-n переходами, стоит отметить: радиодетали состоят из двух участков: p-переходов и n-переходов. По участку n проходит электроток. Участок р является перекрывающей зоной, неким вентилем. Если оказывать определенное давление на нее, то она будет перекрывать участок и препятствовать прохождению тока. Либо, же наоборот, при снижении давления количество проходящего тока возрастет. В результате такого давления осуществляется увеличение напряжения на контактах затворов, находящихся на участке р.

Приборы с управляющими p-n канальными переходами — это полупроводниковые пластины, имеющие электропроводность с одним из данных типов. К торцевым сторонам пластин выполняется подсоединение контактов: стока и истока, в середину — контакты затвора. Принцип работы прибора основан на изменении пространственных толщин p-n переходов. Так как в запирающих областях практически отсутствуют подвижные носители заряда, их проводимость равняется нулю. В полупроводниковых пластинах, на участках которых не воздействует запирающий слой, создаются проводящие ток каналы. Если подается отрицательное напряжение в отношении истока, на затворе образуется поток, через который протекают носителя заряда.

Для изолированных затворов, характерно расположение на них тонкого слоя диэлектрика. Такое устройство работает по принципу электрических полей. Для его разрушения понадобится всего лишь небольшое электричество. В связи с этим, чтобы предотвратить статическое напряжение, которое может превышать 1000 В, необходимо создание специальных корпусов для приборов, которые минимизируют эффект от воздействия вирусных типов электричества.

В качестве простого примера работа транзистора-выключателя, может быть представлена как микрофон и лампочка в одной компановке. Благодаря микрофону улавливаются звуковые колебания, что влияет на появление электрического тока, поступающего на участок запертого устройства. Присутствие тока влияет на включение устройства и включение электрической цепи, к которой подключаются лампочки. Последние загораются после того как микрофон уловил звук, но горят они за счет источников питания не связанных с микрофоном и более мощных.

Модуляцию применяют с целью управления информационными сигналами. Сигналы управляют частотами колебаний. Модуляцию применяют для качественных звуковых радиосигналов, для передачи звуковых частот в телевизионные передачи, для трансляции цветовых изображений и телевизионных сигналов с высоким качеством. Модуляцию применяют повсеместно, где нужно проводить работу с высококачественными материалами.

Как усилители полевые транзисторы в упрощенном виде работают по такому принципу: графически любые сигналы, в частности, звукового ряда, могут быть представлены как ломаная линия, где ее длиной является временной промежуток, а высотой изломов – звуковая частотность. Чтобы усилить звук к радиодетали подается поток мощного напряжения, приобретаемого нужную частотность, но с более большим значением, из-за подачи слабых сигналов на управляющие контакты. Иначе говоря, благодаря устройству происходит пропорциональная перерисовка изначальной линии, но с более высоким пиковым значением.

Как применять полевой транзистор для чайников

Первыми приборами, которые поступили на рынок для реализации, и в которых были использованы полевые транзисторы с управляющими p-n переходами, были слуховые аппараты. Их изобретение состоялось еще в пятидесятые годы XX века. В более крупным масштабах они применялись, как элементы для телефонных станций.

В наше время, применение подобных устройств можно увидеть во многих видах электротехники. При наличии маленьких размеров и большому перечню характеристик, полевые транзисторы встречаются в кухонных приборах (тостерах, чайниках, микроволновках), в устройстве компьютерной, аудио и видео техники и прочих электроприборах. Они используются для сигнализационных систем охраны пожарной безопасности.

На промышленных предприятиях транзисторное оборудование применяют для регуляции мощности на станках. В сфере транспорта их устанавливают в поезда и локомотивы, в системы впрыскивания топлива на личных авто. В жилищно-коммунальной сфере транзисторы позволяют следить за диспетчеризацией и системами управления уличного освещения.

Также самая востребованная область, в которой применяются транзисторы – изготовление комплектующих, используемых в процессорах. Устройство каждого процессора предусматривает множественные миниатюрные радиодетали, которые при повышении частоты более чем на 1,5 ГГц, нуждаются в усиленном потреблении энергии. В связи с этими разработчики процессорной техники решил создавать многоядерные оборудования, а не увеличивать тактовую частоту.

Достоинства и недостатки полевых транзисторов

Использование полевых транзисторов благодаря их универсальным характеристикам позволило обойти другие виды транзисторов. Они широко применяются для интегральной схемы в качестве выключателя.

• каскады детали расходуют малое количество энергии;
• показатели усиления превышают, значения других аналогичных устройств;
• достижение высокой помехоустойчивости осуществляется за счет того, что отсутствует ток в затворе;
• обладают более высокой скоростью включения и выключения, работают с недоступными для других транзисторов частотами.

• менее устойчивы к высоким температурам, которые приводят к разрушению;
• на частотах более 1,5 ГГц, количество потребляемой энергии стремительно увеличивается;
• чувствительны к статическим видам электричества.

Благодаря характеристикам, которыми обладают полупроводниковые материалы, взятые в качестве основы для полевого транзистора, позволяют использовать устройство в бытовой и производственной сфере. Полевыми транзисторами оснащается различная бытовая техника, которая используется современным человеком.

Видео «Устройство и принцип работы полевого транзистора»

Общие сведения

FET или ПТ — полупроводниковый прибор, который при изменении управляющего U, регулирует I (силу тока). Этот тип транзистора называется еще униполярным. Появился он позже обычного транзистора (биполярного), но с ростом технологии получил широкое распространение среди цифровых устройств благодаря низкому энергопотреблению. Основное отличие заключается в методе регулирования I. В биполярном — регулирование I происходит при помощи управляющего I, а полевом — при помощи U (Рисунок 1).

Рисунок 1 — Отличие полевого от биполярного Т.

У ПТ нет I управления, и он обладает высоким входным сопротивлением (R), которое достигает несколько сотен ГОм (ГигаОм) или ТОм (ТерраОм). Для того чтобы узнать сферы применения ПТ, нужно внимательно изучить его. Носителями заряда являются электроны или дырки, а у биполярного — электроны и дырки.

Классификация и устройство

ПТ бывают нескольких видов, обладают различными характеристиками и устройством. Они делятся на 2 типа:

1. С управляющим p-n — переходом (JFET).
2. С изолированным затвором (MOSFET).

Кроме того, каждый из типов бывает с N и P каналами. У ПТ с N-каналом носителями заряда являются электроны, а у P-канального — дырки. Принцип работы для P и N аналогичен, отличие лишь в подаче U другой полярности в качестве управляющего.

Устройство JFET ПТ (рисунок 2) простое. Область N образовывает канал между зонами P. К концам канала N подключаются электроды, которые называются условно стоком (С) и истоком (И), так как все зависит от схемы подключения. Затвор (З) — тип электрода, который образовывается при закорачивании полупроводников P. Это обусловлено электрическим соединением при воздействии U. Возле С и И находится область повышенной концентрации или легирование (N+) электронов, что приводит к улучшению проводимости канала. Наличие зоны легирования значительно понижает образование паразитных p-n — переходов, образующихся при присоединении алюминия.

Рисунок 2 — Схематическое устройство ПТ типа JFET.

MOFSET называется МОП или МДП, также делятся на типы — со встроенным и индуцируемым каналами. В каждом из этих типов есть модели с P и N каналами. Полевой транзистор, обозначение которого представлено на рисунке 3, иногда обладает 4 выводами.

Рисунок 3 — Обозначение МДП-транзистора.

Устройство довольно простое и показано на рисунке 4. Для ПТ с N-каналом подложка (покрывается SiO2) обладает электропроводимостью P-типа. Через слой диэлектрика проводятся электроды стока и истока от зон с легированием, а также вывод, который закорачивается с истоком. Слой затвора находится над диэлектриком.

Рисунок 4 — Типичное устройство ПТ с индуцированным каналом.

Принцип работы JFET

JFET работает в 2 режимах. Эта особенность связана с тем, что подается на затвор напряжение положительной и отрицательной составляющей (рис. 5). При подключении U > 0 к стоку, а земли к истоку необходимо подсоединить затвор к земле (Uзи = 0). Во время постепенного повышения U между С и И (Uис) ПТ является обыкновенным проводником. При низких значениях Uис ширина канала является максимальной.

При высоких значениях Uис через канал протекают большие значения силы тока между истоком и стоком (Iис). Это состояние получило название омической области (ОО). В полупроводнике N-типа, а именно в зонах p-n — перехода происходит снижение концентрации свободных электронов. Несимметричное разрастание слоя снижения концентрации свободных электронов называется обедненным слоем. Разрастание случается со стороны подключенного источника питания. Происходит сильное сужение канала при повышении Uис, вследствие которого Iис растет незначительно. Работа ПТ в этом режиме называется насыщением.

Рисунок 5 — Схема работы JFET (Uзи = 0).

При подаче низкого отрицательного U на затворе происходит сильное сужение канала и уменьшение Iис. При уменьшении U произойдет закрытие канала, и ПТ будет работать в режиме отсечки, а U, при котором прекращается подача Iис, называется напряжением отсечки (Uотс). На рисунке 6 изображено графическое представление работы ПТ при Uзи 0 возникает электромагнитное поле, которое будет притягивать электроны из стока, истока и подложки. В результате этого произойдет расширение канала и повышение его проводимости, а Iис увеличится. ПТ начнет работать в режиме обогащения. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 — ВАХ ПТ со встроенным каналом.

Несмотря на свою универсальность, ПТ обладают преимуществами и недостатками. Эти недостатки следуют из устройства, способа исполнения и ВАХ приборов.

Преимущества и недостатки

Преимущества и недостатки являются условными понятиями, взятыми из сравнения полевых и биполярных транзисторов. Одним из свойств ПТ является высокое сопротивление Rвх. Причем у MOFSET его значение на несколько порядков выше, чем у JFET. ПТ практически не потребляют ток у источника сигнала, который нужно усилить.

Например, если взять обыкновенную схему, генерирующую сигнал на базе микросхемы-микроконтроллера. Эта схема управляет работой электродвигателя, но обладает низким значением тока, которого недостаточно для этих целей. В этом случае необходим усилитель, потребляющий малое количества I и генерирующий на выходе ток высокой величины. В усилителе такого типа и следует применить JFET, обладающий высоким Rвх. JFET обладает низким коэффициентом усиления по U. При построении усилителя на JFET (1 шт.) максимальный коэффициент усиления будет около 20, при использовании биполярного — несколько сотен.

В усилителях высокого качества применяются оба типа транзистора. При помощи ПТ происходит усиление по I, а затем, при помощи биполярного происходит усиление сигнала по U. Однако ПТ обладают рядом преимуществ перед биполярными. Эти преимущества заключаются в следующем:

1. Высокое Rвх, благодаря которому происходит минимальное потребление I и U.
2. Высокое усиление по I.
3. Надежность работы и помехоустойчивость: при отсутствии протекания I через затвор, в результате чего управляющая цепь затвора изолирована от стока и истока.
4. Высокое быстродействие перехода из одного состояния в другое, что позволяет применять ПТ на высоких частотах.

Кроме того, несмотря на широкое применение, ПТ обладают несколькими недостатками, не позволяющими полностью вытеснить с рынка биполярные транзисторы. К недостаткам относятся следующие:

1. Повышенное падение U.
2. Температура разрушения прибора.
3. Потребление большего количества энергии на высоких частотах.
4. Возникновение паразитного транзистора биполярного типа (ПБТ).
5. Чувствительность к статическому электричеству.

Повышенное падение U возникает из-за высокого R между стоком и истоком во время открытого состояния. ПТ разрушается при превышении температуры по Цельсию 150 градусов, а биполярный — 200. ПТ обладает низким энергопотреблением только на низких частотах. При превышении частоты 1,6 ГГц энергопотребление возрастает по экспоненте. Исходя из этого, частоты микропроцессоров перестали расти, а делается упор на создании машин с большим количеством ядер.

При использовании мощного ПТ в его структуре образовывается ПБТ, при открытии которого ПТ выходит из строя. Для решения этой проблемы подложку закорачивают с И. Однако это не решает проблему полностью, так как при скачке U может произойти открытие ПБТ и выход из строя ПТ, а также цепочки из деталей, которые подключены к нему.

Существенным недостатком ПТ является чувствительность к статическому электричеству. Этот недостаток исходит от конструктивной особенности ПТ. Слой диэлектрика (изоляционный) тонкий, и его очень легко разрушить при помощи заряда статического электричества, который может достигать сотен или тысяч вольт. Для предотвращения выхода из строя при воздействии статического электричества предусмотрено заземление подложки и закорачивание ее с истоком. Кроме того, в некоторых типах ПТ между стоком и истоком стоит диод. При работе с интегральными микросхемами на ПТ следует применять антистатические меры: специальные браслеты и транспортировка в вакуумных антистатических упаковках.

Схемы подключения

ПТ подключается примерно так же, как и обыкновенный, но есть некоторые особенности. Существует 3 схемы включения полевых транзисторов: с общими истоком (ОИ), стоком (ОС) и затвором (ОЗ). Чаще всего применяется схема подключения с ОИ (схема 1). Это подключение позволяет получить значительное усиление по мощности. Однако подключение с ОИ используется в низкочастотных усилителях, а также обладает высокой входной емкостной характеристикой.

Схема 1 — Включение с ОИ.

При включении с ОС (схема 2) получается каскад с повторителем, который называется истоковым. Преимуществом является низкая входная емкость. Его применяют для изготовления буферных разделительных каскадов (например, пьезодатчик).

Схема 2 — Подключение с ОС.

При подключении с ОЗ (схема 3) не происходит значительного усиления по току, коэффициент усиления по мощности ниже, чем при подключениях с ОИ и ОС. Однако при помощи этого типа подключения возможно полностью избежать эффекта Миллера. Эта особенность позволяет увеличить максимальную частоту усиления (усиление СВЧ).

Схема 3 — Включение с ОЗ.

Таким образом, ПТ получили широкое применение в области информационных технологий. Однако не смогли вытеснить с рынка радиодеталей биполярные транзисторы. Это связано, прежде всего, с недостатками ПТ, которые кроются в принципе работы и конструктивной особенности. Главным недостатком является высокая чувствительность к полям статического электричества.

Структура и принцип работы полевых транзисторов

Полевой транзистор — это полупроводниковое устройство, которое использует эффект электрического поля входной цепи управления для управления током выходной цепи и названо в честь него. Поскольку проводимость электричества зависит только от основного носителя в полупроводнике, его также называют униполярным транзистором. FET на английском языке — полевой транзистор, сокращенно FET. Существует два основных типа: транзисторные полевые транзисторы (JFET) и полевые транзисторы на основе металл-оксид-полупроводник (MOSFET).

Каталог

I Структура и принцип работы

Полевые транзисторы делятся на две категории: полевые транзисторы (JFET) и металлические оксидные полупроводниковые полевые транзисторы ( МОП-транзистор) .

В зависимости от типа материала канала и типа изолированного затвора существуют транзисторы с каналом N и P с каналом;

В зависимости от режима проводимости различают тип истощения и тип улучшения.Все полевые транзисторы JFET имеют истощенные типы, а полевые МОП-транзисторы имеют как типы истощения, так и типы расширения.

1. Соединительный полевой транзистор

(1) Структура

Структура N-канального полевого транзистора показана на следующем рисунке. Это структура, в которой PN-переход изготовлен на каждой стороне полупроводниковой кремниевой пластины N-типа, образуя структуру, в которой два PN-перехода образуют между собой канал N-типа. Две P-области — это затворы, один конец кремния N-типа — сток, а другой конец — исток.

Рис. 1. Структура переходного полевого транзистора

(2) Принцип работы

Рассмотрим N-канал в качестве примера, чтобы проиллюстрировать его принцип работы.

Когда VGS = 0, когда определенное напряжение приложено между стоком и истоком, основная несущая будет дрейфовать между стоком и истоком, создавая ток стока. Когда VGS <0, PN-переход смещен в обратном направлении, образуя обедненный слой.Канал между стоком и истоком сузится, а ID уменьшится. Если VGS продолжает уменьшаться, канал будет продолжать сужаться, и ID будет продолжать уменьшаться, пока не достигнет 0. Когда ID равен 0, соответствующий VGS называется напряжением отсечки VGS (выключено).

(3) Характеристическая кривая переходных полевых транзисторов

Имеются две характеристические кривые переходного полевого транзистора,

Одна из них является выходной характеристической кривой (ID = f (VDS) | VGS = константа) , второй — кривая передаточной характеристики (ID = f (VGS) | VDS = constant).

Характеристическая кривая полевого транзистора с N-канальным переходом показана на рисунке ниже.

(A) Характеристическая кривая выхода стока (b) Кривая передаточной характеристики

Рис. 2. Характеристическая кривая N-канального полевого транзистора

2. Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор

Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы делятся на:

Тип обеднения & rarr; Канал N, канал P

Тип расширения & rarr; N-канал, P-канал

(1) Структура N-канального FET типа истощения

Структура и символ N-канального режима обеднения показаны на следующем рисунке (а).Изолирующий слой SiO2 под затвором легирован большим количеством положительных ионов металлов. Таким образом, когда VGS = 0, эти положительные ионы индуцировали инверсионный слой, образуя канал. Следовательно, пока есть напряжение сток-исток, есть ток стока.

Когда VGS> 0, ID будет увеличиваться. Когда VGS <0, ток стока постепенно уменьшается по мере уменьшения VGS до ID = 0. VGS, когда ID = 0, называется напряжением отсечки, иногда обозначается символом VGS (выкл.) Или VP.

Кривая передаточной характеристики N-канального обедненного режима показана на рисунке (b) ниже.

(a) Структурная диаграмма (b) Кривая передаточной характеристики

Рисунок 3. Структура и кривая передаточной характеристики N-канального режима истощения

(2) Тип расширения N-канала Полевой транзистор FET

N-канальный полевой транзистор улучшенного типа имеет структуру, аналогичную структуре режима обеднения.Но когда VGS = 0 В, добавление напряжения между стоком и истоком не образует тока. При подаче напряжения на затвор, если VGS> VGS (th), образуется канал, соединяющий сток и исток. Если в это время приложено напряжение сток-исток, может быть сформирован идентификатор.

Когда VGS = 0V, ID = 0, и ток стока улучшенного типа появится только после VGS> VGS (th).

ВГС (th) — напряжение открытия или напряжение клапана;

Рисунок 4.N-канальный тип расширения FET

(3) P-канальный режим расширения и режим истощения MOSFET

Принцип работы P-канального MOSFET точно такой же, как у N-канального MOSFET, за исключением того, что токопроводящие носители и полярность питающего напряжения различны. Это похоже на типы биполярных транзисторов NPN и PNP.

3. Вольт-амперная характеристика полевого транзистора

Существует много типов характеристических кривых полевых транзисторов.Имеются четыре кривые передаточной характеристики и кривые выходной характеристики в соответствии с различными проводящими каналами и независимо от того, улучшены они или истощены, а их направления напряжения и тока также различаются. Если положительное направление задано равномерно, характеристические кривые будут построены в разных квадрантах. Чтобы упростить рисование, положительное направление транзистора с каналом P обратное. Соответствующие кривые показаны на рисунке ниже.

Рисунок 5.Кривая вольт-амперной характеристики полевых транзисторов

4. Сравнение различных характеристик полевых транзисторов

(a) Кривая передаточной характеристики (b) Кривая выходной характеристики

Рисунок 6. Сравнение различных характеристик полевых транзисторов

II Параметры полевого транзистора

Существует множество параметров полевых транзисторов, включая параметры постоянного тока, параметры переменного тока и предельные параметры, но в целом нам нужно обратить внимание только на следующие параметры.

(1) Напряжение отсечки (UP)

Это относится к напряжению UGS, приложенному к затвору, когда ток стока / D (т. Е. Ток канала) равен нулю или меньше небольшого значения тока (например, 1 мкА. 10 мкА) при указанном напряжении стока UDS. Это важный параметр полевых МОП транзисторов переходного или обедненного типа.

(2) Напряжение включения (UT)

Это напряжение затвора UGS, когда токопроводящий канал (между стоком и истоком) только что включен, когда напряжение стока UDS имеет определенное значение .Это важный параметр усиленного полевого транзистора. Когда напряжение затвора UGS меньше абсолютного значения напряжения включения, полевой транзистор не может быть включен.

(3) Ток утечки насыщения (DSS)

Это относится к току утечки насыщения тока стока D, вызванному определенным напряжением стока UDS (больше, чем напряжение отсечки), когда затвор и исток закорочены (UGS = 0). Он отражает проводимость исходного канала при нулевом напряжении на затворе, что является важным параметром истощенных полевых транзисторов.

(4) Низкочастотная крутизна (gm)

Когда напряжение стока UDS находится на заданном значении, отношение изменения тока стока к изменению напряжения затвора △ UGS, которое вызывает это изменение, называется крутизной , то есть:

Общая единица измерения грамма — мСм (миллисименс). gm — это параметр, который измеряет силу напряжения затвора полевого транзистора при управлении током стока, а также эффект усиления.Он аналогичен коэффициенту усиления переменного тока транзистора β и связан с рабочей площадью транзистора. Чем больше ток стока / D, тем больше gm.

(5) Напряжение пробоя истока стока (BUDS)

Это относится к максимальному напряжению стока, которое может выдержать полевой транзистор при постоянном напряжении затвора UGS. Это эквивалентно напряжению пробоя коллектор-эмиттер V (BR) ceo (т.е. BUceo) обычного кристаллического транзистора.Это предельный параметр, и рабочее напряжение, подаваемое на полевой транзистор, должно быть меньше BUDS.

(6) Максимальный ток сток-исток (DSM)

Это относится к максимальному току, допустимому между стоком и истоком, когда полевой транзистор работает нормально. Это эквивалентно рабочему току обычного кристаллического транзистора. Этот предельный параметр не должен превышаться.

(7) Максимальная рассеиваемая мощность (PDSM)

Это относится к максимальной рассеиваемой мощности стока, допустимой, когда характеристики полевого транзистора не ухудшаются, что эквивалентно Pcm обычного транзистора.При использовании фактическая потребляемая мощность полевого транзистора (PD = UDS & times; / D) должна быть меньше этого предельного параметра и оставлять определенный запас.

III Полевой транзистор Метод тестирования

1. Идентификация выводов JFET

Затвор полевого транзистора эквивалентен базе транзистора, а исток и сток соответствуют эмиттер и коллектор транзистора соответственно.Установите мультиметр на «R × 1k» и используйте два измерительных провода для измерения прямого и обратного сопротивления между каждыми двумя контактами. Когда положительное и обратное сопротивление двух выводов составляют несколько тысяч Ом, тогда эти два вывода являются стоком и истоком (взаимозаменяемы), а оставшийся вывод — затвором. Для соединительных полевых транзисторов с 4 контактами другой полюс является полюсом экранирования (заземление при использовании).

2. Решение затвора

Подключите черный измерительный провод мультиметра к одному электроду транзистора, а красный измерительный провод — к двум другим электродам соответственно.Если значения сопротивления, измеренные дважды, очень большие, это означает, что они являются обратными сопротивлениями. Итак, это N-канальный полевой транзистор, и черный провод подключен к затвору.

Рис. 7. Тестовый полевой транзистор с мультиметром

Производственный процесс определяет, что исток и сток полевого транзистора симметричны и могут использоваться взаимозаменяемо , не влияя на нормальную работу цепи, поэтому нет необходимости их различать.Сопротивление между истоком и стоком составляет около нескольких тысяч Ом.

Обратите внимание, что этот метод не может использоваться для определения затвора полевого МОП-транзистора. Поскольку входное сопротивление полевого МОП-транзистора чрезвычайно велико, а межэлектродная емкость между затвором и истоком очень мала, до тех пор, пока во время измерения остается небольшое количество зарядов, на межэлектродной емкости может формироваться высокое напряжение, что легко повредить транзистор.

3. Оценка усиления

Установите мультиметр на «R × 100» и подключите красный измерительный провод к источнику, а черный измерительный провод к стоку, что эквивалентно добавлению 1.Напряжение питания 5В на полевой транзистор. В это время стрелка указывает значение сопротивления между стоком и истоком.

Затем зажмите затвор пальцем, чтобы подать индуцированное напряжение человеческого тела в качестве входного сигнала на затвор. Из-за эффекта усиления транзистора изменятся как UDS, так и ID, что означает, что сопротивление между стоком и истоком также изменится, и измерительный провод сильно колеблется. Если качание небольшое, когда вы зажимаете затвор, это означает, что способность транзистора к увеличению мала; если вывод не двигается, это означает, что транзистор поврежден.

Поскольку напряжение переменного тока 50 Гц, индуцируемое человеческим телом, довольно велико, и разные полевые транзисторы могут иметь разные рабочие точки при измерении с помощью резистивного редуктора, руки могут качаться вправо или влево, когда затвор защемлен. рука. Когда RDS транзисторов уменьшается, измерительный провод поворачивается вправо, а при увеличении RDS — влево.

Независимо от направления движения стрелок, пока есть четкое движение, это означает, что транзистор может усиливать.

Этот метод также подходит для измерения МОП-транзисторов. Чтобы защитить полевой МОП-транзистор, необходимо удерживать изолирующую ручку и соединить затвор с помощью металлического стержня, чтобы предотвратить непосредственное добавление индуцированного телом человека заряда к затвору и повреждения транзистора.

После каждого измерения МОП-транзистора на конденсаторе перехода G-S будет небольшое количество зарядов, и будет установлено напряжение UGS. Затем, если вы продолжите тест, измерительный провод может не двигаться, и короткое замыкание цепи между полюсом G-S решит проблему.

IV Меры предосторожности

1. Для безопасного использования полевого транзистора в схемотехнике необходимо указать предельных параметров , таких как рассеиваемая мощность, максимальное напряжение сток-исток, максимальное расстояние между затвором и истоком. напряжение и максимальный ток не должны быть превышены.

2. При использовании различных типов полевых транзисторов их необходимо вставлять в схему в строгом соответствии с требуемым смещением и соблюдать полярность смещения полевого транзистора.Например, существует PN-переход между истоком и стоком затвора с полевым эффектом перехода, поэтому затвор N-канала не может быть смещен положительно, а затвор P-канала не может быть смещен отрицательно.

3. Из-за чрезвычайно высокого входного сопротивления полевого МОП-транзистора, выводные контакты должны быть закорочены во время транспортировки и хранения. Кроме того, следует использовать металлический экранирующий пакет, чтобы предотвратить повреждение затвора внешним наведенным потенциалом.

В частности, полевой МОП-транзистор лучше хранить в металлической коробке , а не в пластиковой. Также следует отметить влагостойкость транзистора.

4. Чтобы предотвратить пробой индукции затвора полевого транзистора, все испытательные приборы, рабочие столы, электрические утюги и сама цепь должны быть хорошо заземлены, что означает:

(1) При пайке булавки, сначала припаяйте электрод истока.

(2) Перед подключением к цепи все выводы транзистора должны быть закорочены друг с другом, а закорачивающий материал удаляется после сварки.

(3) Когда вы извлекаете транзистор из стойки для компонентов, человеческое тело должно быть заземлено соответственно, как с помощью заземляющего кольца.

(4) Если вы используете современный газонагревательный электрический паяльник, сваривать полевой транзистор удобнее, но вы должны обеспечить безопасность.

Рисунок 8. Газонагревательная пайка

(5) категорически запрещается вставлять или втягивать транзистор в схему без отключения питания.

5. При установке полевого транзистора положение установки должно сохраняться как можно дальше от до от нагревательного элемента . А чтобы не допустить вибрации транзистора, необходимо закрепить корпус транзистора. Кроме того, когда мы сгибаем штифт, он должен быть на 5 мм выше основания, чтобы не повредить штифт и не вызвать утечку воздуха.

6. При использовании транзистора VMOS необходимо добавить соответствующий радиатор. Взяв VNF306 в качестве примера, максимальная мощность может достигать 30 Вт только после того, как транзистор оснащен 140-кратным излучателем диаметром 140 мм.

7. После параллельного соединения нескольких транзисторов высокочастотные характеристики усилителя ухудшаются из-за увеличения межэлектродной емкости и распределенной емкости , и легко вызвать высокочастотные паразитные колебания. через обратную связь. По этой причине обычно используется не более четырех параллельных составных транзисторов, и сопротивление антипаразитных колебаний должно быть подключено последовательно к базе или затвору каждого транзистора.

8. Напряжение затвор-исток переходного полевого транзистора не может быть изменено на обратное и может сохраняться в открытом состоянии. Когда полевой МОП-транзистор не используется из-за очень высокого входного сопротивления, каждый электрод должен быть закорочен, чтобы предотвратить повреждение транзистора внешним электрическим полем.

9. Во время сварки внешняя оболочка электрического паяльника должна быть оборудована внешним заземляющим проводом , чтобы предотвратить повреждение транзистора из-за заряженного электрического утюга.Для небольшого количества пайки вы также можете отключить паяльник после его нагрева или отключить питание и припаять его. Особенно при сварке полевых МОП-транзисторов, исток-сток-затвор следует сваривать по порядку, а цепь должна быть отключена.

10. При сварке электрическим паяльником мощностью 25 Вт работа должна быть быстрой. Если вы используете электрический паяльник мощностью от 45 до 75 Вт, воспользуйтесь пинцетом, чтобы зажать основание штифта, чтобы улучшить отвод тепла. Используйте мультиметр, чтобы проверить качество полевого транзистора перехода (например, сопротивление между прямым и обратным сопротивлением каждого PN перехода и сток-исток).Однако полевой МОП-транзистор нельзя проверить мультиметром, вместо этого необходимо использовать тестер. А линию короткого замыкания каждого электрода можно удалить только после подключения тестера. При снятии мы должны сначала устранить короткое замыкание, а затем удалить его, чтобы избежать плавающего затвора.

Рис. 9. Тестер полевого МОП-транзистора

При высоком входном импедансе необходимо принять меры по защите от влаги, чтобы предотвратить снижение входного сопротивления полевого транзистора из-за температуры.Если используется четырехпроводной полевой транзистор, провод подложки следует заземлить. Транзистор с керамическим корпусом стоит, поэтому его следует защищать от света.

Для силовых полевых транзисторов должны быть хорошие условия рассеивания тепла . Поскольку силовой полевой транзистор используется в условиях высокой нагрузки, необходимо разработать достаточно радиаторов, чтобы температура корпуса не превышала номинальное значение, чтобы устройство могло стабильно работать в течение длительного времени.

Короче говоря, для обеспечения безопасного использования полевого транзистора необходимо учитывать ряд факторов, а также различные меры безопасности. Огромное количество профессионального и технического персонала, особенно энтузиастов электроники, должны принять практические меры для безопасного и эффективного использования полевых транзисторов в соответствии с их реальной ситуацией.

V Полевой эффект Transisto r VS. Транзистор

1. Исток S, затвор G и сток D полевого транзистора соответствуют эмиттеру E, базе B и коллектору C транзистора соответственно, и их функции аналогичны.

2. Полевой транзистор — это устройство , управляемое напряжением, токовое устройство для управления идентификатором с помощью VGS, и его коэффициент усиления gm, как правило, невелик, поэтому способность полевого транзистора к усилению невысока. Транзистор представляет собой устройство , управляемое по току, для управления IC посредством iB (или iE).

3. Затвор полевого транзистора почти не поглощает ток, в то время как база транзистора поглощает определенный ток во время работы. Следовательно, входное сопротивление полевого транзистора выше, чем у транзистора.

4. Полевой транзистор является проводящим с большинством несущих . Транзистор может проводить электричество как с большинством, так и с неосновными носителями. Поскольку на концентрацию неосновных носителей сильно влияют температура, излучение и другие факторы, полевой транзистор имеет лучшую температурную стабильность и радиационную стойкость, чем транзистор.

Рис. 10. Мажоритарный и второстепенный поток несущей PNP-транзистора

Полевой транзистор следует использовать в условиях окружающей среды (температура и т. Д.)) сильно различаются.

5. Когда металл истока соединен с подложкой, электрод истока и электрод стока могут использоваться взаимозаменяемо , и их характеристики не сильно меняются. Однако, если коллектор и эмиттер транзистора используются взаимозаменяемо, его характеристики будут сильно отличаться, и значение β сильно уменьшится.

6. Коэффициент шума полевого транзистора очень мал, поэтому полевой транзистор следует выбирать в схеме малошумящего усилителя, где входной каскад требует высокого отношения сигнал / шум (SNR).

7. Полевые транзисторы и транзисторы могут образовывать различные и переключающие схемы, но полевой транзистор более широко используется в крупномасштабных и сверхбольших интегральных схемах из-за его простого производственного процесса, низкого энергопотребления, хорошей термостойкости. , широкий диапазон рабочего напряжения питания и другие преимущества.

8. Сопротивление в открытом состоянии транзистора велико, а сопротивление полевого транзистора невелико, всего несколько сотен миллиом. В современных электрических устройствах полевые транзисторы обычно используются в качестве переключателя из-за их высокого КПД.

Рекомендуется Артикул:

Введение в TFT-дисплеи

Обзор биполярных транзисторов

Каковы методы тестирования и типы транзисторов?

Junction Field Effect Transistor or JFET Tutorial

В учебном пособии по биполярному переходному транзистору мы увидели, что выходной ток коллектора транзистора пропорционален входному току, протекающему на клемме базы устройства, тем самым делая биполярный транзистор управляемым устройством «ТОК» (бета-модель) как меньший ток может использоваться для переключения большего тока нагрузки.

Полевой транзистор , или просто FET , однако, использует напряжение, которое прикладывается к их входным клеммам, называемым затвором, для управления током, протекающим через них, в результате чего выходной ток пропорционален входному напряжению. Поскольку их работа основана на электрическом поле (отсюда и название «эффект поля»), генерируемом входным напряжением затвора, это делает полевой транзистор управляемым устройством «НАПРЯЖЕНИЕ».

Типичный полевой эффект
Транзистор

Полевой транзистор — это трехконтактный униполярный полупроводниковый прибор, характеристики которого очень похожи на характеристики биполярных транзисторов .Например, высокая эффективность, мгновенная работа, надежность и дешевизна, и их можно использовать в большинстве электронных схем для замены эквивалентных им биполярных транзисторов (BJT).

Полевые транзисторы

могут быть намного меньше, чем эквивалентные BJT-транзисторы, и наряду с их низким энергопотреблением и рассеиваемой мощностью делают их идеальными для использования в интегральных схемах, таких как линейка КМОП цифровых логических микросхем.

Мы помним из предыдущих руководств, что существует два основных типа конструкции биполярных транзисторов, NPN и PNP, которые в основном описывают физическое устройство полупроводниковых материалов P-типа и N-типа, из которых они сделаны.Это также верно для полевых транзисторов, поскольку есть также две основные классификации полевых транзисторов, которые называются полевыми транзисторами с N-каналом и полевыми транзисторами с P-каналом.

Полевой транзистор представляет собой трехконтактное устройство, в котором отсутствуют PN-переходы в пределах основного пути прохождения тока между выводами стока и истока. Эти клеммы соответствуют функциям коллектора и эмиттера биполярного транзистора соответственно. Путь тока между этими двумя выводами называется «каналом», который может быть выполнен из полупроводникового материала P-типа или N-типа.

Управление током, протекающим в этом канале, достигается путем изменения напряжения, подаваемого на затвор. Как следует из их названия, биполярные транзисторы являются «биполярными» устройствами, потому что они работают с обоими типами носителей заряда, дырками и электронами. С другой стороны, полевой транзистор — это «униполярное» устройство, которое зависит только от проводимости электронов (N-канал) или дырок (P-канал).

Полевой транзистор имеет одно существенное преимущество перед своими стандартными собратьями на биполярных транзисторах в том, что их входное сопротивление (Rin) очень высокое (тысячи Ом), в то время как BJT сравнительно низок.Этот очень высокий входной импеданс делает их очень чувствительными к сигналам входного напряжения, но цена такой высокой чувствительности также означает, что они могут быть легко повреждены статическим электричеством.

Существует два основных типа полевых транзисторов: полевой транзистор Junction или JFET и полевой транзистор с изолированным затвором или IGFET) , который более известен как стандартный полупроводник на основе оксида металла . Полевой транзистор или MOSFET для краткости.

Переходный полевой транзистор

Ранее мы видели, что биполярный переходной транзистор сконструирован с использованием двух PN-переходов в основном пути прохождения тока между выводами эмиттера и коллектора. Полевой транзистор Junction (JUGFET или JFET) не имеет PN-переходов, но вместо этого имеет узкий кусок полупроводникового материала с высоким удельным сопротивлением, образующий «канал» кремния N-типа или P-типа, через который проходят основные носители. с двумя омическими электрическими соединениями на каждом конце, обычно называемыми стоком и источником соответственно.

Существует две основные конфигурации полевого транзистора с N-каналом JFET и P-канальный JFET. Канал N-канального JFET легирован донорными примесями, что означает, что ток через канал отрицательный (отсюда и термин N-канал) в форме электронов.

Точно так же канал JFET с P-каналом легирован акцепторными примесями, что означает, что ток через канал является положительным (отсюда и термин P-канал) в форме отверстий.JFET с N-каналом имеют большую проводимость канала (более низкое сопротивление), чем их эквивалентные типы с P-каналом, поскольку электроны имеют более высокую подвижность в проводнике по сравнению с дырками. Это делает N-канальный JFET более эффективным проводником по сравнению с их аналогами с P-каналом.

Ранее мы говорили, что есть два омических электрических соединения на обоих концах канала, называемых стоком и источником. Но внутри этого канала есть третье электрическое соединение, которое называется выводом затвора, и это также может быть материал P-типа или N-типа, образующий PN-переход с основным каналом.

Взаимосвязь между соединениями полевого транзистора и биполярного транзистора сравнивается ниже.

Сравнение соединений между JFET и BJT

Биполярный транзистор (BJT)	Полевой транзистор (FET)
Излучатель — (E) >> Источник — (S)
Основание — (B) >> Ворота — (G)
Коллектор — (C) >> Слив — (D)

Символы и базовая конструкция для обеих конфигураций полевых транзисторов JFET показаны ниже.

Полупроводниковый «канал» полевого транзистора представляет собой резистивный путь, по которому напряжение V _DS вызывает протекание тока I _D , и поэтому полевой транзистор с переходным эффектом может одинаково хорошо проводить ток в любом из них. направление. Поскольку канал является резистивным по своей природе, по длине канала образуется градиент напряжения, при этом это напряжение становится менее положительным по мере того, как мы идем от вывода стока к выводу источника.

В результате PN-переход имеет высокое обратное смещение на выводе стока и более низкое обратное смещение на выводе истока. Это смещение вызывает формирование «обедненного слоя» внутри канала, ширина которого увеличивается с увеличением смещения.

Величина тока, протекающего через канал между выводами стока и истока, регулируется напряжением, приложенным к выводу затвора, которое имеет обратное смещение. В N-канальном JFET это напряжение затвора отрицательное, в то время как для P-канального JFET напряжение затвора положительное.

Основное различие между полевым транзистором JFET и устройством BJT заключается в том, что, когда соединение JFET смещено в обратном направлении, ток затвора практически равен нулю, тогда как базовый ток BJT всегда имеет некоторое значение больше нуля.

Смещение N-канального JFET

На приведенной выше диаграмме поперечного сечения показан полупроводниковый канал N-типа с областью P-типа, называемой затвором, рассеянной в канал N-типа, образуя PN-переход с обратным смещением, и именно этот переход формирует обедненную область вокруг Область ворот, когда не подается внешнее напряжение.Поэтому JFET известны как устройства с режимом истощения.

Эта область истощения создает градиент потенциала различной толщины вокруг PN-перехода и ограничивает ток через канал за счет уменьшения его эффективной ширины и, таким образом, увеличения общего сопротивления самого канала.

Затем мы видим, что наиболее истощенная часть области истощения находится между Вратами и Источником, а наименее истощенная область — между Вратами и Источником.Затем канал полевого транзистора становится проводящим с приложенным нулевым напряжением смещения (т. Е. Область обеднения имеет ширину, близкую к нулю).

Без внешнего напряжения затвора (V _G = 0) и небольшого напряжения (V _DS ), приложенного между стоком и источником, максимальный ток насыщения (I _DSS ) будет течь через канал от стока. к Источнику, ограниченному только небольшой областью истощения вокруг стыков.

Если теперь к затвору приложить небольшое отрицательное напряжение (-V _GS ), размер обедненной области начнет увеличиваться, уменьшая общую эффективную площадь канала и, таким образом, уменьшая ток, протекающий через него, своего рода «сжатие». Эффект имеет место.Таким образом, приложение обратного напряжения смещения увеличивает ширину обедненной области, что, в свою очередь, снижает проводимость канала.

Поскольку PN-переход имеет обратное смещение, через соединение затвора будет протекать небольшой ток. По мере того, как напряжение затвора (-V _GS ) становится более отрицательным, ширина канала уменьшается до тех пор, пока не перестанет течь ток между стоком и источником, и полевой транзистор будет считаться «отсеченным» (аналогично отсечке). -off область для BJT). Напряжение, при котором канал закрывается, называется «напряжением отсечки» (V _P ).

Обрыв канала JFET

В этой области отсечки напряжение затвора, V _GS управляет током канала, а V _DS оказывает незначительное влияние или не оказывает никакого влияния.

JFET Модель

В результате полевой транзистор действует больше как резистор, управляемый напряжением, который имеет нулевое сопротивление, когда V _GS = 0, и максимальное сопротивление «ВКЛ» (R _DS ), когда напряжение затвора очень отрицательное. В нормальных условиях работы затвор JFET всегда имеет отрицательное смещение относительно источника.

Важно, чтобы напряжение затвора никогда не было положительным, поскольку, если это весь ток канала, будет течь к затвору, а не к источнику, результатом будет повреждение JFET. Затем закрыть канал:

• Нет напряжения затвора (V _GS ) и V _DS увеличено с нуля.
• № V _DS и управление затвором уменьшается отрицательно с нуля.
• V _DS и V _GS различаются.

Полевой транзистор P-channel работает точно так же, как N-канал, описанный выше, за следующими исключениями: 1).Ток в канале положительный из-за дыр, 2). Необходимо изменить полярность напряжения смещения.

Выходные характеристики N-канального полевого транзистора с затвором, замкнутым накоротко на исток, представлены как:

Выходная характеристика V-I кривых типичного переходного транзистора

Напряжение V _GS , приложенное к затвору, регулирует ток, протекающий между клеммами стока и истока. V _GS относится к напряжению, приложенному между затвором и источником, а V _DS относится к напряжению, приложенному между стоком и источником.

Поскольку полевой транзистор Junction является устройством, управляемым напряжением, «ток не течет в затвор!» тогда ток Источника (I _S ), текущий из устройства, равен току стока, текущему в него, и, следовательно, (I _D = I _S ).

Пример кривых характеристик, показанный выше, показывает четыре различных режима работы полевого транзистора JFET, которые представлены как:

• Омическая область — Когда V _GS = 0, слой обеднения канала очень мал, и JFET действует как резистор, управляемый напряжением.
Область отсечки
• — это также известная как область отсечки напряжения затвора, V _GS достаточно, чтобы JFET работал как разомкнутая цепь, поскольку сопротивление канала максимально.
• Насыщение или активная область — JFET становится хорошим проводником и управляется напряжением затвор-исток (V _GS ), в то время как напряжение сток-исток (V _DS ) практически не влияет.
Область пробоя
• — Напряжение между стоком и источником (V _DS ) достаточно высокое, чтобы вызвать пробой резистивного канала полевого транзистора и прохождение неконтролируемого максимального тока.

Кривые характеристик полевого транзистора с P-каналом такие же, как и приведенные выше, за исключением того, что ток стока I _D уменьшается с увеличением положительного напряжения затвор-исток, V _GS .

Ток стока равен нулю, когда V _GS = V _P . Для нормальной работы V _GS смещен, чтобы быть где-то между V _P и 0. Затем мы можем вычислить ток стока, I _D для любой заданной точки смещения в насыщенной или активной области следующим образом:

Слить ток в активной области.

Обратите внимание, что значение тока стока будет между нулем (отсечка) и I _DSS (максимальный ток). Зная ток стока I _D и напряжение сток-исток V _DS , сопротивление канала (R _DS ) определяется как:

Сопротивление канала истока-истока.

Где: g _m — «усиление крутизны», поскольку JFET — это устройство, управляемое напряжением, и которое представляет скорость изменения тока стока по отношению к изменению напряжения затвор-исток.

Режимы полевых транзисторов

Подобно биполярному переходному транзистору, полевой транзистор, являющийся трехконтактным устройством, может работать в трех различных режимах и, следовательно, может быть включен в схему в одной из следующих конфигураций.

Конфигурация общего источника (CS)

В конфигурации Common Source (аналогичной общему эмиттеру) входной сигнал подается на затвор, а его выход берется из стока, как показано. Это наиболее распространенный режим работы полевого транзистора из-за его высокого входного сопротивления и хорошего усиления напряжения, поэтому широко используются усилители с общим источником.

Режим общего источника подключения на полевых транзисторах обычно используется в усилителях звуковой частоты, а также в предусилителях и каскадах с высоким входным сопротивлением. Поскольку выходной сигнал является усилительной схемой, выходной сигнал 180 ^o «не совпадает по фазе» с входным.

Конфигурация общего шлюза (CG)

В конфигурации Common Gate (аналогично общей базе) вход подается на источник, а его выход берется из стока с затвором, подключенным непосредственно к земле (0 В), как показано.В этой конфигурации теряется свойство высокого входного импеданса предыдущего подключения, поскольку общий вентиль имеет низкий входной импеданс, но высокий выходной импеданс.

Этот тип конфигурации полевого транзистора может использоваться в высокочастотных цепях или в цепях согласования импеданса, где необходимо согласовать низкий входной импеданс с высоким выходным сопротивлением. Выход «синфазен» входу.

Общий слив (CD) Конфигурация

В конфигурации Common Drain (аналогично общему коллектору) вход подается на затвор, а его выход берется из источника.Конфигурация общего стока или «истокового повторителя» имеет высокий входной импеданс, низкий выходной импеданс и почти единичный коэффициент усиления по напряжению, поэтому используется в буферных усилителях. Коэффициент усиления по напряжению конфигурации истокового повторителя меньше единицы, а выходной сигнал является «синфазным», 0 ^o с входным сигналом.

Этот тип конфигурации упоминается как «Общий сток», потому что на соединении стока нет сигнала, присутствует напряжение + V _DD просто обеспечивает смещение.Выход синфазен с входом.

Усилитель JFET

Так же, как и биполярный переходной транзистор, полевые транзисторы JFET могут использоваться для создания схем одноступенчатого усилителя класса A с усилителем с общим истоком JFET и характеристиками, очень похожими на схему с общим эмиттером BJT. Основное преимущество JFET-усилителей перед BJT-усилителями заключается в их высоком входном импедансе, который контролируется резистивной цепью смещения затвора, образованной R1 и R2, как показано на рисунке.

Смещение усилителя JFET

Эта схема усилителя с общим истоком (CS) смещается в режиме класса «A» цепью делителя напряжения, образованной резисторами R1 и R2.Напряжение на истоковом резисторе R _S обычно устанавливается равным примерно четверти от V _DD , (V _DD /4), но может иметь любое разумное значение.

Требуемое напряжение затвора затем может быть рассчитано из этого значения R _S . Поскольку ток затвора равен нулю (I _G = 0), мы можем установить необходимое постоянное напряжение покоя путем правильного выбора резисторов R1 и R2.

Управление током стока с помощью отрицательного потенциала затвора делает полевой транзистор Junction полезным в качестве переключателя, и важно, чтобы напряжение затвора никогда не было положительным для N-канального JFET, поскольку ток канала будет течь к затвору. а не сток, приводящий к повреждению JFET.Принципы работы P-канального JFET такие же, как и для N-канального JFET, за исключением того, что полярность напряжений должна быть изменена на противоположную.

В следующем уроке о транзисторах мы рассмотрим другой тип полевого транзистора, называемый полевым МОП-транзистором , соединение затвора которого полностью изолировано от основного токоведущего канала.

Полевой транзистор »Электроника

Полевой транзистор, полевой транзистор, представляет собой трехконтактное активное устройство, которое использует электрическое поле для управления током и имеет высокий входной импеданс, который используется во многих схемах.

---

FET, Полевой транзистор, Учебное пособие включает:
Основы полевых транзисторов Характеристики полевого транзистора JFET МОП-транзистор МОП-транзистор с двойным затвором Силовой МОП-транзистор MESFET / GaAs полевой транзистор HEMT & PHEMT Технология FinFET

---

Полевой транзистор FET — ключевой электронный компонент, используемый во многих областях электронной промышленности.

Полевой транзистор, используемый во многих схемах, состоящих из дискретных электронных компонентов, в областях от ВЧ-технологий до управления мощностью и электронного переключения до общего усиления.

Однако в основном полевые транзисторы используются в интегральных схемах. В этом приложении схемы на полевых транзисторах потребляют гораздо меньше энергии, чем микросхемы, использующие технологию биполярных транзисторов. Это позволяет работать очень крупным интегральным схемам. Если бы использовалась биполярная технология, потребляемая мощность была бы на несколько порядков больше, а генерируемая мощность была бы слишком большой, чтобы рассеиваться на интегральной схеме.

Помимо использования в интегральных схемах, дискретные версии полевых транзисторов доступны как в виде выводных электронных компонентов, так и в качестве устройств для поверхностного монтажа.

Типичные полевые транзисторы

Полевой транзистор, история полевых транзисторов

До того, как первые полевые транзисторы были представлены на рынке электронных компонентов, эта концепция была известна в течение ряда лет. Было много трудностей в реализации этого типа устройства и в том, чтобы заставить его работать.

Некоторые из первых концепций полевого транзистора были изложены в статье Лилиенфилда в 1926 году и в другой статье Хайля в 1935 году.

Следующие основы были заложены в 1940-х годах в Bell Laboratories, где была создана группа по исследованию полупроводников.Эта группа исследовала ряд областей, относящихся к полупроводникам и полупроводниковой технологии, одним из которых было устройство, которое могло бы модулировать ток, протекающий в полупроводниковом канале, путем размещения электрического поля рядом с ним.

Во время этих ранних экспериментов исследователи не смогли воплотить идею в жизнь, превратив свои идеи в другую идею и в конечном итоге изобрели другую форму компонента полупроводниковой электроники: биполярный транзистор.

После этого большая часть исследований в области полупроводников была сосредоточена на улучшении биполярного транзистора, и идея полевого транзистора некоторое время не была полностью исследована.Сейчас полевые транзисторы очень широко используются, являясь основным активным элементом во многих интегральных схемах. Без этих электронных компонентов технология электроники была бы совсем другой, чем сейчас.

Заметка об изобретении и истории полевого транзистора:

На разработку полевого транзистора ушло много лет. Первые идеи концепции появились в 1928 году, но только в 1960-х годах они стали широко доступны.

Подробнее об изобретении и истории полевого транзистора

Полевой транзистор — основы

Концепция полевого транзистора основана на концепции, согласно которой заряд на соседнем объекте может притягивать заряды в полупроводниковом канале.По сути, он работает с использованием эффекта электрического поля — отсюда и название.

Полевой транзистор состоит из полупроводникового канала с электродами на обоих концах, называемых стоком и истоком.

Управляющий электрод, называемый затвором, помещается в непосредственной близости от канала, так что его электрический заряд может влиять на канал.

Таким образом, затвор полевого транзистора контролирует поток носителей (электронов или дырок), текущий от истока к стоку. Он делает это, контролируя размер и форму проводящего канала.

Полупроводниковый канал, по которому протекает ток, может быть P-типа или N-типа. Это дает начало двум типам или категориям полевых транзисторов, известных как полевые транзисторы с P-каналом и N-каналом.

Кроме этого, есть еще две категории. Увеличение напряжения на затворе может либо истощить, либо увеличить количество носителей заряда, доступных в канале. В результате есть полевые транзисторы в режиме улучшения и полевые транзисторы в режиме истощения.

Обозначение схемы соединения на полевом транзисторе

Поскольку только электрическое поле управляет током, протекающим в канале, говорят, что устройство работает от напряжения и имеет высокое входное сопротивление, обычно много МОм.Это может быть явным преимуществом перед биполярным транзистором, работающим от тока и имеющим гораздо более низкий входной импеданс.

Переходный полевой транзистор, JFET работает ниже насыщения

Цепи на полевых транзисторах

Полевые транзисторы широко используются во всех схемах, от схем с дискретными электронными компонентами до интегральных схем.

Примечание по конструкции схемы полевого транзистора:

Полевые транзисторы могут использоваться во многих типах схем, хотя есть три основные конфигурации: общий исток, общий сток (истоковый повторитель) и общий затвор.Сама схема довольно проста и может быть взята на вооружение довольно легко.

Подробнее о схеме Полевой транзистор

Поскольку полевой транзистор представляет собой устройство, работающее от напряжения, а не токовое устройство, такое как биполярный транзистор, это означает, что некоторые аспекты схемы сильно отличаются: в частности, устройства смещения. Однако проектировать электронную схему с полевыми транзисторами относительно просто — она ​​немного отличается от схемы с использованием биполярных транзисторов.

Используя полевые транзисторы, можно спроектировать такие схемы, как усилители напряжения, буферы или повторители тока, генераторы, фильтры и многое другое, а схемы очень похожи на схемы для биполярных транзисторов и даже термоэмиссионных клапанов / вакуумных ламп. Интересно, что клапаны / лампы также являются устройствами, работающими от напряжения, и поэтому их схемы очень похожи, даже с точки зрения устройств смещения.

Типы полевых транзисторов

Есть много способов определить различные типы доступных полевых транзисторов.Различные типы означают, что при проектировании электронной схемы необходимо выбрать правильный электронный компонент для схемы. Правильно подобрав устройство, можно получить наилучшие характеристики для данной схемы.

полевых транзисторов можно разделить на несколько категорий, но некоторые из основных типов полевых транзисторов можно увидеть на древовидной диаграмме ниже.

Типы полевых транзисторов

На рынке существует множество различных типов полевых транзисторов, которые имеют разные названия.Некоторые из основных категорий отложены ниже.

• Junction FET, JFET: Junction FET, или JFET, использует диодный переход с обратным смещением для обеспечения соединения затвора. Структура состоит из полупроводникового канала, который может быть N-типа или P-типа. Затем на канал устанавливается полупроводниковый диод таким образом, чтобы напряжение на диоде влияло на канал полевого транзистора.

  При работе он имеет обратное смещение, а это означает, что он эффективно изолирован от канала — только обратный ток диода может течь между ними.JFET — это самый базовый тип полевого транзистора, который был разработан впервые. Однако он по-прежнему обеспечивает отличный сервис во многих областях электроники.

  
  

• Полевой транзистор с изолированным затвором / полевой транзистор на основе оксида металла и кремния МОП-транзистор: В МОП-транзисторе используется изолированный слой между затвором и каналом. Обычно он формируется из слоя оксида полупроводника.

  Название IGFET относится к любому типу полевого транзистора с изолированным затвором.Наиболее распространенной формой IGFET является кремниевый MOSFET — Metal Oxide Silicon FET. Здесь затвор сделан из слоя металла, нанесенного на оксид кремния, который, в свою очередь, находится на канале кремния. МОП-транзисторы широко используются во многих областях электроники, особенно в интегральных схемах.

  Ключевым фактором IGFET / MOSFET является чрезвычайно высокий импеданс затвора, который могут обеспечить эти полевые транзисторы. Тем не менее, будет соответствующая емкость, и это уменьшит входное сопротивление при повышении частоты.

  
  

• МОП-транзистор с двойным затвором: Это специализированный МОП-транзистор с двумя затворами, последовательно расположенными вдоль канала. Это позволяет значительно улучшить производительность, особенно на ВЧ, по сравнению с устройствами с одним затвором.

  Второй затвор полевого МОП-транзистора обеспечивает дополнительную изоляцию между входом и выходом, и в дополнение к этому его можно использовать в таких приложениях, как смешивание / умножение.

  
  

• MESFET: Кремниевый полевой транзистор MEtal обычно изготавливается из арсенида галлия и часто называется полевым транзистором на основе GaAs. Часто GaAsFET-транзисторы используются в ВЧ-приложениях, где они могут обеспечить высокое усиление и низкий уровень шума. Одним из недостатков технологии GaAsFET является очень маленькая структура затвора, что делает ее очень чувствительной к повреждению статическим электричеством. При обращении с этими устройствами необходимо соблюдать особую осторожность.

  
  

• HEMT / PHEMT: Транзистор с высокой подвижностью электронов и псевдоморфный транзистор с высокой подвижностью электронов являются развитием базовой концепции полевого транзистора, но разработаны для обеспечения работы на очень высоких частотах. Несмотря на то, что они дороги, они позволяют достичь очень высоких частот и высокого уровня производительности.

  
  

• FinFET: Технология FinFET теперь используется в интегральных схемах, чтобы обеспечить более высокий уровень интеграции за счет использования элементов меньшего размера.Поскольку требуются более высокие уровни плотности и становится все труднее реализовать все более мелкие размеры элементов, технология FinFET используется все более широко.

  
  

• VMOS: Стандарт VMOS для вертикальной MOS. Это тип полевого транзистора, который использует вертикальный ток для улучшения коммутационных и токонесущих характеристик. Полевые транзисторы VMOS широко используются в энергетических приложениях.

Хотя в литературе можно встретить и другие типы полевых транзисторов, часто эти типы являются торговыми названиями для конкретной технологии и являются вариантами некоторых типов полевых транзисторов, перечисленных выше.

Характеристики полевого транзистора

Помимо выбора конкретного типа полевого транзистора для данной схемы, также необходимо понимать различные спецификации. Таким образом можно гарантировать, что полевой транзистор будет работать с требуемыми рабочими параметрами.

Спецификации полевого транзистора

включают все: от максимально допустимых напряжений и токов до уровней емкости и крутизны. Все они играют роль в определении того, подходит ли какой-либо конкретный полевой транзистор для данной схемы или приложения.

Технология полевых транзисторов может использоваться в ряде областей, где биполярные транзисторы не так подходят: каждое из этих полупроводниковых устройств имеет свои преимущества и недостатки и может использоваться с большим эффектом во многих схемах. Полевой транзистор имеет очень высокое входное сопротивление и является устройством, управляемым напряжением, что позволяет использовать его во многих областях.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Полевой транзистор (FET): работа и его применение

FET означает полевой транзистор. Эти транзисторы предназначены для преодоления недостатков транзисторов с биполярным переходом. Поскольку базовые транзисторы имеют переход эмиттера в режиме прямого смещения, это заставляет устройство работать при низких уровнях импеданса. Это приводит к значительному уровню шума. Полевые транзисторы обладают всеми характеристиками, которые позволяют преодолеть недостатки биполярных переходных транзисторов и могут быть хорошей заменой как для электронных ламп, так и для биполярных транзисторов.Он также состоит из трех терминалов. Но эти клеммы называются истоком, стоком и затвором.

Эти полевые транзисторы известны своими униполярными характеристиками. Причина его характеристик заключается в том, что функционирование этого транзистора зависит от концентрации дырок или электронных носителей. Полевые транзисторы также могут использоваться в схемах переключения, схемах буферного усиления и в интегральных схемах.

Что такое полевой транзистор?

Транзистор, который способен передавать сигналы от высокого сопротивления к значениям низкого сопротивления, как и биполярные переходные транзисторы, но с однополярным преодолением его недостатков, определяется как полевой транзистор (FET).

Полевой транзистор спроектирован таким образом, что существует три вывода, которые известны как исток, затвор и сток. Эти клеммы несут ответственность за влияние на большинство носителей, подавая на них возможные источники напряжения. Это приводит к возникновению тока. Протекание тока можно контролировать, подавая напряжение, подтверждающее характеристики устройства, управляемого напряжением.

Типы полевых транзисторов

В зависимости от конструкции полевые транзисторы классифицируются как

(1) Junction Field Effect Transistor (JFET)

Работа этих полевых транзисторов основана на каналах, образованных между выводами.Канал может быть n-типа или p-типа. Из-за канала n-типа он упоминается как JFET с n-каналом, а из-за сформированного канала p-типа он упоминается как JFET с каналом p-типа.

Обозначение N-канального JFET

JFET Рабочий

Конструкция JFET аналогична конструкции BJT, он может быть сформирован с использованием материалов n-типа и p-типа. N-тип помещается между p-типами или p-типы помещаются между n-типами. Подобно транзисторам N-P-N и P-N-P, сформированным в BJT, они также сформированы в FET.Эти JFET-транзисторы состоят из канала, который может быть n- или p-типа.

Символ для P-канального JFET

• В зависимости от канала он известен как n-канальный JFET или p-канальный JFET.
• Для n-канального JFET положительная сторона подключена к клемме источника.
• Вывод стока получает самый высокий потенциал по сравнению с затвором в этом n-канальном полевом транзисторе JFET.
• Переход, образованный из-за взаимодействия стока и вывода затвора, будет иметь обратное смещение.
• По этой причине ширина обедненной области рядом со стоком больше по сравнению с истоком.
• Из-за этого условия большинство носителей заряда, которые представляют собой потоки электронов, можно увидеть от выводов стока к истоку.
• Поскольку этот потенциал на стоке имеет тенденцию к увеличению, поток носителей увеличивается, поток тока также увеличивается.
• Но при определенном приращении напряжений на стоке и истоке протекание тока прекращается.
• JFET обычно известен своими характеристиками управления током путем приложения входных напряжений.
• Значение входного импеданса этого транзистора является пиковым.
• Когда JFET находится в идеальном режиме, на клемме затвора нет текущих свидетельств.

Вот как работает n-канальный JFET. Только изменение полярности источников питания заставляет полевой транзистор работать как полевой транзистор с р-каналом.

(2) Полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (МОП-транзистор)

В МОП-транзисторах функционирование основано на каналах, которые уже существуют или сформированы при приложении напряжения.Основываясь на этих режимах работы, полевые МОП-транзисторы далее классифицируются на Depletion mode и extension mode . В режиме улучшения канал индуцируется из-за приложения напряжения на затворе, но в режиме истощения полевой МОП-транзистор работает из-за уже существующего в нем канала.

MOSFET

MOSFET Типы:

Модель истощения MOSFET также подразделяется на ntype и ptype. Единственная разница между этим — нанесение подложек.Из-за концентрации носителей, которые предпочтительно большинство отвечает за образование области, называемой истощением. Эта ширина обеднения отвечает за эффект проводимости.

В режиме улучшения, когда напряжение, приложенное к выводу затвора выше порогового напряжения, формируется канал. Это может быть n-тип для подсостояния P-типа и p-тип для подсостояния N-типа. На основе режима улучшения формирования канала классифицируется как MOSFET расширения типа N и MOSFET расширения типа P .МОП-транзисторы расширенного типа используются чаще, чем истощающие.

Смещение

Смещение полевого транзистора также выполняется как смещение транзистора. Это может быть фиксированное смещение, самосмещение и смещение делителя потенциала.

(1) Фиксированное смещение

Фиксированное смещение в полевом транзисторе может быть получено путем подачи напряжения батареи. Клеммный затвор должен подключаться к отрицательному источнику питания батареи, и ток через резистор не протекает.

(2) Self Bias

Как следует из названия, если внешний источник питания не предусмотрен для схемы.Этот тип предвзятости известен как предвзятость. Любые изменения значений крутизны, отражающие искажение рабочей точки. Этими параметрами можно управлять, и на них нелегко повлиять на самосмещение.

(3) Смещение делителя потенциала

Схема снабжена питанием на входе, но два резистора соединены таким образом, что напряжение на входе делится с помощью резисторов. Следовательно, эта схема называется делителем потенциала.
Эти методы смещения выбираются в зависимости от необходимости и увеличения значений проводимости.

Характеристики

Характеристики полевого транзистора в основном зависят от различных рабочих регионов. Области — омическая область, область насыщения, отсечки и область пробоя.

(1) Омическая область

Область, в которой крутизна показывает линейный отклик, а ток на клемме затвора противостоит сопротивлению, называется омической областью.

(2) Область насыщения

В этой области устройство полностью включено.В этом состоянии через транзистор протекает максимальный ток в установившемся режиме.

(3) Область отсечки

В этой области нет очевидного протекания тока через транзистор. Следовательно, он упоминается как устройство в состоянии ВЫКЛЮЧЕНО.

(4) Область пробоя

Когда приложенное напряжение превышает условие максимального значения напряжения, транзистор переходит в состояние пробоя, указывая на то, что транзистор сопротивляется протеканию тока.

Приложения

Полевой транзистор применяется следующим образом.

1. Для таких приложений, как низкий уровень шума, эти типы транзисторов являются предпочтительными.
2. полевые транзисторы предпочтительно использовать при их применении в качестве буфера.
3. Используются в каскадных усилителях.
4. Основная особенность этого — низкая входная емкость.
5. Для аналогового переключения предпочтительнее полевой транзистор.
6. Предпочтительно при колебательных контурах.
7. Для схем ограничения тока предпочтительны полевые транзисторы.

Таким образом, полевые транзисторы находят множество применений. Это может быть полевой транзистор или полевой МОП-транзистор, оба имеют множество применений, основанных на их унифицированных характеристиках. Каждый из них предпочтителен в качестве переключателей и может использоваться в усилителях и т. Д.

FET в качестве переключателя

FET можно использовать в качестве одного из приложений переключения, потому что он может работать как полностью включенным, так и полностью выключенным. Подобно BJT полевой транзистор также состоит из активной области, области отсечки и области насыщения, как упоминалось выше.

Поскольку напряжение, приложенное на стыке затвора и истока, равно нулю, рабочее состояние полевого транзистора находится в состоянии насыщения, поскольку через него протекает максимальная величина тока. Когда приложенное напряжение меньше напряжения включения или более отрицательное.

Тогда рабочая область полевого транзистора считается находящейся в режиме отсечки. Во время его работы в области отсечки нет явного протекания тока по цепи. Это причины, по которым полевой транзистор работает как переключатель.Когда полевой транзистор подключен к нагрузке параллельно, он действует как аналоговый переключатель. Полевые транзисторы также могут быть подключены последовательно, чтобы действовать как последовательный переключатель.

Таким образом, основная работа полевого транзистора, его типы и методы смещения обсуждались выше. Полевой транзистор с переходным эффектом — это первая классификация полевых транзисторов, которая классифицируется на основе переходов, образованных –типа или p-типа. Эта классификация полевых транзисторов, основанная на сформированных каналах, известна как полевые МОП-транзисторы.

Пожалуйста, обратитесь к этой ссылке для полевых транзисторов MCQ.

После анализа типов полевых транзисторов, можете ли вы описать, какой из них лучше и наиболее предпочтителен среди полевых транзисторов JFET и MOSFET?

Какие бывают типы полевых транзисторов

Группа полевых транзисторов

Полевой транзистор или полевой транзистор — это транзистор, выходной ток которого регулируется электрическим полем. Полевой транзистор иногда называют униполярным транзистором, поскольку он предполагает работу с одной несущей.Основные типы полевых транзисторов полностью отличаются от основных типов транзисторов BJT. FET — это трехконтактные полупроводниковые устройства с выводами истока, стока и затвора.

Заряды переносятся электронами или дырками, которые текут от истока к стоку через активный канал. Этот поток электронов от истока к стоку контролируется напряжением, приложенным к клеммам затвора и истока.

Типы полевых транзисторов

Полевые транзисторы бывают двух типов — полевые транзисторы JFET и полевые МОП-транзисторы.

Junction FET

A Junction FET

Junction FET транзистор — это тип полевого транзистора, который может использоваться в качестве переключателя с электрическим управлением. Электрическая энергия течет по активному каналу между источниками к выводам стока. Подавая напряжение обратного смещения на вывод затвора, канал напрягается, поэтому электрический ток полностью отключается.

Соединительный полевой транзистор доступен в двух полярностях:

N-Channel JFET

N-канал JFET

N-канал JFET состоит из стержня n-типа, по бокам которого легированы два слоя p-типа.Канал электронов составляет N-канал устройства. На обоих концах N-канального устройства имеются два омических контакта, которые соединены вместе, образуя вывод затвора.

Клеммы истока и стока взяты с двух других сторон шины. Разность потенциалов между выводами истока и стока обозначается как Vdd, а разность потенциалов между выводами истока и затвора обозначается как Vgs. Поток заряда обусловлен потоком электронов от истока к стоку.

Всякий раз, когда на клеммы стока и истока подается положительное напряжение, электроны текут от истока «S» к клемме стока «D», тогда как обычный ток стока Id течет через сток к истоку. Поскольку ток течет через устройство, оно находится в одном состоянии.

Когда на вывод затвора подается напряжение отрицательной полярности, в канале создается область обеднения. Ширина канала уменьшается, следовательно, увеличивается сопротивление канала между истоком и стоком. Поскольку переход затвор-исток имеет обратное смещение и в устройстве не течет ток, оно находится в выключенном состоянии.

Таким образом, если напряжение, приложенное к выводу затвора, увеличивается, меньшее количество тока будет течь от истока к стоку.

JFET с N каналом имеет большую проводимость, чем JFET с каналом P. Таким образом, JFET с N каналом является более эффективным проводником по сравнению с JFET с каналом P.

P-Channel JFET

P-Channel JFET состоит из стержня P-типа, с двух сторон которого легированы слои n-типа. Вывод затвора формируется путем соединения омических контактов с обеих сторон.Как и в N-канальном JFET, выводы истока и стока взяты с двух других сторон шины. Канал P-типа, состоящий из отверстий в качестве носителей заряда, сформирован между выводами истока и стока. P-канал JFET bar

Отрицательное напряжение, приложенное к выводам стока и истока, обеспечивает прохождение тока от истока к выводам стока и устройству работает в омической области. Положительное напряжение, приложенное к выводу затвора, обеспечивает уменьшение ширины канала, тем самым увеличивая сопротивление канала.Более положительным является напряжение затвора; меньше ток, протекающий через устройство.

Характеристики полевого транзистора с p-канальным переходом

Ниже приведены характеристики полевого транзистора с p-каналом и переходом и различные режимы работы транзистора.

Характеристики полевого транзистора с p-переходом

Область отсечки : Когда напряжение, приложенное к выводу затвора, достаточно положительное, чтобы ширина канала была минимальной, ток не течет.Это приводит к тому, что устройство находится в отключенной области.

Омическая область : Ток, протекающий через устройство, линейно пропорционален приложенному напряжению до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение пробоя. В этой области транзистор оказывает некоторое сопротивление протеканию тока.

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 называется область насыщения.

Область пробоя : Когда напряжение сток-исток достигает значения, которое вызывает пробой в области истощения, вызывая резкое увеличение тока стока, устройство считается находящимся в области пробоя. Эта область пробоя достигается раньше при более низком значении напряжения сток-исток, когда напряжение затвор-исток более положительное.

МОП-транзистор

МОП-транзистор

МОП-транзистор

МОП-транзистор, как следует из названия, представляет собой полупроводниковую шину p-типа (n-типа) (с двумя сильно легированными областями n-типа, рассеянными в ней) со слоем оксида металла, нанесенным на ее поверхность, и отверстиями. взяты из слоя, чтобы сформировать выводы истока и стока.На оксидный слой нанесен металлический слой, образующий вывод затвора. Одно из основных применений полевых транзисторов — использование полевого МОП-транзистора в качестве переключателя.

Этот тип полевого транзистора имеет три вывода: исток, сток и затвор. Напряжение, приложенное к клемме затвора, контролирует поток тока от истока к стоку. Наличие изолирующего слоя оксида металла приводит к тому, что устройство имеет высокий входной импеданс.

Типы полевых МОП-транзисторов в зависимости от режимов работы

МОП-транзисторы являются наиболее часто используемыми типами полевых транзисторов.Работа MOSFET осуществляется в двух режимах, на основе которых классифицируются транзисторы MOSFET. Работа полевого МОП-транзистора в режиме расширения состоит из постепенного формирования канала, тогда как в режиме истощения полевого МОП-транзистора он состоит из уже рассредоточенного канала. Расширенное применение MOSFET — это CMOS.

Расширенный полевой МОП-транзистор

Когда отрицательное напряжение подается на вывод затвора полевого МОП-транзистора, несущие положительный заряд носители или дырки накапливаются больше около оксидного слоя.Канал формируется от истока до вывода стока.

Расширенный полевой МОП-транзистор

По мере того, как напряжение становится более отрицательным, ширина канала увеличивается, и ток течет от истока к клемме стока. Таким образом, когда ток «усиливается» с приложенным напряжением затвора, это устройство называется MOSFET улучшенного типа.

МОП-транзистор в режиме истощения

МОП-транзистор в режиме истощения состоит из канала, рассеянного между стоком и выводом истока. В отсутствие напряжения на затворе ток течет от истока к стоку из-за канала.

MOSFET-транзистор в режиме истощения

Когда это напряжение затвора становится отрицательным, в канале накапливаются положительные заряды.
Это вызывает истощение области или области неподвижных зарядов в канале и препятствует прохождению тока. Таким образом, поскольку на протекание тока влияет формирование обедненной области, это устройство называется MOSFET режима обеднения.

Приложения, использующие MOSFET в качестве переключателя

Управление скоростью двигателя BLDC

MOSFET может использоваться в качестве переключателя для управления двигателем постоянного тока.Здесь транзистор используется для запуска полевого МОП-транзистора. ШИМ-сигналы от микроконтроллера используются для включения или выключения транзистора.

Управление скоростью двигателя BLDC

Сигнал низкого логического уровня с вывода микроконтроллера приводит к срабатыванию блока сопряжения OPTO, генерируя на его выходе высокий логический сигнал. Транзистор PNP отключен, и, соответственно, MOSFET срабатывает и включается. Клеммы стока и истока закорочены, и ток течет к обмоткам двигателя, так что он начинает вращаться.Сигналы ШИМ обеспечивают управление скоростью двигателя.

Управление массивом светодиодов:

Управление массивом светодиодов

Работа полевого МОП-транзистора в качестве переключателя включает применение управления яркостью массива светодиодов. Здесь транзистор, управляемый сигналами от внешних источников, таких как микроконтроллер, используется для управления полевым МОП-транзистором. Когда транзистор выключен, MOSFET получает питание и включается, тем самым обеспечивая правильное смещение для светодиодной матрицы.

Переключение лампы с использованием МОП-транзистора:

Переключение лампы с использованием МОП-транзистора

МОП-транзистор можно использовать в качестве переключателя для управления переключением ламп.Здесь также MOSFET запускается с помощью транзисторного переключателя. ШИМ-сигналы от внешнего источника, такого как микроконтроллер, используются для управления проводимостью транзистора, и, соответственно, полевой МОП-транзистор включается или выключается, таким образом управляя переключением лампы.

Мы надеемся, что нам удалось предоставить читателям лучшие знания по теме полевых транзисторов. Мы бы хотели, чтобы читатели ответили на простой вопрос — чем полевые транзисторы отличаются от биполярных транзисторов и почему они более широко используются в сравнении.

Пожалуйста, ваши ответы вместе с вашими отзывами в разделе комментариев ниже.

Фото:

Кластер полевого транзистора от alibaba
N-канальный JFET от ebaying
P-канал JFET от solarbotics
P-канал JFET bar от wikimedia
Кривая характеристик P-канала JFET от изученияaboutehancement
MOSFET транзистор
MOSFET-транзистор от компании Imimimim транзистор по схемам сегодня

FET или JFET — Работа / Эксплуатация, Применение в строительстве, В качестве усилителя, MOSFET, DE-MOSFET, E-Only, Application

FET означает «Полевой транзистор», это трехконтактное однополярное твердотельное устройство в котором ток управляется электрическим полем.

FET может быть изготовлен либо с N-каналом, либо с P-каналом, для изготовления JFET с N-каналом сначала берется узкая полоса полупроводникового материала N-типа, а затем два перехода P-типа разряжаются на противоположных сторонах от него. средняя часть, называемая каналом. Эти две области внутренне соединены друг с другом сигнальным проводом, который называется клеммой затвора. Один вывод называется терминалом источника, а другой — терминалом слива.

P-Channel JFET сконструирован аналогично, за исключением того, что в нем используется стержень P-типа и два N-типа переходов.

Источник: —

Это терминал, через который большинство перевозчиков вводятся в панель, поэтому он называется Source.

Слив: —

Это терминал, через который большинство перевозчиков подводят шину, поэтому он называется сливным терминалом.

Выход: —

Это две клеммы, которые внутренне связаны друг с другом, и сильно легированные области, которые образуют две PN-переходы.

Рабочий / рабочий полевой транзистор или полевой транзистор с полевым транзистором

Затвор всегда имеет обратное смещение, поэтому ток затвора IG практически равен нулю.Клемма истока всегда подключается к концу источника питания стока, который обеспечивает необходимую несущую, в N-канальном JFET клемма истока подключается к отрицательному концу источника напряжения стока. Начинается поток электронов от истока к стоку по каналу от D к S,

текущий ID увеличивается по мере увеличения VDS с нуля на палате. Эта связь между VDS и ID сохраняется до тех пор, пока VDS не достигнет определенного значения, называемого VPO «Pinch OFF».

Когда VDS равен нулю и VGS уменьшается с нуля, обратное смещение затвора увеличивает мысли об области, поскольку отрицательное значение VGS увеличивает конусы ступени, когда две области падения касаются друг друга, в этой проводимости канал считается отключенным.

JFET в качестве усилителя

Одним из применений JFET является усилитель, он усиливает слабый сигнал, подключенный к клемме затвора, вход всегда имеет обратное смещение, небольшое изменение обратного смещения на затворе вызывает большое изменение тока стока, этот факт сделать JFET способным усиливать слабые сигналы

Работа / Работа

Когда на вход усилителя подается отрицательный сигнал, смещение затвора увеличивается, слой дублирования уменьшается, сопротивление канала увеличивается, ID уменьшается, падение напряжения на резисторе нагрузки уменьшается, и положительный сигнал присутствует на выходе через C2. .
Когда на вход подается положительный сигнал, действие будет обратным.
Это видно, что между входным сигналом на затворе и выходным сигналом на стоке происходит изменение фазы.

Применение JFET

JFET широко используется в схемах усилителей, аналоговых переключателях; Он также используется в системе АРУ, регуляторах напряжения, буферных усилителях.

МОП-транзистор

MOSFET делится на два типа:

1. DE-МОП-транзистор
2. E только MOSFET

DE-МОП-транзистор

Этот полевой МОП-транзистор может работать как в режиме дублирования, так и в режиме улучшения.При изменении полярности VGS, когда VGS отрицательный для N-канального DE-MOSFET, работает в режиме истощения, однако с положительным напряжением затвора он работает в режиме улучшения.

E- только полевой МОП-транзистор

Этот полевой МОП-транзистор работает только в режиме улучшения. Он отличается только конструкцией от DE-MOSFET тем, что между стоком и истоком отсутствует канал.

Конструкция DE-MOSFET

Как и JFET, он имеет исток, затвор и сток, однако его затвор изолирован от проводящего канала ультратонким оксидом металла.Изолирующая пленка, как правило, из диоксида кремния (SiO2), из-за этого изолирующего свойства MOSFET также известен как полевой транзистор с изолированным затвором (IGFET). В DE-MOSFET мы можем подавать как положительное, так и отрицательное напряжение на вывод затвора, поскольку вывод затвора изолирован от канала.

DE-MOSFET Работа / Работа

Режим истощения

Когда VGS = 0, электроны могут свободно течь от истока к стоку через канал проводимости. Когда отрицательное напряжение прикладывается к выводу затвора, оно истощает N-канал и его электроны, индуцируя в нем положительные заряды.Чем больше отрицательное напряжение на затворе, тем больше уменьшается количество электронов в канале, что увеличивает проводимость. Фактически, слишком большое отрицательное напряжение затвора отключает канал, таким образом, при отрицательном напряжении затвора DE-MOSFET ведет себя как JFET, по этой причине отрицательная операция затвора DE-MOSFET называется режимом истощения.

Режим улучшения

На принципиальной схеме ток стока течет от истока к стоку даже при нулевом смещении затвора, когда на затвор подается положительное напряжение, входной конденсатор затвора может создавать преэлектроны в канале, что увеличивает ID.Предварительные электроны индуцируются в канале действием конденсатора, эти электроны добавляются к другим готовым электронам для проводимости, что увеличивает количество электронов, и эти электроны увеличивают проводимость канала.

По мере увеличения положительного напряжения затвора количество индуцированных электронов увеличивается, что увеличивает проводимость канала от истока к стоку, таким образом, увеличивается и ток. Работа положительного затвора DE-MOSFET известна как режим улучшения.

Применение полевого МОП-транзистора

MOSFET

имеет широкое применение в области электроники, некоторые из этих приложений приведены ниже.

1. В качестве входного усилителя в осциллографе, электронном вольтметре и другом измерительном и испытательном оборудовании, поскольку они имеют высокое входное сопротивление.
2. Используется в логических схемах для быстрого переключения.
3. Также используется в ТВ-приемнике.
4. Используется в компьютерных схемах.
5. В усилителях высокой частоты.

Что такое униполярный / полевой транзистор?

Полевой транзистор

Полевой транзистор (FET) — Также известный как униполярный транзистор , представляет собой трехконтактный (три электрода), управляемый напряжением электронный компонент полупроводник , способный усиливать электрический сигнал. Семейство полевых транзисторов состоит из группы из нескольких типов различных компонентов, общей чертой которых является косвенное влияние электрического поля на сопротивление полупроводника или сопротивление тонкого непроводящего слоя.Теоретически полевым транзистором можно управлять без потребления энергии. В работе компонента участвует только один тип носителей нагрузки, отсюда и название униполярного, а управление выходным током осуществляется с помощью электрического поля (полевые транзисторы).

FET — Внутреннее устройство и принцип действия Униполярный транзистор

имеет три электрода:

• Дренаж «D» — электрод, до которого доходят носители груза.Ток стока — I _D , напряжение сток-исток — В _DS ,
• Затвор «G» — электрод, управляющий потоком зарядов. Ток затвора — I _G , напряжение затвор-исток — В _GS ,
• Источник «S» — электрод, от которого несущие нагрузки перетекают в канал. Ток источника обозначен как I _S .

Это эквиваленты электродов в биполярных транзисторах .Два из них: Drain и Source подключены к правильно легированному полупроводниковому кристаллу. Между этими концами создается канал, по которому течет ток. Третий конец размещен вдоль канала: Gate , благодаря которому мы можем контролировать течение тока. В случае соединения нескольких МОП-транзисторов в интегральной схеме часто используется четвертый электрод: B — Body (или Bulk ) для смещения подложки. Но в целом эта цель связана с источником.

---

FET — Задания для студентов

Если вы студент или просто хотите научиться решать задачи с полевыми транзисторами, посетите этот раздел нашего веб-сайта, где вы можете найти широкий спектр электронных задач.

---

Отдел полевых транзисторов

В зависимости от принципов и законов работы можно выделить два основных типа полевых транзисторов, которые подразделяются, как показано на рисунке 1. ниже:

Рисунок 1.Отдел полевых транзисторов

JFET — Устройство и принцип действия

JFET-транзистор состоит из полупроводникового слоя n-типа в N-канальных JFET-транзисторах или полупроводника p-типа в P-канальных JFET-транзисторах. Эти слои образуют канал. Электроды подключаются к обоим концам канала. В транзисторах JFET затвор изолирован от канала обратносмещенным переходом (с очень высоким входным сопротивлением).

Транзисторы

JFET должны быть поляризованы таким образом, чтобы носители перемещались от истока к стоку, а переход затвор-канал должен иметь обратное смещение.

Есть два варианта этой развязки:

• P-N переход (PNFET),
• переход M-S (металл-полупроводник).

Канал, по которому будет течь ток, расположен между стоком и истоком. Регулировать ширину канала (его сопротивление) можно, изменяя напряжение затвор-исток (V _GS ). Повышение напряжения V _GS (которое вызывает обратное смещение перехода) вызывает сужение канала до его полного «закрытия» — ток не течет.К напряжению V _GS добавляется падение напряжения между определенной точкой канала и источником (V _DS ). Увеличение значения напряжения V _DS в конечном итоге приведет к соединению обедненных слоев и блокированию канала путем насыщения транзистора. Значение тока стока I _D не возрастет независимо от дальнейшего увеличения напряжения V _DS , и транзистор становится очень хорошим элементом крутизны.

Рис. 2. Обозначения JFET Рис. 3. Внутренняя структура полевого транзистора с N-каналом типа

MOSFET (металл-оксидный полупроводниковый полевой транзистор) — конструкция и принцип работы

В MOSFET-транзисторе затвор изолирован от канала диэлектрическим слоем.Область, обозначенная «N +», представляет собой сильно легированный полупроводник типа «N». В случае E MOS транзисторов с напряжением V _GS = 0, канал блокируется (его сопротивление принимает значение МОм, а ток I _D не течет). За счет увеличения напряжения V _GS канал увеличивает его проводимость, и после достижения определенного значения, называемого пороговым напряжением V _T , через канал становится возможным прохождение тока стока I _D . Ток стока полевого МОП-транзистора регулируется сигналом напряжения затвора величиной до нескольких вольт, что обеспечивает совместимость со всеми системами МОП, особенно с КМОП.Мощность, необходимая для управления, очень мала, а зона безопасной работы больше по сравнению с BJT-транзисторами . Кроме того, время переключения также короче по сравнению с BJT.

Минимальное значение сопротивления канала, указанное производителем, можно найти в технических данных как rds _на (оно зависит от максимального напряжения транзистора V _DS . Значение тока I _D , которое будет протекать через Созданный канал зависит от напряжения V _DS , но это не линейная зависимость.Он описывается формулой:

β — Коэффициент усиления тока
Этот ток влияет на состояние смещения затвора, изменяя его, что приводит к сужению канала около стока. В случае дальнейшего увеличения напряжения затвор-исток V _GS , отключение напряжения V _GSoff будет превышено в какой-то момент, что приведет к потере созданного канала (V _GS = V _DS )

• MOSFET в режиме истощения — D MOS (обычно включен):

Рис.4. Символы D MOS

• MOSFET в режиме расширения — E MOS (обычно выключено):

Рис. 5. Символы E MOS Рис. 6. Внутренняя структура E MOS с каналом типа «N»

FET — Режимы работы

Имеется три режима работы транзисторов:

• Режим отключения: | V _GS | > | V _T | при любом | V _DS |,
• Активный режим (также известный как линейный или ненасыщенный): | V _GS | <| V _T | и | V _DS | <= | V _DSsat |,
• Режим насыщения : | V _GS | <| V _T | и | V _DS | => | V _DSsat |.

Примечание: Во многих странах единица измерения напряжения и символ обозначаются буквой «V» вместо «U», как в этой статье.

FET — Основные параметры

• В _{DS max} — максимальное напряжение сток-исток,
• I _Dmax — максимальный ток стока,
• В _GSmax — максимальный ток затвор-исток,
• P _totmax — допустимая потеря мощности,
• В _T — пороговое напряжение, при котором начинает течь ток,
• I _DSS (V _GS = 0) — ток насыщения при определенном V _DS ток,
• г [S-Siemens] — коэффициент крутизны,
• rds _(on) — минимальное значение сопротивления канала транзистора, работающего в режиме ненасыщения,
• I _Gmax — максимально допустимый ток затвора,
• I _{D (ВЫКЛ)} — ток стока в режиме отсечки — при напряжении | В _GS | > | V _{GS (ВЫКЛ)} |.

FET — Вольт-амперные характеристики

Передаточные характеристики — они описывают зависимость тока стока I _D от напряжения затвор-исток V _GS с определенным напряжением сток-исток V _GS .

Рис. 7. JFET «N» Рис. 8. D MOS «N» Рис. 9. E MOS «N»

• Характеристики стока (для полевого транзистора типа «N») — описывает соотношение стока I _D ток от стока-истока В _DS напряжение с определяется затвор-исток В _GS напряжение.Область характеристик была разделена на две части: активную и насыщенную область.

Рис. 10. Характеристики стока (для униполярного транзистора типа «N»)

Практическое применение — униполярный полевой МОП-транзистор — NMOS-транзистор

В практическом упражнении действие транзистора NMOS в его простейшей форме показано в виде ключа транзистора. Такое использование в основном работает в приложениях микроконтроллеров, оно используется для управления сигналом от микроконтроллера к внешним приемникам.

Для этого упражнения нам понадобятся следующие вещи:

Схема подключения выглядит так:

Рис. 11. Схема подключения: V2: источник питания 9 В постоянного тока, D1: белый светодиод, R1: резистор 220 Ом, M1: транзистор BUZ11, R2: резистор 1 кОм, V1: батарея 3 В (в схеме используется синусоидальный источник для иллюстрируют работу транзистора). Обратите внимание, что символы на схеме отличаются для транзистора, но имеют параметры, аналогичные параметрам BUZ11.

Готовая подключенная схема на макетной плате показана ниже на рис.12:

Рис. 12. Иллюстрация подключения макета Система

после подключения питания 9 В не показывала никаких действий. После подключения АКБ в схему загорелся светодиод. Это самый простой способ проиллюстрировать принцип действия напряжения V _T (напряжение пробоя) в униполярных транзисторах.