Самый мощный полевой транзистор — Морской флот

NXP » MRF1K50H

John Powell, NXP Semiconductors

Microwave Engineering Europe

Последние достижения в области технологии LDMOS позволили не только использовать радиочастотные транзисторы в тех приложениях, где раньше безраздельно доминировали электровакуумные приборы, но и расширить сферу их применения. Новый мощный радиочастотный транзистор MRF1K50H компании NXP при питании напряжением 50 В способен как в импульсном, так и в непрерывном режимах отдавать в нагрузку 1500 Вт в диапазоне частот от 1.8 до 500 МГц, что делает его самым мощным транзистором среди выпускаемых отраслью по любым технологиям и для любых частот.

Когда несколько лет назад NXP представила транзистор с непрерывной выходной мощностью 1250 Вт, он быстро завоевал популярность в самых разных приложениях большой мощности, где раньше традиционно использовались электровакуумные триоды и тетроды, поскольку это был первый LDMOS транзистор, способный работать в системах, в которых могут происходить огромные рассогласования импедансов.

Новый MRF1K50H (Рисунок 1) сместил этот уровень надежности в область более высоких мощностей, что делает его еще более привлекательным для приложений большой мощности. Это могут быть, в частности, схемы накачки углекислотных лазеров и источников плазмы, а также установки физики высоких энергий, в которых они формируют электромагнитное поле, ускоряющее пучки заряженных частиц.

Рисунок 1.	Изображенные здесь в трех вариантах корпусов новые 1.5-киловаттные радиочастотные транзисторы компании NXP на сегодня являются самыми мощными твердотельными высокочастотными приборами. Версия с керамическим корпусом с воздушной полостью совместима с существующими транзисторами; для увеличения выходной мощности достаточно лишь небольшой перенастройки.

MRF1K50H также хорошо подойдет для использования во многих промышленных системах, таких как нагревательное, сварочное и сушильное оборудование, в котором всегда использовались электронные лампы, поскольку никаких твердотельных источников радиочастотного диапазона, в которых сочетались бы надежность электровакуумных приборов с высокой выходной мощностью просто не существовало. Кроме того, транзистор найдет применение в УКВ передатчиках телевизионного вещания, УВЧ радарах и наземных базовых станциях подвижной радиосвязи.

Рисунок 2.	MRF1K50H отдает непрерывную мощность 1550 Вт на частоте 27 МГц при усилении 25.9 дБ и КПД 78%.

Кроме того, MRF1K50H, вероятно, приобретет популярность среди производителей линейных усилителей для любительского радио, где один транзистор легко обеспечит максимальную пиковую мощность огибающей (1500 Вт), допустимую почти во всех КВ и некоторых УКВ диапазонах.

По уровню надежности и сроку службы этот транзистор намного превосходит любые электронные лампы. В экстремальных условиях, когда температура перехода может достигать 225 °C, среднее время наработки на отказ транзистора MRF1K50H составляет 35 лет, однако в нормальном режиме работы при температуре корпуса до 100 °C оно превышает 450 лет. Это гарантирует длительный срок эксплуатации без замены транзистора, намного сокращающий вынужденные простои промышленных систем, время их обслуживания и стоимость использования. Кроме того, твердотельные источники радиочастотных сигналов позволяют управлять выходной мощностью в их полном динамическом диапазоне, фактически, предлагая ранее недоступные варианты использования.

Рисунок 3.	Основные характеристики транзисторов MRF1K50H в радиовещательном диапазоне частот. Как можно видеть, КПД остается в пределах 81% … 84%.

Получить выходную мощность 1.5 кВт можно как от транзистора в керамическом корпусе с воздушной полостью (MRF1K50H), так и от транзистора в формованном пластмассовом корпусе (MRF1K50N). MRF1K50H совместим по выводам со своим 1250-ваттным предшественником MRFE6VP61K25H, а также с устройствами других производителей, так что переход на новые транзисторы не вызовет у разработчиков никаких трудностей. Более того, у транзисторов не только одинаковые корпуса, но и очень близкие значения выходной емкости, что позволяет устанавливать MRF1K50H на ту же печатную плату, выполнив лишь минимальные перенастройки, связанные с его большей выходной мощностью.

Предназначен для жестких условий эксплуатации

Как отмечалось выше, MRF1K50H исключительно надежен и устойчив к перегрузкам, что позволяет ему без повреждения и деградации параметров выдерживать КСВ 65:1. Пробивное напряжение прибора, равное 135 В, и способность к поглощению лавинной энергии, увеличенная по сравнению с предшественником на 40%, идеально подходят для тяжелых условий эксплуатации в промышленном оборудовании.

Рисунок 4.	Для демонстрации типичных радиочастотных характеристик MRFK150 NXP предлагает четыре эталонные схемы, охватывающие диапазон от 27 МГц до 230 МГц.

Высокая выходная мощность предъявляет повышенные требования к системам отвода тепла. Для упрощения конструкций устройств охлаждения и повышения надежности тепловое сопротивление керамического корпуса прибора MRF1K50H было уменьшено до 0.12 °C/Вт, а фланцы выпускаемого в пластмассовом корпусе транзистора MRF1K50N изготавливаются из меди, благодаря чему его тепловое сопротивление переход-корпус снижено на 30%. Кроме того, более жесткие допуски на размеры и улучшенная паяемость выводов обеспечивают более точное и надежное крепление транзисторов к печатной плате в процессе производства.

Необходимым дополнением к анонсу любого нового устройства должны быть соответствующие проектные ресурсы, поэтому NXP предлагает четыре базовые схемы, в которых MRF1K50H будет использоваться чаще всего:

• 27 МГц:
  Эта узкополосная эталонная схема работает на частоте, наиболее распространенной в промышленных приложениях, таких как термосклеивание, сушка и сварка.
• 81.36 МГц:
  MRF1K50H хорошо подходит для этой частоты, которую производители выбрали для накачки CO₂ лазеров.
• 87.5 … 108 МГц:
  Очень большая выходная мощность MRF1K50H позволит сократить число транзисторов и усилительных модулей, необходимых для получения требуемой мощности на входах антенн передатчиков УКВ и цифрового радио. Эта широкополосная оценочная плата адресована разработчикам именно таких систем.
• 230 МГц:
  На этой частоте в импульсном режиме работают узкополосные передатчики аэрокосмических и ряда других систем. Данная эталонная схема разработана для приложений с длительностью импульса 100 мкс, коэффициентом заполнения 20% и пиковой выходной мощностью 1500 Вт.

MRF1K50H, как и варианты транзистора в пластмассовых корпусах, уже выпускаются серийно. Во многих системах, в которых будет использоваться MRF1K50H, особенно в оборонных и промышленных приложениях, транзисторам предстоит работать в течение многих лет. Следовательно, для производителей очень важно быть уверенными в том, что важнейшие компоненты их систем будут доступны на протяжении всего этого времени. Для поддержки таких приложений NXP разработала программу «Долголетие продуктов», гарантирующую доступность критически важных компонентов, как минимум, в течение 15 лет после начала их производства. Применительно к MRF1K50H это означает, что NXP обеспечит их поставку, по крайне мере, до 2031 года.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Полевые транзисторы «IRF. »

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ «IRF. «

Мощные полевые ключевые транзисторы с изолированным затвором, n-канальные, обогащенного типа.

Uc-и max – максимально допустимое напряжение между стоком и истоком (V).

Ic max – максимально допустимый ток стока (А). Рmах • максимально допустимая мощность рассеяния на стоке (W).

Rc-и – минимальное эквивалентное сопротивление сток-исток в полностью открытом состоянии (Ohm).

Си – емкость стока (nF).

Uз-и (отс) — максимальное напряжение отсечки между затвором и истоком (V).

Uз-и max – пробивное напряж. затвор-исток (V). S(A/V) – крутизна ампер-вольтовой характеристики, от и до.

при Iс – ток стока (А) при котором измерялась

Основные параметры мощных транзисторов

Технологические возможности и успехи в разработке мощных полевых транзисторов привели к тому, что в настоящее время не составляет особого труда приобрести их за приемлемую цену.

В связи с этим возрос интерес радиолюбителей к применению таких MOSFET транзисторов в своих электронных самоделках и проектах.

Стоит отметить тот факт, что MOSFET’ы существенно отличаются от своих биполярных собратьев, как по параметрам, так и своему устройству.

Пришло время ближе познакомиться с устройством и параметрами мощных MOSFET транзисторов, чтобы в случае необходимости более осознанно подобрать аналог для конкретного экземпляра, а также иметь возможность понимать суть тех или иных величин, указанных в даташите.

Что такое HEXFET транзистор?

В семействе полевых транзисторов есть отдельная группа мощных полупроводниковых приборов называемых HEXFET. Их принцип работы основан на весьма оригинальном техническом решении. Их структура представляет собой несколько тысяч МОП ячеек включенных параллельно.

Ячеистые структуры образуют шестиугольник. Из-за шестиугольной или по-другому гексагональной структуры данный тип мощных МОП-транзисторов и называют HEXFET. Первые три буквы этой аббревиатуры взяты от английского слова hexagonal – «гексагональный».

Под многократным увеличением кристалл мощного HEXFET транзистора выглядит вот так.

Как видим, он имеет шестиугольную структуру.

Получается, что мощный MOSFET, по сути представляет собой эдакую супер-микросхему, в которой объединены тысячи отдельных простейших полевых транзисторов. В совокупности они создают один мощный транзистор, который может пропускать через себя большой ток и при этом практически не оказывать значительного сопротивления.

Благодаря особой структуре и технологии изготовления HEXFET, сопротивление их канала R_DS(on) удалось заметно снизить. Это позволило решить проблему коммутации токов в несколько десятков ампер при напряжении до 1000 вольт.

Вот только небольшая область применения мощных HEXFET транзисторов:

Схемы коммутации электропитания.

Системы управления электродвигателями.

Усилители низкой частоты.

Ключи для управления мощными нагрузками.

Несмотря на то, что мосфеты, изготовленные по технологии HEXFET (параллельных каналов) обладают сравнительно небольшим сопротивлением открытого канала, сфера применения их ограничена, и они применяются в основном в высокочастотных сильноточных схемах. В высоковольтной силовой электронике предпочтение порой отдают схемам на основе IGBT.

Транзисторы HEXFET марки IRLZ44ZS

Изображение MOSFET транзистора на принципиальной электрической схеме (N-канальный МОП).

Как и биполярные транзисторы, полевые структуры могут быть прямой проводимости или обратной. То есть с P-каналом или N-каналом. Выводы обозначаются следующим образом:

О том, как обозначаются полевые транзисторы разных типов на принципиальных схемах можно узнать на этой странице.

Основные параметры полевых транзисторов.

Вся совокупность параметров MOSFET может потребоваться только разработчикам сложной электронной аппаратуры и в даташите (справочном листе), как правило, не указывается. Достаточно знать основные параметры:

V_DSS (Drain-to-Source Voltage) – напряжение между стоком и истоком. Это, как правило, напряжение питания вашей схемы. При подборе транзистора всегда необходимо помнить о 20% запасе.

I_D (Continuous Drain Current) – ток стока или непрерывный ток стока. Всегда указывается при постоянной величине напряжения затвор-исток (например, V_GS=10V). В даташите, как правило, указывается максимально возможный ток.

R_DS(on) (Static Drain-to-Source On-Resistance) – сопротивление сток-исток открытого канала. При увеличении температуры кристалла сопротивление открытого канала увеличивается. Это легко увидеть на графике, взятом из даташита одного из мощных HEXFET транзисторов. Чем меньше сопротивление открытого канала (R_DS(on)), тем лучше мосфет. Он меньше греется.

P_D (Power Dissipation) – мощность транзистора в ваттах. По-иному этот параметр ещё называют мощностью рассеяния. В даташите на конкретное изделие величина данного параметра указывается для определённой температуры кристалла.

V_GS (Gate-to-Source Voltage) – напряжение насыщения затвор-исток. Это напряжение, при превышении которого увеличения тока через канал не происходит. По сути, это максимальное напряжение между затвором и истоком.

V_GS(th) (Gate Threshold Voltage) – пороговое напряжение включения транзистора. Это напряжение, при котором происходит открытие проводящего канала и он начинает пропускать ток между выводами истока и стока. Если между выводами затвора и истока приложить напряжение меньше V_GS(th), то транзистор будет закрыт.

На графике видно, как уменьшается пороговое напряжение V_GS(th) при увеличении температуры кристалла транзистора. При температуре 175 0 C оно составляет около 1 вольта, а при температуре 0 0 C около 2,4 вольт. Поэтому в даташите, как правило, указывается минимальное (min.) и максимальное (max.) пороговое напряжение.

Рассмотрим основные параметры мощного полевого HEXFET-транзистора на примере IRLZ44ZS фирмы International Rectifier. Несмотря на впечатляющие характеристики, он имеет малогабаритный корпус D 2 PAK для поверхностного монтажа. Глянем в datasheet и оценим параметры этого изделия.

Предельное напряжение сток-исток (V_DSS): 55 Вольт.

Максимальный ток стока (I_D): 51 Ампер.

Предельное напряжение затвор-исток (V_GS): 16 Вольт.

Сопротивление сток-исток открытого канала (R_DS(on)): 13,5 мОм.

Максимальная мощность (P_D): 80 Ватт.

Сопротивление открытого канала IRLZ44ZS составляет всего лишь 13,5 миллиОм (0,0135 Ом)!

Взглянем на «кусочек» из таблицы, где указаны максимальные параметры.

Хорошо видно, как при неизменном напряжении на затворе, но при повышении температуры уменьшается ток (с 51A (при t=25 0 C) до 36А (при t=100 0 С)). Мощность при температуре корпуса 25 0 С равна 80 Ваттам. Так же указаны некоторые параметры в импульсном режиме.

Транзисторы MOSFET обладают большим быстродействием, но у них есть один существенный недостаток – большая ёмкость затвора. В документах входная ёмкость затвора обозначается как C_iss (Input Capacitance).

На что влияет ёмкость затвора? Она в большой степени влияет на определённые свойства полевых транзисторов. Поскольку входная ёмкость достаточно велика, и может достигать десятков пикофарад, применение полевых транзисторов в цепях высокой частоты ограничивается.

В схемах переключения время заряда паразитной входной ёмкости транзистора влияет на скорость его срабатывания.

Важные особенности MOSFET транзисторов.

Очень важно при работе с полевыми транзисторами, особенно с изолированным затвором, помнить, что они “смертельно” боятся статического электричества. Впаивать их в схему можно только предварительно закоротив выводы между собой тонкой проволокой.

При хранении все выводы МОП-транзистора лучше закоротить с помощью обычной алюминиевой фольги. Это уменьшит риск пробоя затвора статическим электричеством. При монтаже его на печатную плату лучше использовать паяльную станцию, а не обычный электрический паяльник.

Дело в том, что обычный электрический паяльник не имеет защиты от статического электричества и не «развязан» от электросети через трансформатор. На его медном жале всегда присутствуют электромагнитные «наводки» из электросети.

Любой всплеск напряжения в электросети может повредить паяемый элемент. Поэтому, впаивая полевой транзистор в схему электрическим паяльником, мы рискуем повредить MOSFET-транзистор.

20 Полевой транзистор с р-n переходом

К анальные транзисторы бывают n и p типа. Стрелка вправо на затворе показывает канал n типа, влево p типа. Канал создан из полупроводника n типа заключенного между 2мя p-n переходами. Начало движения заряда — исток, электрод к которому движется заряд- сток. Полупроводниковый слой p типа имеет более высокую концентрацию носителей. Входное напряжение поданное на данный транзистор является обратным для p-n перехода. Полевые транзисторы с p-n переходом имеют запирающее напряжение U. Это значит что при смене полярности входного сигнала транзистор перестает работать. Управляющее вх U является обратным для обоих p-n переходов. Управление током может производится за счет изменения ширины p-n перехода. P-n переход представляет собой группу полупроводников, объединенных носителем заряда, но поскольку концентрация зарядов в p слое больше чем в n, то измерение ширины происходит за счет высокоом. n-слоя, т.е действует эффект модуляции ширины базы. Сечение токопроводящего канала изменяется, значит изменяется и его проводимость, изменяется ток.

1 . Uзи<0, Uис=0, Ic=0

U приложено только ко входу. При этом изменение Uзи приводит к изменению проводимости канала, за счет равномерного сужения канала по всей длинне.

2 .Uзи=0, Uис>0, Ic>0

П ри Uис>0 через канал протекает Ic, в результате создается падение U, которое возрастает от И к С. Максимальное падение U=Uсм, которое было в точке C. Потенциалы точек р-типа будут неодинаковы по его длинне, возрастая от 0 до Uис в точке стока. Т.к потенциалы точек p обладают определенным напряжением, определяется Uзи=0, Uобр приложенное к pn переходувозрастает от истока к стоку, которая приводит к возрастанию ширины модуляции базы. При некоторой Uис происходит смыкание канала, и его сопротивление становится высоким.

3. Uзи<0, Uис>0, Ic>0

21. Вах полевых транзисторов с р-n переходом

Вах полевых транзисторов с pт переходом бывает 2х видов:

1) стоковая 2)стокозатворная.

Стоковые вых х-ки

Т ранзистор с pn переходом, канал n типа. Iс=F(Ucи), при этом (Uзи=const). Имеются явно выраженные 3 области 1 Крутая, 2 Пологая, 3 Пробоя, т.е переход исток-сток.

Р/м Uзи=0. U учитываем от 0 до точки а влияние Uис на проводимость канала незначительно, поэтому здесь применяем линейную зависимость в обл Ic(Uис).

Такая линейная зависимость широко используется в схемах для создания управляемого омического сопротивления, оно свободно от паразитных эдс, которые связаны с зарядом. На участке а-б увеличивается Uис. В точке б канал сужается до минимума, смыкается pn переход, дальнейшее повышение Uис теоретически не должно увеличить Iс, т.к с увеличением Uис имеем разного рода утечки и влияет Эл поле pn перехода, который прилегает к каналу. Третий участок ВАХ характеризуется резким возрастанием тока, который вызван лавинным пробоем pn перехода, пробой идет по центру С-З( в точке d и выше может произойти пробой pn перехода, на уч C-З). Если Uис<0, то исходная проводимость канала уменьшается ( рис 3).В связи с этим начальные участки кривых имеют меньшую крутизну нарастания тока. Перекрытие канала происходит при меньшем напр Uис чем в сл 1 (рис 1).

Перекрывание канала соответствует абсциссе точки Uз, при кот Ic=0 называется напряжением отсечкиUзи0; числ. Зн. Uзи0=Uис в точке ВАХ при Uзи=0.

У правление выходным током в полевом транзисторе производится Uзи, поэтому важное значение имеет стокозатворная характеристика (или проходная характеристика транзистора). Она имеет большой практический смысл. Iс=F(UЗи) при (Uси=const).

Важным параметром является крутизна характеристики S=dIс/dUзи приUис=const, т.о

S=ΔIc/ΔUзи при Uси=const. Заметим, что

хар-ка сток-затвор располагается только во втором квадрате. Внутреннее сопротивление транзистора ri=dUси/dIс при Uзи=const. В области два давление высокое ri=ΔUси/ΔIс при Uзи=const. Входное сопротивление транзистора rвх= ri=dUзи/dIз в отличие от биполярных транзисторов. Напряжение входа полевых транзисторов много больше. Тк изменение входного тока — изменение обратного тока pn перехода (он очень небольшой), значит сопротивление входа очень большое. Измеряется десятками Мом. Статический коэф усиления M=S*ri,

М=-dUuc/dUзи, при Iс=const. В полевых транзисторах учитывается большое ri и rвых, усиливается влияние межэлектродных емкостей ( З и И, Зи С) которые существенно влияют на частные свойства полевых транзисторов.

Влияние температуры

Обусловлено температурной зависимостью пот-ого барьера φ0 и изменении подвижности электронов и дырок при изменении температуры. С ростом температуры, падает φ0, это сказывается на увеличении сечения канала и проводимости, а подвижность носителей уменьшается, значит уменьшается и проводимость канала.

Принимая во внимание противоположное влияние φ0 и подвижности носителей можно найти рабочую точку в которой это влияние взаимно компенсируется, это не всегда оказывается целесообразным.

2 2. Т-образная схема замещения транзистора.

ri-внутр. сопротивление идеального источника тока. Если выполняется по интегр технологии c- невысокие, но их очень важно знать при оценке частотных свойств, тк входное сопротивление полевого транзистора очень большое, поэтому постоянная времени заметна, при rвх=10^-12 с=1пкФ. Если транзистор используется в области низких частотили при пост токе используется 2 эл SUвх и riа емкости не используются. Есть разновидности схем замещения, когда вместо источника тока используется источник ЭДС, и последовательно соединенные внутренние сопротивления.

Полевой транзистор — источник постоянного тока

Полевой транзистор по существу является источником постоянного тока и его вольт-амперная характеристика аналогична характеристике электронной лампы – пентоду. В простейшем случае, изображенном на рис. 14.2, пользователю доступны только два вывода и устройство обыч­но представляется как диод. Из характеристики такого диода, также по­казанной на рисунке, видно, что в большей части рабочей области ток имеет почти постоянную величину. Если последовательно с этим прибо­ром включить прецизионный резистор, как показано на рис. 14.3А, то на нем появится постоянное напряжение, которое можно использовать как опорное при условии, что нагрузка имеет входное сопротивление значи­тельно превышающее сопротивление включенного резистора. В стабили­зированных источниках питания, это требование легко выполняется, если нагрузкой является компаратор или буферный каскад.

Рис. 14.2. Диод постоянного тока. Фактически это полевой транзис­тор, у которого соединенные вместе затвор и исток образуют катод «диода». Большинство диодов постоянного тока сделаны из полевых транзисторов с каналом л-типа. Специально разработанные устройства этого типа называются токостабилизирующими диодами (CRD).

Лучших результатов можно достичь, если вместо обычных полевых транзисторов использовать специально разработанные полевые диоды, которые оптимизированы с точки зрения вольт-амперных характеристик. Эти устройства имеют только два вывода потому, что затвор и исток со­единены у них внутри. В настоящее время имеется более 30 типов дио­дов, рассчитанных на токи от 200 мкА до 5 мА. Минимальное рабочее напряжение очень низкое – порядка 1 – 3 В, а прямое напряжение про­боя часто выше 100 В. Таким образом, эти устройства хорошо подходят для широкого класса различных схем.-диодом или прецизионным стабилитроном, как показано на рис. 14.3В. В этом случае можно получить температурный коэффициент 0,001 процента в интервале температур от О до 100’С. Для достижения опти­мальных результатов и CRD-диод, и прецизионный стабилитрон должны иметь нулевой температурный коэффициент при токе около 0,5 мА.

Чаще всего встречается комбинация С/?/)-диода и обычного стаби­литрона. CRD-диод в качестве источника постоянного тока имеет чрез­вычайно высокое сопротивление по переменному току. Стабилитрон или другой источник опорного напряжения наоборот, имеет очень низ­кое сопротивление переменному току. Когда объединяются два этих прибора так, как показано на рис. 14.3В, образуется уникальный фильтр нижних частот с частотой среза около нуля. Такая конфигура­ция теоретически предполагает существенное ослабление всех частот переменного тока. Из-за паразитных параметров практически схема дает ослабление до 100 дБ для частот достигающих нескольких сот ки­логерц. Таким образом, эффективно удаляются большинство пульсаций и шумовых компонент, обусловленных нестабилизированным источни­ком питания.. Кроме того, увеличение в этой схеме со­противления резистора /?, с целью уменьшения тока, приводит, из-за действия обратной связи, к увеличению выходного сопротивления. Каскадное включение транзисторов (рис. 14.4В) позволяет получить на­много более стабильный ток и существенно повысить выходное сопро­тивление по сравнению с однотранзисторной схемой. Для правильной работы схемы необходимо, чтобы ток стока транзистора Q2 был, по крайней мере, в 10 раз больше, чем ток стока транзистора Q\. И важ­но, чтобы напряжение питания стоков обоих полевых транзисторов не меньше, чем вдвое превышало их напряжение смыкания (насыще­ния) Fp, величину обычно точно известную для полевых транзисторов. Этот критерий фактически применяется и в схемах с одним транзис­тором.

Рис. 14.4. Источники стабильного тока с регулируемой величиной тока.

(A) Схема с одним полевым транзистором. Максимальный ток полу­чается при Л = 0.

(B) Каскадное включение двух полевых транзисторов. Эта схема дает лучшую стабилизацию и более высокое динамическое сопротивление, чем схема с одним полевым транзистором. В обеих схемах произво­дитель имеет возможность в процессе изготовления получить нулевой температурный коэффициент для Л = О или для другого значения сопротивления.

CRD-mojx удобно использовать как элемент делителя выходного на­пряжения в импульсном стабилизаторе (рис. 14.5). При таком построе­нии делителя сигнал рассогласования не уменьшается, как это имеет место при обычном резисторном делителе (пример такого применения можно найти в усовершенствованной схеме импульсного стабилизатора на рис. 17.15).

Рис. 14.5. Использование С/?/)-диода для получения требуемой обратной связи в ИИП. Эта схема имеет преимущество по сравнению с обычно используемым резисторным делителем: напряжение обрат­ной связи изменяется точно также, как выходное напряжение источ­ника, а не пропорционально ему. Таким образом, изменение выход­ного напряжения на 2 В приводит к изменению напряжения на С/?/)-диоде также на 2 В.

✅ Как проверить полевой транзистор мультиметром не выпаивая

Как проверить полевой МОП (Mosfet) — транзистор цифровым мультиметром

В этой статье я расскажу вам, как проверить полевой транзистор с изолированным затвором, то есть МОП-транзистор. Это вторая часть статьи по проверки полевых транзисторов. В первой части я рассказывал, как проверить транзистор с управляющим p-n переходом.
Да, полевые транзисторы с управляющим p-n переходом уходят в прошлое, а сейчас в современных схемах применяются более совершенные полевые транзисторы с изолированным затвором. Тогда предлагаю научиться их проверять.

Но для того, что бы понять, как проверить полевой транзистор, давайте я вам в двух словах расскажу, как он устроен.

Полевой транзистор с изолированным затвором мы знаем под более привычным названием МОП -транзистор (метал -окисел-полупроводник), МДП -транзистор(метал -диэлектрик-полупроводник), либо в английском варианте MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor)

Эти аббревиатуры вытекают из структуры построения транзистора. А именно.

Структура полевого MOSFET транзистора.

Для создания МОП-транзистора берется подложка, выполненная из p-полупроводника, где основными носителями заряда являются положительные заряды, так называемые дырки. На рисунке вы видите, что вокруг ядра атома кремния вращаются электроны, обозначенные белыми шариками.

Когда электрон покидает атом, в этом месте образуется «дырка» и атом приобретает положительный заряд, то есть становиться положительным ионом. Дырки на модели обозначены, как зеленые шарики.

На p-подложке создаются две высоколегированные n-области, то есть области с большим количеством свободных электронов. На рисунке эти свободные электроны обозначены красными шариками.

Свободные электроны свободно перемещаются по n-области. Именно они впоследствии и будут участвовать в создании тока через МДП-тназистор.

Пространство между двумя n-областями, называемое каналом покрывается диэлектриком, обычно это диоксид кремния.

Над диэлектрическим слоем располагают металлический слой. N-области и металлический слой соединяют с выводами будущего транзистора.

Выводы транзистора называются исток, затвор и сток.

Ток в МОП-транзисторе течет от истока через канал к стоку. Для управления этим током служит изолированный затвор.

Однако если подключить напряжение между истоком и стоком, при отсутствии напряжения на затворе ток через транзистор не потечет, потому что на его пути будет барьер из p-полупроводника.

Если подать на затвор положительное напряжение, относительно истока, то возникающее электрическое поле будет к области под затвором притягивать электроны и выталкивать дырки.

По достижению определенной концентрации электронов под затвором, между истоком и стоком создается тонкий n-канал, по которому потечет ток от истока к стоку.

Следует сказать, что ток через транзистор можно увеличить, если подать больший потенциал напряжения на затвор. При этом канал становиться шире, что приводит к увеличению тока между истоком и стоком.

МДП-транзистор с каналом p-типа имеет аналогичную структуру, однако подложка в таком транзисторе выполнена из полупроводника n-типа, а области истока и стока из высоколегированного полупроводника p-типа.

В таком полевом транзисторе основными носителями заряда являются положительные ионы (дырки). Для того, что бы открыть канал в полевом транзисторе с каналом p-типа необходимо на затвор подать отрицательный потенциал.

Особенности конструкции, хранения и монтажа

Транзистор n-канального типа состоит из кремниевой подложки с p-проводимостью, n-областей, получаемых путем добавления в подложку примесей, диэлектрика, изолирующего затвор от канала, расположенного между n-областями. К n-областям подсоединяются выводы (исток и сток). Под действием источника питания из истока в сток по транзистору может протекать ток. Величиной этого тока управляет изолированный затвор прибора.

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

Прежде, чем начать проверку исправности полевого транзистора, необходимо определить его цоколевку. Часто на импортном приборе наносятся метки, определяющие соответствующие выводы транзистора. При отсутствии цоколевки на приборе необходимо посмотреть ее в документации на данный прибор.

Проверка полевого MOSFET транзистора цифровым мультиметром

Для примера возьмем полевой МОП-транзистор с каналом n-типа IRF 640. Условно-графическое обозначение такого транзистора и его цоколевку вы видите на следующем рисунке.

Перед началом проверки транзистора замкните все его выводы между собой, что бы снять возможный заряд с транзистора.

Проверка встроенного диода

Для начал следует подготовить мультимер и перевести его в режим проверки диодов. Для этого переключатель режимов/пределов установите в положение с изображением диода.

В этом режиме мультиметр при подключении диода в прямом направлении (плюс прибора на анод, минус прибора на катод) показывает падение напряжения на p-n переходе диода. При включении диода в обратном направлении мультиметр показывает «1».

Итак, подключаем щупы мультиметра, как было сказано выше, в прямом включении диода. Таким образом, красный шум (+) подключаем на исток, а черный (-) на сток.

Мультиметр должен показать падение напряжение на переходе порядка 0,5-0,7.

Меняем полярность подключения встроенного диода, при этом мультиметр, при исправности диода покажет «1».

Проверка работы полевого МОП транзистора

Проверяемый нами МОП-транзистор имеет канал n-типа, поэтому, что бы канал стал электропроводен необходимо на затвор транзистора относительно истока либо стока подать положительный потенциал. При этом электроны из подложки переместятся в канал, а дырки будут вытолкнуты из канала. В результате канал между истоком и стоком станет электропроводен и через транзистор потечет ток.

Для открытия транзистора будет достаточно напряжения на щупах мультиметра в режиме прозвонки диодов.

Поэтому черный (отрицательный) щуп мультиметра подключаем на исток (или сток), а красным касаемся затвора.

Если транзистор исправен, то канал исток-сток станет электропроводным, то есть транзистор откроется.

Теперь если прозвонить канал исток-сток, то мультиметр покажет какое-то значение падение напряжения на канале, в виду того, что через транзистор потечет ток.

Таким образом черный щуп транзистора ставим на исток, а красный на сток и мультиметр покажет падение напряжение на канале.

Если поменять полярность щупов, то показания мультиметра будут примерно одинаковыми.

Что бы закрыть транзистор достаточно относительно истока на затвор подать отрицательный потенциал.

Следовательно, подключаем положительный (красный) щуп мультиметра на исток, а черным касаемся затвор.

При этом исправный транзистор закроется. И если после этого прозвонить канал исток-сток, то мультиметр покажет лишь падение напряжения на встроенном диоде.

Если транзистор управляется напряжением с мультиметра (то есть открывается и закрывается), значит можно сделать вывод, что транзистор исправен.

Проверка полевого МОП – транзистора с каналом p-типа осуществляется подобным образом. За тем исключением, что во всех пунктах проверки полярность подключения щупов меняется на противоположную.

Более подробно и просто всю методику проверки полевого транзистора я изложил в следующем видеоуроке:

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Полевой транзистор — что это

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

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

Если эту деталь соединить с источником питания, то ток будет отсутствовать. Но всё будет иначе, если это сделать между истоком и затвором или стоком и затвором. Нужно, чтобы к затвору было приложено напряжение, соответствующее по знаку его типу проводимости (положительное для p-типа, отрицательное для n-типа). Тогда через эту деталь потечёт ток. Чем более высокое напряжение было подано на затвор, тем он будет сильнее.

Распиновка

IRF740 встречается в стандартном корпусе ТО-220AB, выдерживающем достаточно высокие температуры и мощность рассеивания до 50 Вт. Распиновка (цоколевка) характерна для большинства полевиков компании IR — левая ножка — затвор, средняя — сток и крайняя правая -исток. Для определении распиновки всегда смотрите на лицевую сторону устройства, на которую нанесена маркировка. При непосредственном монтаже на плату надо учитывать физическое соединение корпуса с выводом стока. На рисунке распиновка irf740 представлена более наглядно.

Как работает

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

• с управляющим переходом;
• с изолированным затвором.

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

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

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

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

В p-канальных транзисторах принцип работы будет аналогичным.

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

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

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

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

Характеристики IRF740

При ознакомлении с характеристиками полевого транзистора IRF740 изначально обращают внимание на его максимальные (предельно допустимые) характеристики. Затем, исходя из поставленной задачи, изучают электрические параметры. После этого переходят к графикам типовых выходных, передаточных и других характеристик. Рассмотрим основные фрагменты из DataSheet irf740 на русском языке.

Максимальные

Ниже представлены предельно допустимые значения МОП-транзистора IRF740. Не следует воспринимать их как основные, при которых mosfet будет работать стабильно. Превышение любого из них, даже на короткий промежуток времени, может привести к выходу устройства из строя.

Электрические

В электрических характеристиках IRF740 содержится информация проверенная производителем при определенных условия. Эти условия указываются дополнительно, в одном из столбцов таблицы. Например, из дополнительных условий можно узнать, что irf740 при напряжении 400 вольт между стоком-истоком, при отсутствующем напряжении на затворе, начинает проводить слабый ток — 250 микроампер.

Тепловые параметры

Основным параметром, который ограничивает применение полевого транзистора, является его рабочая температура. А точнее её увеличение, которое связанно с ростом сопротивления транзистора при прохождении через него электрического тока. Несмотря на низкое сопротивление mosfet, на нём все равно рассеивается некоторая мощность, из-за этого он нагревается. Для упрощения расчётов связанных с нагревом IRF740, в даташит приводятся значения его тепловых сопротивлений: от кристалла к корпусу (Junction-to-Case ) и от корпуса в окружающую среду (Junction-to-Ambient).

Неправильные расчеты тепловых параметров для использования в проектах и плохая пайка приводит к перегреву mosfet. На одном из форумов радиолюбитель жаловался на то, что в собранной им схеме металлоискатель пират на irf740 сильно греется. После продолжительных разбирательств причина перегрева выяснилась и оказалась самой банальной – плохая пайка прибора на плату и охлаждение.

Какие случаются неисправности

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

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

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

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

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

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

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

1. Дальше осуществляется проверка работоспособности транзистора.

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

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

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

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

Правила безопасной работы

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

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

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

Инструкция по прозвонке без выпаивания

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

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

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

Проверка без выпаивания выполняется следующим образом:

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

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

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

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

Как паять полевые транзисторы правильно и безопасно: 5 советов

Рекомендую новичкам на этот вопрос обратить самое пристальное внимание. Тогда разочарования от проделанной работы у вас не возникнет.

Где спрятана засада или чем опасна статика для электроники

В повседневной жизни статическое электричество мы ощущаем редко, например, при расчесывании волос пластиковой расческой, выходе из автомобиля после поездки или в некоторых других случаях.

Обычно статика доставляет нашему организму небольшие неприятности, которые просто раздражают. Но с полупроводниками дела обстоят иначе.

У МОП транзисторов очень тонкий слой изоляции между затвором и материалом канала. Он образует емкостную связь затвор-исток, затвор-сток. Причем сам диэлектрик создает этот эффект, работая как емкость.

Мы знаем, что любой конденсатор выпускается для работы под определенным напряжением. Если его превысить, то происходит пробой изоляции. Для повреждения оксидной пленки полевика обычно достаточно десятка вольт, а иногда и меньше.

Теперь показываю фотографиями какие опасности мы можем создать своими руками для транзисторов, если не будем соблюдать правила их пайки.

Я взял свой любимый трансформаторный паяльник Момент, включил его шнур питания в розетку, но кнопку включения не нажимал. Один конец провода мультиметра через крокодил посадил на жало, а второй — просто прислонил к пальцу. Установил режим вольтметра переменного тока.

Прибор показывает 28 вольт. Вот такие наводки создаются даже при обесточенном трансформаторе.

Продолжаю эксперимент. Черный щуп оставил на прежнем месте, а красный прислонил к диэлектрической поверхности табуретки, где размещены все приборы.

Почти 6,4 вольта. Когда отделил красный щуп воздушным пространством — показание стало вообще 8 вольт.

А ведь это совершенно случайные замеры, результаты которых зависят от множества факторов, что значит: напряжение может быть значительно больше или меньше.

Мы можем даже не чувствовать эту статику, но ее случайный разряд способен выжечь тонкий полупроводниковый переход кристалла.

Чтобы этого не допустить важно соблюдать обязательные рекомендации.

Как избежать скрытой опасности и безопасно работать паяльником: 5 рекомендаций

Совет №1: шунтирование выводов

Исключить повреждение полупроводниковых переходов при хранении и работе можно содержанием микросхем, транзисторов, изделий интегральной электроники в слое фольги.

Аналогичный результат, в частности, получается, если обмотать контакты их выводов тонкой медной проволочкой без изоляции.

Совет №2: снятие статики с работающего оборудования

Работать лучше всего профессиональной паяльной станцией с заземленным наконечником. Если ее нет, то заземлите отдельными проводниками жало паяльника и монтажную плату. Выводы транзистора зашунтируйте тонкой проволочкой, которая будет снята после пайки.

Снять опасный потенциал статики с пинцета и инструмента, которым будете работать, позволяет заземляющий браслет на руке или иной части тела. Его сопротивление в 1 МОм исключает возможность опасного статического разряда.

Совет №3: подготовка рабочего места

Сухой воздух северных широт, особенно зимой, способствует накоплению статики на окружающих предметах. Увлажнители и мойки воздуха успешно борются с этим явлением.

Антистатический коврик сразу надежно снимает статические потенциалы, воздействия электрических помех из окружающей среды.

Совет№4: профессиональные смеси

Специальный флюс марки FluxOff не только отлично смывает канифоль и следы от коррозии, но реально убирает статику. Им достаточно просто смочить плату.

Совет №5: быстрая пайка

Выбирайте минимально необходимую мощность паяльника, но работайте им быстро. Опытные ремонтники умудряются разогреть жало, взять им припой, обесточить паяльник и затем припаять деталь на место.

Часть современных микросхем и транзисторов имеет защиту от статики, но это не отменяет необходимости соблюдать правила безопасной пайки со всеми остальными изделиями.

Как проверить полевой транзистор?

MOSFET: N-канальный полевой транзистор.

S — исток, D — сток, G — затвор

На мультиметре выставляем режим проверки диодов.

Транзистор закрыт: сопротивление — 502 ома

MOSFET — это Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor. Для диагностики полевых транзисторов N-канального вида ставим мультиметр на проверку диодов (обычно он пищит на этом положении), черный щуп слева на подложку (D — сток), красный на дальний от себя вывод справа (S — исток), тестер показывает 502 Ома — полевой транзистор закрыт (Рис.4). Далее, не снимая черного щупа, касаемся (Рис.5) красным щупом ближнего вывода (G — затвор) и опять возвращаем его на дальний (S — исток), тестер показывает 0 Ом: полевой транзистор открылся прикосновением (Рис.6).

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

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

Тестером можно подтвердить наличие этого диода.

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

А теперь можно проверить и затвор.

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

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

Тестер покажет почти нулевое сопротивление.

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

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

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

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

В современной радиоэлектронной аппаратуре все чаще находят применение полевые транзисторы. Как доказала практика, конструктивная надежность данных компонентов обуславливает высокую практичность работоспособности всевозможной бытовой техники. В процессе ремонтных работ, которые все же случаются, возникает необходимость тестирования того или иного компонента на предмет его исправности. Например, как проверить полевой транзистор, который выпаяли из неисправного блока, вышедшего из строя аппарата. Самый простой метод проверки с применением стрелочного тестера. У исправного транзистора между всеми его выводами прибор показывает бесконечное сопротивление, кроме современных, имеющих диод между стоком и истоком, который и ведет себя, как обычный диод. Второй способ проверки с применение современного цифрового мультиметра. Черный щуп, являющийся отрицательным, прикладываем к выводу стока транзистора. Красный щуп, являющийся положительным, прикладываем к выводу истока. Мультиметр показывает прямое падение напряжения на внутреннем диоде около 450мВ, в обратном – бесконечное сопротивление. В данный момент транзистор закрыт. Что мы делаем далее. Не снимая черного щупа, прикладываем красный к затвору, и вновь возвращаем на вывод истока. Мультиметр показывает 280мВ, т.е. он открылся прикосновением. Теперь, если прикоснуться затвора черным щупом, не отпуская красного щупа и вернуть его на вывод стока, то полевой транзистор закроется, и прибор снова покажет падение напряжения на диоде. Диагностика произведена, в результате чего мы убедились в исправности тестируемого транзистора. Для образца мы применили N-канальный полевой транзистор. Чтобы проверить исправность P-канального транзистора, необходимо, всего лишь, поменять местами щупы мультиметра.

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

Простите за качество некоторых картинок (чем богаты).

Как устроен полевой транзистор: 6 типов — краткие сведения

Разобраться с конкретным полевиком и понять его структуру нам поможет классификация, приведенная на картинке ниже, где структурированы их виды.

JFET и MOSFET имеют разную структуру. У JFET затвор (Gate) непосредственно встроен в поперечное сечение канала, работает как управляющий p-n переход.

У мосфета:

1. имеется дополнительный четвертый вывод, соединенный внутренней связью с корпусом. При подключении к внешним цепям им не пользуются;
2. зона вывода затвора отделена слоем диоксида кремния (диэлектрика) от полупроводника канала. Он работает как пластина конденсатора с емкостной связью. За счет этой доработки его и называют «с изолированным затвором» или МДП, МОП транзистор.

МДП обозначает металл-диэлектрик-полупроводник, а МОП — металл-оксид-полупроводник. Разница между ними для начинающего электрика не существенна, практически отсутствует.

На схемах мосфет и джифет обозначаются разными способами. MOSFET чертится с:

1. четвертым выводом, который никуда не подключается;
2. затвором, отделенным от основного канала.

Мосфеты производятся с разными подложками (каналами), которые могут быть обедненными или обогащенными основными носителями заряда.

Более подробно разрисовывать и описывать отличия каждого типа этих полупроводников для начинающего электрика я не буду: нет большого смысла.

Ниже просто привожу типовые графики их работы. Они дадут общее представление о поведении, а конкретные данные вам надо будет брать из даташита — технической документации.

Сила протекающего тока через сток зависит от приложенного напряжения между затвором и истоком, а также от окружающей температуры.

Выходные стоковые характеристики тока зависят от величины приложенного напряжения между стоком-истоком и затвором-истоком.

Так работает МДП-транзистор с встроенным каналом. Крутизна тока увеличивается при возрастании напряжения Uси, Uзи.

А здесь характеристики транзисторов с индуцированным каналом.

Перед любой проверкой каждого транзистора необходимо уточнять его технические возможности по заводской документации.

Такие графические изображения и зависимости процессов электротехники, благодаря наглядности, обладают лучшей информативностью.

6 особенностей работы электронных устройств с MOSFET

В последнее время у нас все чаще работают полевики типа мосфет с каналом любой проводимости.

Вкратце проанализируем подобную схему и ее свойства.

Нюанс №1: в какое плечо включать нагрузку

При полностью открытом полупроводниковом переходе между стоком и истоком создается очень маленькое сопротивление в десятки или сотни миллиОм (Rоткр), что образует низкое падение напряжения на этом участке (Iн·Rоткр), где Iн — величина тока нагрузки.

Потенциала напряжения, подаваемого на затвор, может не хватить для полного открытия полупроводника. Поэтому нагрузку включают выше со стороны стока в полевике n- типа, а истока — у p- типа при питании схемы от одного источника.

Если же в устройстве используются дополнительные источники напряжения, то это требование соблюдать не обязательно.

Нюанс №2: хитрости подключения полевика к микроконтроллерам

Для надежной работы MOSFET необходимо между его затвором и истоком (gate-source) подать пороговое значение напряжения, которое указывается в даташите. Обычно оно составляет около 10 вольт. Все же цифровые устройства работают до пяти: их питания недостаточно, потребуется добавить уровень.

Решить проблему можно одним из трех способов:

1. ключом с биполярными транзисторами подается необходимое питание на затвор;
2. подключить специальный драйвер (микросхему) для формирования управляющего сигнала. Они созданы как для верхнего, так и нижнего плеча с учетом нагрузки. Причем в драйвере верхнего плеча часто применяется схема увеличения выходного напряжения;
3. использовать специализированный полевик низкого уровня открытия (logic level). Однако приобрести его бывает проблематично.

Нюанс №3: как избежать влияния электрических помех

Появление любого потенциала помехи на выводе транзистора часто приводит к его несанкционированным переключениям и нарушению алгоритмов работы электроники.

Поэтому затвор всегда «притягивают» к питанию либо земле через определенное сопротивление даже при подключении через микроконтроллер. Его нельзя оставлять в свободном состоянии, доступном для проникновения посторонних помех.

Нюанс №4: борьба с броском тока при включении

Естественное наличие емкости на выводе gate приводит к «броску тока» при каждом открытии транзистора. Это чревато выводом из строя полупроводникового перехода.

Проблема решается введением в цепочку затвора резистора достаточного номинала. Однако подбирать его величину необходимо с учетом увеличения времени открытия ключа.

Нюанс №5: предохранение от броска тока при отключении индуктивных нагрузок

Защитный быстродействующий TVS-диод, параллельно включенный между истоком и стоком, надежно шунтирует импульсы, создаваемые отключением индуктивных нагрузок.

При работе на высоких частотах мостовых или полумостовых схем импульсных блоков питания либо индукционных нагревателей варочных панелей на вывод стока встречно подключают диод Шоттки, блокирующий паразитный диод, ибо он увеличивает время закрытия, что чревато повреждением полупроводника.

Нюанс №6: дополнительная защита MOSFET

Безопасная работа скоростного высокочастотного ключа в режиме переключения мощных индуктивнных нагрузок обеспечивается его подключением к снабберным цепям. Они:

1. замыкают на себя апериодические токи, создаваемые переходными процессами;
2. снижают нагрев полупроводников;
3. защищают полевик от несанкционированного открывания во время быстрого возрастания напряжения между стоком и истоком.

С чего начать?

Прежде, чем проверить мультиметром любой элемент на исправность, будь то транзистор, тиристор, конденсатор или резистор, необходимо определить его тип и характеристики. Сделать это можно по маркировке. Узнав ее, не составит труда найти техническое описание (даташит) на тематических сайтах. С его помощью мы узнаем тип, цоколевку, основные характеристики и другую полезную информацию, включая аналоги для замены.

Например, в телевизоре перестала работать развертка. Подозрение вызывает строчный транзистор с маркировкой D2499 (кстати, довольно распространенный случай). Найдя в интернете спецификацию (ее фрагмент показан на рисунке 2), мы получаем всю необходимую для тестирования информацию.

Рисунок 2. Фрагмент спецификации на 2SD2499

Большая вероятность, что найденный даташит будет на английском, ничего страшного, технический текст легко воспринимается даже без знания языка.

Определив тип и цоколевку, выпаиваем деталь и приступаем к проверке. Ниже приведены инструкции, с помощью которых мы будем тестировать наиболее распространенные полупроводниковые элементы.

Аналоги

Полными зарубежными аналогами устройства являются: STP11NK40Z (STM), D84EQ2 (National Semiconductor). Аналогичный вид корпуса, распиновка и характеристики этих устройств не потребуют вносить изменения в схему проекта в случае замены. Так же, наиболее подходящим для замены, моно сказать отечественным аналогом irf740, является транзисторы серии КП776. КП776 производит ОАО «ИНТЕГРАЛ», г.Минск, Республика Беларусь. В его даташит транзистор irf740 указан как прототип. Вот максимальные предельно допустимые электрические режимы эксплуатации КП776:

Проверка биполярного транзистора мультиметром

Это наиболее распространенный компонент, например серии КТ315, КТ361 и т.д.

С тестированием данного типа проблем не возникнет, достаточно представить pn переход в как диод. Тогда структуры pnp и npn будут иметь вид двух встречно или обратно подключенных диодов со средней точкой (см. рис.3).

Рисунок 3. «Диодные аналоги» переходов pnp и npn

Присоединяем к мультиметру щупы, черный к «СОМ» (это будет минус), а красный к гнезду «VΩmA» (плюс). Включаем тестирующее устройство, переводим его в режим прозвонки или измерения сопротивления (достаточно установить предел 2кОм), и приступаем к тестированию. Начнем с pnp проводимости:

1. Присоединяем черный щуп к выводу «Б», а красный (от гнезда «VΩmA») к ножке «Э». Смотрим на показания мультиметра, он должен отобразить величину сопротивления перехода. Нормальным считается диапазон от 0,6 кОм до 1,3 кОм.
2. Таким же образом проводим измерения между выводами «Б» и «К». Показания должны быть в том же диапазоне.

Если при первом и/или втором измерении мультиметр отобразит минимальное сопротивление, значит в переходе(ах) пробой и деталь требует замены.

1. Меняем полярность (красный и черный щуп) местами и повторяем измерения. Если электронный компонент исправный, отобразится сопротивление, стремящееся к минимальному значению. При показании «1» (измеряемая величина превышает возможности устройства), можно констатировать внутренний обрыв в цепи, следовательно, потребуется замена радиоэлемента.

Детали устройства

Трансформатор согласующий: Ш-образный сердечник, с площадью сечения не меньше 2 кв.см. Обе обмотки намотаны проводом ПЭВ-2 диаметр 0,1мм. Первичная обмотка состоит из 2300 витков, вторичная из 644 витка с отводом от середины намотки.

При выполнении намотки желательно сперва намотать вторичную обмотку, после чего заизолировать ее и поверх нее намотать первичную. Можно применить и готовый миниатюрный трансформатор от радиоприемника. Обычно они бывают УШ12,5Х20 или Ш12Х16. Конденсатор С1 — К73-5.

В роли звукового сигнализатора допускается применение головных телефонов следующих типов ТК-47, ТА-56М, ТА-4.

Источник: Самодельные электронные устройства для дома, Сидоров И.Н.

Проверка работоспособности полевого транзистора

Этот тип полупроводниковых элементов также называют mosfet и моп компонентами. На рисунке 4 показано графическое обозначение n- и p-канальных полевиков в принципиальных схемах.

Рис 4. Полевые транзисторы (N- и P-канальный)

Для проверки этих устройств подключаем щупы к мультиметру, таким же образом, как и при тестировании биполярных полупроводников, и устанавливаем тип тестирования «прозвонка». Далее действуем по следующему алгоритму (для n-канального элемента):

1. Касаемся черным проводом ножки «с», а красным – вывода «и». Отобразится сопротивление на встроенном диоде, запоминаем показание.
2. Теперь необходимо «открыть» переход (получится только частично), для этого щуп с красным проводом соединяем с выводом «з».
3. Повторяем измерение, проведенное в п. 1, показание изменится в меньшую сторону, что говорит о частичном «открытии» полевика.
4. Теперь необходимо «закрыть» компонент, с этой целью соединяем отрицательный щуп (провод черного цвета) с ножкой «з».
5. Повторяем действия п. 1, отобразится исходное значение, следовательно, произошло «закрытие», что говорит об исправности компонента.

Для тестирования элементов p-канального типа последовательность действий остается той же, за исключением полярности щупов, ее нужно поменять на противоположную.

Заметим, что биполярные элементы, у которых изолированный затвор (IGBT), тестируются также, как описано выше. На рисунке 5 показан компонент SC12850, относящийся к этому классу.

Рис 5. IGBT транзистор SC12850

Для тестирования необходимо выполнить те же действия, что и для полевого полупроводникового элемента, с учетом, что сток и исток последнего будут соответствовать коллектору и эмиттеру.

В некоторых случаях потенциала на щупах мультиметра может быть недостаточно (например, чтобы «открыть» мощный силовой транзистор), в такой ситуации понадобится дополнительное питание (хватит 12 вольт). Подключать его нужно через сопротивление 1500-2000 Ом.

Оценка исправности р-канального устройства

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

Выводы:

1. Полевые транзисторы типа MOSFET широко используются в технике и радиолюбительской практике.
2. Проверку работоспособности таких транзисторов можно осуществить с помощью мультиметра, следуя определенной методике.
3. Проверка p-канального полевого транзистора мультиметром осуществляется таким же образом, что и n-канального транзистора, за исключением того, что следует изменить полярность подключения проводов мультиметра на обратную.

Проверка составного транзистора

Такой полупроводниковый элемент еще называют «транзистор Дарлингтона», по сути это два элемента, собранные в одном корпусе. Для примера, на рисунке 6 показан фрагмент спецификации к КТ827А, где отображена эквивалентная схема его устройства.

Рис 6. Эквивалентная схема транзистора КТ827А

Проверить такой элемент мультиметром не получится, потребуется сделать простейший пробник, его схема показана на рисунке 7.

Рис. 7. Схема для проверки составного транзистора

Обозначение:

• Т – тестируемый элемент, в нашем случае КТ827А.
• Л – лампочка.
• R – резистор, его номинал рассчитываем по формуле h31Э*U/I, то есть, умножаем величину входящего напряжения на минимальное значение коэффициента усиления (для КТ827A — 750), полученный результат делим на ток нагрузки. Допустим, мы используем лампочку от габаритных огней автомобиля мощностью 5 Вт, ток нагрузки составит 0,42 А (5/12). Следовательно, нам понадобится резистор на 21 кОм (750*12/0,42).

Тестирование производится следующим образом:

1. Подключаем к базе плюс от источника, в результате должна засветиться лампочка.
2. Подаем минус – лампочка гаснет.

Такой результат говорит о работоспособности радиодетали, при других результатах потребуется замена.

Как проверить однопереходной транзистор

В качестве примера приведем КТ117, фрагмент из его спецификации показан на рисунке 8.

Рис 8. КТ117, графическое изображение и эквивалентная схема

Проверка элемента осуществляется следующим образом:

Переводим мультиметр в режим прозвонки и проверяем сопротивление между ножками «Б1» и «Б2», если оно незначительное, можно констатировать пробой.

полевик 3, 4 ноги (импорт) — покупка транзистора полевик 3, 4 ноги (импорт) в новом или бу состоянии

Фото транзистора полевик 3, 4 ноги (импорт)

Стоимость покупки транзистора полевик 3, 4 ноги (импорт)

Ед.изм.	Цена нов.	Цена б/у	Цена корп.	Цена белый	Примечание
шт	2,78 грн.	2,08 грн.	1,39 грн.	0,69	белые корпуса раскусывать

Назначение, общее описание

Транзисторы полевого типа на 3, 4 ноги (импорт), превращают сопротивление, усиливают или генерируют процессы электро колебаний. Все более широкого использования, они приобретают в процессорах компьютеров и микросхемах, которые входят в основы мобильных телефонов, холодильных установок, стиральных машин, телевизоров. Также ими пользуются при создании силовой электроники. Корпус — пластик. Размеры — любые, в зависимости от модели.

Некоторые технические параметры

Параметры транзисторов полевых 3, 4 ноги (импорт), отличаются в зависимости от моделей и назначения. Стоит выделить основные типы.

Класс с управляющим затвором p-n перехода.

Класс с изолированным затвором.

Транзистор с изолированным затвором будет с:

Встроенным каналом (обедненные).

Индуцированным каналом (обогащенные).

Условия приема (скупки)

Скупка как новых, так и неликвидных аппаратов в Украине возможна в любом состоянии. Наши квалифицированные эксперты помогут с оценкой б/у или нового оборудования. Гарантируем вам своевременную и достойную оплату деталей несмотря на их количество.

Базовая электроника — типы транзисторов

Существует много типов транзисторов. Каждый транзистор специализируется на своем применении. Основная классификация заключается в следующем.

Первичный транзистор — BJT, а FET — современная версия транзистора. Давайте посмотрим на BJT.

Биполярный переходной транзистор

Транзистор с биполярным переходом, кратко называемый BJT , называется так, поскольку он имеет два PN перехода для своей функции. Этот BJT — не что иное, как обычный транзистор. Имеет два типа конфигураций

NPN и PNP . Обычно NPN-транзистор является предпочтительным для удобства. На следующем рисунке показано, как выглядит практичный BJT.

Типами BJT являются NPN и PNP транзисторы. Транзистор NPN сделан, помещая материал p-типа между двумя материалами n-типа. Транзистор PNP сделан, помещая материал n-типа между двумя материалами p-типа.

BJT — устройство, контролируемое током. Обычный транзистор, который мы обсуждали в предыдущих главах, подпадает под эту категорию. Функциональность, конфигурации и приложения одинаковы.

Полевой транзистор

Полевой транзистор представляет собой трехполюсное однополярное полупроводниковое устройство. Это

устройство, управляемое напряжением, в отличие от биполярного переходного транзистора. Основным преимуществом FET является то, что он имеет очень высокий входной импеданс, который составляет порядка мегаомов. Он имеет много преимуществ, таких как низкое энергопотребление, низкое тепловыделение, а полевые транзисторы являются высокоэффективными устройствами. На следующем рисунке показано, как выглядит практический FET.

FET является однополярным устройством , что означает, что оно изготовлено с использованием материала p-типа или n-типа в качестве основной подложки. Следовательно, текущая проводимость полевого транзистора осуществляется либо электронами, либо дырками.

Особенности FET

Ниже приведены различные характеристики полевого транзистора.

• Униполярный — Униполярный, поскольку дырки или электроны ответственны за проводимость.

• Высокий входной импеданс — Входной ток в FET протекает из-за обратного смещения. Следовательно, он имеет высокий входной импеданс.

• Устройство, управляемое напряжением. Поскольку выходное напряжение полевого транзистора контролируется входным напряжением затвора, полевой транзистор называется устройством, управляемым напряжением.

• Низкий уровень шума — на пути проводимости отсутствуют соединения. Следовательно, шум ниже, чем в BJT.

• Усиление характеризуется как трансдуктивность. Transconductance — это отношение изменения выходного тока к изменению входного напряжения.

• Выходной импеданс полевого транзистора низкий.

Униполярный — Униполярный, поскольку дырки или электроны ответственны за проводимость.

Высокий входной импеданс — Входной ток в FET протекает из-за обратного смещения. Следовательно, он имеет высокий входной импеданс.

Устройство, управляемое напряжением. Поскольку выходное напряжение полевого транзистора контролируется входным напряжением затвора, полевой транзистор называется устройством, управляемым напряжением.

Низкий уровень шума — на пути проводимости отсутствуют соединения. Следовательно, шум ниже, чем в BJT.

Усиление характеризуется как трансдуктивность. Transconductance — это отношение изменения выходного тока к изменению входного напряжения.

Выходной импеданс полевого транзистора низкий.

Преимущества FET

Чтобы предпочесть FET, а не BJT, должно быть несколько преимуществ использования FET, а не BJT. Попробуем обобщить преимущества FET над BJT.

JFET	BJT
Это однополярное устройство	Это биполярное устройство
Устройство с питанием от напряжения	Текущее управляемое устройство
Высокий входной импеданс	Низкое входное сопротивление
Низкий уровень шума	Высокий уровень шума
Лучшая термическая стабильность	Меньшая термостойкость
Усиление характеризуется трансдуктивностью	Усиление характеризуется усилением напряжения

Применение FET

• FET используется в цепях для уменьшения эффекта нагрузки.

• Полевые транзисторы используются во многих цепях, таких как буферный усилитель, генераторы фазового сдвига и вольтметры.

FET используется в цепях для уменьшения эффекта нагрузки.

Полевые транзисторы используются во многих цепях, таких как буферный усилитель, генераторы фазового сдвига и вольтметры.

FET терминалы

Хотя FET является трехполюсным устройством, они не совпадают с BJT-терминалами. Три терминала FET — это ворота, источник и слив. Терминал источника в FET аналогичен эмиттеру в BJT, а Gate аналогичен базе и стоку в коллектор.

Символы FET для типов NPN и PNP показаны ниже.

Источник

• Клемма источника в полевом транзисторе — это та, через которую несущие входят в канал.

• Это аналогично выводу эмиттера в биполярном переходном транзисторе.

• Терминал источника может быть обозначен как S.

• Ток, поступающий в канал на терминале источника, обозначается как IS.

Клемма источника в полевом транзисторе — это та, через которую несущие входят в канал.

Это аналогично выводу эмиттера в биполярном переходном транзисторе.

Терминал источника может быть обозначен как S.

Ток, поступающий в канал на терминале источника, обозначается как IS.

Ворота

• Клемма затвора в полевом транзисторе играет ключевую роль в функции полевого транзистора, контролируя ток через канал.

• Подавая внешнее напряжение на клемму затвора, можно контролировать ток через него.

• Ворота — это комбинация двух внутренних клемм, которые сильно легированы.

• Говорят, что проводимость канала модулируется терминалом затвора.

• Это аналогично базовой клемме в биполярном переходном транзисторе.

• Терминал Gate может быть обозначен как G.

• Ток, поступающий в канал на терминале Gate, обозначается как IG.

Клемма затвора в полевом транзисторе играет ключевую роль в функции полевого транзистора, контролируя ток через канал.

Подавая внешнее напряжение на клемму затвора, можно контролировать ток через него.

Ворота — это комбинация двух внутренних клемм, которые сильно легированы.

Говорят, что проводимость канала модулируется терминалом затвора.

Это аналогично базовой клемме в биполярном переходном транзисторе.

Терминал Gate может быть обозначен как G.

Ток, поступающий в канал на терминале Gate, обозначается как IG.

Сливной

• Сливная клемма в полевом транзисторе — это та, через которую несущие покидают канал.

• Это аналогично клемме коллектора в биполярном переходном транзисторе.

• Напряжение стока к источнику обозначается как VDS.

• Сливной терминал может быть обозначен как D.

• Ток, покидающий канал на сливном терминале, обозначается как I _D.

Сливная клемма в полевом транзисторе — это та, через которую несущие покидают канал.

Это аналогично клемме коллектора в биполярном переходном транзисторе.

Напряжение стока к источнику обозначается как VDS.

Сливной терминал может быть обозначен как D.

Ток, покидающий канал на сливном терминале, обозначается как I _D.

Типы FET

Есть два основных типа FETS. Это JFET и MOSFET. На следующем рисунке приведена дополнительная классификация полевых транзисторов.

В последующих главах мы подробно обсудим JFET и MOSFET.

Биосенсинг на основе полевых транзисторов (FET): последние достижения и проблемы

Исследователи в области раннего обнаружения биомаркеров и скрининга лекарств подчеркнули важность использования устройств для биочувствительности типа полевых транзисторов (FET). Их неметаллические диэлектрики затвора, которые подвергаются воздействию раствора электролита, покрывают полупроводниковый материал и активно преобразовывают биологические изменения на поверхности.Эффективность этих новых устройств в обнаружении различных биомолекулярных аналитов в режиме реального времени, высокоточным, специфическим и без использования меток была подтверждена многочисленными исследованиями. Значительный прогресс был достигнут в разработке устройств на полевых транзисторах, особенно для биомедицинской диагностики и клеточных анализов за последние несколько десятилетий. Исключительные электронные свойства, компактность и масштабируемость этих новых инструментов очень желательны для разработки быстрого массового обнаружения биомолекул без использования этикеток.С внедрением нанотехнологий производительность биосенсоров на основе полевых транзисторов значительно повышается, в частности, использование наноматериалов, таких как графен, металлические наночастицы, однослойные и многослойные углеродные нанотрубки, наностержни и нанопроволоки. Кроме того, их коммерческая доступность и высокое качество крупномасштабного производства делают их одной из наиболее предпочтительных платформ для зондирования и досмотра. В этом обзоре представлена ​​основная структурная установка и принцип работы различных типов полевых транзисторов.Мы также сосредоточили внимание на последних достижениях в области использования биосенсоров FET для распознавания вирусов, таких как недавно появившиеся COVID-19, грипп, вирус гепатита B, белковые биомаркеры, нуклеиновые кислоты, бактерии, клетки и различные ионы. Кроме того, представлен план разработки сенсоров на полевых транзисторах для исследований, связанных с разработкой лекарств и клеточными исследованиями. Также рассматриваются некоторые технические стратегии повышения чувствительности и избирательности обнаружения в этих устройствах.Однако до сих пор остаются нерешенными некоторые проблемы, связанные с производительностью и клиническим использованием транзисторных инструментов в местах оказания медицинской помощи (POC); соответственно, в конце этого обзора обсуждаются ожидания относительно их будущего улучшения для биосенсорных и клеточных исследований.

Ключевые слова: Передовой наноматериал; Биомаркеры; Биомедицинский анализ; Биосенсор; Биотехнология; Рак; Полевой транзистор.

2.9 Переходные полевые транзисторы

Полевой транзистор был предложен Юлиусом Лилиенфельдом в патентах США в 1926 и 1933 годах (1 900 018). Более того, Шокли, Браттейн и Бардин исследовали полевой транзистор в 1947 году. Однако крайние трудности отвлекли их на изобретение биполярного транзистора. Теория полевого транзистора Шокли была опубликована в 1952 году. Однако технология обработки материалов не была достаточно зрелой до 1960 года, когда Джон Аталла создал работающее устройство.

Полевой транзистор (FET) представляет собой униполярное устройство , проводящее ток, используя только один вид носителя заряда. Если он основан на пластине полупроводника N-типа, носителями являются электроны. И наоборот, устройство на основе P-типа использует только отверстия.

Работа на полевом транзисторе

На схемном уровне работа полевого транзистора проста. Напряжение, приложенное к затвору , входному элементу, управляет сопротивлением канала , униполярной области между областями затвора.(Рисунок ниже) В N-канальном устройстве это слегка легированная пластина кремния N-типа с выводами на концах. Клеммы истока и стока аналогичны эмиттеру и коллектору, соответственно, биполярного транзистора. В N-канальном устройстве тяжелая область P-типа по обе стороны от центра плиты служит управляющим электродом, затвором. Ворота аналогичны основанию BJT.

«Чистота рядом с благочестием» относится к производству полевых транзисторов.Хотя возможно изготовление биполярных транзисторов за пределами чистой комнаты , для полевых транзисторов это необходимо. Даже в таких условиях производство затруднено из-за проблем с контролем загрязнения. Униполярный полевой транзистор концептуально прост, но труден в изготовлении. Большинство современных транзисторов представляют собой разновидность металлооксидных полупроводников (см. Следующий раздел) полевых транзисторов, содержащихся в интегральных схемах. Однако доступны дискретные полевые транзисторы.

Поперечное сечение переходного полевого транзистора.

Правильно смещенный полевой транзистор с N-канальным переходом (JFET) показан на рисунке выше. Затвор представляет собой диодный переход между истоком и стоком полупроводниковой пластины. Затвор имеет обратное смещение. Если бы между истоком и стоком было приложено напряжение (или омметр), полоса N-типа могла бы проводить в любом направлении из-за легирования. Для проведения проводимости не требуется ни затвор, ни смещение затвора. Если затворный переход сформирован, как показано, проводимостью можно управлять с помощью степени обратного смещения.

На рисунке ниже (а) показана область истощения в затворном переходе. Это происходит из-за диффузии дырок из области затвора P-типа в канал N-типа, обеспечивая разделение зарядов вокруг перехода с непроводящей обедненной областью на переходе. Область обеднения простирается глубже в сторону канала из-за сильного легирования затвора и легкого легирования канала.

N-канальный полевой транзистор JFET: (a) Обеднение на затворном диоде. (b) Затворный диод с обратным смещением увеличивает область обеднения.(c) Увеличение обратного смещения увеличивает область истощения. (d) Увеличение обратного смещения отсекает канал S-D.

Толщина обедненной области может быть увеличена на рис. Выше (b) путем применения умеренного обратного смещения. Это увеличивает сопротивление истока к дренажному каналу за счет сужения канала. Увеличение обратного смещения в (c) увеличивает область обеднения, уменьшает ширину канала и увеличивает сопротивление канала. Увеличение обратного смещения VGS в точке (d) приведет к отсечке тока канала.Сопротивление канала будет очень высоким. Эта VGS, при которой происходит отсечка, является VP, напряжением отсечки. Обычно это несколько вольт. В итоге, сопротивление канала можно регулировать степенью обратного смещения затвора.

Исток и сток взаимозаменяемы, и ток от истока к стоку может течь в любом направлении при низком уровне напряжения стока батареи (<0,6 В). То есть разрядная батарея может быть заменена источником переменного тока низкого напряжения. Для напряжения источника питания с высоким стоком, до 10 вольт для небольших сигнальных устройств, полярность должна быть такой, как показано на рисунке ниже (а).Этот источник питания стока, не показанный на предыдущих рисунках, искажает область истощения, увеличивая ее на стороне стока затвора. Это более правильное представление для обычных напряжений питания стока постоянного тока от нескольких до десятков вольт. Когда напряжение на стоке VDS увеличивается, область истощения затвора расширяется по направлению к стоку. Это увеличивает длину узкого канала, немного увеличивая его сопротивление. Мы говорим «немного», потому что большие изменения сопротивления происходят из-за изменения смещения затвора. На рисунке ниже (b) показано схематическое изображение N-канального полевого транзистора по сравнению с кремниевым поперечным сечением в точке (a).Стрелка затвора указывает в том же направлении, что и переходной диод.

«Указывающая» стрелка и «не указывающая» полоса соответствуют полупроводникам P- и N-типа соответственно.

Ток N-канального JFET-транзистора от стока к истоку в поперечном сечении (a), схематический символ (b).

На рисунке выше показан большой ток, протекающий от (+) клеммы аккумуляторной батареи к стоку полевого транзистора, от источника и возвращающемуся к (-) клемме аккумуляторной батареи. Этим током можно управлять, изменяя напряжение на затворе.Нагрузка, соединенная последовательно с батареей, видит усиленную версию изменяющегося напряжения затвора.

Также доступны полевые транзисторы

с P-каналом. Канал изготовлен из материала P-типа. Затвор представляет собой сильно легированную область N-типа. Все источники напряжения перевернуты в схеме P-канала (рисунок ниже) по сравнению с более популярным N-канальным устройством. Также обратите внимание, что стрелка указывает на затвор схематического символа (b) полевого транзистора P-канала.

P-канальный JFET: (a) затвор N-типа, канал P-типа, источники обратного напряжения по сравнению с N-канальным устройством.(b) Обратите внимание на перевернутую стрелку затвора и источники напряжения на схеме.

По мере увеличения положительного напряжения смещения затвора сопротивление P-канала увеличивается, уменьшая ток, протекающий в цепи стока.

Дискретные устройства изготавливаются с поперечным сечением, показанным на рисунке ниже. Поперечное сечение, ориентированное так, чтобы соответствовать условному обозначению, перевернуто по отношению к полупроводниковой пластине. То есть соединения затвора находятся наверху пластины.Затвор сильно легирован, P +, для хорошей диффузии дырок в канал для большой обедненной области. Соединения истока и стока в этом N-канальном устройстве сильно легированы N + для снижения сопротивления соединения. Однако канал, окружающий затвор, слегка легирован, чтобы отверстия от затвора могли проникать глубоко в канал. Это N-регион.

Соединительный полевой транзистор: (a) поперечное сечение дискретного устройства, (b) схематическое обозначение, (c) поперечное сечение интегрального устройства.

Все три вывода на полевых транзисторах доступны на верхней части кристалла для версии с интегральной схемой, так что слой металлизации (не показан) может соединять между собой несколько компонентов. (Рисунок выше (c)) Полевые транзисторы на интегральных схемах используются в аналоговых схемах из-за высокого входного сопротивления затвора. Область N-канала под затвором должна быть очень тонкой, чтобы внутренняя область вокруг затвора могла контролировать и ограничивать канал. Таким образом, области затвора с обеих сторон канала не нужны.

SIT

Распределительный полевой транзистор (тип статической индукции): (а) поперечное сечение, (б) схематическое изображение.

Полевой транзистор со статической индукцией (SIT) представляет собой устройство с коротким каналом и скрытым затвором. (Рисунок выше) Это силовое устройство, в отличие от небольшого сигнального устройства. Низкое сопротивление затвора и малая емкость затвора относительно истока делают устройство быстрой коммутации. SIT способен выдавать сотни ампер и тысячи вольт. И, как говорят, способен работать на невероятной частоте 10 ГГц.

Металлический полупроводниковый полевой транзистор (MESFET): (a) схематическое обозначение, (b) поперечное сечение.

MESFET

Металлический полупроводниковый полевой транзистор (MESFET) похож на JFET, за исключением того, что затвор представляет собой диод Шоттки, а не переходной диод. Диод Шоттки представляет собой металлический выпрямляющий контакт полупроводника по сравнению с более распространенным омическим контактом. На рисунке выше исток и сток сильно легированы (N +). Канал слегка легирован (N-). MESFET имеют более высокую скорость, чем JFET. MESFET — это устройство в режиме истощения, обычно включенное, как JFET.Они используются как усилители мощности СВЧ до 30 ГГц. MESFET могут быть изготовлены из кремния, арсенида галлия, фосфида индия, карбида кремния и аллотропа углерода алмаза.

ОБЗОР:

• Полевой транзистор с униполярным переходом (FET или JFET) называется так, потому что проводимость в канале обусловлена ​​одним типом несущей
• Исток, затвор и сток JFET соответствуют эмиттеру, базе и коллектору BJT соответственно.
• Приложение обратного смещения к затвору изменяет сопротивление канала за счет расширения области обеднения затворного диода.

Вернуться к основному указателю книги

Объявление

JFET или Junction Field Effect Transistor

Junction Field Transistor — полупроводниковое устройство в семействе полевых транзисторов. Полевой транзистор — это тип транзистора, который управляется электрическим полем, приложенным к переходу устройства. В основном есть два типа полевых транзисторов. Соединительный полевой транзистор или полевой транзистор с полевым транзистором и металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор или полевой МОП-транзистор.В этой статье мы обсудим в этой статье Junction Field Effect Transistor. JFET — это устройство управления напряжением, тогда как BJT — устройство управления током. Ток через JFET возникает из-за потока основных носителей, тогда как в BJT течение тока происходит из-за как основных, так и неосновных носителей. Поскольку только большинство носителей участвуют в создании тока в JFET, это униполярное устройство. Входное сопротивление полевого транзистора очень высокое.

Типы полевого транзистора

Полевой транзистор бывает двух типов — полевой транзистор с каналом n и полевой транзистор с каналом p.

N-канальный JFET

N-канальный JFET-транзистор изготовлен из стержня Si или GaAs. Брусок легирован примесями n-типа. По одному металлическому выводу прикреплен к каждому из обоих концов стержня. Один из выводов называется выводом стока, а другой — выводом истока. Две стороны стержня сильно легированы примесями p-типа. Область, легированная примесями p-типа, называется затворной областью. К области затвора подключается металлический вывод, который называется выводом затвора.

P-канал JFET

Аналогичным образом, JFET-транзистор с p-каналом сделан из стержня Si или GaAs, легированного примесями p-типа. Стороны стержня сильно легированы примесями n-типа. Здесь также сток и исток подключены к двум концам шины. Вывод, прикрепленный к боковой области n-типа, является выводом затвора.
NB: — Здесь в обоих типах переходных полевых транзисторов и сток, и исток могут быть взаимозаменяемыми.

Если напряжение приложено между стоком и истоком, через устройство начинает течь ток.Пространство между двумя противоположно легированными областями называется каналом устройства. Ток, протекающий по каналу за счет дрейфа основных носителей заряда. Основные несущие, входящие в канал через терминал, упоминаются как терминал истока, а терминал, через который большинство несущих покидают канал, упоминается как терминал стока.
В нормальных рабочих условиях на вывод стока n-канального JFET подается положительный потенциал, а на вывод стока p-канального JFET подается отрицательный потенциал.Напряжение затвора поддерживается таким в JFET, что PN-переход между областью затвора и каналом находится в состоянии обратного смещения. Ширина обедненного слоя этого PN-перехода может быть изменена путем изменения напряжения на зажимах затвора. Открытие канала зависит от ширины истощенного слоя.
Если при изменении напряжения на зажимах затвора ширина обедненного слоя увеличивается, он расширяется в канал и уменьшает открытие канала, и, следовательно, ток через канал уменьшается.Отсюда можно сделать вывод, что, управляя напряжением затвора, мы можем управлять током стока. В зависимости от этого типичного свойства JFET мы можем использовать этот JFET для многих различных электронных приложений. JFET может использоваться в качестве переключателя, усилителя и т. Д.

Свойства JFET

1. Это устройство управления напряжением, поскольку ток через канал управляется напряжением затвора. Другими словами, электрическое поле на переходе влияет на работу транзистора, поэтому его называют полевым транзистором перехода.
2. Как и в нормальном рабочем состоянии, соединение между областью входного затвора и каналом остается смещенным в обратном направлении, входное сопротивление транзистора высокое.
3. В идеале, в JFET не должно быть тока затвора.
4. Большинство носителей вносят только ток через канал в устройстве, то есть свободные электроны в канале n и дырки в канале p, и это причина, по которой транзистор называется униполярным устройством.

Полевой транзистор с баллистическим эффектом металл-оксид-полупроводник: Журнал прикладной физики: Том 76, № 8

В последнее время широко сообщалось об экспериментах на сверхмалых полевых транзисторах металл-оксид-полупроводник (MOSFET) менее 100 нм. .Частота событий рассеяния носителей в этих сверхмалых устройствах уменьшена, так что дальнейшее подавление рассеяния носителей может приблизить эти устройства к режиму баллистического транспорта. температурный режим. В этой статье предлагается баллистический транспорт носителей в полевых МОП-транзисторах и представлены вольт-амперные характеристики баллистического полевого МОП-транзистора с каналами n . Ток выражается элементарными параметрами вне зависимости от подвижности носителя.Он не зависит от длины канала и пропорционален ширине канала. Значение тока насыщается по мере увеличения напряжения стока, а работа триода и пентода определяется как в обычном полевом МОП-транзисторе. Аналогичные вольт-амперные характеристики в баллистическом транспортном режиме также исследуются для полевого МОП-транзистора p с каналом , сверхтонкого кремния с двойным затвором на полевом МОП-транзисторе-изоляторе и транзисторного устройства с высокой подвижностью электронов. Полученный ток дает максимальное ограничение тока для каждой геометрии полевого транзистора.Обсуждается текущий механизм управления баллистическими МОП-транзисторами. Значение тока определяется произведением плотности носителей вблизи края источника в канале и скорости, с которой носители инжектируются из источника в канал.

Обсуждается влияние излучения оптических фононов на транспорт. Предполагается, что если устройство работает с относительно низкой плотностью носителей при низких температурах и если процессы рассеяния, отличные от излучения оптических фононов, подавляются так, чтобы достичь баллистического переноса, излучение оптических фононов также подавляется и баллистический перенос выдержанный.Предлагается удобный показатель качества, демонстрирующий баллистичность транспорта носителей в экспериментальном полевом МОП-транзисторе. Его ценность оценивается на некоторых примерах недавнего эксперимента с сверхмалыми полевыми МОП-транзисторами. Предложенные вольт-амперные характеристики оценены для кремниевого МОП-транзистора с двойным затвором на диэлектрике. Результат сравнивается с недавно опубликованным подробным моделированием Монте-Карло с удовлетворительным согласием.

Технология Purdue для уменьшения размера транзисторов может улучшить дизайн полупроводников

WEST LAFAYETTE, Ind.- Нововведение исследователей из Университета Пердью может помочь полупроводниковой промышленности разработать транзисторы меньшего размера, потребляющие меньше энергии и переключаться с одного на другое при меньших приложенных напряжениях. В результате нововведение может привести к появлению более совершенных и мощных поколений центральных процессоров, которые могут выполнять больше операций с меньшими затратами энергии.

Тилльманн Кубис — доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Кэтрин Нгай Пешич и Сильвако в семейной школе электротехники и вычислительной техники Purdue’s Elmore.Он сказал, что удовлетворить требования к производительности нанотранзисторов стало труднее.

«Им нужен достаточно высокий ток включения и достаточно низкий ток отключения, с достаточно небольшой разницей, чтобы переключаться между ними», — сказал Кубис. «Эти проблемы значительно замедлили масштабирование транзисторов за последние восемь лет, что затрудняет внедрение более мощных поколений ЦП».

Кубис и Джеймс Чарльз, старший научный сотрудник Школы электротехники и вычислительной техники Элмора, создали технологию CasFET, или каскадного полевого транзистора.Он вводит новый метод переключения транзисторов, аналогичный эффектам, наблюдаемым в квантово-каскадных лазерах.

«CasFET — это более общий подход, чем технология транзисторов, которую мы разработали несколько лет назад. Он предлагает большую гибкость в выборе материалов и настроек напряжения», — сказал Кубис. «С технической точки зрения, CasFET не требует межполосного туннелирования. Благодаря этому разработчики полупроводников могут разработать транзисторы с более быстрым переключением и более энергоэффективным.«

Кубис и Чарльз продолжают разработку первого прототипа CasFET.

«Как только это покажет цели производительности, мы продолжим определение конкретной конструкции прототипа CasFET», — сказал Кубис.

Кубис сообщил об инновации CasFET в Управление коммерциализации технологий Purdue Research Foundation, которое подало заявку на патентную защиту в Управление по патентам и товарным знакам США. Он доступен для дальнейшей коммерциализации, связавшись с Дипаком Нарулой, помощником директора по развитию бизнеса.

О компании Purdue Research Foundation Офис коммерциализации технологий

Управление коммерциализации технологий Purdue Research Foundation управляет одной из наиболее всеобъемлющих программ передачи технологий среди ведущих исследовательских университетов США. Услуги, предоставляемые этим офисом, поддерживают инициативы экономического развития Университета Пердью и приносят пользу академической деятельности университета за счет коммерциализации, лицензирования и защиты Интеллектуальная собственность Purdue.Офис недавно переехал в Центр конвергенции инноваций и сотрудничества в районе Discovery Park District, рядом с кампусом Purdue. В 2020 финансовом году ведомство сообщило о 148 заключенных сделках с 225 подписанными технологиями, получено 408 раскрытий и 180 выданных патентах в США. Офис управляется Исследовательским фондом Purdue, получившим в 2019 году премию университетов за инновации и экономическое процветание за место от Ассоциации государственных университетов и университетов, получивших земельные гранты. В 2020 году IPWatchdog Institute поставил Purdue на третье место в национальном рейтинге по созданию стартапов и в топ-20 по патентам.Purdue Research Foundation — это частный некоммерческий фонд, созданный для продвижения миссии Purdue University. Свяжитесь с [email protected] для получения дополнительной информации.

Об университете Purdue

Purdue University — ведущее государственное исследовательское учреждение, разрабатывающее практические решения самых сложных современных задач. Каждый из последних четырех лет Purdue входит в число 10 самых инновационных университетов США по версии U.S. News & World Report.Purdue стремится к практическому и онлайн-обучению в реальном мире. Он предлагает трансформирующее образование для всех. Стремясь обеспечить доступность и доступность, Purdue заморозила стоимость обучения и большую часть платы на уровне 2012-2013 годов, что позволило большему количеству студентов, чем когда-либо, получить высшее образование без долгов. Посмотрите, как Purdue никогда не останавливается в упорном стремлении к следующему гигантскому прыжку на https://purdue.edu/.

Автор: Стив Мартин, [email protected]

Источник: Тилльманн Кубис, [email protected]

Учебный материал по транзистору с полевым эффектом

Материалы исследования транзистора с полевым эффектом

Для Все учебные материалы по предмету — Щелкните здесь

В предыдущих главах мы обсуждали биполярный переходный транзистор (BJT).Они управляются как электронами, так и дырками и называются устройствами, управляемыми током. BJT имеет два основных недостатка; Во-первых, он имеет низкий входной импеданс из-за прямого смещения эмиттерного перехода. Во-вторых, у него значительный уровень шума.

Для преодоления вышеуказанных проблем может быть разработан полевой транзистор, который станет важным электронным устройством в технологии интегральных схем (ИС).

Полевой транзистор — это устройство, в котором прохождение тока через проводящую область регулируется электрическим полем (напряжением).

Есть два типа полевых транзисторов,

1. Соединительный полевой транзистор (JFET)
2. Полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (МОП-транзистор)

Соединительный полевой транзистор (JFET)

JFET — это трехконтактный полупроводниковый прибор, в котором токопроводимость осуществляется одним типом носителей (т. Е.) Электронов или дырок. Это униполярное устройство. Он имеет высокое входное сопротивление и низкий уровень шума.

Есть два типа JFET.

Они есть,

1. N-канал JFET
2. П-канальный полевой транзистор

Преимущества

1. JFET имеет более высокое входное сопротивление.
2. Это устройство с низким энергопотреблением.
3. Может изготавливаться на небольшой площади.
4. Имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления, поэтому они обладают более высокой температурной стабильностью.
5. Меньше шума.

Недостатки

1. JFET — это продукт с относительно низким коэффициентом усиления.
2. Низкое усиление по напряжению.
3. При установке требует особого обращения.

Приложение для JFET

1. JFET используется как источник постоянного тока.
2. Используется как буферный усилитель.
3. Используется как электронный переключатель.
4. Используется как генератор сдвига фазы.
5. JFET используется в качестве резистора переменного напряжения (VVR).
6. Используется как широкополосный усилитель с высоким сопротивлением.

МОП-транзистор

MOSFET — это аббревиатура от Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. В MOSFET затвор изолирован от канала слоем SiO ₂ . Входное сопротивление полевого МОП-транзистора велико, потому что ток затвора чрезвычайно мал. Его также называют полевым транзистором с изолированным затвором (IGFET).

Существует два типа полевых МОП-транзисторов.

Они есть,

1.Расширение MOSFET (E-MOSFET).

2. MOSFET истощения (DE-MOSFET).

Расширенный полевой МОП-транзистор (E-MOSFET)

Расширенный MOSFET работает только в режиме улучшения. Он не проводит, когда напряжение затвор-исток (VGS) равно нулю, поэтому его называют «нормально выключенным полевым МОП-транзистором». Он широко используется в цифровых схемах. Существует два типа полевых МОП-транзисторов. Их

1. N-канальный E-MOSFET
2. P-канальный E-MOSFET

Истощающий МОП-транзистор (DE-MOSFET)

MOSFET с истощением может работать как в режиме истощения, так и в режиме улучшения.Поэтому он называется DE-MOSFET. Существует два типа MOSFET с истощением. Их,

1. МОП-транзистор с истощением канала N
2. P-канальный истощающий МОП-транзистор

Приложение для полевого МОП-транзистора

1. MOSFET широко используется для переключения и усиления сигналов.
2. Используется в FM-радио и ТВ-приемниках (для работы микшера).
3. Используется в компьютерной памяти.
4. Используется в качестве автоматического регулятора яркости уличных фонарей.

PDF Форма

ПОЛНЫЕ ЗАПИСИ EDC

МОП полевой транзистор

МОП полевой транзистор Подразделы

---

Рисунок 10.16: вертикальный разрез интегрированного полевого МОП-транзистора

Рисунок 10.17: четыре типа полевых МОП-транзисторов и их обозначения

Существует четыре различных типа полевых МОП-транзисторов: показано на рис.10.17 все охватываемые моделью будут объяснено здесь. « Модель первого порядка » — это физическая модель с уравнения тока стока согласно Гарольду Шичману и Дэвиду А. Ходжес [13].

В следующей таблице приведены параметры модели и устройства для MOSFET уровень 1.

Рисунок 10.18: n-канальный полевой МОП-транзистор с большим сигналом, модель

Заранее сделано несколько полезных сокращений, чтобы упростить DC. текущие уравнения.

Пороговое напряжение, зависящее от смещения, зависит от объемного источника напряжение или напряжение объемного стока в зависимости от режим работы.

(10.169)

Следующие уравнения описывают поведение постоянного тока в N-канальный MOSFET в нормальном режиме, т.е. , в соответствии с Шичман и Ходжес.

• область отсечения:
  

с участием

(10.182)

В обратном режиме работы, т.е. , такой же уравнения могут быть применены со следующими модификациями. Заменять с, с и с . Ток стока меняется на противоположное. Кроме того, трансдуктивности изменяют свои управляющие узлы, т. е.

(10.183)

Уравнения тока двух паразитных диодов в узловом узле и их производные записываются следующим образом.

с участием

(10.186)

Рисунок 10.19: сопровождаемая модель постоянного тока внутреннего MOSFET

С прилагаемой моделью постоянного тока, показанной на рис. 10.19 это возможно формирование матрицы MNA и текущего вектора внутреннее устройство MOSFET.

(10.187)

Есть электрические параметры, а также физические и геометрические. параметров в наборе параметров модели для полевых МОП-транзисторов « Первый Модель заказа ».Некоторые электрические параметры могут быть получены из геометрия и физические параметры.

Емкость оксида на квадратный метр площади канала может быть вычисляется как

(10.191)

Тогда общую оксидную емкость можно записать как

(10.192)

Коэффициент крутизны можно рассчитать с помощью

(10.193)

Поверхностный потенциал определяется выражением (с температурным напряжением)

(10.194)

Уравнение (10.194) справедливо для концентраций акцепторов () существенно больше концентрации донора. Объемный порог (также иногда называемый эффектом тела) коэффициент) составляет

(10.195)

И, наконец, пороговое напряжение нулевого смещения записывается как следует.

(10,196)

В то время как обозначает плоскую полосу напряжения, состоящую из работы разница в функциях затвора и подложки материал и дополнительный потенциал из-за заряда поверхности оксида.

(10.197)

Температурно-зависимый потенциал запрещенной зоны кремния (материал подложки Si) пишет следующим образом. С участием в ширина запрещенной зоны составляет примерно.

(10.198)

Разница работы выхода вычисляется в зависимости от материал проводника затвора. Это может быть либо оксид алюминия ( ), n-поликремний ( ) или п-поликремний ( ). Работа выхода полупроводника, что представляет собой разность энергий между вакуумным уровнем и фермиевским уровнем. уровень (см. рис. 10.20), меняется в зависимости от допирования концентрация.

(10.199)

(10.200)

Рисунок 10.20: Диаграммы энергетических зон изолированных (плоских) МОП-материалов

Выражение в ур. (10.199) визуализируется в инжир. 10.20. Аббревиатуры обозначают

Обратите внимание, что потенциал положителен в p-MOS и отрицательный в n-MOS, как показывает следующее уравнение.

(10.201)

Когда материал проводника затвора представляет собой сильно легированный поликристаллический кремний (также называемый поликремнием), то модель предполагает, что Уровень Ферми этого полупроводника такой же, как зона проводимости. (для n-poly) или валентная зона (для p-poly).В глиноземе Ферми уровень, валентность и зона проводимости равны сродству к электрону.

Если нижняя емкость объемного перехода без смещения на квадратный метр площадь стыка не указана, ее можно рассчитать следующим образом.

(10.202)

Вот и все о физических параметрах. Параметры геометрии учитывать электрические параметры по длине, площади или объему. Таким образом, модель MOS масштабируема.

Сопротивление диффузии на стоке и затворе вычисляется следующим образом.Сопротивление листа относится к толщине диффузионного слоя. площадь.

(10.203)

Если ток насыщения объемного перехода на квадратный метр площадь соединения, а также участки стока и истока имеют соответствующие токи насыщения рассчитываются с помощью следующих уравнения.

(10.204)

Если параметры и не заданы нулевым смещением обедняющие емкости для емкости днища и боковины равны вычисляется следующим образом.

Модель слабого сигнала

Рисунок 10.21: Модель малого сигнала внутреннего МОП-транзистора

Емкости объемного стока и объемного истока в модели MOSFET разделены на три части: обедненная емкость переходов, которая состоит из площади и боковой части и диффузионной емкости.

Диффузионные емкости переходов объемный сток и объемный исток определяются временем прохождения миноритарных сборов через соединение.

Хранение заряда в MOSFET состоит из емкостей, связанных с паразиты и внутреннее устройство. Паразитные емкости состоят из трех постоянных емкостей перекрытия. Собственные емкости состоят из нелинейной емкости тонкого оксида, которая распределена между затворными, сливными, истоковыми и насыпными регионами. Ворота MOS емкости, как нелинейная функция напряжений на клеммах, равны моделируется кусочно-линейной моделью Дж. Э. Мейера [15].

Зависимые от смещения емкости оксида затвора распределяются в соответствии с Модель Мейера [15] выглядит следующим образом.

• обрезанных областей:
  • 
    
• область насыщения:
  

с участием

(10.230)

В инверсном режиме работы и должен быть поменяется, меняет знак, то приведенные выше формулы могут быть тоже применяется.

Постоянные емкости перекрытия вычисляются следующим образом.

С помощью этих определений можно сформировать слабый сигнал Матрица Y-параметров внутреннего полевого МОП-транзистора в действующем точка, которая может быть преобразована в S-параметры.

(10.234)

с участием

Тепловой шум, создаваемый внешними резисторами, и характеризуется следующей спектральной плотностью.

(10.241)

Рисунок 10.22: Модель шума внутреннего МОП-транзистора

Канальный и фликкер-шум, создаваемый крутизной по постоянному току а ток от стока к истоку характеризуется спектральным плотность

(10.242)

Матрица корреляции шумового тока (представление проводимости) собственный МОП-транзистор может быть выражен как

(10.243)

Это матричное представление легко преобразовать в шумовую волну. представление если S-параметр слабого сигнала матрица известна.

Температура влияет на некоторые параметры модели МОП, которые обновляются. согласно новой температуре. Эталонная температура в следующие уравнения обозначают номинальную температуру определяется моделью МОП-транзистора.Температурная зависимость и определяется

Влияние температуры на и моделируется

(10.246)

где зависимость уже описана в раздел 10.2.4 на стр. В температурная зависимость« и есть описывается следующими соотношениями

Температурная зависимость определяется соотношением

(10. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника