Биполярные транзисторы.Часть 2. Ключевой каскад.

Ключевой режим работы транзистора, наверное, один из самых простых (с точки зрения поддержания параметров) и в тоже время очень часто встречающихся из режимов работы транзистора. По своей сути транзистор большую часть времени находится лишь в двух состояниях: отсечки и насыщения.Ниже показана схема включения транзистора

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Использование транзистора в ключевом режиме

но прежде чем начинать описывать работу этой схемы, необходимо задекларировать несколько простых правил, при которых транзистор работает. Правила приведены для транзистора p-n-p-типа, но и для транзистора n-p-n-типа они сохраняются, но с учётом того, что полярность напряжения должна быть изменена на противоположную:

Принцип работы трназистора

• 1. Эммитер должен иметь более положительный потенциал, чем коллектор, для n-p-n-транзистора потенциал коллектора должен быть выше.
• 2. Цепи база – эммитер и база – коллектор работают как диоды. Обычно диод база – коллектор открыт, а диод база – эммитер смещён в обратном направлении, то есть приложенное напряжение препятствует протеканию через него тока.
• 3. Каждый транзистор характеризуется максимальными значениями токов и напряжений. В случае превышения значений транзистор выходит из строя.
• 4. В случае соблюдений правил 1 – 3 ток протекающий через коллектор I_К прямо пропорционален току базы I_Б и соблюдается следующее соотношение:

данное правило определяет основное свойство транзистора: небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

Из правила 2 следует, что между базой и эммитером напряжение

не должно превышать 0,6…0,8 В (падение напряжения на диоде), иначе возникает очень большой ток.

Учитывая выше изложенные правила можно понять, как с помощью небольшого тока создать ток большей величины. В случае, когда контакт разомкнут через базу ток не течёт и согласно правилу 4 отсутствует коллекторный ток, следовательно, лампочка не светится. Как только замыкается контакт напряжение между базой и эммитером составит 0,6…0,8 В. Падение напряжения на сопротивлении базы R_б составит примерно 9,3 В, а ток, протекающий через базу 9,3 мА. Казалось бы, с учётом правила 4, что через лампочку должен протекать ток порядка 930 мА (примем значение h_21Э

= 100), но это не так. Как говорилось ранее, правило 4 действует лишь с учётом правил 1 – 3. В нашем случае, когда ток через лампочку, а следовательно и ток коллектора достигнет значения 0,1 А падение напряжения на лампочке будет равно 10 В. Далее, согласно правила 1, роста тока не будет, так как потенциал коллектора и эммитера сравняется (в реальности падение напряжения на лампочке никогда не будет равно напряжению питания, потому что на транзисторе будет падение напряжения равное напряжению насыщения транзистора). Когда напряжение на коллекторе будет приближаться к напряжению на эммитере, транзистор переходит в режим насыщения и изменение напряжения на коллекторе прекращаются.

Расчёт ключевой схемы

Как же рассчитать элементы «обвязки» транзистора? Во-первых, необходимо, как и в случае любой другой схемы понять, что необходимо получить и что приходит на вход.

1. Рассчитывают ток протекающий через коллектор:

, где

U_pit – напряжение питания,

R_К – сопротивление в коллекторной цепи.

2. Рассчитывают базовый ток:

3. Рассчитывают сопротивление базового резистора R_б:

U_вх – напряжение на входе ключевого каскада.

Казалось бы, на этом можно закончить рассматривать ключевой каскад, он настолько простой, что и говорить не о чем. Но есть ещё одно дополнение, как было сказано выше, ключевой каскад характеризуется использованием транзистора

в двух состояниях: насыщения и отсечки. С состоянием насыщения всё понятно транзистор жестко включён в цепь и на него внешние факторы не влияют. Что же происходит в состоянии отсечки транзистора, когда его база отключена от схемы, говорят, что она «повисла в воздухе». Так как мы окружены постоянно электричеством, то на базовый вывод могут быть наводки в виде блуждающих токов, да и в транзисторе в результате его работы могут быть внутренние токи. В таком случае транзистор не будет закрыт полностью, поэтому на всякий случай между базой и эммитером транзистора включают сопротивление R_БЭ, которое выбирается таким, чтобы при работе падение напряжения на нём не составило меньше, чем 0,6 В. Он берётся примерно раз в 10 больше базового сопротивления.

Ниже приведён пример, который часто используют при подключении ключевого каскада к выводу микросхем, где стандартное выходно напряжение составляет +5 В.

Пример использования транзистора в ключевом режиме

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Ключевой режим работы биполярного транзистора

Рассмотрим подробнее ключевой режим работы транзистора. На рис. 6.4 по­казана простейшая схема включения транзистора в таком режиме, для на­глядности— с лампочкой в качестве коллекторной нагрузки. Попробуем рассчитать необходимую величину резистора в базе.

Для почти любых схем с биполярными транзисторами характерно, что на­пряжения в схеме никакой роли не играют, только токи. Можно подключить коллекторную нагрузку хоть к напряжению 200 В, а базовый резистор питать от 5-вольтового источника— если соотношение ²>IJh соблюдается, то транзистор (при условии, конечно, что он рассчитан на такое высокое напря­жение) будет послушно переключать 200-вольтовую нагрузку, управляясь от источника 5 В. То есть налицо и усиление сигнала по напряжению!

В нашем примере используется небольшая автомобильная лампочка 12 В, 100 мА (примерно, как для подсветки приборной доски в «Жигулях»), а цепь базы питается от источника 5 В (например, через контакты реле). Расчет та­кой схемы элементарно прост: при токе в коллекторе 100 мА, в базе должно быть минимум 10 мА (рассчитываем на самый «дубовый» транзистор, реаль­но можно и меньше). О падении между базой и эмиттером забывать не еле­дует, поэтому считаем, что напряжение на базовом резисторе Re составит 5 В – 0,6 В = 4,4 В, то есть нужное сопротивление будет 440 Ом. Выбираем ближайшее меньшее из стандартного ряда и получаем 430 Ом. Все?

Рис. 6.4. Включение биполярного транзистора в ключевом режиме

Нет, не все. Схема еще не совсем доделана. Она будет работать нормально, если вы поступите так: подключите базовый резистор к напряжению 5 В (лампочка горит), а затем переключите его к «земле» (лампочка гаснет). Но довольно часто встречается случай, когда напряжение на базовый резистор подается-то нормально, а вот при отключении его резистор не присоединяет­ся к «земле», а просто «повисает в воздухе» (именно этот случай и показан на схеме в виде контактов). Так мы не договаривались — чтобы транзистор был в режиме отсечки, надо, чтобы база и эмиттер имели один и тот же потенци­ал, а какой потенциал у базы, если она «в воздухе»? Это только формально, что ноль, а на самом деле всякие наводки и внутренние процессы в транзи­сторе формируют небольшой базовый ток. И транзистор не закроется полно­стью — лампочка будет слабо светиться! Это раздражающий и очень непри­ятный эффект, который даже может привести к выходу транзистора из строя (а старые германиевые транзисторы приводил с гарантией).

Избежать такого эффекта просто: надо замкнуть базу и эмиттер еще одним резистором Кбэ. Самое интересное, что рассчитывать его практически не на­до — лишь бы падение напряжения на нем при подаче напряжения на базу не составило меньше чем 0,6 В. Чем он больше, тем лучше, но все же сопротив­ление не должно быть слишком велико. Обычно его выбирают примерно в 10 раз больше, чем резистор Re, но если вы здесь поставите не 4,3 кОм, как ука­зано на схеме, а, к примеру, 10 кОм, тоже не ошибетесь. Работать этот рези­стор будет так: если включающее напряжение на Re подано, то он не оказы­вает никакого влияния на работу схемы, так как напряжение между базой и эмиттером все равно 0,6 В, и он только отбирает на себя очень небольшую часть базового тока (легко подсчитать какую — примерно 0,15 мА из 10 мА). А если напряжения нет, то R63 надежно обеспечивает равенство потенциалов базы и эмиттера, независимо от того, подключен ли базовый резистор к «зем­ле» или «висит в воздухе».

Я так подробно остановился на этом моменте потому, что о необходимости наличия резистора R63 при работе в ключевом режиме часто забывают — да­же в очень интересной во всех отношениях книге [16] повсеместно встреча­ется эта ошибка.

Простейшая ключевая схема есть вариант т. н. схемы включения транзистора с общим эмиттером (о. э.). В наших примерах есть два момента, на которые стоит обратить внимание. Во-первых, это подключение базовой цепи к пита­нию от 5 В. Это очень часто встречающийся случай, с которым и в этой кни­ге вам придется иметь дело. Напряжением 5 В обычно питаются распростра­ненные типы контроллеров и логических микросхем, и управление таким напряжением устройствами, которым требуется более высокое питание, чаще всего осуществляется именно по схеме рис. 6.4.

Во-вторых, обратите внимание, что сигнал на коллекторе транзистора инвер­тирован (то есть противоположен по фазе) по отношению к входному сигна­лу. То есть, если на базе (точнее, на базовом резисторе) напряжение имеет­ся — на коллекторе оно равно нулю, и наоборот! Это и имеют в виду, когда говорят, что транзисторный каскад в схеме с общим эмиттером инвертиру­ет сигнал (это относится не только к ключевому, но и к усилительному ре­жиму работы, о котором будет рассказано). При этом на нагрузке (лампочке), которая подключена к питанию, а не к общей для входа и выхода каскада «земле», все в порядке — то есть она горит, когда на входе сигнал есть, так что визуальный сигнал не инвертирован.

Поговорим немного о дарлингтоновских транзисторах. Транзистор Дарлинг­тона (его часто называют транзистор с «супербетой», мы будем называть его и так, и так) есть две транзисторные структуры, включенные каскадно, как показано на рис. 6.5, а. Разумеется, можно соорудить такую структуру само­стоятельно (левый транзистор обычно меньшей мощности, чем правый), но существуют и приборы, выпускаемые промышленно (на рис. 6.5, а общий корпус показан пунктиром). Величина Р для них равна произведению коэф­фициентов усиления для каждого из транзисторов и может составлять до не­скольких тысяч. При использовании таких «супербета»-транзисторов обяза­тельно следует иметь в виду то обстоятельство, что рабочее напряжение ме­жду базой и эмиттером у них будет составлять примерно удвоенную величи­ну от обычного транзистора — то есть 1,2—1,4 В. Сопротивление резистора, как сказано ранее, принципиального значения не имеет и для мощных тран­зисторов может составлять несколько килоом.

Рис. 6.5. Другие схемы подключения: а — транзистор Дарлингтона; б — параллельное включение транзисторов

На рис. 6.5, б приведена редко требующаяся, но весьма полезная схема па­раллельного включения мощных транзисторов с целью увеличения допусти­мого коллекторного тока и рассеиваемой мощности (см. далее). Она немного напоминает схему Дарлингтона, но никакого умножения «бет» там, естест­венно, не происходит— суммируются только предельно допустимые показатели. Так как транзисторы всегда немного отличаются друг от друга, то для выравнивания токов через них в этой схеме служат резисторы в эмиттерных цепях, которые нужно выбирать так, чтобы падение напряжения на них при максимальном токе составляло примерно 0,2 В. Естественно, эти резисторы ухудшают КПД, поэтому для таких целей удобнее использовать мощные полевые транзисторы, для которых в аналогичном включении использования резисторов не требуется.

Ключевой режим — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Ключевой режим

Cтраница 4

В ключевом режиме форма передаточной характеристики между точками Л и В не влияет на амплитуду выходного сигнала, и транзисторный ключ малочувствителен к разбросу параметров транзистора, их температурному и временному дрейфу. Небольшие колебания входного напряжения Uj ( около точки В, например) в результате внешних электромагнитных наводок или шумов практически не влияют на амплитуду выходного сигнала.  [46]

При ключевом режиме работы транзистор в течение одной части периода колебаний находится в области отсечки, в течение другой — насыщения. При этом сам транзистор рассматривается как ключевое устройство. Важное значение при анализе работы генератора имеет также учет параметрических явлений, существование которых обусловлено нелинейными емкостями р-п переходов.  [47]

При ключевом режиме работы электронного прибора в момент прохождения тока напряжение анода равно нулю; при больших напряжениях анода ток отсутствует.  [48]

Как обеспечивается ключевой режим работы выходного транзистора в двухкаскадном усилителе.  [49]

Главной особенностью ключевых режимов является неуправляемость коллекторного тока транзистора. Такие режимы работы транзистора используются в импульсных устройствах промышленной электроники.  [50]

Другое преимущество ключевого режима состоит в том, что отпадает необходимость в мерах по стабилизации параметров триода. Положение соответствующих этому режиму двух рабочих точек от температуры практически не зависит.  [52]

Главной особенностью ключевых режимов является неуправляемость коллекторного тока транзистора. Такие режимы работы транзистора используют в импульсных устройствах промышленной электроники ( см. гл.  [53]

Работая в ключевом режиме, транзистор попадает также в состояние насыщения. Для описания процессов изменения заряда в насыщенном транзисторе нужно знать время жизни носителей тн.  [54]

Быстродействие в ключевом режиме определяется длительностью перехода из одного статического состояния в другое, при этом возможно ускорение этого перехода с помощью цепи управления без искажения передаваемой информации, которая содержится только в амплитуде выходного сигнала.  [55]

Возбуждение транзисторов обеспечивает ключевой режим работы каскада.  [57]

В отличие от обычных ключевых режимов характерной особенностью данного режима является отсутствие задержки заднего фронта импульса.  [58]

Страницы:      1    2    3    4

Падение напряжения на открытом транзисторе. Ключевой режим работы биполярных транзисторов

Транзисторная импульсная и цифровая техника базируется на работе транзистора в качестве ключа. Замыкание и размыкание цепи нагрузки — главное назначение транзистора, работающего в ключевом режиме. По аналогии с механическим ключом (реле, контактором), качество транзисторного ключа определяется в первую очередь падением напряжения (остаточным напряжением) на транзисторе в замкнутом (открытом) состоянии, а также остаточным током транзистора в выключенном (закрытом) состоянии.

Важность рассмотрения свойств транзисторного ключа для уяснения последующего материала вытекает из того, что путем изменения состояний транзистора в последовательной цепи с резистором и источником питания осуществляются, по сути дела, формирование сигналов импульсной формы, а также различные преобразования импульсных сигналов в схемах и узлах импульсной техники. Транзистор применяют также в качестве бесконтактного ключа в цепях постоянного и переменного токов для регулирования мощности, подводимой к нагрузке.

Основой всех узлов и схем импульсной и цифровой техники является так называемая ключевая схема — каскад на транзисторе, работающем в ключевом режиме. Построение ключевой схемы подобно усилительному каскаду. Транзистор в ключевой схеме может включаться с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Наибольшее распространение получила схема ОЭ. Этот вид включения биполярного транзистора и используется далее при рассмотрении ключевого режима его работы.

Рисунок 4.3 — Ключевая схема на транзисторе и графическое определение режимов открытого и закрытого состояний транзистора

Ключевая схема на транзисторе типа р-п-р показана на рисунке 4.3, а . Транзистор Т выполняет функцию ключа в последовательной цепи с резистором R K и источником питания.

Для удобства рассмотрения процессов в схеме в режимах открытого и закрытого состояний транзистора воспользуемся графоаналитическим методом, основанным на построении линии нагрузки а — б по постоянному току (рисунок 4.3, б ).

Линия нагрузки описывается соотношением U кэ = − (Е к − I к R к) и проводится так же, как для усилительного каскада. Точки пересечения линии нагрузки с вольт-амперными характеристиками транзистора определяют напряжения на элементах и ток в последовательной цепи.

Режим запирания (режим отсечки) транзистора осуществляется подачей на его вход напряжения положительной полярности (U вх > 0), указанной на рисунке 4.3, а без скобок. Под действием входного напряжения эмиттерный переход транзистора запирается (U бэ > 0) и его ток I э = 0. Вместе с тем через резистор R б протекает обратный (тепловой) ток коллекторного перехода I к0 . Режиму закрытого состояния транзистора соответствует точка М з (см. рисунок 4.3, б ).

Протекание через нагрузку теплового тока I к0 связано с тем, что транзистор в закрытом состоянии не обеспечивает полного отключения нагрузочного резистора R к от источника питания. Малое значение I к0 является одним из критериев выбора транзистора для ключевого режима работы.

Величину запирающего входного напряжения U вх. з an выбирают из расчета того, чтобы при протекающем через резистор R б тепловом токе было обеспечено выполнение условия:

U бэ = U вх. з an − I к0 R б > 0.

Напряжение U 6э для германиевых транзисторов составляет 0,5…2,0 В.

Режим открытого состояния транзистора достигается изменением полярности входного напряжения (U вх М о на линии нагрузки.

Определим необходимые условия для создания открытого состояния транзистора. С этой целью предположим, что при U вх I б увеличивается постепенно. Увеличению тока базы будет соответствовать увеличение тока коллектора и перемещение рабочей точки из положения М з вверх по линии нагрузки. Напряжение U кэ транзистора при этом постепенно уменьшается. До некоторого граничного значения тока базы I б.гр сохраняется известная пропорциональная зависимость между I к и I б.

Мы разбирались с основами усилителей, немного было сказано о том, что такое обратная связь и коэффициент усиления. Был приведен расчет схемы на операционном усилителе. Теперь мы готовы заглянуть чуть глубже, чтобы понять основы основ.

Транзистор можно представить в виде переменного сопротивления. Положение регулятора зависит от тока подаваемого на базу. Если ток не подается, сопротивление перехода коллектор-эмиттер очень большое. При подаче на базу небольшого тока, сопротивление переменного резистора уменьшится, и по цепи К-Э потечет ток в h31 раз больше тока базы. h31 это величина коэффициента усиления транзистора, находится по справочнику.

Если ток базы постепенно увеличивать, то сопротивление перехода будет постепенно уменьшаться, до тех пор пока не станет близким к нулю. В этот момент транзистор будет полностью открыт, именно этот режим мы и рассматривали в статье про подключение нагрузки при помощи транзистора.

На этот раз нас интересует промежуточное состояние, так как вход и выход взаимосвязаны, то сигнал на выходе будет являться копией входного, но усиленный в несколько раз. Теперь разберемся с усилением. Дело в том, что h31, имеет довольно большой разброс для одного типа транзистора может находиться в пределах от 400 до 1000. Так же, он зависит от температуры. Поэтому, существует типовая схема усиления, которая учитывает все эти недостатки. Но для общего развития стоит рассказать какие они вообще бывают.

Вспомним что мы представляли усилитель, как черный ящик — две ножки вход и две выход. В случае с транзистором, одна из ножек будет постоянно общей для входа и для выхода. В зависимости от этого транзистор может быть включен по схеме с общем базой, с общим коллектором и общим эмиттером.

Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки. Наша цель рассмотреть включение по схеме с общим эмиттером, потому что данная схема позволяет усилить и ток, и напряжение.

На самом деле, информации с расчетом схемы с общим эмиттером в интернете полно, но на мой взгляд, она не годится для человека, который с трудом представляет себе как выглядит транзистор. Здесь мы будет рассматривать максимально упрощенный вариант, который позволит получить весьма приближенный, но, нам мой взгляд, понятный результат. Поэтому постараемся шаг за шагом разложить все по полочкам.

Реальный транзистор имеет несколько особенностей, которые нужно учитывать при разработке схемы. Например, если сигнал маленькой амплитуды подать на базу, то на выходе ничего не будет — транзистор просто напросто не откроется. Для того, чтобы на выходе появился сигнал, его нужно приоткрыть, т.е. подать на базу напряжение смещения, порядка 0,7В. Обычно это напряжение подается при помощи делителя напряжения. На номиналы резисторов пока не обращаем внимание, расчет будет чуть дальше.

Следующий момент, когда транзистор будет открываться, то по цепи коллектор-эмиттер потечет ток, причем когда транзистор будет полностью открыт, то ток будет ограничен только источником питания. Поэтому транзистор может сгореть. Величина максимального тока приводится в справочнике, поэтому для ограничения тока в цепь коллектора ставится токоограничивающий резистор (как для светодиода).

Осталось добавить резистор в цепь эмиттера. Смысл его в том, что когда под влиянием окружающей температуры напряжение на выходе изменяется, изменяется и ток коллектора. Так как ток коллектора и эмиттера одинаков, то и на эмиттерном резисторе изменяется напряжение. Напряжение базы и эмиттера связаны формулой U бэ = U б – U э. получается, что если на выходе напряжение увеличилось, то на базе оно уменьшится, при этом транзистор призакроется и наоборот. Таким образом транзистор сам себя регулирует, не давая напряжению изменяться под действием внешних факторов, т.е. эмиттерный резистор играет роль отрицательной обратной связи.

Вспомним, что коэффициент усиления находится в довольно большом диапазоне. Поэтому эмиттерный резистор, кроме того, за счет обратной связи, позволяет контролировать величину коэффициента усиления схемы. Отношение сопротивления коллекторного резистора к эмиттерному, примерно, является коэффициентом усиления Ku.

Любой источник сигнала имеет свое внутреннее сопротивление, поэтому для того чтобы ток от внешнего источника VCC не протекал через источник V1 ставят блокировочный конденсатор С1. В итоге мы получили схему усилителя с общим эмиттером.

Чтобы не было искажения сигнала, на базу необходимо подавать напряжение смещения, т.е. транзистор должен быть постоянно приоткрыт, поэтому даже при отсутствии сигнала на входе, по цепи коллектор-эмиттер постоянно будет протекать ток. Этот ток называется ток покоя, его рекомендуемая величина 1-2мА. Остановимся на 1мА.

Теперь нужно выбрать резисторы R3 и R4, Их величина будет определять ток покоя, но необходимо учесть, что транзистор не сможет усиливать напряжение ниже 0,7В, поэтому сигнал на выходе обычно колеблется относительно некоторой точки, в качестве которой обычно выбирают половину напряжения питания. Поэтому половина напряжения должна падать на этих резисторах, а вторая половина будет падать на транзисторе.

R3+R4 = (Uпит/2)/Iк = 2,5В/0,001 = 2,5кОм.
Требуемый коэффициент усиления 10, т.е. R3 должен быть больше R4 в 10 раз. Исходя из этого есть два условия:
R3+R4=2500
R3=10*R4

Подставим в первую формулу второе выражение
10R4+R4=2500
11R4=2500
R4=227 Ом ближайший реально существующий номинал 220 Ом
R3=10*R4=2270 ближайший номинал 2,2кОм

Пересчитаем напряжение средней точки на выходе, с учетом выбранных резисторов:
Uк=Uпит-(Rк*Iк)=5-2,2*0,001=2,8В

Теперь нужно вычислить ток базы, для транзистора BC547C h31min=420
Iб=(Uпит/(Rк+Rэ))/h31=(5/(2200+220))/420=0,00000492А

Ток делителя R1,R2 должен быть в 5-10раз больше тока базы, для того, чтобы не оказывать на него влияния
Iд=Iб*10=0,0000492А

Рассчитаем общее сопротивление делителя R1,R2
R12=Uпит/Iд=5/0,0000492=101 692 Ом

Напряжение Uбэ типовое для всех транзисторов, находится в пределах 0,55-0,7В. По знакомой формуле вычисляем напряжение на базе:
Uб=Uэ+Uбэ=0,22+0,66=0,88В

Отсюда вычислим сопротивление R2:
Rб2= (Rб1+Rб2)*Uб/Eп=(101*0,88)/5=17 776 или 18кОм по номинальному ряду

Из их суммы R1,R2 можно найти R1
R1=R12-R2=101-18=83кОм или 82кОм из существующих

Остался только блокировочный конденсатор, его величина должна быть больше
C>>1/2*pi*f*R2||R1 f — нижняя граница усиливаемой частоты, возьмем 20Гц
С=1/(6,28*20*82000)=0,09мкФ, можно поставить 0,47мкФ

В результате мы получили следующую схему:

Как видно выходной вольтметр показывает 432мВ, т.е. коэффициент усиления схемы получился Кu=432/50~8,5. Чуть меньше ожидаемого, но в целом неплохо. И еще один момент, на графиках видно, что сигнал, как уже говорилось, смещен относительно нуля, убрать постоянную составляющую можно поставив на выход конденсатор. Так же обратите внимание, что усиленный сигнал смещен относительно входного на 180 градусов.

Страшное слово — Транзистор

Ну вот, собственно, миновав семь скучных и бесполезных глав о всякой муре =), мы дошли-таки до самого интересного и захватывающего. До транзистора.

Современная электроника не смогла бы существовать, если бы не этот элемент! Ведь даже самая навороченная микросхема, где-то в глубине своей силиконовой души состоит из тех же самых транзисторов. Только — очень маленьких.

Транзистор — это усилительный элемент. Он усиливает слабую энергию подаваемого на него сигнала за счет энергии дополнительного источника питания.

Поясняю. Все мы ездили хоть раз на поезде, на электричке или, хотя бы, на трамвае. Когда поезд тормозит, всегда слышно характерное шипение. Это работает пневматический привод тормозов. Иными словами, сжатый воздух идет от бака к тормозам. Тормозные колодки подключены к поршню. Когда на поршень начинает давить сжатый воздух — поршень движется вперед и прижимает колодки плотно к колесу. Поезд тормозит… А отчего воздух начинает поступать на поршень? Вероятно, так хочет машинист. Он открывает у себя в кабине вентиль, и воздух идет. Все до неприличия просто!

Небольшая поясняющая картинка:

Теперь зададимся вопросом, а смог бы машинист остановить поезд, если бы тормозной рычаг был непосредственно связан с тормозными колодками? Наверно, нет. Каким бы качком он не был, остановить поезд человеку не под силу. А сжатый воздух делает это запросто, достаточно лишь открыть вентиль.

Посмотрим, что получилось: машинист тратит маленькую энергию на то, чтоб нажать тормозной рычаг. Открывается клапан, и мощный поток сжатого воздуха, с много большей энергией, прижимает тормозные колодки. То есть, клапан можно назвать усилительным элементом, который усиливает слабую энергию, затрачиваемую человеком за счет сильной энергии сжатого воздуха.

Смею Вас заверить, в транзисторе все абсолютно так же. Только через него проходит не сжатый воздух, а электрический ток. У транзистора три вывода: коллектор, эмиттер и база.

Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (Iк), между базой и эмиттером — слабый управляющий ток базы (Iб). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы, так же как и напор сжатого воздуха зависит от того, насколько открыт клапан. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается h31э . У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.

Итак, коэффициент усиления по току — это отношение коллекторного тока к току базы:

h31э = Iк / Iб

Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:

Iк = Iб * h31э

Рисуем схему.

В этой схеме транзистор управляет яркостью свечения лампочки. Иными словами, он регулирует ток, протекающий через лампочку. Поскольку лампочка подключена к коллектору транзистора, то и ток, текущий через нее является током коллектора.

Управляющий ток базы ограничивается резистором R1. Зная этот ток и коэффициент усиления транзистора (h31э), можно легко узнать ток коллектора. С другой стороны, зная, какой нам нужен ток коллектора, мы всегда можем вычислить ток базы и подобрать соответствующий резистор.

Немножко посчитаем:)

.

Пусть наша лампочка кушает ток 0,33 А,
а транзистор имеет h31э = 100.
Какой нужен ток базы, чтобы лампочка горела в полный накал?
И каким при этом будет сопротивление R1?

Полный накал — это когда ток потребления равен номинальному.
Номинальный — 0,33 А. Таким образом, необходимый ток коллектора — 0,33 А.
Ток базы должен быть меньше коллекторного в h31э раз. То есть — в 100 раз. То есть, он должен быть равен 0,33/100 = 0,0033А = 3,3 мА.
Ура, решили!!!

Ключевой режим работы транзистора

Транзисторная импульсная и цифровая техника базируются на работе транзистора в качестве ключа. Замыкание и размыкание цепи нагрузки – главное назначение транзистора, работающего в ключевом режиме. По аналогии с механическим ключом, качество транзисторного ключа определяется остаточным напряжением на транзисторе в замкнутом (открытом) состоянии и остаточным током через транзистор в выключенном (закрытом) состоянии.

Кроме того, транзисторный ключ должен быть быстродействующим, обеспечивать усиление сигнала по напряжению и мощности, т. к. при передаче информации от элемента к элементу теряется энергия информационного сообщения, а также должен обеспечивать инверсию сигнала, т. к. функционально полный набор логических функций включает инверсию. Поэтому схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ), обеспечивающая инверсию входного сигнала, является наиболее предпочтительной.

На рис. 3.7, а приведена схема ключа на биполярном транзисторе с ОЭ, а на рис. 3.7, б – его выходные характеристики. Зависимость напряжения на коллекторе Uк от тока коллектора в соответствии со вторым законом Кирхгофа описывается следующим выражением:

(3.18)

Это выражение представляет собой уравнение прямой линии и называется нагрузочной прямой по постоянному току. Как известно, любая прямая строится по двум точкам: вначале полагают, что Uк = 0 и находят Iк: Iк = E/Rк. Затем полагают, что Iк= 0, и находят Uк = E. На выходных характеристиках транзистора (рис. 3.7, б) нагрузочная прямая обозначена точками а – б. При работе в ключевом режиме транзистор VT находится в двух крайних режимах: насыщенияи отсечкии выполняет роль ключа в последовательной цепи с резистором Rк и источником питания Е. В качестве входных сигналов обычно используются прямоугольные импульсы.

Рис. 3.7. Транзисторный ключ:

а– схема; б–выходные характеристики транзистора

Для перехода из линейного режима в режим насыщения необходимо увеличивать ток базы до тех пор, пока обратное напряжение на коллекторе не понизится до такого значения, при котором произойдет отпирание коллекторного перехода. Это происходит потому, что увеличение тока базы i_б приводит к увеличению тока коллектора i_к. В результате увеличивается падение напряжения на резисторе Rки уменьшится напряжение на участке коллектор – эмиттер транзистора U_кэ. Условием насыщения транзистора является равенство нулю напряжения :

(3.19)

При этом U_кэ = U_бэ, коллектор, как и эмиттер, инжектирует носители тока в базу. База «наводнена» носителями, отсюда и название режима – режим насыщения. Выполнение условия Uкб = 0 называют граничным режимом, так как он характеризует переход транзистора из линейного режима в режим насыщения. При глубоком насыщении Uкб > 0. В базе протекает избыточный ток. Глубину насыщения транзистора характеризуют коэффициентом насыщения, который определяют как отношение тока базы транзистора в насыщенном режиме к току в граничном режиме:

(3.20)

При глубоком насыщении транзистора в базе накапливается большое количество неосновных носителей, которые задерживают выключение транзистора по окончанию импульса, т. е. влияют на его быстродействие. Параметром для характеристики режима насыщения транзистора в справочнике приводится сопротивление насыщения , которое определяется наклоном выходной вольт-амперной характеристики транзистора в режиме насыщения:

. (3.21)

У маломощных транзисторов величина от 20 до 60 Ом [12].

При токах мА величина U_кэ._нне превышает 0,4 В. Поскольку в режиме насыщения напряжение U_кэ.ндостаточно малое, то в этом режиме транзистор выполняет роль замкнутого ключа, как показано на рис. 3,8 а.

Рис. 3.8. Представление логической переменной в виде ключа:

Узнать еще:

Ключевой режим работы полевого транзистора

Применение полевого транзистора в качестве ключа. (10+)

Полевой транзистор — силовой ключ

Материал является пояснением и дополнением к статье:
Полевой транзистор
Полевой транзистор. Определение. Обозначение. Классификация

Как я уже писал полевой транзистор, как усилительный элемент никуда не годится. Но есть область, для которой полевые транзисторы подходят практически идеально. Это силовые устройства, где необходимо замыкать и размыкать силовые цепи постоянного тока. Это импульсные источники питания, регуляторы мощности потребителей постоянного тока, автоматика.

Полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление постоянному току, что является неоспоримым преимуществом при относительно редком переключении. Расход энергии на управление полевиком в этом случае минимален. Если переключаться надо часто, то в дело вступают емкости затвор — исток и затвор — сток. На их зарядку нужно тратить энергию. Так что по мере роста частоты переключений расход энергии растет, и у полевого транзистора появляются конкуренты, например, биполярные. Но есть еще одно ключевое преимущество — отрицательный температурный коэффициент при большом токе нагрузки. Этот эффект проявляется в том, что по мере нагрева при большом токе стока сопротивление полевого транзистора нарастает. С одной стороны это позволяет соединять полевые транзисторы параллельно без всяких проблем. Токи в них быстро выравниваются самостоятельно, без всякого нашего участия. С другой стороны цельный мощный полевой транзистор можно представить, как соединенные параллельно маломощные (такие полосочки токопроводящего канала полевика). Сила тока в этих полосочках при прогреве выравнивается, так что полевой транзистор проводит ток по всему сечению канала равномерно. Это обуславливает способность полевых транзисторов работать при больших токах. Например, биполярный транзистор имеет положительный температурный коэффициент. Если в какой-то части кристалла появляется большая проводимость, чем вокруг, то это место прогревается сильнее, туда устремляется все больший ток. Итак до прогорания.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Управляющее напряжение мощного ключа на полевом транзисторе

Чтобы минимизировать потери силового ключа на электропроводимость, необходимо, чтобы падение напряжения на открытом ключе было минимальным. Для этого нужно правильно выбрать открывающее напряжение. Тут есть некоторая путаница, которая нередко является причиной ошибок. Нам необходим режим, когда падение напряжения на силовом ключе зависит только от внешних причин (силы тока через него), а не от напряжения на затворе. Похожий режим у биполярного транзистора (когда ток базы столь велик, что падение напряжения на транзисторе уже не зависит от него), называется режимом насыщения. Но если Вы посмотрите описание работы полевого транзистора, такой режим будет соответствовать линейному участку, а вовсе не участку насыщения.

На этом участке сопротивление полевого транзистора (fet) обратно пропорционально управляющему напряжению. Так что теоретически, чем больше управляющее напряжение, тем меньше сопротивление, а значит потери. Однако, есть предельно допустимое напряжение затвор — исток, которое никак нельзя превышать во избежание пробоя. Так что обычно управляющее напряжение силового ключа выбирается вблизи предельно допустимого, но с запасом на скачки вследствие переходных процессов. Имеет смысл выбирать управляющее напряжение 3 / 4 от максимально допустимого. 2

Обратите внимание, в формуле используется сила тока в открытом состоянии, а не средняя сила тока. Так как зависимость мощности от силы тока квадратичная, то простое усреднение неприменимо. Полученная величина в сумме с потерями на переключение не должна превышать максимально допустимую рассеиваемую мощность полевого транзистора с учетом системы его охлаждения. В справочниках приводится максимальная мощность при условии идеального охлаждения. Чтобы точно оценить достаточность мощности силового транзистора, нужно рассчитать потери на переключение. Об этом будет отдельная статья. Подпишитесь на новости, чтобы не пропустить.

Кроме того, нам важно знать максимально допустимый импульсный ток и максимально допустимую периодически выделяемую энергию. Действительно, если у Вас транзистор открывается на очень короткое время, то средняя рассеиваемая мощность будет невелика, но импульсный ток может превысить допустимые значения. Если время в открытом состоянии среднее, то и мощность и максимально допустимый импульсный ток могут быть в норме, но может зашкалить импульсно выделенная энергия. 2

Вообще эти расчеты довольно замысловатые. Я обычно, если нет каких-то особых требований по габаритам устройства и применяемым элементам, применяю простое соображение. Средний ток не должен превышать максимально допустимый постоянный ток в открытом состоянии, а максимально возможный импульсный ток не должен превышать удвоенную эту величину.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Я собрал уже вторую схему Алмаг 1. При включении выходные ирф640 мгновенно сильно нагреваются под нагрузкой катушек магнитов. Без катушек нагрева нет, а в телефоне поставленном вместо магнита слышен низкочастотный треск работающего генератора. В деталях и монтаже брака не обнаружил. Пожалуйста объясните в чем может быть причина и как устранить устранить нагрев. Первый вариан Читать ответ.

Плавная регулировка, изменение яркости свечения светодиодов. Регулятор.
Плавное управление яркостью свечения светодиодов. Схема устройства с питанием ка.

Зарядное устройство. Импульсный автомобильный зарядник. Зарядка аккуму.
Схема импульсного зарядного устройства. Расчет на разные напряжения и токи.

Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида.
Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при.

Пушпульный импульсный преобразователь напряжения, источник питания. Вы.
Как выбрать частоту работы контроллера и скважность для пуш-пульного преобразова.

Оптроны, оптопары тиристорные, динисторные. MOC3061, MOC3062, MOC3063.
Описание и параметры MOC3061, MOC3062, MOC3063. Применение в тиристорных схемах .

Обратноходовый импульсный преобразователь напряжения, источник питания.
Как сконструировать обратноходовый импульсный преобразователь. Как выбрать часто.

Источник: gyrator.ru

Режимы работы и схемы включения полевых транзисторов

Анализируя возможность использования полевых транзисторов для усиления электрических сигналов мы ограничивались только одним частным случаем подачи на электроды транзистора определенных напряжений и не рассматривали некоторые достаточно важные физические процессы в полупроводниках. Но помимо уже описанной ситуации возможны и другие, приводящие, например, к протеканию в канале тока не от истока к стоку, а наоборот — от стока к истоку и т.п.

В общем случае для полевого транзистора, так же как и для биполярного, возможны различные устойчивые состояния (режимы работы). Они отличаются друг от друга тем, в каком состоянии находится канал, соединяющий исток и сток транзистора, а также направлением тока, протекающего в канале. В полевых транзисторах дополнительно принято классифицировать также режим воздействия затвора на канал (стимулирует или подавляет протекание тока в нем).

Ниже при описании режимов работы полевых транзисторов мы применим ту же терминологию, какая используется для биполярных транзисторов. Однако следует понимать, что в полевых транзисторах физические процессы протекают иначе и зачастую нельзя однозначно утверждать, что транзистор находится в таком-то режиме без некоторых уточнений. Например, в нашей транскрипции активный режим и режим насыщения могут существовать одновременно независимо друг от друга.

Активный режим — соответствует случаям, рассмотренным при анализе усилительных свойств полевых транзисторов. Именно в активном режиме транзистор наилучшим образом проявляет свои усилительные свойства. Часто такой режим называюют основным, усилительным или нормальным (на усилительные свойства полевого транзистора также оказывает влияние состояние канала, а именно находится ли он в режиме насыщения — см. ниже). При рассмотрении полевых транзисторов мы практически всегда (за исключением ключевых схем) имеем дело с активным режимом, но здесь имеется одна тонкость, о которой также часто говорят как о режиме работы транзистора (или как о режиме работы затвора). В различных видах полевых транзисторов и при различных внешних напряжениях затвор может оказывать два вида воздействий на канал: в первом случае (например, в полевых транзисторах с управляющим (p)-(n)-переходом при напряжениях на электродах, соответствующих рис. 2-1.5) он препятствует протеканию тока через канал, уменьшая число носителей зарядов, проходящих через него (такой режим называют режимом обеднения канала), во втором случае (например, в МДП-транзисторах с индуцированным каналом, включенных в соответствии с рис. 2-1.7) затвор, наоборот, стимулирует протекание тока через канал, увеличивая число носителей зарядов в потоке (режим обогащения канала). Часто просто говорят о режиме обеднения и режиме обогащения. Заметим, что МДП-транзисторы с индуцированным каналом могут находиться в активном режиме только в случае режима обогащения канала, а для МДП-транзисторов со встроенным каналом это может быть и режим обогащения, и режим обеднения. В полевых транзисторах с управляющим (p)-(n)-переходом попытка приложить прямое смещение на этот переход вызывает его открытие и протекание существенного тока в цепи затвора. Реальные процессы в транзисторе в этом случае сильно зависят от его конструкции, практически никогда не документируются и трудно предсказуемы. Поэтому говорить о режиме обогащения для полевых транзисторов с управляющим переходом не принято да и просто бессмысленно.

Инверсный режим — по процессам в канале противоположен активному режиму, т.е. поток носителей зарядов в канале протекает не от истока к стоку, а наоборот — от стока к истоку. Для инверсного режима требуется только изменение полярности напряжения на канале, полярность напряжения на затворе остается неизменной. В таком режиме транзистор также может использоваться для усиления. Обычно из-за конструктивных различий между областями стока и истока усилительные свойства транзистора в инверсном режиме проявляются хуже, чем в режиме активном. Впрочем, в некоторых видах МДП-транзисторов конструктивная ассиметрия минимальна, что приводит к симметричности выходных статических характеристик такого транзистора относительно изменения полярности напряжения сток—исток. Данный режим практически никогда не используется в усилительных схемах, но для аналоговых переключателей на полевых транзисторах он оказывается полезен. Однако здесь есть одна ловушка, в которую довольно легко попасть начинающему. Дело в том, что в большинстве МДП-транзисторов (особенно в мощных) производители соединяют подложку с истоком внутри корпуса прибора, что фактически означает, что в этих транзисторах между истоком и стоком имеется диод который не позволяет подавать на переход исток—сток инверсное напряжение, превышающее прямое падение напряжения на этом диоде, т.е. инверсный режим в таком транзисторе попросту невозможен. Вообще, в случае полевых транзисторов о режиме работы вспоминают гораздо реже, чем для биполярных. Дело здесь в том, что каждый конкретный тип полевого транзистора имеет конструкцию строго ориентированную на выполнение какой-то конкретной функции (усиление слабых сигналов, ключ и т.п.), все документируемые параметры транзистора в этом случае характеризуют его работу именно в основном режиме при выполнении предназначенной функции. Поэтому имеет смысл говорить просто о нормальном режиме работы, когда все соответствует документации, или о ненормальном, который в документации просто не предусмотрен (да и вряд ли кому-то понадобиться использовать его в схемах).

Режим насыщения — характеризует состояние не всего транзистора в целом, как это было для биполярных приборов, а только токопроводящего канала между истоком и стоком. Данный режим соответствует насыщению канала основными носителями зарядов. Такое явление как насыщение является одним из важнейших физических свойств полупроводников. Оказывается, что при приложении внешнего напряжения к полупроводниковому каналу, ток в нем линейно зависит от этого напряжения лишь до определенного предела (напряжение насыщения), а по достижении этого предела стабилизируется и остается практически неизменным вплоть до пробоя структуры. В приложении к полевым транзисторам это означает, что при превышении напряжением сток—исток некоторого порогового уровня оно перестает влиять на ток в цепи. Если для биполярных транзисторов режим насыщения означал полную потерю усилительных свойств, то для полевых это не так. Здесь наоборот, насыщение канала приводит к повышению коэффициента усиления и уменьшению нелинейных искажений. До достижения напряжением сток—исток уровня насыщения ток через канал линейно увеличивается с ростом напряжения (т.е. ведет себя так же, как и в обычном резисторе). Автору неизвестно какого-либо устоявшегося названия для такого состояния полевого транзистора (когда ток через канал идет, но канал ненасыщен), будем называть его режимом ненасыщенного канала (он находит применение в аналоговых ключах на полевых транзисторах). Режим насыщения канала обычно является нормальным при включении полевого транзистора в усилительные цепи, поэтому в дальнейшем при рассмотрении работы транзисторов в схемах мы не будем делать особого акцента на этом, подразумевая, что между стоком и истоком транзистора присутствует напряжение, достаточное для насыщения канала.

Режим отсечки — режим, в котором ток через канал полевого транзистора не протекает. Переход полевого транзистора в режим отсечки происходит по достижении напряжением на затворе определенного порога (напряжение отсечки). В полевых транзисторах с управляющим (p)-(n)-переходом это имеет место при постепенном увеличении обратного смещения на перереходе, а в МДП-транзисторах со встроенным каналом при увеличении разности потенциалов между истоком и затвором при условии работы в режиме обеднения канала. В МДП-транзисторах с индуцированным каналом режим отсечки имеет место при нулевой разности напряжений между истоком и затвором, а по достижении напряжения отсечки (или порогового напряжения) канал открывается. Поскольку выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю, он используется в ключевых схемах и соответвует размыканию транзисторного ключа.

Помимо режима работы для эксплуатации полевых транзисторов имеет значение то, каким образом транзистор включен в каскад усиления (как поданы питающие напряжения на его электроды, в какие цепи включены нагрузка и источник сигнала). Так же как и для биполярных транзисторов, здесь различают три основных способа (рис. 2-1.8): схема с общим истоком (ОИ), схема с общим стоком (ОС) и схема с общим затвором (ОЗ).

Рис. 2-1.8. Схемы включения полевых транзисторов (направления токов соответствуют активному режиму работы)

Для полевых транзисторов полностью сохраняется понятие класса усиления в том же виде, в каком оно описано в подразделе Классы усиления для биполярных транзисторов. Отличие лишь в том, что критерием нахождения транзистора в режиме усиления здесь служит наличие потока зарядов через канал от истока к стоку.

Источник: www.club155.ru

Транзистор полевой

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

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

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

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

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

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

«Полевик» с изолированным затвором и индуцированным каналом

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

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

Обратный диод

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

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

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

Рис.2. Паразитные элементы в составе полевого транзистора.

Основные преимущества MOSFET

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

Основные характеристики MOSFET

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

Что еще нужно знать про полевой транзистор?

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

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

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

Vgs – управляющее напряжение, Vg-Vs. Если измерять относительно общего минуса, то: для n канального Vgs>0, для p канального Vgs

Схема включения MOSFET

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

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

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

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

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

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

МОП транзис торы, используемые в цифровой электронике, делятся на два типа.

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

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

Другие популярные статьи

MacBook не включается. Что делать?

Читателей за год: 9213

Пожалуй одна из самых распространенных неисправностей, заявленная клиентами при сдаче в ремонт своего MacBook — не включается. В этой заметке рассмотрим следующие вопросы.

Типовые неисправности MacBook Pro A1398

Читателей за год: 8519

МасBook Pro Retina A1398 появился в середине 2012 года. С 2012 года было выпущено 5 платформ A1398 и с десяток комплектаций. К сожалению, все модели имеют типовые неисправности.

Проблемы с видео в MacBook и их лечение

Читателей за год: 6744

В нашу мастерскую часто попадают MacBook’и с неисправностью графического процессора (он же видеокарта, видеоускоритель, видеочип). Некоторые проблемы решаются софтовым путем — настройка или переустановка системы. В большинство же случаев требуются вмешательство на уровне «железа» — компонентный ремонт — замена чипа на паяльной станции.

Оставить комментарий

Что делать если Mac не включается? (видео) Новое в блоге Поломки iMac. Часть 4. Неисправность видеокарты iMac 10 октября 2019 г. Цены на iPhone резко растут, говорят аналитики. Или нет? 7 октября 2019 г. В США и ЕС запретили перевозить в самолётах MacBook Pro 2015 года из-за дефекта батареи 27 сентября 2019 г. Список расширенных программ замены и ремонта MacBook от Apple 24 сентября 2019 г. MacBook не грузится дальше «яблока» после обновления macOS Mojave 10.14.5 7 июня 2019 г. Проверить статус заказа

Введите номер телефона, указанный в заказе:

Источник: www.macmachine.ru

Полевые транзисторы: описание, режимы работы

Полевые транзисторы – это активные полупроводниковые элементы, в которых управление выходным током осуществляется при помощи изменения электрического поля. В обычных, биполярных, транзисторах управление происходит с помощью входного тока. Полевые транзисторы также называются униполярными, потому что в процессе прохождения электрического тока принимает участие всего один тип носителей. Существует два типа полевых транзисторов: с изолированным затвором (в свою очередь, они делятся на приборы с встроенным и с индукционным каналом) и с управляемым переходом.

Описание и параметры

Полевые транзисторы состоят из истока (источника носителей тока), затвора (управляющего электрода), стока (электрода, в который стекаются носители). Затвор — это вывод полевого полупроводникового прибора, к которому подведено управляющее напряжение. Исток – это электрод, который предназначен для передачи в транзистор от устройства электропитания носителей заряда. Сток – вывод прибора, через который заряд покидает транзистор. Канал полевого транзистора – это область полупроводникового прибора, в которой происходит перемещение носителей заряда. Такие каналы бывают с электронной и дырочной проводимостью. Полевые транзисторы имеют следующие основные параметры:

— входное сопротивление — это отношение приращения разницы потенциалов «затвор – исток» к приращению тока в затворе;

— внутренне (выходное) сопротивление элемента – отношение приращения разницы потенциалов «сток — исток» к приращению величины тока в истоке при заданном значении напряжения «затвор — исток»;

— крутизна стокозатворной характеристики – отношение приращения величины тока в стоке к приращению разницы потенциалов «затвор — исток» при неизменном значении напряжения «сток — исток».

Ключевой режим работы транзистора

Ключевым считают такой режим работы полупроводникового прибора, при котором транзистор будет или полностью открыт, или полностью закрыт, промежуточные состояния отсутствуют. Мощность, выделяемая в элементе (статический режим), равна произведению протекающего через электроды «сток — исток» тока и разницы потенциалов между этими контактами. В режиме полного открытия (насыщения) полевого транзистора величина сопротивления между электродами «сток — исток» приближается к нулю. Значение мощности потерь в таком состоянии представляет собой произведение нуля на величину тока, и в результате мощность тоже равна нулю. В режиме полного закрытия прибора (режим отсечки) сопротивление между контактами «сток — исток» стремится к бесконечности. Значение мощности потерь в таком состоянии представляет собой произведение значения напряжения на нуль, в результате мощность снова равна нулю. Это в теории, а на практике, когда полупроводниковый полевой транзистор находится в полностью открытом состоянии, в приборе присутствует незначительное значение сопротивления «сток — исток». В закрытом же состоянии по электродам «сток — исток» протекают незначительные токи. В результате значение мощности потерь не равно нулю, но является ничтожно малым. В динамическом (переходном) режиме рабочая точка транзистора пересекает линейную область, значения тока в которой составляет половину максимальной величины тока стока; значение разницы потенциалов «сток — исток» также достигает половины величины максимального напряжения. Получается, что в переходном режиме транзистором выделяется значительная мощность потерь. Но длительность этого процесса намного меньше, чем длительность статического режима. Соответственно, КПД каскада полевого транзистора, находящегося в ключевом режиме, очень высок – 93/98 процентов. Приборы, которые работают в ключевом режиме, широко применяются в силовых преобразовательных устройствах, импульсных источниках, в выходных каскадах передатчиков.

Проверка полевого транзистора

Диагностика полевых приборов достаточно элементарна, понадобится стандартный мультиметр. Для проверки полевого транзистора N-канального типа выставляется измерительный прибор в режим прозвонки. Черным щупом касаемся подложки транзистора (стока), а красным — истока. Прибор покажет падение напряжения (около 500 мВ), значит, транзистор закрыт. После этого касаемся красным щупом затвора и снова возвращаемся на исток, теперь мультиметр покажет 0 мВ, значит, транзистор открыт. Теперь, если черным щупом коснуться затвора и снова вернуться на сток, то транзистор снова закроется. Проверка окончена, элемент исправен. Для проверки P-канального полевого прибора меняем полярность напряжения.

Источник: www.syl.ru

Ключевой режим работы полевых транзисторов

Читайте также:

1. I. Анализ результатов контрольной работы.
2. I. Анализ результатов самостоятельной работы.
3. I. Организация учащихся на выполнение работы.
4. I. Организация учащихся на выполнение работы.
5. I. Организация учащихся на выполнение работы.
6. I. Организация учащихся на выполнение работы.
7. I. Организация учащихся на выполнение работы.
8. I. Организация учащихся на выполнение работы.
9. I. Организация учащихся на выполнение работы.
10. I. Организация учащихся на выполнение работы.
11. I. Организация учащихся на выполнение работы.
12. I. Организация учащихся на проведение работы.

Ключевой режим работы полевых транзисторов широко используется в цифровых устройствах. Наиболее широко применяются транзисторы с индуцированным каналом, которые являются основным элементом МДП-транзисторных интегральных схем. На рис.32 показана схема ключа на транзисторе с индуцированным n-каналом и расположение рабочих точек на выходной характеристике.

На схеме рис.32а показана также емкость С_Н, на которую нагружена выходная цепь транзистора, которая определяет быстродействие ключа. В эту емкость кроме емкости нагрузки входит также емкость С_СП самого транзистора.

В точке A транзистор заперт, на затвор подано напряжение -8 – 10 -10 А, поэтому падением напряжения I_CR_C можно пренебречь и считать напряжение в этой точке равным E_C

Для отпирания ключа на затвор подается напряжение >U_ПОР. Это напряжение должно быть достаточно большим, чтобы остаточное напряжение было как можно меньше. Тогда рабочий ток открытого ключа (ток насыщения) определяется, как и у биполярного транзистора, внешними элементами схемы:

Рабочая точка B лежит на начальном, квазилинейном участке характеристики МДП-транзистора. Поэтому U_ост можно найти умножая ток насыщения (73) на сопротивление канала (63):

(75)

Инерционность МДП-транзисторных ключей обусловлена главным образом перезарядом емкостей, входящих в состав комплексной нагрузки. Инерционность канала, характеризуемую постоянной времени t_S (70), при необходимости можно учесть складывая t_S с постоянной времени перезаряда емкостей.

Переходные процессы в МДП-транзисторном ключе показаны на рис.33.

Пусть в исходном состоянии транзистор открыт и на нем падает небольшое остаточное напряжение. При поступлении запирающего напряжения ток в транзисторе уменьшается до нуля с весьма малой постоянной времени t_S – практически мгновенно. После запирания транзистора емкость С_Нзаряжается от источника питания E_C через резистор R_C с постоянной времени τ_С = R_C С_Н. Процесс заряда описывается простейшей экспоненциальной функцией:

Длительность фронта напряжения на уровне 0,9 E_C составляет

Заменив сопротивление R_C отношением E_C /I_СН, можно записать (76) в более общем виде:

Отпирание ключа и формирование среза импульса напряжения протекает несколько сложнее. После подачи отпирающего сигнала ток I_C практически мгновенно (с постоянной времени t_S) достигает значения, определяемого формулой (64):

Этим током начинает разряжаться емкость С_Н. По мере разряда емкости напряжение на стоке U_C уменьшается. До тех пор, пока оно остается больше напряжения насыщения U_НАС= —U_ПОР, транзистор работает на пологом участке характеристики и ток сохраняет значение I_C(0). Когда напряжение U_C становится меньше U_НАС, ток I_C начинает падать, стремясь в пределе к значению I_СН. Длительность среза положительного импульса оказывается значительно меньше длительности фронта. Для расчетов принята приближенная формула

Содержание задач контрольной работы

По заданным статическим характеристикам биполярного транзистора (Приложение1, рис.П.1, П.2, П3) и табличным высокочастотным параметрам (Приложение 2, табл.1) выполнить следующие расчеты в заданной рабочей точке:

а) рассчитать низкочастотные малосигнальные h-параметры и построить эквивалентную схему прибора на низкой частоте;

б) рассчитать параметры физической эквивалентной схемы прибора на высокой частоте и построить ее для этой же рабочей точки.

По заданным статическим характеристикам биполярного транзистора (Приложение1, рис.П.4, П.5) выполнить следующие графо-аналитические расчеты для усилительного каскада:

а) построить линию нагрузки;

б) построить на характеристиках временные диаграммы токов и напряжений и выявить наличие или отсутствие искажений формы сигнала;

в) рассчитать для линейного (мало искажающего) режима входное сопротивление, а также коэффициенты усиления по току K_i, напряжению K_u и мощности K_p. Найти полезную мощность в нагрузке и мощность P_K, рассеиваемую в коллекторе.

По заданным статическим характеристикам полевого транзистора (Приложение 1, рис.П.6, П.7) выполнить следующие графо-аналитические расчеты для усилительного каскада:

а) построить линию нагрузки;

б) построить на характеристиках временные диаграммы токов и напряжений и выявить наличие или отсутствие искажений формы сигнала;

в) рассчитать для линейного (мало искажающего) режима коэффициент усиления по напряжению K_u.. Найти полезную мощность в нагрузке и мощность P_С, рассеиваемую в транзисторе.

По заданным статическим характеристикам полевого транзистора (Приложение1, рис.П.6, П.7) и табличным высокочастотным параметрам (Приложение 2, табл.2) выполнить следующие расчеты в заданной рабочей точке:

а) рассчитать низкочастотные дифференциальные параметры,

б) рассчитать параметры физической эквивалентной схемы прибора на высокой частоте и построить ее для этой же рабочей точки,

в) найти граничную частоту крутизны и рассчитать активную и реактивную части входной проводимости на граничной частоте.

По заданным статическим характеристикам биполярного транзистора (Приложение 1, рис.П.1, П.2, П3) выполнить следующие графо-аналитические расчеты для электронного ключа:

а) построить линию нагрузки;

б) рассчитать остаточное напряжение открытого ключа, считая инверсный коэффициент передачи тока базы Β_i=1, степень насыщения S=2÷5, сравнить со значением, найденным по характеристике, определить омическое сопротивление коллектора;

в) определить мощность, потребляемую входной цепью, мощность P_K, рассеиваемую в коллекторе, и сопротивление открытого ключа.

По заданным статическим характеристикам полевого транзистора (Приложение 3, рис.П.7, П.8) выполнить следующие графо-аналитические расчеты для электронного ключа:

а) построить линию нагрузки;

б) рассчитать остаточное напряжение открытого ключа, сравнить со значением, найденным по характеристике,

в) определить мощность, потребляемую замкнутым ключом P, и мощность P_тр, рассеиваемую в открытом транзисторе;

г) определить длительность фронта и среза выходного импульса при емкости нагрузки С_Н=5пФ.

Выбор варианта задания

Студенты, имеющие нечетную предпоследнюю цифру номера зачетной книжки, выполняют задачи 1,3,5. Студенты, имеющие четную цифру, – задачи 2,4,6. Исходные данные к решаемым задачам определяется из таблиц 1 и 2 Приложения 3 по двум последним цифрам номера зачетной книжки

Дата добавления: 2014-11-29 ; Просмотров: 1740 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник: studopedia.su

SiC MOSFET 1700 В как ключевой элемент вспомогательных источников питания

19 февраля

Александр Русу (г. Одесса)

Ключевыми особенностями высоковольтных SiC MOSFET Wolfspeed являются малое сопротивление канала в открытом состоянии и минимальное значение паразитных емкостей, что позволяет максимально снизить статические и динамические потери, и, соответственно, увеличить рабочую частоту преобразователей.

Сфера использования преобразователей электрической энергии за последние несколько десятилетий значительно расширилась благодаря появлению солнечных и ветряных электростанций, электро- и гибридных автомобилей, промышленных систем для хранения энергии, интеллектуальных автоматизированных устройств, роботов и других приложений. Наибольшее распространение среди источников вторичного питания получили устройства на основе импульсных методов преобразования, обеспечивающие, по сравнению с преобразователями на основе других методов, наилучшее сочетание КПД, удельной мощности и стоимости.

Современный импульсный преобразователь состоит из двух основных частей: силовой части и схемы управления (рисунок 1). Непосредственное преобразование электрической энергии происходит в силовой части, содержащей мощные реактивные элементы: трансформаторы, дроссели и конденсаторы. Ключевой особенностью импульсных методов является преобразование электрической энергии небольшими порциями с промежуточным накоплением в одном или нескольких реактивных элементах, поэтому в состав силовой части также входят мощные полупроводниковые приборы, выполняющие необходимые коммутации. В отличие от неуправляемых схем, например, диодных выпрямителей, в силовой части импульсного преобразователя как минимум один из полупроводниковых приборов обязательно должен быть управляемым, даже если регулировка выходного напряжения не предусматривается его функциональностью.

Рис. 1. Структурная схема импульсного преобразователя электрической энергии

Наличие управляемых полупроводниковых приборов приводит к необходимости добавления дополнительных узлов: контроллера, отвечающего за формирование сигналов управления силовыми ключами, защиты силовой части, а также общего управления системой и драйверов, обеспечивающих согласование уровней всех сигналов. Кроме того, во время работы преобразователя в силовой части выделяется некоторое количество тепла, для удаления которого необходимо использовать системы охлаждения, в состав которых могут входить вентиляторы, также требующие энергии для своей работы.

Контроллеры импульсных преобразователей питаются стабильным напряжением, обычно не превышающим двадцати вольт. Поскольку в последнее время наблюдается переход на цифровые методы управления, то для питания этого узла все чаще выбирают одно из стандартных напряжений питания: 3,3 или 5 В.

Напряжение питания драйверов зависит от типа используемых полупроводниковых приборов. Для полевых транзисторов с логическими уровнями управления (LL MOSFET) оно может быть равно 3,3 или 5 В, для большинства кремниевых MOSFET и IGBT – 12…18 В, а вот для управления карбид-кремниевыми MOSFET или арсенид-галлиевыми HEMT может потребоваться двухполярное напряжение. Кроме того, затворы/эмиттеры транзисторов в силовой части могут иметь разные потенциалы, поэтому драйверы силовых ключей часто электрически изолируются от остальной схемы как по цепям питания, так и по цепям управления. Как правило, в силовой части мощных преобразователей используются специализированные (под конкретный тип транзисторов) модули, в состав которых уже входит отдельный изолированный источник питания. Поэтому на уровне системы драйверы обычно питаются от одной общей силовой шины с напряжением 12…15 В.

В системах охлаждения могут использоваться вентиляторы, рассчитанные на то напряжение питания, которое является наиболее удобным. В преобразователях небольшой мощности могут использоваться вентиляторы с рабочим напряжением 5 или 12 В, однако при большом количестве выделяемого тепла их производительность уже может оказаться недостаточной. В этом случае используют более мощные устройства с напряжением 24 В и выше.

Таким образом, для создания мощного вторичного источника питания необходим отдельный вспомогательный многоканальный источник питания (Auxiliary Power Supply) мощностью от 10 до 100 Вт, выходные каналы которого в общем случае должны быть изолированными как от входной силовой шины, так и друг от друга. Входное напряжение такого источника зависит как от мощности силовой части, так и от назначения преобразователя. В выпрямительных устройствах, рассчитанных на работу от промышленной сети, напряжение основной питающейся шины постоянного тока обычно находится в диапазоне 400…700 В, а для мощных солнечных инверторов или тяговых преобразователей электротранспорта оно может достигать 1000 В.

При столь больших величинах входных напряжений создание любого источника питания перестает быть тривиальной задачей, поэтому неудивительно, что многие ведущие производители электронных компонентов предлагают свои варианты решения этого вопроса. В данной статье речь пойдет о решениях для вспомогательных источников питания на базе SiC компонентов, предлагаемых компанией Wolfspeed.

Особенности построения вспомогательных источников питания

В общем случае многоканальный источник питания с гальванической развязкой входных и выходных цепей можно построить по любой схеме, содержащей индуктивные элементы с изолированными обмотками. В эту категорию автоматически попадают все схемы преобразователей, содержащие трансформаторы: прямоходовая (Forward), двухтактная (Push-Pull), полумостовая (Half-Bridge) и мостовая (Full-Bridge) (рисунок 2). Ключевой особенностью трансформаторных схем является потенциальная возможность уменьшения общих габаритов устройства, поскольку не предназначенные для накопления энергии трансформаторы имеют намного меньшие массу и габариты, чем дроссели при тех же уровнях преобразуемой мощности.

Однако для эффективного использования трансформаторов необходимо обеспечить их работу в режиме знакопеременного магнитного потока, что требует введения в преобразователи дополнительного инвертора, преобразующего постоянное напряжение питающей шины в переменное. В противном случае, как, например, в прямоходовом преобразователе, магнитопровод трансформатора будет использоваться неэффективно, и выигрыш в массе и габаритных размерах будет не столь ощутим.

Рис. 2. Схемы преобразователей с двойным преобразованием

Однако трансформатор имеет фиксированный коэффициент передачи, поэтому для стабилизации выходного напряжения необходимо использовать дополнительный LC-фильтр, фактически являющийся преобразователем понижающего типа. Из-за этого все названные выше схемы классифицируются как преобразователи с двойным преобразованием энергии: вначале происходит грубое изменение трансформатором величины входного напряжения (на величину коэффициента трансформации), а затем – точное регулирование с помощью понижающего преобразователя на основе дросселя. Наличие двух ступеней преобразования повышает сложность и стоимость преобразователя и, при малых мощностях, увеличивает размеры системы, поэтому схемы с двойным преобразованием в преобразователях постоянного напряжения малой мощности (до 100 Вт) обычно не используют.

К схемам с однократным преобразованием, содержащим всего один индуктивный элемент, относятся понижающая (Buck), повышающая (Boost), инвертирующая (Buck-Boost) и обратноходовая (FlyBack) (рисунок 3). Понижающий и повышающий преобразователи являются наиболее компактными. В этих схемах количество электрической энергии, проходящей через магнитное поле дросселя, зависит от разницы напряжений между входом и выходом: чем меньше выходное напряжение отличается от входного, тем меньшего размера может быть дроссель. Однако такой выигрыш обеспечивается исключительно за счет электрической связи между входом и выходом, поэтому ни повышающая, ни понижающая схема принципиально не могут обеспечить гальваническую развязку.

Инвертирующая и обратноходовая схема работают по одинаковым принципам и имеют одинаковые массогабаритные и энергетические характеристики. Основным недостатком этих схем являются значительные размеры накопительного дросселя, поскольку через его магнитное поле проходит вся преобразуемая энергия. Для работы инвертирующего преобразователя, содержащего дроссель с единственной обмоткой, необходимо, чтобы полярность выходного напряжения была противоположна полярности входного, поэтому эта схема также принципиально не может обеспечить гальваническую развязку. Обратноходовой преобразователь имеет дроссель с несколькими обмотками, из-за чего его обычно называют трансформатором. Это позволяет электрически разделить пути протекания тока, потребляемого от источника питания, и тока, отдаваемого в нагрузку. Кроме того, добавив в дроссель несколько вторичных обмоток, можно сделать данный источник питания многоканальным.

Рис. 3. Схемы преобразователей с однократным преобразованием

Таким образом, обратноходовая схема наилучшим образом подходит для создания многоканальных изолированных источников питания малой мощности, обеспечивая отличное сочетание размеров и стоимости.{t_{КОН1}}{u_{1}(t)dt}\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}};$$

где u₁(t) – напряжение, прикладываемое к первичной обмотке; t_НАЧ1, t_КОН1 – время, соответственно, начала и конца первого этапа преобразования; N₁ – количество витков первичной обмотки.

Энергетическая емкость конденсатора С1 обычно намного больше энергетической емкости дросселя L1, поэтому можно считать, что напряжение на конденсаторе С1 на протяжении первого этапа постоянно и равно входному напряжению V_IN (u₁(t) = V_IN = const). Это позволяет записать формулу (1) в виде:

$$\Delta \Phi_{1}=\frac{V_{IN}}{N_{1}}\cdot t_{1};\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

где t₁ = t_КОН1 – t_НАЧ1 – длительность первого этапа преобразования.

Рис. 4. Принцип работы обратноходового преобразователя

На втором этапе транзистор VT1 закрыт, однако из-за наличия энергии в магнитопроводе дросселя на выводах его обмоток появляется ЭДС противоположной полярности.{t_{КОН2}}{u_{2}(t)dt}\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}};$$

где u₂(t) – напряжение, прикладываемое к вторичной обмотке; t_НАЧ2, t_КОН2 – время, соответственно, начала и конца второго этапа преобразования; N₂ – количество витков вторичной обмотки.

Энергетическую емкость выходного конденсатора C2, так же как и входного, выбирают такой, чтобы за время второго этапа преобразования напряжение на нем не успевало сильно измениться. Поэтому обычно считают, что на протяжении второго этапа преобразования напряжение, прикладываемое к вторичной обмотке, постоянно и равно выходному напряжению V_OUT (u₂(t) = -V_OUT = const). Это позволяет записать формулу (3) в виде:

$$\Delta \Phi_{2}=\frac{-V_{OUT}}{N_{2}}\cdot t_{2};\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$

где t₂ = t_КОН2 – t_НАЧ2 – длительность второго этапа преобразования.

В квазиустановившемся режиме, когда в силовой части преобразователя закончились все переходные процессы, изменения магнитного потока в дросселе на первом и втором этапах преобразования должны быть одинаковы по значению и противоположны по знаку (ΔФ₂ = -ΔФ₁). В противном случае количество энергии в дросселе с каждым циклом преобразования будет увеличиваться, что рано или поздно приведет к выходу из строя силовой части. Это позволяет, приравняв формулы (2) и (4), получить уравнение для определения коэффициента передачи обратноходового преобразователя по напряжению:

$$V_{OUT}=V_{IN}\frac{N_{2}}{N_{1}}\cdot \frac{t_{1}}{t_{2}}\qquad{\mathrm{(}}{5}{\mathrm{)}}$$

Из формулы (5) видно, что регулировку выходного напряжения можно осуществить как изменением соотношения длительностей первого и второго этапов (t₁/t₂), так и изменением коэффициента трансформации дросселя (N2/N1).

Оценим величину коэффициента трансформации дросселя для обратноходового преобразователя, преобразующего входное напряжение V_IN = 1000 В в выходное V_OUT = 5 В. При этом примем, что длительность первого этапа преобразования в два раза меньше длительности второго (t₁ = 0,5t₂, t₁/t₂ = 0,5) (во всех режимах работы, кроме разрывного, это соответствует коэффициенту заполнения, равному D = t₁/(t₁ + t₂) = 0,33):

$$\frac{N_{2}}{N_{1}}=\frac{V_{OUT}}{V_{IN}}\cdot \frac{1}{(t_{1}/t_{2})}=\frac{5}{1000}\cdot \frac{1}{0.5}=0.01\qquad{\mathrm{(}}{6}{\mathrm{)}}$$

На первом этапе напряжение V_IN, приложенное к первичной обмотке, трансформируется во вторичную обмотку, при этом полярность этого напряжения такова, что оно суммируется с выходным напряжением. Таким образом, на первом этапе к диоду VD1 прикладывается обратное напряжение величиной:

$$V_{VD1}=V_{OUT}+V_{IN}\frac{N_{2}}{N_{1}}=5+1000\cdot 0.01=15\:В\qquad{\mathrm{(}}{7}{\mathrm{)}}$$

На втором этапе выходное напряжение, прикладываемое к вторичной обмотке, трансформируется в первичную (в некоторых методиках расчета это напряжение называют «отраженным» – Reflection Voltage). Таким образом, на втором этапе напряжение на закрытом транзисторе VT1 равно:

$$V_{VT1}=V_{IN}+V_{OUT}\frac{N_{1}}{N_{2}}=1000+\frac{5}{0.01}=1500\:В\qquad{\mathrm{(}}{8}{\mathrm{)}}$$

Как видно из формулы (8), при входном напряжении 1000 В и использовании дросселя с коэффициентом трансформации 1:100, на первичной стороне необходимо установить транзистор с максимально допустимым напряжением сток-исток не менее 1500 В. Уменьшить это значение можно путем уменьшения соотношения t₁/t₂ – в этом случае можно использовать дроссель с большим коэффициентом трансформации, что приведет к уменьшению «отраженного» напряжения. Однако увеличение коэффициента трансформации дросселя приведет к работе схемы с меньшим коэффициентом заполнения, что ухудшит диапазон регулирования выходного напряжения и увеличит скорости изменения тока в первичной цепи. Кроме того, увеличение коэффициента трансформации дросселя приведет к увеличению обратного напряжения на диоде, что при больших выходных напряжения, например, 48 В, уже может стать проблемой.

Ситуация усугубляется и наличием у обмоток дросселя индуктивности рассеяния. Если на вторичной стороне она не вызывает особых проблем, поскольку ее энергия через открытый диод VD1 может уйти в выходной конденсатор С2, то на первичной стороне энергия, запасенная в индуктивности рассеяния, в момент закрытия транзистора VT1 может вывести его из строя буквально за несколько циклов преобразования. Для предупреждения этого параллельно первичной обмотке подключают специальный ограничитель напряжения (снаббер), фиксирующий напряжение на ней на некотором уровне, предотвращая пробой транзистора (рисунок 5). Напряжение ограничения снаббера должно быть больше отраженного напряжения (V_OUT⋅(N₂/N₁)), в противном случае снаббер станет дополнительным каналом нагрузки преобразователя, что ощутимо уменьшит его КПД. Таким образом, реальное напряжение на закрытом транзисторе оказывается, как минимум, на 5…10 процентов больше значения, полученного по формуле (8).

Рис. 5. Обратноходовой преобразователь со снаббером

При больших значениях индуктивности первичной обмотки дросселя (а при больших входных напряжениях она не может быть малой) индуктивность рассеяния также увеличивается, что приводит к уменьшению КПД преобразователя за счет увеличения потерь в снаббере. Уменьшить эту величину можно путем рекуперации этой энергии во входной конденсатор С1, что и реализовано в двухтранзисторной обратноходовой схеме (рисунок 6). В этой схеме транзисторы VT1 и VT2 работают синхронно, при этом в момент их одновременного закрытия ток первичной обмотки через открытые диоды VD1 и VD2 замыкается через конденсатор С1, в результате чего основная часть энергии, накопленной в индуктивности рассеяния, не теряется в виде тепла, а возвращается в конденсатор С1.

Рис. 6. Двухтранзисторный обратноходовой преобразователь

Принцип работы и основные расчетные соотношения для двухтранзисторного обратноходового преобразователя – те же, что для классического однотранзисторного варианта, за исключением одного ограничения: выходное напряжение двухтранзисторной схемы должно удовлетворять условию:

$$V_{OUT} < V_{IN}\frac{N_{2}}{N_{1}}.\qquad{\mathrm{(}}{9}{\mathrm{)}}$$

Если условие (9) не выполняется, величина отраженного напряжения станет больше напряжения V_IN, и энергия, накопленная в дросселе на первом этапе преобразования, вместо нагрузки будет через открытые диоды VD1 и VD2 возвращаться обратно в конденсатор С1.

На первичной стороне двухтранзисторного преобразователя сумма входного и отраженного напряжений прикладывается к двум последовательно соединенным транзисторам, что позволяет использовать в этой схеме приборы с меньшим максимально допустимым напряжением. Это свойство активно используется в обратноходовых преобразователях, построенных на основе кремниевых транзисторов, поскольку позволяет использовать в схемах, рассчитанных на напряжение 1000 В и выше, транзисторы с меньшим максимальным напряжением – 600…800 В, обладающие лучшими характеристиками по сравнению с более высоковольтными приборами. Тем не менее, наличие двух транзисторов, находящихся под разными потенциалами, значительно усложняет схемотехнику преобразователя, увеличивает стоимость устройства и уменьшает его КПД.

Высоковольтные транзисторы обратноходовых преобразователей

Как видно из расчетов, максимально допустимое напряжение «сток-исток» («коллектор-эмиттер») транзисторов, используемых на первичной стороне обратноходового преобразователя, особенно для классического однотранзиторного варианта, должно быть достаточно большим. До недавнего времени выбор транзисторов, способных выдержать столь высокое напряжение, был весьма ограничен. В обычных кремниевых MOSFET из-за малой ширины запрещенной зоны кремния необходимо увеличивать размеры проводящего канала, что приводит к увеличению его сопротивления в открытом состоянии. Кремниевые IGBT могут работать при высоких напряжениях и коммутировать значительные токи, однако их невысокие динамические характеристики не позволяют работать на больших частотах, что приводит к увеличению размеров индуктивных элементов и преобразователя в целом.

Ситуация в этой области значительно улучшилась после освоения карбид-кремниевых технологий. Большая ширина запрещенной зоны карбида кремния позволила значительно уменьшить физические размеры проводящего канала при сохранении высоких рабочих напряжений, что, в свою очередь, позволило создать высоковольтные MOSFET и диоды Шоттки с характеристиками, недостижимыми при использовании традиционных кремниевых кристаллов.

На сегодняшний день компания Wolfspeed (подразделение компании CREE), являющаяся одним из пионеров в области карбид-кремниевых технологий, освоила производство линейки высоковольтных MOSFET (таблица 1), использование которых в рассмотренных выше обратноходовых преобразователях позволяет улучшить практически все их технические и экономические характеристики.

Таблица 1. Характеристики высоковольтных MOSFET компании Wolfspeed

Модель	Макс. напряжение «сток-исток», В	Сопро- тивление канала, мОм	Макс. ток, А	Общий заряд затвора, нКл	Выходная емкость, пФ	Рассеива- емая мощность, Вт	Макс. температура кристалла, °С	Корпус
C2M1000170D	1700	1000	5	13	12	69	150	ТО-247-3
C2M1000170J	1700	1000	5,3	13	12	78	150	TO-263-7
C2M0045170D	1700	45	72	188	171	520	150	ТО-247-3
C2M0045170P	1700	45	72	188	171	520	150	ТО-247-4 Plus
C2M0080170P	1700	80	40	120	105	277	150	ТО-247-4 Plus

Ключевыми особенности данных транзисторов являются малое сопротивление канала в открытом состоянии и минимальное значение паразитных емкостей, что позволяет максимально снизить статические и динамические потери, и, соответственно, увеличить рабочую частоту преобразователей. В конечном итоге использование карбид-кремниевых транзисторов Wolfspeed позволит создавать компактные и высокоэффективные вспомогательные преобразователи с высоким значением удельной мощности и низким уровнем потерь.

Решения для вспомогательных источников питания от Wolfspeed

Для популяризации карбид-кремниевых технологий и увеличения скорости продвижения своих продуктов на рынке компания Wolfspeed разработала ряд опорных проектов, позволяющих значительно сократить время разработки вспомогательных источников питания для широкого спектра применений.

Одним из таких проектов является демонстрационная плата CRD-060DD12P – трехканальный вспомогательный источник питания с максимальной мощностью до 60 Вт (рисунок 7). Преобразователь построен по классической однотранзисторной обратноходовой схеме с RDC-снаббером. В качестве силового ключа на первичной стороне используется карбид-кремниевый MOSFET C2M1000170D с максимально допустимым напряжением «сток-исток» 1700 В, максимальным током стока 5 А и сопротивлением канала в открытом состоянии 1 Ом. Управление силовой частью и стабилизация выходных напряжений осуществляется с помощью контроллера UCC28C44D производства Texas Instruments.

Преобразователь имеет три выхода с напряжениями +12 В, +5 В и –12 В, из которых выход с напряжением +12 В электрически изолирован и от остальных выходов, и от первичной стороны. Каналы +5 В и –12 В электрически связаны между собой и изолированы от шины питания. Стабилизация напряжений осуществляется групповым способом, при этом в качестве сигнала обратной связи используется напряжение канала +12 В. В канале +5 В установлен дополнительный стабилизатор на основе биполярного транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя.

Рис. 7. Внешний вид демонстрационной платы CRD-060DD12P

Особенностью платы CRD-060DD12P является оптимизированная схема питания контроллера, позволяющая уменьшить общее энергопотребление преобразователя. Суть энергосберегающей технологии заключается в отключении гасящих резисторов R22…R25 (рисунок 8), с помощью которых в момент запуска платы подается питание на контроллер. Отключение резисторов происходит сразу после появления опорного напряжения V_REF, наличие которого свидетельствует о достаточном уровне напряжения питания микросхемы.

Рис. 8. Схема цепи запуска контроллера демонстрационной платы CRD-060DD12P

Использование высоковольтного карбид-кремниевого транзистора с малым уровнем паразитных емкостей позволило увеличить входное напряжение до 1000 В и рабочую частоту до 75 кГц (таблица 2). Несмотря на это, общий КПД источника питания платы CRD-060DD12P превышает 83%, что является достаточно высоким показателем для данных схем.

Таблица 2. Основные характеристики демонстрационной платы CRD-060DD12P

Входное напряжение, В	200…1000 DC
Выходное напряжение, В	+12	+5	–12
Выходной ток, А	4,5	0,5	0,25
Рабочая частота, кГц	75
КПД	>83%

Для подтверждения эффективности карбид-кремниевых технологий компания Wolfspeed провела сравнительный анализ работы платы CRD-060DD12P при использовании в качестве ключей на первичной стороне транзисторов различных производителей. В тестировании были использованы карбид-кремниевые транзисторы C2M1000170D производства Wolfspeed, кремниевые MOSFET STW4N150 производства STMicroelectronics и кремниевые MOSFET 2SK2225 производства Renesas Electronics (таблица 3).

Таблица 3. Характеристики MOSFET, принимавших участие в тестировании

Транзистор	C2M1000170D	STW4N150	2SK2225
Полупроводник	SiC	Si	Si
Максимальное напряжение «сток-исток», В	1700	1500	1500
Напряжение лавинного пробоя, В	1800	–	–
Максимальный ток стока (при 25°С), А	5	4	2
Сопротивление открытого канала (при 150°С), Ом	2	9	20
Выходная емкость, пФ	14	120	60
Максимальная температура кристалла, °С	> 150	150	150
Корпус	ТО-247	ТО-247, ТО-220	ТО-247

Результаты тестирования (рисунок 9) показали, что при использовании карбид-кремниевых транзисторов C2M1000170D КПД преобразователя оказался выше во всем диапазоне рабочих напряжений. Особенно заметной оказалась разница при низких входных напряжениях.

Рис. 9. Результаты измерений КПД платы CRD-060DD12P при использовании транзисторов различных производителей

Увеличение КПД преобразователя обусловлено лучшими, чем у кремниевых аналогов, характеристиками карбид-кремниевых MOSFET, что привело к уменьшению статических и динамических потерь, и, как следствие, к меньшему разогреву транзисторов. Анализ термограмм плат (рисунок 10) показывает, что в самых жестких условиях – при максимальном входном напряжении и максимальной выходной мощности – температура карбид-кремниевого MOSFET не превышала 54°С даже при использовании радиатора с меньшей площадью. При этом температура кремниевых аналогов, работающих в том же режиме, достигала 60°С (STW4N150) и 99,9°С (2SK2225).

Рис. 10. Термограммы платы CRD-060DD12P при использовании транзисторов различных производителей (входное напряжение 1000 В, выходная мощность 60 Вт)

Еще одной демонстрационной платой вспомогательного источника питания с расширенным диапазоном входных напряжений является CRD-060DD17P-2 (рисунок 11). Преобразователь CRD-060DD17P-2 имеет два изолированных друг от друга и от входной питающей шины канала с напряжением 12 B. Максимальный выходной ток первого канала равен 4 А, второго – 0,1 А. Максимальная выходная мощность равна 48 Вт во всем диапазоне входных напряжений – от 300 до 1000 В постоянного тока.

Преобразователь построен по классической однотранзисторной схеме с использованием на первичной стороне карбид-кремниевого полевого транзистора C2M1000170J производства Wolfspeed. Управление преобразователем осуществляется контроллером UCC2844D производства Texas Instruments.

Рис. 11. Внешний вид демонстрационной платы CRD-060DD17P-2

Электрические характеристики транзистора C2M1000170D, используемого в рассмотренной ранее плате CRD-060DD12P, и C2M1000170J, установленного в данном проекте, практически аналогичны (см. таблицу 1). Однако из-за использования корпуса TO-263-7 с меньшим тепловым сопротивлением максимальный ток и, соответственно, максимальная рассеиваемая мощность транзистора C2M1000170J несколько больше, чем у транзистора C2M1000170D, выпускаемого в корпусе TO-247-3. Кроме того, транзистор C2M1000170J имеет отдельный вывод истока для подключения драйвера, соединенный с кристаллом в точке Кельвина. Это уменьшает общую индуктивность в цепи управления, что приводит к более высокой скорости переключения и уменьшению динамических потерь.

Использование более эффективного корпуса позволяет в некоторых случаях отказаться от использования радиатора. В базовой версии проекта CRD-060DD17P-2 транзистор C2M1000170J установлен непосредственно на плате, а в качестве теплоотвода с двух сторон платы использованы печатные проводники общей площадью несколько квадратных сантиметров. Несмотря на малую площадь, этого вполне достаточно для отвода тепла, рассеиваемого на транзисторе.

Анализ термограмм платы CRD-060DD17P-2 (рисунок 12) показывает, что без использования дополнительного радиатора в самом жестком режиме (при максимальном входном напряжении и максимальной выходной мощности) температура корпуса транзистора не превышает 106°C. Следует отметить, что для карбид-кремниевых транзисторов максимальная температура ограничена не физическими свойствами полупроводника (карбид-кремниевые кристаллы могут работать при температурах до 600°C), а свойствами материалов, использованных при изготовлении корпуса. Поэтому данная температура является безопасной для кристалла и не приводит к какой-либо его деградации. Однако, если преобразователь предназначен для работы в жестких условиях, и его охлаждение может быть затруднено, можно использовать дополнительный специализированный (для данного типа корпуса и вида монтажа) радиатор (рисунок 13), позволяющий уменьшить температуру корпуса транзистора почти на 30°C (рисунок 12).

Рис. 12. Термограммы демонстрационной платы CRD-060DD17P-2 при 100% нагрузки

Рис. 13. Внешний вид радиатора для корпуса TO-263-7

Для быстрого создания вспомогательных источников питания малой мощности можно использовать демонстрационную плату CRD15DD17P (рисунок 14), на которой реализован пример одноканального изолированного обратноходового преобразователя, собранного по классической однотранзисторной схеме с использованием уже известного транзистора C2M1000170J в корпусе TO-263-7.

Ключевой особенностью этого проекта является компактность – размеры платы всего 64 х 45 х 25 мм – и расширенный диапазон входных напряжений – от 300 до 1200 В постоянного тока. Кроме того, на плате установлен входной выпрямитель со сглаживающим фильтром, что позволяет подключать ее к однофазной сети переменного тока частотой 50/60 Гц с напряжением от 480 до 530 В. Преобразователь имеет единственный изолированный выходной канал со стабилизированным напряжением 12 В и максимальным выходным током до 1,3 А, что соответствует максимальной выходной мощности 15 Вт.

Рис. 14. Внешний вид демонстрационной платы CRD15DD17P

Высокое значение КПД преобразователя, достигаемое во многом за счет использования карбид-кремниевых транзисторов в специализированном корпусе TO-263-7, позволяет использовать данную схему при температуре окружающей среды до 50°C. При этом максимальная температура корпуса транзистора при работе на полной мощности и максимальном входном напряжении не превышает 120°C (рисунок 15).

Рис. 15. Термограммы демонстрационной платы CRD15DD17P при 100% нагрузки

Заключение

Использование карбид-кремниевых транзисторов позволяет улучшить параметры не только мощных источников питания. Как видно из данного обзора, использование новых полупроводниковых материалов во вспомогательных узлах также благотворно сказывается на их технических характеристиках, в первую очередь – на КПД и величине удельной мощности. Не возникает сомнений, что преобразователи, реализованные на карбид-кремниевых MOSFET, могут быть проще и эффективнее схем, собранных на традиционной кремниевой основе, даже несмотря на достаточно жесткие электрические и тепловые режимы работы. Однако внедрение любой новой технологии было бы невозможно без всесторонней информационной поддержки, поэтому очень важным моментом политики Wolfspeed является наличие готовых примеров использования выпускаемой продукции с полным комплектом конструкторской документации, доступной в любое время на официальном сайте компании.

•••

Наши информационные каналы

Купить Transistor CD KEY Сравнить цены

Что такое транзисторный CD-ключ?

Это цифровой ключ, который позволяет загружать Transistor прямо на ПК с официальных платформ.

Как я могу найти лучшие цены на транзисторные компакт-диски?

Allkeyshop.com сравнивает самые низкие цены на Transistor на рынке цифровых загрузок, чтобы найти лучшие распродажи и коды скидок в проверенных магазинах.

---

Разработчик

Супергигантские игры

Издатель

Супергигантские игры

Теги

Инди Богатый сюжет Отличный саундтрек Научная фантастика Киберпанк Ролевой боевик … Женщина-протагонист

Transistor — это научно-фантастическая ролевая видеоигра 2014 года, разработанная и опубликованная Supergiant Games , которая доступна на всех платформах.

В отличие от других традиционных ролевых игр, Transistor представляет новую концепцию навыков для развлечения игроков, которые устали играть в типичные ролевые игры.Навыки и таланты проверяются, когда игрокам предлагается использовать ограниченные ресурсы для продвижения по игре.

С помощью транзистора противников намного сильнее и быстрее, чем персонаж, но герой использует навык под названием Поворот, который позволяет игрокам останавливать время и планировать предстоящие движения и атаки героя, а также выполнять их в быстрой последовательности для выполнения комбо.

История происходит в мирном месте, называемом Cloudbank , до тех пор, пока роботизированная сила, вызывающая Процесс, не атакует место, запечатывающее жителей в транзисторе . Игрок играет певца по имени Red , который проснулся от человека, раненного большим мечом по имени Транзистор.

Рэд скрывает голос в Транзисторе вместе с личностью мужчины, и теперь она пытается восстановить свой голос и раскрыть личность мужчины. Прежде чем преуспеть в достижении своих целей, ей нужно столкнуться с Процессом, которым управляет камера Camerata , который первым продвинется вперед.

Минимальные системные требования:

• ОС: Windows 7 32-разрядная
• Процессор: Intel Core 2 Duo 2.6 ГГц
• Оперативная память: 4 ГБ
• Жесткий диск: 3 ГБ

Новый дизайн транзистора маскирует ключевое оборудование компьютерного чипа для защиты от хакеров

Четыре транзистора на этом чипе были построены из двухмерного материала, который маскирует их от хакеров. (Фотография Университета Пердью / Джон Андервуд)

Хакер может воспроизвести схему на микросхеме, обнаружив, что ключевые транзисторы делают в схеме, но не в том случае, если «тип» транзистора не определяется.Инженеры Университета Пердью продемонстрировали способ скрыть, какой транзистор является каким, построив их из листового материала, называемого черным фосфором.

Микросхемы обратного инжиниринга

— обычная практика — как для хакеров, так и для компаний, расследующих нарушения интеллектуальной собственности. Исследователи также разрабатывают методы получения рентгеновских изображений, которые не потребовали бы фактического прикосновения к чипу для его реинжиниринга.

Подход, продемонстрированный исследователями Purdue, повысит безопасность на более фундаментальном уровне.От того, как производители микросхем решат сделать эту транзисторную конструкцию совместимой со своими процессами, будет зависеть доступность этого уровня безопасности.

Микросхема выполняет вычисления, используя в цепи миллионы транзисторов. Когда подается напряжение, два разных типа транзисторов — тип N и тип P — выполняют вычисления. Репликация чипа начнется с идентификации этих транзисторов.

«Но поскольку они совершенно разные, правильные инструменты могут четко идентифицировать их, позволяя вернуться назад, выяснить, что делает каждый отдельный компонент схемы, а затем воспроизвести микросхему», — сказал профессор Йорг Аппенцеллер.Таким образом, если бы эти два типа транзисторов оказались идентичными при проверке, хакер не смог бы воспроизвести микросхему путем обратного проектирования схемы.

Команда

Аппенцеллера показала в своем исследовании, что маскировка транзисторов путем изготовления их из такого материала, как черный фосфор, делает невозможным определение того, какой транзистор какой. Когда напряжение переключает тип транзисторов, они кажутся хакеру совершенно одинаковыми.

Хотя маскировка уже является мерой безопасности, которую используют производители микросхем, она обычно выполняется на уровне схемы и не пытается скрыть функциональность отдельных транзисторов, оставляя микросхему потенциально уязвимой для методов обратного инжиниринга с использованием подходящих инструментов.

Метод маскировки, который продемонстрировала команда Аппенцеллера, заключался в встраивании ключа безопасности в транзисторы. Такой подход сделает транзисторы типа N и P одинаковыми на фундаментальном уровне. Вы не смогли бы различить их, не зная ключа. Даже производитель чипа не сможет извлечь этот ключ после того, как чип будет изготовлен. «Вы могли бы украсть чип, но у вас не было бы ключа», — сказал Аппенцеллер.

Современные методы маскировки требуют большего количества транзисторов, чтобы скрыть то, что происходит в цепи.Но для того, чтобы скрыть тип транзистора с помощью такого материала, как черный фосфор — материала толщиной с атом — требуется меньше транзисторов, занимая меньше места и энергии в дополнение к созданию лучшей маскировки, говорят исследователи.

Идея скрыть тип транзистора для защиты интеллектуальной собственности чипа изначально возникла из теории профессора Университета Нотр-Дам Шарон Ху и ее сотрудников. Как правило, транзисторы типа N и P отталкивают от того, как они пропускают ток.Транзисторы N-типа переносят ток, транспортируя электроны, в то время как транзисторы P-типа используют отсутствие электронов, называемых дырками.

Чёрный фосфор настолько тонкий, как выяснили ученые, что он может обеспечить перенос электронов и дырок на одинаковом уровне тока, в результате чего два типа транзисторов в основном выглядят одинаковыми. Именно тогда они экспериментально продемонстрировали маскирующие способности транзисторов на основе черного фосфора. Эти транзисторы, как известно, работают при низких напряжениях компьютерных микросхем при комнатной температуре из-за их меньшей мертвой зоны для переноса электронов, описываемой как небольшая «запрещенная зона».”

Но, несмотря на преимущества черного фосфора, производители микросхем, скорее всего, использовали бы другой материал для достижения этого маскирующего эффекта. «Промышленность начинает рассматривать ультратонкие 2D-материалы, потому что они позволят разместить на кристалле больше транзисторов, что сделает их более мощными. Хотя черный фосфор слишком летуч, чтобы быть совместимым с современными технологиями обработки, экспериментальная демонстрация того, как может работать 2D-материал, является шагом к пониманию того, как реализовать эту меру безопасности », — сказал Аппенцеллер.

Источник

BMW REMOTE KEY SMD TRANSISTOR

Мы заботимся о вашем удовлетворении: по этой причине мы стараемся действовать максимально быстро и надежно не только на этапе заказа товара на веб-сайте, но и на этапе доставки.

В процессе покупки вам будет предоставлена ​​некоторая полезная информация:

• Наличие
• Время доставки
• Стоимость доставки
• Способы доставки

Наличие

Наличие товара всегда указывается на странице описания товара и в корзине.

Помимо доступности, есть также информация, относящаяся к ожидаемой дате отгрузки: помните, что эта дата может варьироваться в зависимости от выбранного метода оплаты.

Есть несколько уровней доступности:

• В наличии: товар можно заказать сразу и приедет к вам в кратчайшие сроки.
• Ограниченное наличие: у нас ограниченное количество товара на складе. Закажите сейчас, чтобы не закончиться!
• Недоступно: товара временно нет в наличии, но при желании мы можем уведомить вас, когда он снова появится в наличии.Введите свой адрес электронной почты, и мы сообщим вам, как только товар вернется в каталог.

Срок доставки

На страницах нашего каталога также указана ожидаемая дата доставки для определенного продукта, указанная рядом с наличием.

Чтобы установить дату доставки товара, помимо доступности, вы также должны принять во внимание время, необходимое для управления заказом, и время, необходимое курьеру для его доставки.

Заказы с самой быстрой доставкой — это заказы, сделанные с помощью онлайн-оплаты (кредитной картой, PayPal или наложенным платежом курьеру), а также с использованием метода доставки экспресс-курьером.

Как рассчитывается стоимость доставки?

Транспортная стоимость зависит от веса / объема приобретенных продуктов, но может варьироваться в зависимости от выбора дополнительных услуг, таких как доставка на этаж, установка, перепрограммированная доставка.

Не волнуйтесь, вы можете постоянно следить за окончательной ценой, поскольку информация о стоимости всегда будет обновляться в корзине по мере вашего выбора.

Как работает доставка?

Способ доставки, доступный в Carelettronica.com это:

Рынок тонкопленочных транзисторов 2021 Текущие тенденции, бизнес-планирование, спрос в отрасли, ключевые решения, стратегии роста и подробный анализ к 2024 году

Отдел новостей MarketWatch не участвовал в создании этого контента.

7 октября 2021 г. (Expresswire) — В окончательный отчет будет добавлен анализ воздействия COVID-19 на отрасль.

Глобальный отчет «Рынок тонкопленочных транзисторов» был подготовлен опытными и образованными исследователями рынка и аналитиками.Это замечательное собрание значительных исследований, исследующих серьезную сцену, разделение, топографическое расширение, а также доход, создание и развитие мирового рынка тонкопленочных транзисторов. Уточняются ключевые факторы, например размер рынка, расследование доходов, рыночная стоимость и сумма. В этом обзоре изучаются исследования развития рынка, направленность и степень продвижения в округе. Игроки могут использовать точные исходные данные рынка и фактические исследования, приведенные в отчете, чтобы понять текущее и будущее развитие мирового рынка тонкопленочных транзисторов.

Получите образец отчета в формате PDF по адресу — https://www.businessgrowthreports.com/enquiry/request-sample/14352736

В отчете представлены основные концепции мирового рынка тонкопленочных транзисторов: описания, классификации, требования, и краткое описание рынков, спецификаций продукции, методов производства, структуры затрат, сырья. Он предоставляет базовый обзор рынка, определение продукта, концентрацию рынка и подробную информацию о продукте. Объясняются ключевые факторы, такие как размер рынка, анализ доходов, рыночная стоимость и количество.Это исследование анализирует анализ зрелости рынка, концентрации и масштабов развития в регионе. В рыночном документе подчеркивается меняющаяся динамика, факторы, способствующие росту, ограничения и ограничения.

Список ТОП-КЛЮЧЕВЫХ ИГРОКОВ в Отчете о рынке тонкопленочных транзисторов:

● Panasonic Corporation ● Sony Corporation ● LG Display Co. Ltd. ● Samsung Corporation ● Fujitsu Ltd. ● BOE Technology ● Toshiba Corporation ● Sharp Corporation ● Winstar Display Co.Ltd. ● Innolux Corporation

Глобальная конкурентная среда на рынке тонкопленочных транзисторов:

Отчет о рынке тонкопленочных транзисторов содержит подробный анализ роста между сегментами, а также точные расчеты и прогнозы продаж по типам и приложениям с точки зрения объема и объема. ценить. Этот анализ рынка тонкопленочных транзисторов может помочь вам расширить свой бизнес, ориентируясь на подходящие нишевые рынки.

Получить образец отчета о рынке тонкопленочных транзисторов за 2021 год

Сегментация глобального рынка тонкопленочных транзисторов по типам, областям применения и по регионам:

Анализируется глобальный рынок тонкопленочных транзисторов, и информация о размере рынка предоставляется по регионам (страны).По сегментам рынок тонкопленочных транзисторов разделен на США, Европу, Китай, Японию, Юго-Восточную Азию, Индию и остальной мир. В этом отчете представлен исторический обзор тенденций рынка тонкопленочных транзисторов, роста, доходов, емкости, структуры затрат и анализ ключевых факторов.

Сегмент рынка тонкопленочных транзисторов по регионам:

● Северная Америка ● Азиатско-Тихоокеанский регион ● Европа ● Южная Америка ● Африка

Запросите этот отчет перед покупкой — https: // www.businessgrowthreports.com/enquiry/pre-order-enquiry/14352736

Основные моменты отчета:

● Предоставляет определение и обзор рынка путем изучения таких целей, как объем рынка и оценка размера рынка. ● Предоставляет методы и логику исследования на основе исторических данных. ● Анализ рыночной конкуренции, рыночных показателей во всем мире, получение базовой информации, продаж, стоимости, цены и валовой прибыли. ● Анализ сегментации по типам, приложениям и регионам на основе исторических данных и прогнозов рынка.

Причины для покупки этого отчета:

● Знать, как потребность в быстрой обработке данных, как ожидается, повлияет на рост мирового рынка закусок в Испании ● Проанализировать различные перспективы рынка с помощью анализа пяти сил Портерса ● Чтобы знать о регионах, в которых ожидается самый быстрый рост в прогнозируемый период. ● Для определения последних разработок, рыночных долей и стратегий, используемых основными игроками рынка.

Приобрести этот отчет (цена 4250 долларов США за однопользовательскую лицензию) -https: // www.businessgrowthreports.com/purchase/14352736

Основные моменты из содержания:

1 Введение
1.1 Результаты исследования
1.2 Предположения исследования
1.3 Объем исследования

2 Методология исследования

3 Исполнительный Резюме

4 Динамика рынка
4.1 Обзор рынка
4.2 Знакомство с рыночными факторами и ограничениями
4.3 Рыночные драйверы
4.4 Рыночные ограничения
4.5 Анализ цепочки создания стоимости / цепочки поставок

5 Сегментация рынка
5,1 По типу упаковки
5,2 По материалам
5,3 География

6 Конкурентная среда
6,1 Анализ доли рынка
6,2 Наиболее активные компании
6,3 Наиболее популярная стратегия
6,4 Профили компании

7 Инвестиционный анализ

8 Возможности рынка и будущие тенденции

Полное содержание можно просмотреть по адресу — https: // www.businessgrowthreports.com/TOC/14352736#TOC

О нас:

Отчеты о росте бизнеса — это надежный источник для получения рыночных отчетов, которые помогут вам определить потребности вашего бизнеса. Рынок быстро меняется в связи с продолжающимся расширением отрасли. Развитие технологий предоставило сегодняшним предприятиям многогранные преимущества, приводящие к ежедневным экономическим сдвигам. Таким образом, для компании очень важно понимать закономерности рыночных движений, чтобы лучше разрабатывать стратегию.Эффективная стратегия предлагает компаниям преимущество в планировании и преимущество перед конкурентами.

СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ

Имя: Ajay More

Электронная почта: [email protected]

Телефон: США + 1424 253 0946 / Великобритания +44 208 638 7433

Другие отчеты здесь :

Отчет о мировом рынке эластомеров по размеру, доле, росту, производству, бизнес-планированию, высоким темпам роста, выручке, цене и валовой марже, прогнозный отчет с 2021 по 2025 год

Flutriafol (Cas 76674-21-0) Рынок 2021 года: промышленность о текущих тенденциях, истории развития, инвестициях в новые проекты, известных игроках и прогнозе на 2025 год

Размер рынка датчиков влажности 2021 Технологические тенденции, CAGR 18.22% Первичные и вторичные исследования, текущий сценарий, бизнес-планирование, стратегический сравнительный анализ и прогноз до 2027 г.

Обзор мирового рынка деревянных настилов до 2021 г., среднегодовой темп роста 2,17% Стоимость, доля, темпы роста, бизнес-спрос, отраслевой прогноз Ведущие производители и прогноз до 2027 г.

Анализ объема рынка сушеных распылением продуктов питания в 2021 году | Последние тенденции, технологии, ожидаемый рост, среднегодовой темп роста 2,41% Описание продукта, используемый материал и прогноз до 2027 г. 2021-2024

Пресс-релиз, распространенный Express Wire

Для просмотра оригинальной версии на Express Wire посетите рынок тонкопленочных транзисторов 2021 Текущие тенденции, бизнес-планирование, отраслевой спрос, ключевые решения, стратегии роста и подробный анализ к 2024 году

COMTEX_394715212 / 2598 / 2021-10-07T02: 47: 11

Есть ли проблемы с этим пресс-релизом? Свяжитесь с поставщиком исходного кода Comtex по адресу editorial @ comtex.com. Вы также можете связаться со службой поддержки клиентов MarketWatch через наш Центр поддержки клиентов.

Отдел новостей MarketWatch не участвовал в создании этого контента.

Туннелирование является ключом к высокоскоростной модуляции транзисторов и разработки лазеров

Милтон Фенг и Ник Холоньяк-младший изобрели транзисторный лазер в 2004 году и продолжают развивать технологию энергоэффективной высокоскоростной передачи данных в оптической и беспроводной связи 5G.Предоставлено: Университет Иллинойса.

В 2004 году пионеры электротехники Ник Холоньяк-младший и Милтон Фенг из Университета Иллинойса изобрели транзисторный лазер — трехпортовое устройство, включающее квантовые ямы в основании и оптический резонатор, что увеличило его способность передавать данные. стократный. Ожидается, что два недавних исследования исследователей существенно повлияют на фундаментальную полосу модуляции транзистора и работу лазера для энергоэффективной высокоскоростной передачи данных в оптической и беспроводной связи 5G.

«Транзистор (точечный контакт), изобретенный Джоном Бардином и Уолтером Браттейном в 1947 году, раскрыл принципы работы инжекции эмиттерного тока, базовой электронно-дырочной рекомбинации и токового выхода коллектора». — объяснил Милтон Фенг, почетный профессор кафедры холоньяка в области электротехники и вычислительной техники в Иллинойсе. «Трехконтактный транзистор заменил хрупкую вакуумную лампу для быстрого надежного переключения и усиления электрических сигналов и сделал возможной революцию в современной электронике, коммуникациях и компьютерных технологиях.«

«Мы особенно благодарны Джону Бардину за то, что он принес исследования транзисторов в Урбану в 1951 году и изменил всю нашу жизнь во всем мире с помощью новых устройств квантовой физики и твердотельных устройств», — заявил Ник Холоньяк-младший, первый аспирант Бардина и нынешний Bardeen Chair Заслуженный профессор электротехники, вычислительной техники и физики. В 2004 году Фен и Холоньяк осознали, что энергия излучательной рекомбинации (свет) на базе биполярного транзистора с гетеропереходом III-V может быть модулирована в сигнал и трехпортовое устройство, которое может использовать сложную физику между электронами и светом.

«Самый быстрый способ переключения тока в полупроводниковом материале — это прыжки электронов между зонами в материале в процессе, называемом туннелированием», — заявил Фенг. «Световые фотоны помогают перемещать электроны, этот процесс называется внутрирезонаторным туннелированием с помощью фотонов, что делает устройство намного быстрее».

Лазерный транзистор отличается от транзистора Бардина и Браттейна, в котором коэффициент усиления по току зависит от отношения времени спонтанной рекомбинации базового электрона и дырки (e-h) к времени прохождения эмиттер-коллектор.Коэффициент усиления по току транзисторного лазера Фенга и Холоняка зависит от стимулированной рекомбинации базой (e-h), релаксационного переноса диэлектрика базы и стимулированного туннелирования коллектора.

В двух недавних статьях, опубликованных в журнале Journal of Applied Physics , Фэн вместе с Холоньяком и дипломированными исследователями Джуньи Цю и Кертисом Вангом установили принципы работы туннельной модуляции транзисторного лазера с квантовыми ямами с усилением тока и оптическими характеристиками. выход через туннелирование с помощью фотонов внутри резонатора.

«Мы считаем, что эти две статьи, относящиеся к туннельной модуляции транзистора внутри резонатора, изменят основную скорость транзистора и модуляцию лазера», — сказал Фенг.

В своей статье «Туннельная модуляция лазера с квантовыми ямами и транзисторами» авторы объясняют, что стимулированная рекомбинация, действующая под влиянием квантово-ямного ассистента в базе, и стимулированная оптическая модуляция под действием фотонов внутри резонатора. вспомогательное туннелирование (ICPAT) на коллекторе.Авторы назвали свою новую идею «Внутриполостное туннелирование с помощью фотонов по методу Фен-Холоньяк (FH-ICPAT)».

«Механизм туннельного усиления является результатом уникальных транспортных свойств базы транзисторного лазера под влиянием FH-ICPAT и релаксации базового диэлектрика, что приводит к более быстрому транспортированию базы носителей и быстрой рекомбинации, чем у оригинального транзистора Бардина», — пояснил Ван. «Детально выявлены зависимости коэффициента усиления туннельного тока и оптической модуляции от напряжения и тока.Хотя анализ проводится для транзисторного лазера с внутрирезонаторным фотонным туннелированием, рабочий механизм должен применяться в целом к ​​туннельным коллекторным транзисторам различных конфигураций ».

В сопутствующей статье AIP («Внутрирезонаторный фотонно-вспомогательный туннельный транзисторный лазер с коллектор-база, опосредованный электронно-дырочной спонтанно-стимулированной рекомбинацией» авторы объяснили, как оптическое поглощение и модуляция в диоде с pn-переходом для прямого -зонный полупроводник может быть усилен туннелированием с помощью фотонов в присутствии оптического резонатора и фотонного поля в транзисторном лазере.

«В транзисторном лазере когерентные фотоны, генерируемые в квантовой яме базы, взаимодействуют с полем коллектора и« помогают »туннелированию электронов оптического резонатора из валентной зоны базы в энергетическое состояние зоны проводимости коллектора», — сказал Фенг объяснил. «Стимулированный световой выход можно модулировать либо инжекцией базового тока за счет генерации стимулированного оптического излучения, либо смещением на переходе база-коллектор за счет оптического поглощения.

«В этой работе мы исследовали интенсивность когерентных фотонов внутри резонатора при туннелировании с помощью фотонов в транзисторном лазере и реализовали оптическое поглощение, зависящее от поля фотонов.Этот FH-ICPAT в транзисторном лазере является уникальным свойством модуляции напряжения (поля) и основой для сверхвысокой скорости прямой модуляции и переключения лазера.

«Мы остаемся в долгу перед нашим наставником Джоном Бардином за его постоянный интерес к транзистору (параллельно теории BCS), эффекту электрона и дыры (а) в создании диодного лазера и светодиода, и в дополнение к этому, теперь это приводит к созданию лазера на рекомбинационных (электрических и оптических) транзисторах », — добавил Фенг.

---

Свет помогает быстрее переключать лазерный транзистор

---

Дополнительная информация: М. Фен и др., Туннельная модуляция лазера на квантово-ямном транзисторе, журнал , журнал прикладной физики, (2016). DOI: 10.1063 / 1.4967922

M. Feng et al. Внутрирезонаторный фотонно-вспомогательный туннельный транзисторный лазер, опосредованный напряжением коллектор-база с электронно-дырочной спонтанно стимулированной рекомбинацией, Journal of Applied Physics (2016). DOI: 10.1063 / 1.4942222

Предоставлено Иллинойсский университет в Урбана-Шампейн

Ссылка : Туннелирование является ключом к высокоскоростной модуляции транзисторов и лазеров (5 декабря 2016 г.) получено 8 октября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2016-12-tunneling-key-high-speed-modulation-transistor.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Биосенсоры на тонкопленочных транзисторах на основе оксида индия и оксида индия для безметочного обнаружения вируса птичьего гриппа H5N1

DOI: 10.1016 / j.aca.2013.02.019. Epub 2013 20 февраля.

Принадлежности Расширять

Принадлежности

• ¹ Ключевая лаборатория микронано-оптоэлектронных устройств Министерства образования, Государственная ключевая лаборатория химио / биосенсоров и хемометрии, Хунаньский университет, Чанша 410082, Китай.
• ² Государственная ключевая лаборатория патогенов и биобезопасности, Пекинский институт микробиологии и эпидемиологии, Пекин, Китай.
• ³ Ключевая лаборатория микронано-оптоэлектронных устройств Министерства образования, Государственная ключевая лаборатория химио / биосенсоров и хемометрии, Хунаньский университет, Чанша 410082, Китай. Электронный адрес: [email protected].
• ⁴ Ключевая лаборатория микронано-оптоэлектронных устройств Министерства образования, Государственная ключевая лаборатория химио / биосенсоров и хемометрии, Хунаньский университет, Чанша 410082, Китай.Электронный адрес: [email protected].
• ⁵ Ключевая лаборатория микронано-оптоэлектронных устройств Министерства образования, Государственная ключевая лаборатория химио / биосенсоров и хемометрии, Хунаньский университет, Чанша 410082, Китай. Электронный адрес: [email protected].

Элемент в буфере обмена

Di Guo et al.Анальный Чим Акта. 2013 .

Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

DOI: 10.1016 / j.aca.2013.02.019. Epub 2013 20 февраля.

Принадлежности

• ¹ Ключевая лаборатория микронано-оптоэлектронных устройств Министерства образования, Государственная ключевая лаборатория химио / биосенсоров и хемометрии, Хунаньский университет, Чанша 410082, Китай.
• ² Государственная ключевая лаборатория патогенов и биобезопасности, Пекинский институт микробиологии и эпидемиологии, Пекин, Китай.
• ³ Ключевая лаборатория микронано-оптоэлектронных устройств Министерства образования, Государственная ключевая лаборатория химио / биосенсоров и хемометрии, Хунаньский университет, Чанша 410082, Китай. Электронный адрес: [email protected].
• ⁴ Ключевая лаборатория микронано-оптоэлектронных устройств Министерства образования, Государственная ключевая лаборатория химио / биосенсоров и хемометрии, Хунаньский университет, Чанша 410082, Китай.Электронный адрес: [email protected].
• ⁵ Ключевая лаборатория микронано-оптоэлектронных устройств Министерства образования, Государственная ключевая лаборатория химио / биосенсоров и хемометрии, Хунаньский университет, Чанша 410082, Китай. Электронный адрес: [email protected].

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Опции дисплея CiteDisplay

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Поскольку продолжающаяся вспышка птичьего гриппа (ПГ) стала угрозой для здоровья человека, экономического развития и социальной стабильности, необходимо срочно выявить высокопатогенный вирус птичьего гриппа H5N1.В данном исследовании мы изготовили тонкопленочные транзисторы на основе оксида индия и оксида олова (ITO TFT) на стеклянной подложке для обнаружения AI H5N1. ITO TFT изготавливается методом одной теневой маски, в котором канальный слой может быть одновременно самособран между ITO электродами истока / стока во время осаждения методом магнетронного распыления. Моноклональные антитела против H5N1, специфичные к вирусу AI H5N1, были ковалентно иммобилизованы на канале ITO с помощью (3-глицидоксипропил) триметоксисилана. Введение целевого вируса AI H5N1 повлияло на электронные свойства ITO TFT, что вызвало изменение результирующего порогового напряжения (VT) и полевой подвижности.Изменения кривых ID-VG соответствовали поведению полевого транзистора n-типа, на которое воздействовали близлежащие отрицательно заряженные вирусы AI H5N1. Датчик на основе транзистора продемонстрировал высокую селективность и стабильность при обнаружении вируса AI H5N1. Сенсор показал линейный отклик на AI H5N1 в диапазоне концентраций от 5 × 10 (-9) г / мл (-1) до 5 × 10 (-6) г / мл (-1) с пределом обнаружения 0,8 × 10 (- 10) г мл (-1). Более того, биосенсоры ITO TFT можно многократно использовать в процессе промывки. Обладая превосходными электрическими свойствами и потенциалом для массового коммерческого производства, ITO TFT могут быть многообещающими кандидатами для разработки биосенсоров без этикеток.

Copyright © 2013 Elsevier B.V. Все права защищены.

Похожие статьи

• Биосенсор локализованного поверхностного плазмонного резонанса без метки, состоящий из многофункциональной 3-сторонней ДНК с полыми шиповидными наночастицами Au (HAuSN) для обнаружения вируса птичьего гриппа.

  Ли Т, Ким Г. Х., Ким С. М., Хон К, Ким И, Пак Си, Сон Х, Мин Дж. Ли Т. и др. Коллоиды Surf B Биоинтерфейсы. 1 октября 2019 г .; 182: 110341. DOI: 10.1016 / j.colsurfb.2019.06.070. Epub 2019 2 июля. Коллоиды Surf B Биоинтерфейсы. 2019. PMID: 31284148 Бесплатная статья PMC.

• Импедансный иммуносенсор на основе встречно-штыревых микроэлектродов для обнаружения вируса птичьего гриппа H5N1.

  Ван Р, Ван Й, Ласситер К., Ли И, Харгис Б., Тунг С., Бергман Л., Боттье В. Ван Р и др. Таланта. 15 июля 2009 г .; 79 (2): 159-64. DOI: 10.1016 / j.talanta.2009.03.017. Epub 2009 19 марта. Таланта. 2009 г. PMID: 19559858

• Импедансный иммуносенсор на основе недорогих микроэлектродов и специфических моноклональных антител для быстрого обнаружения вируса птичьего гриппа H5N1 в куриных мазках.

  Лин Дж, Ван Р, Цзяо П, Ли И, Ли И, Ляо М, Ю И, Ван М. Lin J, et al. Biosens Bioelectron. 2015 15 мая; 67: 546-52. DOI: 10.1016 / j.bios.2014.09.037. Epub 2014 19 сентября. Biosens Bioelectron. 2015 г. PMID: 25263315

• Обновленные значения для молекулярной диагностики высокопатогенного вируса птичьего гриппа.

  Сакураи А., Шибасаки Ф.Сакураи А. и др. Вирусы. 2012 август; 4 (8): 1235-57. DOI: 10.3390 / v4081235. Epub 2012 7 августа. Вирусы. 2012 г. PMID: 23012622 Бесплатная статья PMC. Рассмотрение.

• (Высокопатогенный) птичий грипп как зоонозный агент.

  Кальтофф Д., Глобиг А., Бир М. Kalthoff D, et al. Vet Microbiol. 27 января 2010 г .; 140 (3-4): 237-45. DOI: 10.1016 / j.vetmic.2009.08.022. Epub 2009 26 августа.Vet Microbiol. 2010 г. PMID: 19782482 Рассмотрение.

Процитировано

9 статьи

• Параллельный потенциометрический и емкостный отклик в биосенсоре на тонкопленочных транзисторах с водяным затвором при высокой ионной силе.

  Аль-Кахтани Х., Альсвилех А., Аль-Хурайиф I, Аль-Гарни С., Грелль М.AlQahtani H, et al. Датчики (Базель). 2021 20 августа; 21 (16): 5618. DOI: 10,3390 / s21165618. Датчики (Базель). 2021 г. PMID: 34451066 Бесплатная статья PMC.

• Синтез нанометки флуоресцентных квантовых точек на основе полистирола и ее эффективность при обнаружении вируса H5N1 и антител SARS-CoV-2.

  Ли Цз, Цзоу Цз, Лю Х., Цзинь И, Ли Г, Юань Ц., Сяо Ц., Цзинь М. Ли С. и др.Таланта. 2021 г., 1 апреля; 225: 122064. DOI: 10.1016 / j.talanta.2020.122064. Epub 2021 2 января. Таланта. 2021 г. PMID: 33592783 Бесплатная статья PMC.

• Последние достижения в области электрических двухслойных транзисторов для приложений биохимического зондирования.

  Лю Н, Чен Р., Ван К. Лю Н и др. Датчики (Базель). 2019 5 августа; 19 (15): 3425. DOI: 10,3390 / s19153425. Датчики (Базель).2019. PMID: 31387221 Бесплатная статья PMC. Рассмотрение.

• Полевой транзистор, модифицированный восстановленным оксидом графена для иммунодетекции вируса Эбола.

  Цзинь X, Чжан Х., Ли Ю.Т., Сяо М.М., Чжан З.Л., Панг Д.В., Вонг Г., Чжан З.Й., Чжан Г.Дж. Джин X и др. Микрохим Акта. 7 марта 2019 г .; 186 (4): 223. DOI: 10.1007 / s00604-019-3256-5. Микрохим Акта. 2019. PMID: 30847625

• Последние достижения в области биосенсоров AIV, состоящих из гибридного материала Nanobio.

  Ли Т, Ан Дж. Х., Пак Си, Ким Дж., Ким Дж., Ким Т. Х., Нам И, Пак Си, Ли М. Х. Ли Т. и др. Микромашины (Базель). 2018 9 декабря; 9 (12): 651. DOI: 10,3390 / mi9120651. Микромашины (Базель). 2018. PMID: 30544883 Бесплатная статья PMC. Рассмотрение.

Типы публикаций

• Поддержка исследований, за пределами США. Правительство

Условия MeSH

• Антитела, иммобилизованные / иммунология
• Антитела, моноклональные / иммунология
• Вирус гриппа A, подтип H5N1 / иммунология
• Вирус гриппа A, подтип H5N1 / выделение и очистка *
• Грипп у птиц / диагностика
• Грипп у птиц / вирусология
• Соединения олова / химия *

LinkOut — дополнительные ресурсы

• Источники полных текстов

• Другие источники литературы

• Медицинские

[Икс]

Цитировать

Копировать

Формат: AMA APA ГНД NLM

Новая конструкция транзистора скрывает ключевые аппаратные средства компьютерных микросхем от хакеров — ScienceDaily

Хакер может воспроизвести схему на микросхеме, обнаружив, что ключевые транзисторы делают в схеме, но не в том случае, если «тип» транзистора не определяется.

Инженеры

Purdue University продемонстрировали способ скрыть, какой транзистор является каким, построив их из листового материала, называемого черным фосфором. Эта встроенная мера безопасности не позволит хакерам получить достаточно информации о схеме для ее обратного проектирования.

Результаты опубликованы в статье, опубликованной в понедельник (7 декабря) в журнале Nature Electronics .

Микросхемы обратного инжиниринга

— обычная практика — как для хакеров, так и для компаний, расследующих нарушения интеллектуальной собственности.Исследователи также разрабатывают методы получения рентгеновских изображений, которые не потребуют фактического прикосновения к чипу для его реинжиниринга.

Подход, продемонстрированный исследователями Purdue, повысит безопасность на более фундаментальном уровне. От того, как производители микросхем решат сделать эту транзисторную конструкцию совместимой со своими процессами, будет зависеть доступность этого уровня безопасности.

Микросхема выполняет вычисления, используя в цепи миллионы транзисторов. Когда подается напряжение, два разных типа транзисторов — тип N и тип P — выполняют вычисления.Репликация чипа начнется с идентификации этих транзисторов.

«Эти два типа транзисторов являются ключевыми, поскольку они выполняют разные функции в схеме. Они лежат в основе всего, что происходит на всех наших микросхемах», — сказал Йорг Аппенцеллер, Барри М. из Purdue и профессор кафедры электротехники и компьютеров Патрисии Л. Эпштейн. Инженерное дело. «Но поскольку они совершенно разные, правильные инструменты могут их четко идентифицировать, позволяя вернуться назад, выяснить, что делает каждый отдельный компонент схемы, а затем воспроизвести микросхему.«

Если бы эти два типа транзисторов оказались идентичными при проверке, хакер не смог бы воспроизвести микросхему путем обратного проектирования схемы.

Команда

Аппенцеллера показала в своем исследовании, что маскировка транзисторов путем изготовления их из такого материала, как черный фосфор, делает невозможным определение того, какой транзистор является каким. Когда напряжение переключает тип транзисторов, хакеру они кажутся совершенно одинаковыми.

Хотя маскировка уже является мерой безопасности, которую используют производители микросхем, она обычно выполняется на уровне схемы и не пытается скрыть функциональность отдельных транзисторов, оставляя микросхему потенциально уязвимой для методов обратного инжиниринга с использованием подходящих инструментов.

Метод маскировки, который продемонстрировала команда Аппенцеллера, заключался в встраивании ключа безопасности в транзисторы.

«Наш подход заставит транзисторы типа N и P выглядеть одинаково на фундаментальном уровне. Вы не сможете различить их, не зная ключа», — сказал Пэн Ву, доктор философии Purdue. студент кафедры электротехники и вычислительной техники, построивший и испытавший прототип микросхемы с транзисторами на основе черного фосфора в Центре нанотехнологий Бирка в парке открытий Пердью.

Даже производитель микросхемы не сможет извлечь этот ключ после того, как микросхема будет изготовлена.

«Вы можете украсть чип, но у вас не будет ключа», — сказал Аппенцеллер.

Современные методы маскировки всегда требуют большего количества транзисторов, чтобы скрыть то, что происходит в цепи. Но для того, чтобы скрыть тип транзистора с помощью такого материала, как черный фосфор — материала толщиной с атом — требуется меньше транзисторов, занимая меньше места и энергии в дополнение к созданию лучшей маскировки, говорят исследователи.

Идея скрыть тип транзистора для защиты интеллектуальной собственности чипа изначально возникла из теории профессора Университета Нотр-Дам Шарон Ху и ее сотрудников. Как правило, транзисторы типа N и P отталкивают от того, как они пропускают ток. Транзисторы N-типа переносят ток, транспортируя электроны, в то время как транзисторы P-типа используют отсутствие электронов, называемых дырками.

Группа Аппенцеллера поняла, что черный фосфор настолько тонкий, что он позволит транспортировать электроны и дырки на аналогичном уровне тока, благодаря чему два типа транзисторов в основном выглядят одинаковыми согласно предложению Ху.

Затем группа

Аппенцеллера экспериментально продемонстрировала маскирующие свойства транзисторов на основе черного фосфора. Эти транзисторы, как известно, работают при низких напряжениях компьютерных микросхем при комнатной температуре из-за их меньшей мертвой зоны для переноса электронов, описываемой как небольшая «запрещенная зона».

Но, несмотря на преимущества черного фосфора, производители микросхем, скорее всего, использовали бы другой материал для достижения этого маскирующего эффекта.

«Промышленность начинает рассматривать ультратонкие 2D-материалы, потому что они позволят разместить на кристалле больше транзисторов, что сделает их более мощными.«Черный фосфор слишком летуч, чтобы быть совместимым с современными технологиями обработки, но экспериментальная демонстрация того, как может работать 2D-материал, — это шаг к пониманию того, как реализовать эту меру безопасности», — сказал Аппенцеллер.

История Источник:

Материалы предоставлены Purdue University .