Site Loader
Posted on 10.11.1985

Содержание

Что такое сток и исток затвора?

Что такое сток и исток затвора? Полевые транзисторы — это устройства с тремя выводами: исток, затвор и сток. Полевые транзисторы управляют потоком тока путем подачи напряжения на затвор, что, в свою очередь, изменяет проводимость между стоком и истоком. Полевые транзисторы также известны как униполярные транзисторы, поскольку они работают с одной несущей.

Что такое сток затвора и исток в MOSFET? МОП-транзисторы имеют три контакта: исток, сток и затвор. Исток подключен к земле (или к положительному напряжению в p-канальном MOSFET), сток подключен к нагрузке, а затвор подключен к контакту GPIO на Espruino.

Что такое исток и сток в транзисторе? Профессор сказал нам, что в NMOS исток — это маленькое напряжение, а сток — самое большое напряжение (они взаимозаменяемы).

Что такое ворота в FET? Полевой транзистор — основы

Управляющий электрод, называемый затвором, расположен в непосредственной близости от канала, так что его электрический заряд может воздействовать на канал. Таким образом, затвор полевого транзистора управляет потоком носителей (электронов или дырок), протекающим от истока к стоку.

Какова функция истока и стока затвора?

Полевые транзисторы — это устройства с тремя выводами: исток, затвор и сток. Полевые транзисторы управляют потоком тока путем подачи напряжения на затвор, что, в свою очередь, изменяет проводимость между стоком и истоком. Полевые транзисторы также известны как униполярные транзисторы, поскольку они работают с одной несущей.

Что такое напряжение сток-исток?

V(BR)DSS (иногда называемое BVDSS) — это напряжение сток-исток, при котором будет протекать не более указанного тока стока при указанной температуре и с нулевым напряжением затвор-исток. Это отслеживает фактическое напряжение лавинного пробоя. МОП-транзистор может блокировать большее напряжение в горячем состоянии, чем в холодном.

Зачем нужна предвзятость?

Смещение транзистора делает возможным аналоговую и цифровую работу транзистора. Без транзисторного смещения усилители BJT не могут обеспечить требуемый выходной сигнал на клеммах нагрузки. Оптимальное значение напряжения смещения транзистора равно удвоенному требуемому пику выходного напряжения переменного тока.

Источник и сток взаимозаменяемы?

Теоретически сток и исток можно поменять местами, и при этом исток становится стоком, а сток становится истоком. Для N-MOSFET исток имеет более низкий потенциал, а сток — более высокий потенциал.

Что подразумевается под IGBT?

IGBT означает биполярный транзистор с изолированным затвором. Это силовой транзистор, который сочетает в себе входной МОП-транзистор и выходной биполярный транзистор.

Что такое сток в FET?

Сток транзистора является частью полевого транзистора, обычно называемого полевым транзистором, и эквивалентом эмиттера стандартного полупроводникового транзистора. Таким образом, сток транзистора может относиться либо к выходному компоненту полевого транзистора, либо к выводу, который соединяет компонент с другими схемами.

Почему мосфеты выходят из строя?

Если максимальное рабочее напряжение MOSFET превышено, он переходит в лавинный пробой. Если энергия, содержащаяся в переходном перенапряжении, превышает номинальный уровень энергии лавины, то МОП-транзистор выйдет из строя. Устройство выходит из строя при коротком замыкании, изначально без каких-либо внешне видимых признаков.

Почему ток затвора в полевом транзисторе равен нулю?

Мы все знаем, что ток затвора в IGFET (полевой транзистор с изолированным затвором) всегда равен нулю из-за оксидного покрытия, присутствующего между затвором и областью подложки.

В чем разница между JFET и FET?

Полевой транзистор с истощением по своей природе является проводящим и находится в состоянии «ВКЛ», когда на затвор не подается напряжение, аналогично «замкнутому переключателю». Полевые транзисторы имеют очень большой коэффициент усиления по току по сравнению с переходными транзисторами. Чтобы выключить N-канальный JFET-транзистор, на затвор необходимо подать отрицательное напряжение.

Что такое затворный транзистор?

Транзистор ИЛИ ворота

Когда диод база-эмиттер включен достаточно, чтобы перейти в состояние насыщения, напряжение коллектора по отношению к эмиттеру может быть близко к нулю, и его можно использовать для построения логических элементов семейства ТТЛ.

Что такое ток стока?

Он указывает текущую проводимость кремниевого чипа; его можно использовать в качестве ориентира при сравнении различных устройств. Однако номинальный максимальный ток стока не должен протекать на микросхему.

Что является источником транзистора?

Большинство транзисторов сделаны из очень чистого кремния, а некоторые из германия, но иногда используются некоторые другие полупроводниковые материалы. Транзистор может иметь только один тип носителей заряда в полевых транзисторах или может иметь два типа носителей заряда в транзисторных устройствах с биполярным переходом.

Какое максимальное напряжение сток-исток?

Максимальное напряжение сток-исток

Мощные полевые МОП-транзисторы имеют максимальное заданное напряжение сток-исток (в выключенном состоянии), при превышении которого может произойти пробой. Превышение напряжения пробоя приводит к тому, что устройство начинает проводить ток, потенциально повреждая его и другие элементы схемы из-за чрезмерного рассеивания мощности.

Что произойдет, если ВГС отрицательный?

VGS < 0 В VGS представляет собой напряжение от затвора к истоку и является управляющим напряжением JFET. Для n-канального устройства управляющее напряжение VGS делается все более и более отрицательным от его уровня VGS = 0V. Другими словами, клемма затвора будет устанавливаться на все более низкие уровни потенциала по сравнению с источником.

Что такое сопротивление сток-исток?

RDS(on) означает «сток-исток на сопротивлении» или общее сопротивление между стоком и истоком в полевом транзисторе на основе оксида металла или MOSFET, когда MOSFET «включен». RDS(on) является основой для максимального номинального тока полевого МОП-транзистора и также связан с потерями тока.

Какой метод смещения является наиболее стабильным?

Объяснение: Из-за наилучшей стабилизации обычно используется схема делителя напряжения. При таком методе смещения транзистор всегда остается в активной области.

Сколько существует видов предвзятости?

Ниже приведены пять распространенных схем смещения, используемых в усилителях на биполярных транзисторах класса А: Фиксированное смещение. Смещение коллектор-база. Фиксированное смещение с эмиттерным резистором.

В чем разница между стоком и источником?

С точки зрения схемы «исток» N-канального МОП-транзистора — это клемма с МИНИМАЛЬНЫМ напряжением, а «сток» N-канального МОП-транзистора — клемма с ВЫСОКИМ напряжением.

Почему сток называется стоком в мосфете?

Базовая структура NMOS состоит в том, что подложка p-типа (которая является телом) имеет две диффузионные области n-типа, которые являются истоком и стоком. Как следует из названия, исток — это терминал, от которого исходят электроны, а сток — тот, который их поглощает.

Как запустить IGBT?

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) можно включать и выключать, активируя затвор. Если мы сделаем затвор более положительным, подав напряжение на затвор, эмиттер IGBT удерживает IGBT в состоянии «ВКЛ», а если мы сделаем затвор отрицательным или нулевым, IGBT останется в состоянии «ВЫКЛ».

Может ли IGBT преобразовывать переменный ток в постоянный?

Таким образом, выходное напряжение постоянно настраивается в соответствии с заданным значением напряжения. В нашей работе мы используем биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) для преобразования переменного тока в управляемый постоянный ток. IGBT был разработан путем объединения лучших качеств как BJT, так и MOSFET.

Затвор сток исток перевод

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: День программиста Лесной детокс Выжить в киберпанке. Войти Регистрация.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

  • Физика решение задач контрольной, курсовой работы
  • затвор-исток
  • ГОСТ 19095-73: Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров
  • сток полевого транзистора
  • Когда и почему выходят из строя MOSFET?
  • RU2393589C1 — Мощный свч полевой транзистор с барьером шотки — Google Patents
  • Перевод «microelectronic» на русский
  • Полевой транзистор принцип работы для чайников
  • Сток исток ру

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Проверка полевого транзистора

Физика решение задач контрольной, курсовой работы


Транзисторы являются активными компонентами и используются повсеместно в электронных цепях в качестве усилителей и коммутационных устройств транзисторных ключей.

Как усилительные приборы они применяются в приборах высокой и низкой частоты, генераторах сигналов, модуляторах, детекторах и многих других цепях. В цифровых схемах, в импульсных блоках питания и управляемых электроприводах они служат в качестве ключей.

Так называется наиболее распространенный тип транзистора. Они делятся на npn и pnp типы. Материалом для них наиболее часто является кремний или германий.

Поначалу транзисторы делались из германия, но они были очень чувствительны к температуре. Кремниевые приборы гораздо более стойки к ее колебаниям и дешевле в производстве.

Различные биполярные транзисторы показаны на фото ниже. Маломощные приборы расположены в небольших пластиковых прямоугольных или металлический цилиндрических корпусах. Они имеют три вывода: для базы Б , эмиттер Э и коллектор К.

Принципы работы транзистора нужно изучать, начиная с его устройства. Рассмотрим структуру npn-транзистора, которая изображена на рис. Как видим, он содержит три слоя: два с проводимостью n-типа и один — p-типа. Тип проводимости слоев определяется степенью легирования специальными примесями различных частей кремниевого кристалла.

Эмиттер n-типа очень сильно легирован, чтобы получить множество свободных электронов как основных носителей тока. Очень тонкая база p-типа слегка легирована примесями и имеет высокое сопротивление, а коллектор n- типа очень сильно легирован, чтобы придать ему низкое сопротивление.

Лучшим способом познакомиться с ними является экспериментальный путь. Ниже приведена схема простой цепи. Она использует силовой транзистор для управления свечением лампочки. Эти компоненты должны быть соединены, как показано на рисунке справа от схемы.

Поверните движок потенциометра в крайнее нижнее положение.

Лампа не светится, что означает отсутствие тока через транзистор. Если теперь поворачивать рукоятку от ее нижней позиции, то UBE постепенно увеличивается. Когда оно достигает 0,6 В, ток начинает втекать в базу транзистора, и лампа начинает светиться.

Когда рукоятка сдвигается дальше, напряжение UBE остается на уровне 0,6 В, но ток базы увеличивается и это увеличивает ток через цепь коллектор-эмиттер. Если рукоятка сдвинута в верхнее положение, напряжение на базе будет немного увеличено до 0,75 В, но ток значительно возрастет и лампа будет светиться ярко. Если мы включим амперметр между коллектором C и лампой для измерения IC , другой амперметр между базой B и потенциометром для измерения IB , а также вольтметр между общим проводом и базой и повторим весь эксперимент, мы сможем получить некоторые интересные данные.

В итоге мы получаем от этого эксперимента следующие принципы работы транзистора: при отсутствии положительного для npn-типа напряжения смещения на базе токи через его выводы равны нулю, а при наличии напряжения и тока базы их изменения влияют на ток в цепи коллектор — эмиттер.

Во время нормальной работы, напряжение, приложенное к переходу база-эмиттер, распределяется так, что потенциал базы p-типа приблизительно на 0,6 В выше, чем у эмиттера n-типа.

При этом к данному переходу приложено прямое напряжение, он смещен в прямом направлении и открыт для протекания тока из базы в эмиттер.

Гораздо более высокое напряжение приложено к переходу база-коллектор, причем потенциал коллектора n-типа оказывается более высоким, чем у базы p-типа.

Так что к переходу приложено обратное напряжение и он смещен в обратном направлении. Это приводит к образованию довольно толстого обедненного электронами слоя в коллекторе вблизи базы, когда к транзистору прикладывается напряжение питания. В результате ток через цепь коллектор-эмиттер не проходит. Распределение зарядов в зонах переходов npn-транзистора показан на рисунке ниже.

Как же заставить работать наш электронный прибор? Принцип действия транзистора заключается во влиянии тока базы на состояние закрытого перехода база-коллектор.

Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, небольшой ток будет поступать в базу.

Здесь его носителями являются положительно заряженные дырки. Они комбинируются с электронами, поступающими из эмиттера, обеспечивая ток IBE. Однако вследствие того, что эмиттер очень сильно легирован, гораздо больше электронов поступает из него в базу, чем способно соединиться с дырками. Это означает, что возникает большая концентрация электронов в базе, и большинство из них пересекает ее и попадает в обедненный электронами слой коллектора.

Здесь они попадают под влияние сильного электрического поля, приложенного к переходу база-коллектор, проходят через обедненный электронами слой и основной объем коллектора к его выводу.

Изменения тока, втекающего в базу, влияют на количество привлеченных от эмиттера электронов. Таким образом, принципы работы транзистора могут быть дополнены следующим утверждением: очень небольшие изменения в базовом токе вызывают очень большие изменения в токе, протекающем от эмиттера к коллектору, то есть происходит усиление тока.

Хотя есть много путаницы в названиях для них, но встречаются в основном два основных их типа:. С управляющим pn-переходом. Это отличает принцип работы транзистора полевого от биполярного, в котором ток образуется одновременно обоими этими типами носителей. Третий вывод — затвор аналог сетки триода — присоединен к слою кремния с другим типом проводимости, чем у канала исток-сток.

Структура такого прибора показана на рисунке ниже. Как же работает полевой транзистор? Принцип работы его заключается в управлении поперечным сечением канала путем приложения напряжения к переходу затвор-канал.

Его всегда смещают в обратном направлении, поэтому транзистор практически не потребляет тока по цепи затвора, тогда как биполярному прибору для работы нужен определенный ток базы. При изменении входного напряжения область затвора может расширяться, перекрывая канал исток-сток вплоть до полного его закрытия, управляя таким образом током стока. При этом начинается инжекция электронов из коллектора в базу.

Эта инжекция компенсирует переход из базы в коллектор электронов эмиттера.

Данный режим называют режимом насыщения. Проанализируем, почему малые изменения тока базы Iбвызывают значительные изменения коллекторного тока Iк. В этом случае коллекторный ток близок к эмиттерному току, а ток базы по физической природе рекомбинационный существенно меньше и коллекторного и эмиттерного тока. Увеличение базового тока в два раза должны прорекомбинировать две дырки вызовет в два раза большую инжекцию через эмиттерный переход должно инжектироваться дырок и соответственно экстракцию через коллекторный экстрагируется дырок.

Таким образом, малое изменение базового тока, например, с 5 до 10 мкА, вызывает большие изменения коллекторного тока, соответственно с мкА до мкА. Есть область, для которой полевые транзисторы подходят практически идеально. Это силовые устройства, где необходимо замыкать и размыкать силовые цепи постоянного тока. Это импульсные источники питания, регуляторы мощности потребителей постоянного тока, автоматика.

Полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление постоянному току, что является неоспоримым преимуществом при относительно редком переключении.

Расход энергии на управление полевиком в этом случае минимален. Если переключаться надо часто, то в дело вступают емкости затвор — исток и затвор — сток. На их зарядку нужно тратить энергию. Так что по мере роста частоты переключений расход энергии растет, и у полевого транзистора появляются конкуренты, например, биполярные.

Но есть еще одно ключевое преимущество — отрицательный температурный коэффициент при большом токе нагрузки. Этот эффект проявляется в том, что по мере нагрева при большом токе стока сопротивление полевого транзистора нарастает. С одной стороны это позволяет соединять полевые транзисторы параллельно без всяких проблем. Токи в них быстро выравниваются самостоятельно, без всякого нашего участия. С другой стороны цельный мощный полевой транзистор можно представить, как соединенные параллельно маломощные такие полосочки токопроводящего канала полевика.

Сила тока в этих полосочках при прогреве выравнивается, так что полевой транзистор проводит ток по всему сечению канала равномерно.

Это обуславливает способность полевых транзисторов работать при больших токах. Например, биполярный транзистор имеет положительный температурный коэффициент. Если в какой-то части кристалла появляется большая проводимость, чем вокруг, то это место прогревается сильнее, туда устремляется все больший ток.

Итак до прогорания. Полевые транзисторы с изолированным затвором следует хранить с закороченными выводами. При включении транзисторов в схему должны быть приняты все меры для снятия зарядов статического электричества. Необходимую пайку производить на заземленном металлическом листе, заземлить жало паяльника, а так же руки монтажника при помощи специального металлического браслета. Не следует применять одежду из синтетических тканей. Целесообразно подсоединять полевой транзистор к схеме, предварительно закоротив его выводы.

Основная области применения Биполярных транзисторов, как дискретных, так и в составе ИС,— генерирование, усиление или преобразование электрических сигналов. Максимально допустимые значения токов в Биполярных транзисторах лежат в пределах от десятков мкА до сотен А, напряжений коллектора — от нескольких В в ИС до нескольких кВ, допустимая мощность рассеяния — от единиц мкВт в составе ИС до 1 кВт и более.

Если к выводам коллектора и базы или коллектора и эмиттера прикладывают напряжение такой полярности, что коллекторный переход смещается в обратном направлении, то при прямом смещении на эмиттерном переходе Биполярного транзистора находится в активном режиме, или режиме усиления, а при обратном смещении — в режиме отсечки.

При прямом смещении на обоих переходах Биполярного транзистора находится в режиме насыщения. В активном режиме из эмиттерной области Биполярного транзистора в базовую область инжектируются неосновные носители заряда, которые, частично рекомбинируя, переносятся к коллекторному переходу и через коллекторную область попадают в коллекторный вывод, образуя ток коллектора.

Базовый ток во много раз меньше эмиттерного и коллекторного токов и равен их разности. Напряжением, прикладываемым к эмиттерному переходу, регулируют количество неосновных носителей заряда, инжектируемых в базовую область, т. При прямом смещении эмиттерного перехода токи через транзистор также могут сохранять малые значения, пока приложенное напряжение не превышает порогового значения для кремниевых транзисторов около 0,6 В; для германиевых — около 0,3 В.

Если соединить транзисторы, как показано на рисунке, то полученная схема будет работать как один транзистор, причем его коэффициент будет равен произведению коэффициентов составляющих транзисторов. Этот прием полезен для схем, работающих с большими токами например, для стабилизаторов напряжения или выходных каскадов усилителей мощности или для входных каскадов усилителей, если необходимо обеспечить большой входной импеданс.

Сопротивление резистора выбирают так, чтобы токи утечки измеряемые в наноамперах для малосигнальных транзисторов и в сотнях микроампер для мощных транзисторов создавали на нем падение напряжения, не превышающее падения напряжения на диоде, и вместе с тем, чтобы через него протекал ток, малый по сравнению с базовым током транзистора. Обычно сопротивление R составляет несколько сотен ом в мощном транзисторе Дарлингтона и несколько тысяч ом в малосигнальном транзисторе Дарлингтона.

Схема обладает высоким входным сопротивлением, которое ограничивается сопротивлением затвора КПГ — утечка 0,1нА , и достаточно высоким выходным сопротивлением, также, как и в схемах с ОЭ. Однако, из-за нелинейности выходной характеристики возникают большие нелинейные искажения, особенно для большого сигнала.


затвор-исток

Солнечный город — Обустройство, ремонт, полезные советы для дома и квартир. В технике и радиолюбительской практике часто применяются полевые транзисторы. Такие устройства отличаются от обычных, биполярных, транзисторов тем, что в них управление выходным сигналом осуществляется управляющим электрическим полем. Особенно часто используются полевые транзисторы с изолированным затвором. В зависимости от технологии изготовления такие транзисторы могут быть n- или p-канальными.

затвор- сток, ранном нулю, и заданном напряженки сток—исток. 2r. Остаточный .. transfer admittance. F. Admittance de transfert direct, la sortie etant en.

ГОСТ 19095-73: Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров

Интерес к статическим параметрам полевого транзистора с p-n-переходом на затворе, таким как начальный ток стока и напряжение отсечки, проявляется чаще всего инженерами и радиолюбителями либо как к приводимым в справочниках характеристикам для сравнения транзисторов различных типов, либо в связи с подбором близких по параметрам транзисторов для дифференциального каскада. В настоящей статье речь пойдёт об использовании статических параметров при расчёте схем на полевых транзисторах. Основными статическими параметрами полевого транзистора с p-n-переходом на затворе являются начальный ток стока и напряжение отсечки. Начальный ток стока полевого транзистора определяется как ток, протекающий через его канал при заданном постоянном напряжении сток-исток и равном нулю напряжении затвор-исток. В англоязычной технической документации этот параметр обозначают как I. Напряжение отсечки — это такое пороговое значение напряжения затвор-исток, по достижении которого ток через канал полевого транзистора уже не изменяется и практически равен нулю. Его также измеряют при фиксированном значении напряжения сток-исток и в англоязычной документации обозначают как V описывает так называемая передаточная характеристика транзистора.

сток полевого транзистора

Название русское: Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров. Область и условия применения: Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины, определения и буквенные обозначения электрических параметров полевых транзисторов. Опубликован: официальное издание Электроника. Термины и определения.

Лугинский, М.

Когда и почему выходят из строя MOSFET?

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Как разрабатываются и производятся процессоры: изготовление чипа Автор оригинала: William Gayde. Источник бесперебойного питания на источнике бесперебойной подачи информации Читайте на Хабре. Читают сейчас.

RU2393589C1 — Мощный свч полевой транзистор с барьером шотки — Google Patents

Область, из которой носители заряда уходят в канал, называется истоком , область, в которую они входят из канала, называется стоком , электрод, на который подается управляющее напряжение, называется затвором. Впервые идея регулировки потока основных носителей электрическим полем в транзисторе с изолированным затвором была предложена Лилиенфельдом в — годах. Однако трудности в реализации этой идеи на практике позволили создать первый работающий прибор только в году. В году Джеймс Маккаллахем из Bell Labs установил, что использование полевых транзисторов может существенно увеличить производительность существующих вычислительных систем. К основным параметрам полевых транзисторов причисляют: входное сопротивление, внутреннее сопротивление транзистора, также называемое выходным, крутизну стокозатворной характеристики, напряжение отсечки и некоторые другие. Источник постоянного смещения, включенный во входную цепь, создаёт на единственном p-n-переходе обратное запирающее напряжение. Во входную цепь также включается и источник усиливаемого сигнала. При изменении входного напряжения изменяется обратное напряжение на p-n-переходе, в связи с чем меняется толщина обедненного слоя, то есть изменяется площадь поперечного сечения области в криcталле, через которую проходит поток основных носителей заряда.

Перевод когда затвор включён, а pMOS-устройства пропускают ток при Зарядка затвора образует канал между истоком и стоком.

Перевод «microelectronic» на русский

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов СВЧ устройств различного назначения. Выходная мощность и коэффициент усиления по мощности далее коэффициент усиления — одни из основных параметров мощных СВЧ полевых транзисторов с барьером Шотки далее полевой транзистор. С целью снижения паразитного электрического сопротивления электрода затвора полевого транзистора используют известное и широко используемое на сегодня конструктивное решение, заключающееся в том, что электрод затвора полевого транзистора с барьером Шотки выполнен так называемой Т-образной конфигурацией субмикронной длины [1]. При этом диэлектрический слой расположен под верхней частью электрода затвора Т-образной конфигурации, как со стороны электрода истока, так и со стороны электрода стока.

Полевой транзистор принцип работы для чайников

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Простой метод проверки исправности полевого …

Мощные транзисторы MOSFET хорошо известны своей исключительной скоростью переключения при весьма малой мощности управления, которую нужно прикладывать к затвору. Основная причина в том, что затвор изолирован, поэтому требуется мощность только на перезаряд емкости затвор-исток, и в статическом режиме цепь затвора практически не потребляет тока. Основные недостатки, которые не дают MOSFET стать «идеальным», это сопротивление открытого канала R DS on , и значительная величина положительного температурного коэффициента чем выше температура, тем выше сопротивление открытого канала. В этом апноуте обсуждаются эти и другие основные особенности высоковольтных N-канальных мощных MOSFET, и предоставляется полезная информация по выбору транзисторов и их применению перевод статьи [1].

Результатов: Точных совпадений:

Сток исток ру

Интерес к статическим параметрам полевого транзистора с p-n -переходом на затворе, таким как начальный ток стока и напряжение отсечки, проявляется чаще всего инженерами и радиолюбителями либо как к приводимым в справочниках характеристикам для сравнения транзисторов различных типов, либо в связи с подбором близких по параметрам транзисторов для дифференциального каскада. В настоящей статье речь пойдёт об использовании статических параметров при расчёте схем на полевых транзисторах. На рис. Основными статическими параметрами полевого транзистора с p-n -переходом на затворе являются начальный ток стока и напряжение отсечки. Начальный ток стока полевого транзистора определяется как ток, протекающий через его канал при заданном постоянном напряжении сток-исток и равном нулю напряжении затвор-исток. В англоязычной технической документации этот параметр обозначают как I DSS.

Транзисторы являются активными компонентами и используются повсеместно в электронных цепях в качестве усилителей и коммутационных устройств транзисторных ключей. Как усилительные приборы они применяются в приборах высокой и низкой частоты, генераторах сигналов, модуляторах, детекторах и многих других цепях. В цифровых схемах, в импульсных блоках питания и управляемых электроприводах они служат в качестве ключей. Так называется наиболее распространенный тип транзистора.


Полевой транзистор направление токов

Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)

Термин «МДП-транзистор» используется для обозначения полевых транзисторов, в которых управляющий электрод – затвор – отделен от активной области полевого транзистора диэлектрической прослойкой – изолятором. Основным элементом для этих транзисторов является структура металл-диэлектрик-полупроводник (М-Д-П).

Технология МДП-транзистора с встроенным затвором приведена на рисунке:

Исходный полупроводник, на котором изготовлен МДП-транзистор, называется подложкой (вывод П). Две сильнолегированные области n+ называется истоком (И) и стоком (С). Область подложки под затвором (З) называется встроенным каналом (n-канал).

Физической основой работы полевого транзистора со структурой металл-диэлектрик-полупроводник является эффект поля. Эффект поля состоит в том, что под действием внешнего электрического поля изменяется концентрация свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника. В полевых приборах со структурой МДП внешнее поле обусловлено приложенным напряжением на металлический электрод-затвор. В зависимости от знака и величины приложенного напряжения могут быть два состояния области пространственного заряда (ОПЗ) в канале – обогащение, обеднение.

Режиму обеднения соответствует отрицательное напряжение Uзи, при котором концентрация электронов в канале уменьшается, что приводит к уменьшению тока стока. Режиму обогащения соответствует положительное напряжение Uзи и увеличение тока стока.

ВАХ представлена на рисунке:

Топология МДП-транзистора с индуцированным (наведенным) каналом р-типа приведена на рисунке:

При Uзи = 0 канал отсутствует и Ic = 0. Транзистор может работать только в режиме обогащения Uзи < 0. Если отрицательное напряжение Uзи превысит пороговое Uзи.пор, то происходит формирование инверсионного канала. Изменяя величину напряжения на затворе Uзи в области выше порогового Uзи.пор, можно менять концентрацию свободных носителей в инверсионном канале и сопротивление канала. Источник напряжения в стоковой цепи Uси вызовет ток стока Iс.

ВАХ представлена на рисунке:

В МДП-транзисторах затвор отделен от полупроводника слоем окисла SiO2. Поэтому входное сопротивление таких транзисторов порядка 1013…1015 Ом.

К основным параметрам полевых транзисторов относятся:

  • Крутизна характеристики при Uсп = const, Uпи = const. Типичные значения параметра (0,1…500) мА/В;
  • Крутизна характеристики по подложке при Uсп = const, Uзи = const. Типичные значения параметра (0.1…1) мА/В;
  • Начальный ток стока Iс.нач. – ток стока при нулевом значении напряжения Uзи. Типичные значения параметра: (0,2…600) мА – для транзисторов с управляющим каналом p-n переходом; (0,1…100) мА – для транзисторов со встроенным каналом; (0,01…0,5) мкА – для транзисторов с индуцированным каналом;
  • Напряжение отсечки Uзи.отс.. Типичные значения (0,2…10) В; пороговое напряжение Uп. Типичные значения (1…6) В;
  • Сопротивление сток-исток в открытом состоянии. Типичные значения (2..300) Ом
  • Дифференциальное сопротивление (внутреннее): при Uзи = const;
  • Статистический коэффициент усиления: μ = S · ri

Почему транзистор – полевой?

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

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

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

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

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

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

Зачем нужен полевой транзистор

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

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

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

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

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

Типы МОП-транзистора (MOSFET)

На основе режима эксплуатации МОП-транзисторы можно разделить на два типа.

  • Режим насыщения
  • Режим истощения

Режим насыщения

В этом режиме отсутствует проводимость при нулевом напряжении, что означает, что оно по умолчанию закрыто или «ВЫКЛ», так как канал отсутствует. Когда напряжение затвора увеличивается больше, чем напряжение источника, носители заряда (дырки) смещаются, оставляя позади электроны, и, таким образом, устанавливается более широкий канал.

Напряжение на затворе прямо пропорционально току, то есть с увеличением напряжения на затворе ток увеличивается и наоборот.

Классификация режима насыщения МОП- транзисторов

Усовершенствованные МОП-транзисторы можно классифицировать на два типа в зависимости от типа используемого легированного субстрата (n-типа или p-типа).

  • N-канальный тип насыщения MOSFET
  • P-канальный тип насыщения MOSFET

N-канальный тип насыщения MOSFET

  • Слегка легированная субстрат P-типа образует корпус устройства, а исток и сток сильно легированы примесями N-типа.
  • N-канал имеет электроны в качестве основных носителей.
  • Подаваемое напряжение затвора положительно для включения устройства.
  • Он имеет более низкую собственную емкость и меньшую площадь соединения из-за высокой подвижности электронов, что позволяет ему работать на высоких скоростях переключения.
  • Он содержит положительно заряженные примеси, что делает преждевременным включение полевых МОП-транзисторов с N-каналом.
  • Сопротивление дренажу низкое по сравнению с P-типом.

P-канальный тип насыщения MOSFET

  • Слегка легированная подложка N-типа образует корпус устройства, а исток и сток сильно легированы примесями P-типа.
  • P-канал имеет отверстия в качестве основных носителей.
  • Он имеет более высокую внутреннюю емкость и малую подвижность отверстий, что делает его работающим при низкой скорости переключения по сравнению с N-типом.
  • Подаваемое напряжение затвора является отрицательным для включения устройства.
  • Водостойкость выше по сравнению с N-типом.

Режим истощения

В этом типе канал уже установлен, и очевидно, что проводимость происходит даже при нулевом напряжении, и он открыт или включен по умолчанию. В отличие от типа насыщения, здесь канал лишен носителей заряда, чтобы уменьшить ширину канала.

Напряжение на затворе обратно пропорционально току, т. Е. С увеличением напряжения на затворе ток уменьшается.

Классификация режима истощения МОП-транзисторов

Истощающие МОП-транзисторы могут быть классифицированы на два типа в зависимости от типа используемого легированного субстрата (n-типа или p-типа).

  • Тип истощения канала N МОП-транзистор
  • Тип истощения канала P МОП-транзистор
Тип истощения канала N МОП-транзистор
  • Полупроводник P-типа образует подложку, а исток и сток сильно легированы примесями N-типа.
  • Применяемое напряжение на затворе отрицательное.
  • Канал обеднен свободными электронами.
Тип канала истощения канала MOSFET
  • Полупроводник N-типа образует подложку, а исток и сток сильно легированы примесями N-типа.
  • Поданное напряжение затвора положительное.
  • Канал обеднен свободными отверстиями.

Литература по электронике

Наука, которая изучает транзисторы и другие приборы, называется электроника. Целый ее раздел посвящён полупроводниковым приборам. Если вам интересно получить больше информации о работе транзисторов, можно почитать следующие книги по этой тематике:

  1. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера — Дэвид М.
  2. Операционные системы. Разработка и реализация — Эндрю Т.
  3. Силовая электроника для любителей и профессионалов — Б. Ю. Семенов .

В этих книгах описываются различные средства программируемой электроники. Конечно же, в основе всех программируемых схем, лежат транзисторы. Благодаря этим книгам вы не только получите новые знания о транзисторах, но и навыки, которые, возможно, принесут вам доход.

Теперь вы знаете, как работают транзисторы, и где они применяются в жизни. Если вам интересна эта тема, продолжайте её изучать, ведь прогресс не стоит на месте, и все технические устройства постоянно совершенствуются

В этом деле очень важно идти в ногу со временем. Успехов вам!

Как проверить полевой транзистор мультиметром и специальным тестером

Автор С Косенко из Воронежа в журнале Радио №1 за 2005 год показал свою разработку прибора проверки полевых транзисторов. Его имя: ППТ-01. Он объяснил принципы его работы, сборки, наладки, эксплуатации доступным языком.

Новичкам это все должно быть интересно, советую читать такие журналы и больше экспериментировать. Вам нужен практический опыт.

Сейчас подобные приборы выпускаются промышленным способом. Они позволяют проверять транзисторы, тиристоры, симисторы и другие электронные компоненты, точно узнать каждый параметр.

Доступная цена и широкие возможности этих тестеров обеспечивают их популярность. Ведь вся проверка сводится к установке выводов полупроводника в контактные гнезда и нажатию кнопки: результат автоматически отображается на дисплее.

Однако все эти операции вполне можно выполнить обычным цифровым мультиметром или аналоговым стрелочным тестером. Для этого нам потребуется посмотреть заводскую маркировку и найти по ней технические характеристики, определиться с конструкцией (JFET или MOSFET) и проводимостью канала.

Затем нужно вспомнить устройство своего мультиметра или тестера, перевести его в режим прозвонки либо измерения сопротивлений (для аналоговых приборов).

На моем карманном MESTEK MT-102 плюс присутствует на красном щупе, а минус — на черном. У вас скорее всего аналогично, но проверьте. Знак дисплея 0L (или 1 на других моделях) означает величину сопротивления (∞), которая превышает предназначенный диапазон измерения.

Проверку выполняем двумя этапами, последовательно соблюдая очередь:

  1. оцениваем исправность цепи сток-исток или, более точно, встроенного диода;
  2. анализируем открытие и закрытие выходной цепи при подаче управляющего сигнала.

Режим проверки №1

Перед началом работы кратковременно зашунтируйте все выводы полевика. Этим действием убирается возможный потенциал на его электродах, который может помешать замеру.

Результаты измерений на табло показываю для исправного мосфета. У поврежденного переходы будут отличаться: пробиты или оборваны.

На картинке показываю два измерения для n-канального транзистора. Схему его собрата с p-каналом привел для образца в правом нижнем углу. Действия для него аналогичны, а результат зависит от проводимости.

При первом замере ставим красный щуп с потенциалом плюса на сток, а черный на исток. Если диод исправен, то показания на приборе будут порядка 400-600. Это величина падения напряжения в милливольтах. Таким способом мультиметр в режиме прозвонки оценивает состояние полупроводникового перехода p-n полярности.

Для второго замера меняем щупы местами. Диод закрыт, его огромное сопротивление показывается как 0L.

Очередность этих замеров можно произвольно изменять.

Проверка мосфета положительной проводимости проводится аналогично, а индикацию на табло вам подскажет направление встроенного диода на рисунке.

Режим проверки №2

Оставляем черный щуп на истоке, а красный переставляем на затвор. Этим действием мы подаем ему положительный потенциал с мультиметра. На табло будет отображаться 0L, но транзистор должен открыться.

Проверяем открытие перестановкой красного щупа на сток. Изменение показаний на табло (единицы или десятки) станет достоверной информацией об его открытии. В этом можно убедиться, поменяв щупы между стоком и истоком. Показания останутся примерно в тех же пределах.

Теперь потребуется закрыть мосфет. Смотрим на замер №3: красный щуп ставим на исток, черный — затвор. Показание 0L.

Логика проверки p-канального типа полевика аналогична. Только надо помнить, что он открывается подачей отрицательного напряжения на затвор относительно истока, то есть «прижимается к земле».

Убедившись в исправности встроенного диода, открытии и закрытии силового перехода сток-исток, можно сделать вывод об исправности МДП транзистора.

Однако описанный метод не во всех случаях может обеспечить достоверные результаты. И дело здесь кроется в конструкции вашего мультиметра. Его выходного напряжения может просто не хватить для подачи отпирающего или запирающего потенциала на затвор.

Поэтому более достоверную проверку выполняют двумя мультиметрами:

  • одним контролируют состояние перехода сток-исток;
  • вторым управляют потенциалом на затворе.

Естественно, что заменить один из мультиметров можно самодельным источником напряжения, например, двумя батарейками АА (3 вольта) или омметром с предварительно оцененными характеристиками.

Принцип таких измерений показывает в своем видеоролике Дмитрий Гильмутдинов. Рекомендую посмотреть.

Обозначение и классификация (виды, типы) полевых транзисторов

Полевые транзисторы бывают с изолированным затвором (MOSFET, МОП) (первая буква индекса на картинке ‘A’) и с p-n переходом (первая буква индекса на картинке ‘B’). Прибор с изолированным затвором может работать при любой полярности напряжения на затворе, так как затвор изолирован от канала. Прибор с p-n переходом работает, только если p-n переход не проводит электрический ток, то есть прямое напряжение не может превышать нескольких десятых вольта.

Полевые транзисторы бывают с каналом n — типа (вторая буква индекса на картинке ‘A’) и p — типа (вторая буква индекса на картинке ‘B’). n — канальные транзисторы работают, когда напряжение на истоке меньше напряжения на стоке, p — канальные, наоборот, когда напряжение на истоке больше напряжения на стоке. На затвор n — канального полевого транзистора с p-n переходом нужно подавать отрицательное напряжение относительно истока, на затвор p — канального — положительное.

На изображении обозначены: (1) — сток, (2) — исток, (3) — затвор, (4) — подложка. Когда подложка соединена с истоком, это соединение показывается на изображении.

n — канальные полевые транзисторы с изолированным затвором могут быть обедненного типа и обогащенного типа. Обогащенные полевые транзисторы проводят ток, только если напряжение на затворе выше, чем на истоке. Обедненные перестают проводить ток (запираются) при некотором отрицательном напряжении на затворе относительно истока.

р — канальные полевые транзисторы бывают только обогащенными. Они начинают проводить ток (отпираются) при некотором отрицательном относительно истока напряжении на затворе.

Подключение транзисторов для управления мощными компонентами

Типичной задачей микроконтроллера является включение и выключение определённого компонента схемы. Сам микроконтроллер
обычно имеет скромные характеристики в отношении выдерживаемой мощности. Так Ардуино, при выдаваемых на контакт 5 В
выдерживает ток в 40 мА. Мощные моторы или сверхъяркие светодиоды могут потреблять сотни миллиампер. При подключении
таких нагрузок напрямую чип может быстро выйти из строя. Кроме того для работоспособности некоторых компонентов требуется
напряжение большее, чем 5 В, а Ардуино с выходного контакта (digital output pin) больше 5 В не может выдать впринципе.

Зато, его с лёгкостью хватит для управления транзистором, который в свою очередь будет управлять большим током. Допустим, нам нужно подключить длинную светодиодную ленту, которая требует 12 В и при этом потребляет 100 мА:

Теперь при установке выхода в логическую единицу (high), поступающие на базу 5 В откроют транзистор и через ленту потечёт ток — она будет светиться. При установке выхода в логический ноль (low), база будет заземлена через микроконтроллер, а течение тока заблокированно.

Обратите внимание на R. Он необходим, чтобы при подаче управляющего напряжения
не образовалось короткое замыкание по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля

Главное — не превысить допустимый
ток через контакт Ардуино в 40 мА, поэтому нужно использовать резистор номиналом не менее:

здесь Ud — это падение напряжения на самом транзисторе. Оно зависит от материала из которого он изготовлен и обычно составляет 0.3 – 0.6 В.

Но совершенно не обязательно держать ток на пределе допустимого. Необходимо лишь, чтобы показатель gain транзистора позволил управлять необходимым током. В нашем случае — это 100 мА. Допустим для используемого транзистора
hfe = 100, тогда нам будет достаточно управляющего тока в 1 мА

Нам подойдёт резистор номиналом от 118 Ом до 4.7 кОм. Для устойчивой работы с одной стороны и небольшой нагрузки на чип с другой, 2. 2 кОм — хороший выбор.

Если вместо биполярного транзистора использовать полевой, можно обойтись без резистора:

это связано с тем, что затвор в таких транзисторах управляется исключительно напряжением: ток на участке микроконтроллер — затвор — исток отсутствует. А благодаря своим высоким характеристикам схема с использованием MOSFET позволяет управлять очень мощными компонентами.

Что представляет собой полевой транзистор

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

Название расположенных на устройстве контактов и их функции:

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

NPN-транзистор

Биполярный транзистор может иметь коллектор с эмиттером из материала N-типа. Тогда база делается из материала P-типа. И в этом случае, транзистор npn работает точно, как pnp, за исключением полярности – это транзистор обратной проводимости. Транзисторы на основе кремния подавляют своим числом все остальные типы биполярных транзисторов.

Будет интересно SMD транзисторы

Донорным материалом для коллектора и эмиттера может служить As, имеющий “лишний” электрон. Также изменилась технология изготовления транзисторов. Сейчас они планарные, что дает возможность использовать литографию и делать интегральные схемы. По планарной технологии изготавливаются как pnp, так и npn-транзисторы, в том числе и мощные. Сплавные уже сняты с производства.

Для чего нужен полевой транзистор

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

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

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

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

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

Что такое транзистор?

Транзистор – электронный полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Если быть точнее, то транзистор позволяет регулировать силу электрического тока подобно тому, как водяной кран регулирует поток воды. Отсюда следуют две основные функции прибора в электрической цепи — это усилитель и переключатель.

Существует бесконечное множество разных типов транзисторов – от огромных усилителей высокой мощности размером с кулак, до миниатюрных переключателей на кристалле процессора размером в считанные десятки нанометров (в одном метре 109 нанометров).

Определение полевого транзистора

Полевой транзистор — это прибор, обладающий четырьмя выводами: Исток, Сток, Затвор, Подложка. Управляющее напряжение прилагается между Затвором и Истоком. В большинстве случаев подложка внутри корпуса соединена с истоком, так что наружу торчат три вывода. Некоторые виды полевых транзисторов не имеют подложки (транзисторы с p-n переходом).

Вашему вниманию подборка материалов:

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

Полевой транзистор имеет два режима работы: Линейный участок и участок насыщения. 2

Пороговое напряжение (напряжение отсечки) — это некоторая абстрактная величина, для которой верно уравнение линейного участка. Можно считать, что это напряжение, при котором продолженная прямая линия линейного участка достигает нулевого тока

Обратите внимание, что это именно абстракция. Очень распространенной ошибкой является мнение, что при управляющем напряжении, меньше порогового, проводимость отсутствует

Это не так. Гарантировать отсутствие проводимости можно только, если напряжение меньше намного (несколько вольт). Если же оно вблизи порогового, то небольшая проводимость присутствует, но вывести разумную формулу для ее расчета возможным (да и полезным) не представляется.

Подложка образует p-n переход с полупроводниковым каналом, соединяющим сток и исток, так что напряжение на подложке не должно быть меньше (для канала типа n) / больше (для канала типа p) напряжения на истоке.

Сопротивление между затвором и истоком полевого транзистора в рабочем режиме очень высокое.

Электронный прибор с четырьмя или тремя выводами, обладающий свойствами, описанными этими формулами, мы будем называть Полевым транзистором

Электронные ключи

Для повышения коэффициента полезного действия устройств силовой электроники широко используется импульсный режим работы диодов, транзисторов и тиристоров. Импульсный режим характерен резкими изменениями токов и напряжений. В импульсном режиме диоды, транзисторы и тиристоры используются как ключи.

При помощи электронных ключей выполняется коммутация электронных схем: подключение/отключение схемы к/от источникам(-ов) электрической энергии или сигнала, подключение или отключение элементов схем, изменение параметров элементов схем, изменение вида воздействующего источника сигнала.

УГО идеальных ключей показаны на рисунке:

Ключи, работающие на замыкание и размыкание соответственно.

Ключевой режим характеризуется двумя состояниями: «включено»/»выключено».

Идеальные ключи характеризуются мгновенным изменением сопротивления, которое может принимать значение 0 или ∞. Падение напряжения на идеальном замкнутом ключе равно 0. При разомкнутом ключе ток равен 0.

В реальных ключах токи и падения напряжения, соответствующие состояниям «включено»/»выключено», зависят от типа и параметров применяемых диодов, транзисторов, тиристоров и переход из одного состояния в другое происходит не мгновенно, а в течение времени, обусловленного инерционностью активного элемента и наличием паразитных емкостей и индуктивностей коммутируемой цепи.

Реальные ключи также характеризуются двумя крайними значениями сопротивления Rmax и Rmin. Переход от одного значения сопротивления к другому в реальных ключах происходит за конечное время. Падение напряжения на реальном замкнутом ключе не равно нулю.

Ключи подразделяются на ключи, используемые в маломощных схемах, и ключи, используемые в силовых схемах. Каждый из этих классов имеет свои характеристики.

  • Сопротивлениями ключа в открытом и закрытом состояниях;
  • Быстродействием – временем перехода ключа из одного состояния в другое;
  • Падением напряжения на замкнутом ключе и током утечки разомкнутого ключа;
  • Помехоустойчивостью – способностью ключа оставаться в одном из состояний при воздействии помех;
  • Чувствительностью ключа – величиной управляющего сигнала, переводящего ключ из одного состояния в другое;
  • Пороговым напряжением – значением управляющего напряжения, в окрестности которого происходит резкое изменение сопротивления электронного ключа.

StudyPort.Ru — Полярные транзисторы.

ВВЕДЕНИЕ

Действие транзистора можно сравнить с действием плотины. С помощью постоянного источника (течения реки) и плотины создан перепад уровней воды. Затрачивая очень небольшую энергию на вертикальное перемещение затвора, мы можем управлять потоком воды большой мощности, т.е. управлять энергией мощного постоянного источника.

Срок службы полупроводниковых триодов и их экономичность во много раз больше, чем у электронных ламп. За счёт чего транзисторы нашли широкое применение в микроэлектронике — теле-, видео-, аудио-, радиоаппаратуре и, конечно же, в компьютерах. Они заменяют электронные лампы во многих электрических цепях научной, промышленной и бытовой аппаратуры.

Преимущества транзисторов по сравнению с электронными лампами — те же, как и у полупроводниковых диодов — отсутствие накалённого катода, потребляющего значительную мощность и требующего времени для его разогрева. Кроме того транзисторы сами по себе во много раз меньше по массе и размерам, чем электрические лампы, и транзисторы способны работать при более низких напряжениях и более высоких частотах.

Но наряду с положительными качествами, триоды имеют и свои недостатки. Как и полупроводниковые диоды, транзисторы очень чувствительны к повышению температуры, электрическим перегрузкам и сильно проникающим излучениям (чтобы сделать транзистор более долговечным, его помещают в специальные корпуса ).

Основные материалы из которых изготовляют транзисторы — кремний и германий, перспективные – арсенид галлия, сульфид цинка и широко зонные проводники.

Существует 2 типа транзисторов: биполярные и полевые.

Рассмотрим устройство и принцип действия полевого транзистора МОП- структуры (Металл- Окисел- Полупроводник), который нашел широкое применение в качестве основного элемента всех современных интегральных микросхем КМОП структуры.

МОП – ТРАНЗИСТОРЫ

1. Устройство полевого транзистора.

Полевой транзистор — это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал и управляемый электрическим полем. В отличие от биполярных работа полевых транзисторов основана на использовании основных носителей заряда в полупроводнике. По конструктивному исполнению и технологии изготовления полевые транзисторы можно разделить на две группы: полевые транзисторы с управляющим р-п — переходом и полевые транзисторы с изолированным затвором.

Рис.1. Структура полевого транзистора

Полевой транзистор с управляющим р-п- переходом — это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала р-п — переходом, смещенным в обратном направлении. Электрод, из которого в канал входят носители заряда, называют истоком; электрод, через который из канала уходят носители заряда, — стоком; электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, — затвором. При подключении к истоку отрицательного (для п-канала), а к стоку положительного напряжения (рис. 1 ) в канале возникает электрический ток, создаваемый движением электронов от истока к стоку, т.е. основными носителями заряда. В этом заключается существенное отличие полевого транзистора от биполярного. Движение носителей заряда вдоль электронно-дырочного перехода (а не через переходы, как в биполярном транзисторе) является второй характерной особенностью полевого транзистора.

Электрическое поле, создаваемое между затвором и каналом, изменяет плотность носителей заряда в канале, т.е. величину протекающего тока. Так как управление происходит через обратно смещенный р-п-переход, сопротивление между управляющим электродом и каналом велико, а потребляемая мощность от источника сигнала в цепи затвора ничтожно мала. Поэтому полевой транзистор может обеспечить усиление электромагнитных колебаний как по мощности, так и по току и напряжению.

Рис. 2. Структура полевого транзистора с изолированным затвором: а — с индуцированным каналом ; б — со встроенным каналом.

Полевой транзистор с изолированным затвором — это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. Полевой транзистор с изолированным затвором состоит из пластины полупроводника (подложки) с относительно высоким удельным сопротивлением, в которой созданы две области с противоположным типом электропроводности (рис. 2 ). На эти области нанесены металлические электроды — исток и сток. Поверхность полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем диэлектрика (обычно слоем оксида кремния). На слой диэлектрика нанесен металлический электрод — затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП- транзисторами или МОП- транзисторами (металл — оксид- полупроводник).

Существуют две разновидности МДП-транзисторов с индуцированным и со встроенным каналами.

В МДП-транзисторах с индуцированным каналом проводящий канал между сильнолегированными областями истока и стока и, следовательно, заметный ток стока появляются только при определенной полярности и при определенном значении напряжения на затворе относительно истока (отрицательного при р-канале и положительного при п-канале). Это напряжение называют пороговым (UЗИ.пор ). Так как появление и рост проводимости индуцированного канала связаны с обогащением его основными носителями заряда, то считают, что канал работает в режиме обогащения.

В МДП — транзисторах со встроенным каналом проводящий канал, изготавливается технологическим путем, образуется при напряжении на затворе равном нулю. Током стока можно управлять, изменяя значение и полярность напряжения между затвором и истоком. При некотором положительном напряжении затвор — исток транзистора с р — каналом или отрицательном напряжении транзистора с n —каналом ток в цепи стока прекращается. Это напряжение называют напряжением отсечки (UЗИ.отс ). МДП — транзистор со встроенным каналом может работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения канала основными носителями заряда.

2. Схемы включения полевого транзистора.

Рис. 3. Схемы включения полевого транзистора.

Полевой транзистор в качестве элемента схемы представляет собой активный несимметричный четырехполюсник, у которого один из зажимов является общим для цепей входа и выхода. В зависимости от того, какой из электродов полевого транзистора подключен к общему выводу, различают схемы: с общим истоком и входом затвор; с общим стоком и входом на затвор; с общим затвором и входом на исток. Схемы включения полевого транзистора показаны на рис. 3.

По аналогии с ламповой электроникой, где за типовую принята схема с общим катодом, для полевых транзисторов типовой является схема с общим истоком.

3. Эквивалентная схема полевого транзистора.

Рис. 4. Эквивалентная схема полевого транзистора.

Эквивалентная схема полевого транзистора, элементы которой выражены через у-параметры, приведен на рис. 4. При таком подключении каждая из проводимости имеет физический смысл.

4. Параметры полевого транзистора.

Входная проводимость определяется проводимостью участка затвор — исток уЗИ. = у11 + у12 ; выходная проводимость — проводимость участка сток — исток уСИ = у22 + у21 ; функции передачи — крутизной вольт-амперной характеристики S = у21 — у12 ; функция обратной передачи — проходной проводимостью уЗС = у12. Эти параметры применяются за первичные параметры полевого транзистора, используемого в качестве четырехполюсника. Если первичные параметры четырехполюсника для схем с общим истоком определены, то можно рассчитать параметры для любой другой схемы включения полевого транзистора.

Начальный ток стока IС.нач — ток стока при напряжении между затвором и истоком, равном нулю и напряжении на стоке, равном или превышающим напряжение насыщения. Остаточный ток стока IС.ост — ток стока при напряжении между затвором и истоком, превышающем напряжение отсечки. Ток утечки затвора IЗ.ут — ток затвора при заданном напряжении между затвором и остальными выводами, замкнутыми между собой. Обратный ток перехода затвор — сток IЗСО— ток, протекающий в цепи затвор — сток при заданном обратном напряжении между затвором и стоком и разомкнутыми остальными выводами. Обратный ток перехода затвор — исток IЗИО — ток, протекающий в цепи затвор — исток при заданном обратном напряжении между затвором и истоком и разомкнутыми остальными выводами.

Напряжение отсечки полевого транзистораUЗИ.отс — напряжениемежду затвором и истоком транзистора с р -п переходом или изолированным затвором, работающего в режиме обеднения, при котором ток стока достигает заданного низкого значения. Пороговое напряжение полевого транзистора UЗИ.пор — напряжение между затвором и истоком транзистора с изолированным затвором, работающего в режиме обогащения, при котором ток стока достигает заданного низкого значения.

Крутизна характеристик полевого транзистора S — отношение изменения тока стока к изменению напряжения на затворе при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора в схеме с общим истоком.

Входная емкость полевого транзистора С11и — емкость между затвором и истоком при коротком замыкании по переменному току на выходе в схеме с общим истоком. Выходная емкость полевого транзистора С22и — емкость между стоком и истоком при коротком замыкании по переменному току на входе в схеме с общим истоком. Проходная емкость полевого транзистора C12и — емкость между затвором и стоком при коротком замыкании по переменному току на входе в схеме с общим истоком. Емкость затвор -сток СЗСО — емкость между затвором и стоком при разомкнутых по переменному току остальных выводах. Емкость затвор — исток СЗИО емкость между затвором и истоком при разомкнутых по переменному току остальных выводах.

Коэффициент усиления по мощности Кур— отношение мощности на выходе полевого транзистора к мощности на входе при определенной частоте и схеме включения.

4.1. Частотные свойства.

Частотные свойства полевых транзисторов определяются постоянной времени RC — цепи затвора. Поскольку входная емкость С11и у транзисторов с р-п переходом велика (десятки пикофарад), их применение в усилительных каскадах с большим входным сопротивлением возможно в диапазоне частот, ре превышающих сотен килогерц — единиц мегагерц.

При работе в переключающих схемах скорость переключения полностью определяется постоянной времени RC — цепи затвора. У полевых транзисторов с изолированным затвором входная емкость значительно меньше, поэтому их частотные свойства намного лучше, чем у полевых транзисторов с р-п — переходом.

Граничная частота определяется по формуле fгр.=159/С11и, где fгр = частота, МГц; S — крутизна характеристики транзистора, мА/В; С11и — емкость между затвором и истоком при коротком замыкании по переменному току выходной цепи, пФ.

4.2. Шумовые свойства.

Шумовые свойства полевых транзисторов оцениваются коэффициентом шума КШ, который мало зависит от напряжения сток — исток, тока стока и окружающей температуры (ниже 50 0 С) и монотонно возрастает с уменьшением частоты и внутреннего сопротивления источника сигнала. Коэффициент шума измеряют в заданном режиме по постоянному току UСИ, IC на определенной частоте.

Вместо коэффициента шума иногда указывают шумовое напряжение полевого транзистора Uш — эквивалентное шумовое напряжение, приведенное ко входу, в полосе частот при определенном полном сопротивлении генератора в схеме с общим истоком; шумовой ток Iш — эквивалентный шумовой ток, приведенный ко входу, при разомкнутом входе в полосе частот в схеме с общим истоком.

4.3. Тепловые параметры.

Тепловые параметры полевого транзистора характеризуют егоустойчивость при работе в диапазоне температур. При изменении температуры свойства полупроводниковых материалов изменяются. Это приводит к изменению параметров полевого транзистора, в первую очередь, тока стока, крутизны и тока утечки затвора.

Зависимость изменения тока стока от температуры определяется двумя факторами: контактной разностью потенциалов р-п перехода и изменением подвижности основных носителей заряда в канале. При повышении температуры контактная разность потенциалов уменьшается, сопротивление канала падает, а ток увеличивается. Но повышение температуры приводит к уменьшению подвижности носителей заряда в канале и тока стока. При определенных условиях действие этих факторов взаимнокомпенсируется и ток полевого транзистора перестает зависеть от температуры. На рис. 5. приведены стокозатворные характеристики при различных температурах окружающей среды и указано положение термостабильной точки.

Рис. 5. Сток — затворные характеристики полевого транзистора при разных температурах.

Зависимость крутизны характеристики от температуры у полевых транзисторов такая же как и у тока стока. С ростом температуры ток утечки затвора увеличивается. Хотя абсолютное изменение тока незначительно, его надо учитывать при больших сопротивлениях в цепи затвора. В этом случае изменение тока утечки затвора может вызвать существенное изменение напряжения на затворе полевого транзистора и режима его работы. Температурная зависимость тока утечки затвора полевого транзистора с р-п переходом приведена на рис. 6.

рис. 6. Зависимость тока утечки затвора полевого транзистора от температуры.

В полевом транзисторе с изолированным затвором ток затвора практически не зависит от температуры.

4.4. Максимально допустимые параметры.

Максимально допустимые параметры определяют значения конкретных режимов полевых транзисторов, которые не должны превышаться при любых условиях эксплуатации и при которых обеспечивается заданная надежность. К максимально допустимым параметрам относятся: максимально допустимое напряжение затвор — исток UЗИmax, затвор — сток UЗСmax, сток — исток UСИmax, максимально допустимое напряжение сток — подложка UСПmax, исток — подложка UИПmax, затвор — подложка UЗПmax. Максимально допустимый постоянный ток стока IСmax максимально допустимый прямой ток затвора IЗ(пр)max, максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность Рmax.

4.5. Вольт – амперные характеристики полевых транзисторов.

Рис. 7. Вольт – амперные характеристики полевого транзистора со встроеным каналом n- типа: а – стоковые; б – стоко – затворные.

Вольт — амперные характеристики полевых транзисторов устанавливают зависимость тока стока IC от одного из напряжений UСИ или UЗИ при фиксированной величине второго.

В МДП — транзисторе с индуцированным каналом с подложкой р-типа при UЗИ = 0 канал п-типа может находиться в проводящем состоянии. При некотором пороговом напряжении UЗИ.ПОР < 0 за счет обеднения канала основными носителями проводимость его значительно уменьшается. Статические стоковые характеристики в этом случае будут иметь вид, изображенный на рис. 7, а стоко — затворная характеристика пересекает ось ординат в точке со значением тока IC.НАЧ.

Особенностью МДП — транзистора с индуцированным каналом п — типа является возможность работы без постоянного напряжения смещения ( UЗИ = 0) в режиме как обеднения, так и обогащения канала основными носителями заряда. МДП — транзистор с встроенным каналом имеет вольт-амперные характеристики, аналогичные изображенным на рис. 7.

У МДП — транзисторов всех типов потенциал подложки относительно истока оказывает заметное влияние на вольт -амперные характеристики и соответственно параметры транзистора. Благодаря воздействию на проводимость канала подложка может выполнять функцию затвора. Напряжение на подложке относительно истока должно иметь такую полярность, чтобы р-п переход исток — подложка включался в обратном направлении. При этом р-п переход канал — подложка действует как затвор полевого транзистора с управляющим р-п переходом.

5. Рекомендации по применению полевых транзисторов.

Рекомендации по применению полевых транзисторов. Полевые транзисторы имеют вольт-амперные характеристики, подобные ламповым, и обладают всеми принципиальными преимуществами транзисторов. Это позволяет применять их в схемах, в большинстве случаев использовались электронные лампы, например, в усилителях постоянного тока с высокоомным входом, в истоковых повторителях с особо высокоомным входом, в электрометрических усилителях, различных реле времени, RS — генераторах синусоидальных колебаний низких и инфранизких частот, в генераторах пилообразных колебаний, усилителях низкой частоты, работающих от источников с большим внутренним сопротивлением, в активных RC — фильтрах низких частот. Полевые транзисторы с изолированным затвором используют в высокочастотных усилителях, смесителях, ключевых устройствах.

В рекомендации по использованию транзисторов для случая полевых транзисторов следует внести дополнения:

1. На затвор полевых транзисторов с р-п ( отрицательное для транзисторов с р — каналом и положительным для транзистора с п — каналом).

2. Полевые транзисторы с изолированным затвором следует хранить с закороченными выводами. При включении транзисторов в схему должны быть приняты все меры для снятия зарядов статического электричества. Необходимую пайку производить на заземленном металлическом листе, заземлить жало паяльника, а так же руки монтажника при помощи специального металлического браслета. Не следует применять одежду из синтетических тканей. Целесообразно подсоединять полевой транзистор к схеме, предварительно закоротив его выводы.

Устройство и принцип действия полевых транзисторов с изолированным затвором — Студопедия

Поделись  


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

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

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

Тип затвораКанал n-типаКанал p-типа
С управляющим p-n переходом
С изолированным затвором и встроенным каналом
С изолированным затвором и индуцированным каналом

Рис. 12.1. Условное графическое обозначение полевых транзисторов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

а)б)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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



Создан революционный транзистор, меняющий конфигурацию «на лету». Процессоры станут в разы меньше по размерам и энергопотреблению

Техника

|

Поделиться

    Австрийские исследователи модернизировали современный полевой транзистор, добавив к нему управляющий электрод и германиевую прослойку. Такая модификация позволяет в реальном времени менять параметры полупроводникового элемента в зависимости от текущих потребностей. Ученые говорят, что для выполнения некоторых арифметических операций новых транзисторов требуется до 85% меньше, чем используется в схемах на базе традиционных полевых транзисторов, реализующих эти операции. По их мнению, внедрение технологии не приведет к вытеснению классических кремниевых микросхем, а позволит улучшить их за счет дополнительных вычислительных блоков, которые окажутся востребованы, в первую очередь, в сфере искусственного интеллекта.

    Венские адаптивные тразисторы

    Исследователи из Венского технического университета разработали транзистор, который способен менять свои параметры «на лету», в соответствии с решаемой в конкретный момент времени задачей.

    Как отмечает Tom’s Hardware, потенциал у технологии по истине огромный. К примеру, микросхема, построенная с ее применением может нести до 85% меньше транзисторов, при этом выполняя все те же функции, что созданная с использованием классического подхода. Это позволяет уменьшить итоговый размер микросхемы, снизить энергопотребление и тепловыделение, что, в свою очередь, дает обширные возможности в области повышения ее производительности.

    Как работает полевой транзистор

    Транзисторы в целом и полевые в частности (Field Effect Transistors, FET) лежат в основе любой современной полупроводниковой микросхемы. Такой транзистор имеет три контакта: сток (drain), затвор (gate) и исток (source). Исток и сток образуют токопроводящий канал. На исток подается высокое напряжение, на затвор – низкое (управляющее). В зависимости от уровня напряжения на затворе электрический ток либо проходит от истока к стоку (затвор открыт), либо нет (затвор закрыт).

    На фото слева направо: Вальтер Вебер, Масияр Систани и Рафаэль Бекле

    Таким образом, транзистор можно использоваться в качестве «ключа» или, к примеру, элементарной двоичной ячейки памяти. При помощи соединения групп транзисторов и других электронных компонентов между собой можно получить логические элементы, выполняющие простейшие операции двоичной логики.

    Всего лишь один дополнительный электрод

    Специалисты из Австрии предложили соединить два электрода (сток и исток) между собой при помощи тончайшей германиевой нити, а над ней расположить алюминиевый электрод затвора, подобно тому, как это сделано в традиционном полевом транзисторе. Кроме того, ученые добавили управляющий электрод, который расположили на границе раздела между германиевым и металлическим слоями. Именно управляющий электрод позволяет «программировать» транзистор.

    Адаптивный транзистор включает обычный затвор (выделен красным) и дополнительный программирующий затвор (синий), расположенный между истоком (зеленый слева) и стоком (зеленый справа)

    Адаптивность нового германиевого транзистора обусловлена электрическими свойствами данного материала. Как объясняет Масиар Систани (Masiar Sistani), один участников исследовательской группы, при подаче напряжения на германиевую структуру сила тока возрастает, пока не достигнет определенного порога. После перехода этого порога ток вновь начинает уменьшается. Этот эффект носит название отрицательного дифференциального сопротивления (negative differential resistance).

    Дополнительный управляющий электрод позволяет регулировать этот порог, то есть устанавливать уровень напряжения, при котором происходит открытие/закрытие транзистора. Таким образом, транзистор такой конструкции может находиться в более чем двух фиксированных состояниях «включено» и «выключено».

    5 простых шагов: как ИТ-компании получить грант

    Поддержка ИТ-отрасли

    «Арифметические операции, для которых ранее требовалось 160 транзисторов, теперь возможны с 24 транзисторами. Таким образом, скорость и энергоэффективность схем также могут быть значительно увеличены», – поясняет профессор Вальтер Вебер (Walter Weber), возглавляющий исследовательскую группу.

    Не замена полупроводникам на основе кремния

    По словам Масиара Систани, разработка его команды не претендует на замену «хорошо себя зарекомендовавшей технологии транзисторов на основе кремния». Ученый предполагает, что в будущем на базе германиевых транзисторов будут строить блоки-дополнения для классических интегральных схем, которые решают более специфические задачи. Так, исследователи предполагают, что их технология найдет применение в сфере искусственного интеллекта.

    Как отмечает издание SciTechDaily, быстрое промышленное внедрение новой технологии представляется реалистичным. Задействованные учеными материалы и так применяются при производстве полупроводниковых изделий, проработка принципиально новых производственных процессов также не потребуется.

    В середине декабря 2021 г. CNews писал о том, что Samsung и IBM создали технологию вертикального расположения транзисторов VTFET, способную резко увеличить производительность и энергоэффективность будущих процессоров, а также преодолеть порог в 1 нм. По сравнению с современными чипами FinFET потребление энергии чипами VTFET ниже на 85%, а производительность выше вдвое.

    • Лучший российский софт для видеосвязи: ищем замену Teams и Zoom

    Дмитрий Степанов


    Что такое слив транзистора?

    `;

    Г. В. Пулос

    Сток транзистора является частью полевого транзистора, обычно называемого полевым транзистором, и эквивалентом эмиттера стандартного полупроводникового транзистора. Полевой транзистор состоит из четырех основных компонентов и соответствующих выводов, называемых затвором, истоком, корпусом и стоком. Когда на затворе и корпусе полевого транзистора присутствует управляющее напряжение, любой электрический сигнал, ожидающий в истоке, будет проходить от истока к стоку транзистора и выводу стока. Таким образом, сток транзистора может относиться либо к выходному компоненту полевого транзистора, либо к выводу, который соединяет компонент с другими схемами.

    Человек, держащий компьютер

    Хотя полевые транзисторы выполняют функции, аналогичные стандартным транзисторам с переходом, то, как они выполняют эти функции, сильно отличается. Обычный транзистор состоит из трех частей материала, несущих переменный статический заряд, либо положительный-отрицательный-положительный, называемый PNP, либо отрицательный-положительный-отрицательный, называемый NPN. Эти части, называемые коллектором, эмиттером и базой, сплавляются вместе, что по существу создает диод либо с двумя анодами, либо с двумя катодами.

    Если на коллекторе транзистора ожидается электрический сигнал, а на базе нет напряжения, говорят, что транзистор выключен и не проводит электрический сигнал. Если затем напряжение попадает на базу транзистора, оно изменяет электрический заряд базы. Это изменение заряда включает транзистор, и сигнал коллектора проходит через транзистор и выходит из его эмиттера для использования другими электронными схемами.

    Полевые транзисторы работают по совершенно другому принципу. Полевой транзистор состоит из четырех частей материала, каждая из которых имеет клемму, называемую истоком, затвором, стоком и корпусом. Из этих четырех только источник, сток и корпус несут статический заряд. Либо этот заряд будет отрицательным в истоке и стоке, что называется n-канальным полевым транзистором, либо он будет положительным в обоих, что называется p-канальным полевым транзистором. В любом случае корпус полевого транзистора будет нести заряд, противоположный истоку и стоку.

    Эти четыре элемента затем собираются в порядке, который также отличается от стандартного транзистора. Исток и сток будут соединены с любым концом корпуса. Затем затвор сплавляется с истоком и стоком, шунтируя их, но не вступая в прямой контакт с корпусом транзистора. Вместо этого ворота устанавливаются параллельно и на определенном расстоянии от тела.

    Если полевой транзистор является устройством n-канального типа, либо отсутствие напряжения, либо отрицательное напряжение между истоком и стоком отключит полевой транзистор, и он не будет проводить сигнал между истоком и стоком. Когда корпус полевого транзистора заряжен, подача положительного напряжения на затвор полевого транзистора переключит его во включенное состояние. Заряд затвора начнет вытягивать электроны из корпуса полевого транзистора, по существу создавая поле, называемое проводящим каналом.

    Если напряжение на затворе достаточно сильное, точка, называемая его пороговым напряжением, то проводящий канал может полностью сформироваться. Как только проводящий канал полностью сформируется, напряжение на истоке полевого транзистора сможет проводить сигнал через проводящий канал к стоку транзистора и обратно. Если затем напряжение на затворе упадет ниже его порога, поле на затворе и корпусе полевого транзистора мгновенно разрушится, захватив с собой проводящий канал и вернув полевой транзистор в выключенное состояние.

    Полевые транзисторы

    очень чувствительны к пороговым напряжениям затвора. Использование напряжения затвора, которое лишь немного превышает требуемое, а затем незначительное его снижение приведет к очень быстрому включению и выключению полевого транзистора. В результате незначительное изменение напряжения затвора на очень высокой частоте может включать и выключать полевой транзистор с гораздо большей скоростью и с гораздо меньшими напряжениями, чем это возможно со стандартным транзистором. Скорости, с которыми могут переключаться полевые транзисторы, делают их идеальными транзисторами для высокоскоростных цифровых схем. Они находят широкое применение в таких устройствах, как цифровые интегральные схемы и микропроцессоры, и они являются предпочтительным транзистором для использования в современных компьютерных процессорах.

    Вам также может понравиться

    Рекомендуется

    Как работает JFET

    • Раздел 4.2 Как работает JFET.
    • • Операция ниже отжима.
    • • Операция выше отжима.
    • • Выходная характеристика JFET.
    • • Передаточная характеристика JFET.
    • • Видео JFET.

    JFET представляет собой транзистор, управляемый напряжением.

    JFET представляет собой транзистор, управляемый напряжением, который имеет две различные области работы в зависимости от того, больше или меньше напряжение, подаваемое на клеммы истока и стока, напряжения отсечки транзистора

    Напряжение отсечки

    Значение отсечки полевого транзистора относится к напряжению, приложенному между стоком и истоком (с напряжением затвора равно нулю), при котором протекает максимальный ток. Работа с напряжением сток/исток ниже этого значения классифицируется как «омическая область», поскольку полевой транзистор JFET будет действовать скорее как резистор. Работа с напряжением источника стока выше, чем Pinch Off, известна как «область насыщения», поскольку JFET действует как насыщенный транзистор; то есть любое увеличение напряжения не приводит к относительному увеличению тока.

    Работа ниже отсечки

    Рис.

    4.2.1 Работа полевого транзистора ниже отсечки

    В планарной конструкции N-канального JFET, показанного на рис. и подложка), которые соединены вместе и находятся под напряжением 0 В. Это формирует ворота. Канал N-типа соединен с выводами истока и стока через более сильно легированные области N+-типа. Сток подключается к плюсу питания, а исток к нулю вольт. Кремний типа N+ имеет более низкое удельное сопротивление, чем тип N. Это дает ему более низкое сопротивление, увеличивает проводимость и уменьшает эффект размещения стандартного кремния N-типа рядом с алюминиевым разъемом, который, поскольку алюминий является трехвалентным материалом, имеющим три валентных электрона, а кремний — четыре, имеет тенденцию создавать нежелательные соединение, похожее по действию на соединение PN в этой точке.

    Затвор P-типа имеет 0 В и, следовательно, имеет отрицательное смещение по сравнению с каналом, на котором имеется градиент потенциала, так как один конец подключен к 0 вольт (источник), а другой конец к положительному напряжению (источник). осушать). Таким образом, любая точка на канале (кроме крайнего конца рядом с клеммой источника) должна быть более положительной, чем ворота. Следовательно, два PN-перехода, образованные между проводящим каналом N-типа и областями P-типа затвора/подложки, оба смещены в обратном направлении и поэтому имеют обедненный слой, который проходит в канал, как показано на рис. 4.2.1.

    Форма обедненного слоя несимметрична, как видно из рис. 4.2.1. Обычно он толще к стоковому концу канала, потому что напряжение на стоке более положительное, чем на истоке, из-за градиента напряжения, существующего вдоль канала. Это вызывает больший потенциал на переходах ближе к стоку и, следовательно, утолщение обедненного слоя. Эффект становится более заметным, когда напряжение между стоком и истоком превышает примерно 1 вольт или около того.

    Работа выше «Pinch Off»

    Рис. 4.2.2 Работа JFET выше «Pinch Off»

    Когда напряжение приложено между стоком и истоком (V DS ), протекает ток, и кремниевый канал действует как обычный резистор (Омическая область). Теперь, если V DS увеличить (при нулевом напряжении VGS) до значения, называемого отсечкой V P , ток стока I D также сначала увеличится. Транзистор работает в «омической области», как показано на рис. 4.2.1.

    Однако по мере увеличения напряжения сток-исток V DS обедненные слои на переходах затвора также становятся толще и, таким образом, сужают канал N-типа, доступный для проводимости. Наступает момент (Pinch Off), когда проводящий канал становится достаточно узким, чтобы компенсировать эффект увеличения тока с приложенным напряжением V DS , как показано на рис. 4.2.2. Выше этой точки (Pinch Off) ток стока увеличивается незначительно, и говорят, что транзистор работает в «области насыщения».

    Однако, если JFET смещен с помощью V DS при напряжении отсечки (V P ), небольшое изменение V GS может быть использовано для управления током в канале исток-сток от нулевого до минимального значения. максимальное (насыщенное) значение.

    Характеристики полевого транзистора

    Рис. 4.2.3 Выходная характеристика полевого транзистора

    Этот тип работы показан довольно плоской верхней частью выходных характеристик, показанных на рис. 4.2.3. Обратите внимание, что каждая кривая построена для определенного значения отрицательного напряжения между затвором и истоком, и что, когда на затвор подается достаточное обратное смещение (например, более -2,5 В, самое низкое значение на графике), ток стока полностью прекращается.

    В выходных характеристиках JFET, показанных на рис. 4.2.3, ток стока I D увеличивается линейно (как резистор) при значениях напряжения затвор/исток (V GS ) ниже отсечки ( Омическая область), но выше V P (область насыщения) показывает очень небольшое изменение, и кривые почти горизонтальны при напряжениях, превышающих напряжение отсечки (V P ). Почти все ожидаемое увеличение тока, за счет увеличения напряжения между Истоком и Стоком (VDS), компенсируется сужением проводящего канала из-за растущих слоев обеднения.

    Рис. 4.2.4 Характеристика крутизны полевого транзистора

    Показана характеристика крутизны для полевого транзистора, которая показывает изменение тока стока (I D ) при заданном изменении напряжения затвор-исток (V GS ). на рис. 4.2.4. Поскольку вход JFET (затвор) управляется напряжением, усиление транзистора нельзя назвать усилением по току, как в биполярных транзисторах. Ток стока контролируется напряжением затвор-исток, поэтому график показывает миллиампер на вольт (мА/В), а ток, деленный на напряжение (I/V), представляет собой ПРОВОДИМОСТЬ (обратное значение сопротивления (V/I)). наклон этого графика (коэффициент усиления устройства) называется ПРЯМОЙ или ВЗАИМНОЙ ПРЯМОПРОВОДИМОСТЬЮ, которая имеет символ gm, поэтому чем выше значение gm, тем больше усиление.

    Обратите внимание, что V GS всегда отображается как отрицательное; на самом деле он может быть равен нулю или немного выше нуля, но затвор всегда более отрицательный, чем канал N-типа между истоком и стоком. Также обратите внимание, что наклон кривой на передаточной характеристике менее крутой, чем на кривой взаимной проводимости для типичного биполярного транзистора (сравните рис. 4.2.4 и рис. 3.5.4 на странице «Усиление тока биполярных транзисторов»). Это означает, что JFET будет иметь меньший коэффициент усиления, чем у биполярного транзистора.

    Этот недостаток компенсируется преимуществом чрезвычайно высокого входного сопротивления. Типичное входное сопротивление для JFET будет в районе 1 x 10 10 Ом (10 000 МОм!) по сравнению с 2-3 кОм для биполярного устройства.

    Это делает JFET идеальным для приложений, в которых цепь или устройство, управляющее усилителем JFET, не может обеспечить какой-либо заметный ток, например, электретный микрофон, в котором используется FET внутри микрофона для усиления крошечных колебаний напряжения, возникающих на вибрирующем элементе диафрагмы. .

    Еще одна особенность JFET, которая делает его более подходящим для использования на очень высоких частотах, чем биполярные транзисторы, — это отсутствие переходов в проводящем канале JFET. В биполярном транзисторе два PN-перехода, образующие крошечные емкости, существуют между базой и эмиттером, а также базой и коллектором из-за PN-переходов. Эти емкости будут ограничивать высокочастотные характеристики, поскольку они обеспечивают отрицательную обратную связь на высоких частотах. Поскольку полевой транзистор JFET представляет собой просто кремниевую пластину между истоком и стоком, паразитные емкости, которые существуют в биполярных устройствах, отсутствуют, поэтому характеристики на высоких частотах улучшаются, что позволяет использовать JFET даже на частотах в сотни МГц.

    Загрузить таблицу данных для типичного N -канала JFET от On On Semiconductor

    Рис. 4.2.5 Операция JFET

    TOP Page.>

    MOSFET (металлический оксид полуконкурентный эффект. Что такое МОП-транзистор?

    MOSFET расшифровывается как полевой транзистор на основе оксида металла и силикона или полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника. Это тип IGFET, что означает полевой транзистор с изолированным затвором. МОП-транзистор имеет четыре контакта, а именно затвор (G), сток (D), исток (S) и корпус (B). Корпус МОП-транзистора подключен к клемме истока и образует трехконтактное устройство. Он используется как в аналоговых, так и в цифровых схемах.

    Принцип полевого МОП-транзистора

    Полевой транзистор (ПТ) представляет собой полупроводниковый прибор с 3 выводами, в котором выход управляется электрическим полем, генерируемым посредством входной энергии. Основной принцип МОП-транзисторов заключается в контроле протекания тока и напряжения между выводами истока и стока. Он имеет возможность изменять свою проводимость в зависимости от подаваемого напряжения.

    МОП-транзистор стал самым распространенным транзистором из-за его небольшого размера и высокого входного сопротивления.

    Структура МОП-транзистора

    Структура МОП-транзистора аналогична полевому транзистору. На подложку, к которой крепятся выводы затвора, наносится оксидный слой. Этот оксидный слой действует как защитный слой (отделенный от подложки SiO 2 ), поэтому полевые МОП-транзисторы имеют другое название — IGFET. Это называется отсечкой силового полевого МОП-транзистора. Если напряжение стока равно пороговому напряжению насыщения, напряжение стока становится достаточно большим, чтобы сделать напряжение затвора меньше порогового напряжения.

    Рисунок 1

    Два типа МОП-транзисторов:

    Тип истощения : Эти МОП-транзисторы обычно включены. Ток течет от стока к истоку даже без напряжения на затворе. Максимальный ток течет от стока к истоку, когда нет разницы в напряжении между выводами затвора и истока (V GS =0). Работа MOSFET с истощением очень похожа на JFET.
    Тип расширения: Эти МОП-транзисторы обычно выключены. Проводимость тока будет зависеть от приложения напряжения затвора. По мере увеличения напряжения затвор-исток сопротивление канала сток-исток транзистора становится меньше, а ток от стока к истоку увеличивается.

    Области действия

    Работа полевых МОП-транзисторов происходит в основном в трех областях, а именно:

    • Зона отсечки — это область, в которой устройство находится в состоянии ВЫКЛ. Через устройство не протекает ток, и оно работает как переключатель.
    • Область насыщения — это место, где устройства будут иметь постоянный ток стока к источнику V DS . Это состояние возникает один раз, когда напряжение сток-исток увеличивается больше, чем значение напряжения отсечки. В области насыщения полевой МОП-транзистор работает как замкнутый переключатель.
    • Линейная/Омическая область — это область, в которой ток сток-исток I DS увеличивается линейно с напряжением сток-исток V DS . Когда устройства MOSFET работают в этой линейной области, они работают как усилитель.

    N-канальный MOSFET

    N-канальный MOSFET имеет N-канальный канал между выводами стока и истока. Подложка p-типа, а сток и исток представляют собой сильно легированную область N+. Ток течет за счет электронов в N-Channel MOSFET.

    Рисунок 2

    При подаче положительного напряжения на клемму затвора отверстия под оксидным слоем вдавливаются вниз в подложку. Затем обедненная область заполняется связанными электронами, которые связаны с атомами-акцепторами. Положительное напряжение затвора также притягивает электроны из области истока и стока N+ в канал, таким образом, формируется канал достижения электронов.

    P-канальный МОП-транзистор

    Конструкция и работа PMOS аналогичны NMOS. P-канальный MOSFET имеет область P-канала, расположенную между выводами истока и стока. Подложка n-типа, а сток и исток представляют собой сильно легированную p+-область. Направление тока — к положительно заряженным дыркам.

    Рисунок-3

    При подаче отрицательного напряжения на клемму затвора электроны, находящиеся под оксидным слоем, выталкиваются вниз в подложку. Затем обедненная область заполняется дырками, связанными с донорными атомами. Отрицательное напряжение затвора также притягивает дырки из области истока и стока p+ в область канала.

    Распространенные ошибки

    Помните, что время переключения BJT мало по сравнению с напряжением и током при высокой частоте переменного тока.

    Контекст и применение

    МОП-транзистор — это устройство, управляемое напряжением, и оно имеет множество применений. Есть несколько преимуществ использования MOSFET в электрических цепях. Ниже приведены некоторые важные приложения MOSFET:

    • MOSFET используется для переключения приложений в электронном инструменте.
    • Используется в различных увеличивающих кругах.
    • Используется в схемах прерывателя.
    • МОП-транзистор можно использовать в качестве усилителя повышенной частоты.
    •  Может использоваться в схемах управления напряжением.
    • Используется в качестве инвертора в некоторых электрических цепях.

    В каждом из экспертных экзаменов для бакалавров и аспирантов эта тема огромна и в основном используется для:

    • Бакалавр технологии в области электротехники и электроники
    • Бакалавр наук в области физики
    • Магистр наук в физика
    • FET
    • Диод с PNP-переходом
    • Диод с NPN-переходом

    Практические задачи

    Q1 Управляющим параметром полевого МОП-транзистора является_____________.

    (a) V DS

    (B) I G

    (C) V GS

    (D) I S

    Правильный вариант — (B)

    Правильный вариант — (B)

    94964 9013. — Напряжение затвор-исток Ig является управляющим параметром полевого МОП-транзистора.

    Q2  Какая из следующих клемм не является MOSFET?

    (a) Слив

    (b) Основание

    (c) Затвор

    (d) Исток

    Правильный вариант — (b)

    Пояснение — МОП-транзистор представляет собой трехвыводное устройство: сток, затвор и исток.

    Q3 Выберите правильное утверждение.

    (a) МОП-транзистор представляет собой однополярное трехконтактное устройство, управляемое напряжением.

    (b) МОП-транзистор представляет собой двухполюсное двухполюсное устройство с регулируемым током.

    (c) МОП-транзистор представляет собой однополярное двухконтактное устройство, управляемое напряжением.

    (d) МОП-транзистор — это биполярное, управляемое током трехполюсное устройство.

    Правильный вариант — (a)

    Пояснение — MOSFET — это трехмерный инструмент, Ворота, Фонтан и Дренаж. Он управляется напряжением, в отличие от BJT, и только током электронов.

    Q4 Какой вывод не принадлежит MOSFET.

    (а) Ворота

    (б) Слив

    (в) Источник

    (г) Основание

    Правильный вариант — (d)

    Объяснение — МОП-транзистор имеет три контакта: затвор (G), сток (D) и исток (S)

    Q5 Стрелка на значке МОП-транзистора указывает _______________.

    (а) Направление электронов

    (б) Направление условного тока

    (в) Оба

    (г) Все эти

    Правильный вариант — (а)

    Стрелка должна указывать направление электронов (в отличие от направления нормального тока).

    Мы обеспечим вас пошаговыми решениями миллионов задач из учебников, экспертами в любой области наготове 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, когда вы запутались, и многое другое.

    Ознакомьтесь с примером решения вопросов и ответов по электротехнике здесь!

    *Время ответа зависит от темы и сложности вопроса. Среднее время отклика составляет 34 минуты для платных подписчиков и может быть больше для рекламных предложений.

    Простая схема переключения МОП-транзисторов — как включать/выключать N-канальные и P-канальные МОП-транзисторы

    MOSFET — это транзистор, использующий полевой эффект. MOSFET расшифровывается как Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor , который имеет затвор. Для простоты можно представить эти ворота как водопроводный кран, вы поворачиваете кран против часовой стрелки, вода начинает течь из крана, вы поворачиваете его по часовой стрелке, вода перестает течь из крана. Точно так же напряжение затвора определяет проводимость устройства. В зависимости от этого напряжения затвора мы можем изменить проводимость и, таким образом, мы можем использовать его в качестве переключателя или усилителя, как мы используем транзистор в качестве переключателя или усилителя. С момента появления мощного полевого МОП-транзистора в 1980-х годов переключение питания стало быстрее и эффективнее. Почти во всех современных импульсных источниках питания в качестве переключающих элементов используются силовые полевые МОП-транзисторы той или иной формы. МОП-транзисторы предпочтительнее из-за их низких потерь проводимости, низких потерь на переключение, а поскольку затвор МОП-транзистора состоит из конденсаторов, он имеет нулевой постоянный ток затвора. Итак, в этой статье мы поговорим о различных способах включения и выключения MOSFET и в конце рассмотрим несколько практических примеров, показывающих, как это влияет на MOSFET.

    В одной из наших предыдущих статей мы обсуждали, что такое полевой МОП-транзистор: его конструкция, типы и работа, вы можете ознакомиться с этим, если хотите узнать об основах полевого МОП-транзистора.

    Основные свойства полевого МОП-транзистора

    Подобно транзистору с биполярным переходом или BJT , МОП-транзистор представляет собой устройство с тремя выводами, три из которых — ЗАТВОР, сток и ИСТОЧНИК, при этом затвор управляет проводимостью между выводами стока и истока.

    Технически говоря, полевой транзистор по своей природе является двунаправленным, но способ, которым силовые полевые МОП-транзисторы сконструированы на кремниевом уровне, добавляет паразитный встречно-параллельный диод между стоком и истоком, что заставляет МОП-транзистор работать, когда напряжение на нем меняется на противоположное. , что нужно иметь в виду. На большинстве схемных обозначений мощных полевых МОП-транзисторов изображен паразитный диод. [1]

    МОП-транзистор можно рассматривать как переменный резистор , управляемый напряжением , точно так же, как транзистор BJT можно считать источником тока , управляемым током . Однако, как и у BJT, это свойство не является линейным, то есть сопротивление не уменьшается линейно с приложенным напряжением на затворе, как показано на рисунке ниже из таблицы данных популярного IRF3205, в то время как мы говорим о внутреннем сопротивлении, нагрев играет большую роль. ключевую роль, когда речь идет о внутреннем сопротивлении.

    По большей части это не имеет значения, так как силовые полевые МОП-транзисторы предназначены для коммутации, хотя линейное использование возможно. При использовании MOSFET в качестве переключателя необходимо учитывать несколько важных моментов.

    Напряжение пробоя сток-исток и ток стока: 

    Зависит от области применения — доступны силовые полевые МОП-транзисторы с номинальным напряжением пробоя от 20 В до 1200 В и током от миллиампер до килоампер. шесть десятилетий.

    Пороговое напряжение затвора:  

    Это похоже на напряжение база-эмиттер обычного биполярного транзистора, но с МОП-транзисторами это напряжение не так четко определено. Хотя полевой МОП-транзистор может включаться при относительно низком напряжении, он способен пропускать полный ток только при определенном напряжении затвор-исток. С этим следует быть осторожным, так как большинство полевых МОП-транзисторов рассчитаны на 10 В ГС . Доступны МОП-транзисторы логического уровня, которые определяют полный ток при 4,5 В.

    Входная емкость:

    Поскольку затвор электрически изолирован от токопроводящего пути от стока к истоку, он образует небольшой конденсатор, который необходимо заряжать и разряжать при каждом включении и выключении МОП-транзистора. Для мощных полевых МОП-транзисторов эта емкость может составлять от сотен пикофарад до десятков нанофарад.

    N-канальные МОП-транзисторы включаются, когда напряжение затвора на несколько вольт выше напряжения истока, номинальные значения для этих напряжений указаны в техническом описании, а напряжение сток-исток указано в положительных вольтах. Ток течет в сток и из истока. P-канальные МОП-транзисторы включаются, когда напряжение на затворе составляет несколько вольт ниже исток, а напряжение сток-исток отрицательное. Ток течет в исток и вытекает из стока.

    Простая схема переключения MOSFET

    На рисунке ниже показана простейшая конфигурация для N- и P-канальных MOSFET.

    Затворы MOSFET быстро заряжаются от напряжения питания, открывая их. Но что, если после включения MOSFET затвор останется в покое? После отключения питания от затвора полевой МОП-транзистор все еще остается включенным!

    Как и обычный конденсатор, затвор сохраняет свой заряд до тех пор, пока его не удалят или он не утечет из-за очень малого тока утечки затвора. Чтобы избавиться от этого заряда, затвор необходимо разрядить. Это можно сделать, подключив гейт обратно к терминалу источника. Но что, если ворота останутся плавающими из-за управляющей схемы? Если в затворе накапливается достаточное количество паразитных зарядов, чтобы поднять напряжение затвора выше порогового значения, то полевой МОП-транзистор непреднамеренно включается, что может привести к повреждению схемы ниже по потоку. По этой причине часто можно увидеть подтягивающий/подтягивающий резистор между затвором и истоком, который снимает заряд с затвора всякий раз, когда снимается напряжение на затворе. Рекомендуется включать подтягивающий/подтягивающий резистор между затвором полевого МОП-транзистора независимо от типа драйвера. 10к это хорошая цена.

    Затвор MOSFET и схема защиты

    Затвор MOSFET очень чувствителен, поскольку оксидный слой, изолирующий затвор от канала, очень тонкий. Большинство мощных полевых МОП-транзисторов имеют номинальное напряжение затвор-исток всего ±20 В! По этой причине диод Зенера на затворе является хорошей мерой предосторожности.

    Поскольку емкость затвора в сочетании с индуктивностью выводов может привести к звону при переключении, который можно уменьшить, добавив небольшой резистор (около 10 Ом) последовательно с затвором. Окончательная схема затвора MOSFET выглядит так, как показано на рисунке ниже.

    Затвор полевого МОП-транзистора обычно не потребляет никакого тока (за исключением небольшого тока утечки), но при использовании в переключающих устройствах, где он должен быстро включаться и выключаться, емкость затвора должна быстро заряжаться и разряжаться. . Для этого требуется некоторый ток, и в этих случаях необходим драйвер затвора, который может иметь форму дискретной схемы, ИС управления затвором или трансформатора управления затвором.

    Мы построили простой MOSFET в качестве схемы переключателя , чтобы показать, как можно переключать N-канальный MOSFET (слева) и P-канальный MOSFET (справа). Вы также можете посмотреть видео ниже, в котором показано, как включать и выключать MOSFET.

    Сноски

    МОП-транзистор представляет собой устройство с четырьмя выводами, причем четвертый вывод представляет собой подложку, представляющую собой фактическую проводящую кремниевую основу, на которой изготовлена ​​остальная часть транзистора. Этот вывод обычно подключается к самой отрицательной шине в цепи (для N-канальных устройств, то есть, и наоборот для P-канальных устройств), чтобы он не мешал нормальной работе. Для мощных полевых МОП-транзисторов предполагается, что исток является самой отрицательной клеммой (поскольку в N-канальных полевых МОП-транзисторах в основном используется нижняя сторона, переключающая нагрузку на землю), поэтому вывод подложки подключается к истоку. Это создает упомянутый паразитный диод. Если бы вывод подложки был «сломан», подключение его к самой отрицательной шине гарантирует, что паразитный диод никогда не будет смещен в прямом направлении при нормальной работе.

    МОП-транзистор в качестве переключателя • Wolles Elektronikkiste

    О публикации

    Транзисторы часто используются в качестве переключателей в мире микроконтроллеров. Выбор часто падает на полевой МОП-транзистор, особенно при управлении большими токами. В принципе, с полевыми МОП-транзисторами очень легко обращаться, но при работе с ними следует учитывать некоторые моменты. Прежде всего, возникает вопрос, на какие параметры следует обращать внимание, чтобы правильно выбрать MOSFET. Другой вопрос, какие дополнительные компоненты нужны. Нужен ли мне последовательный резистор на затворе? Нужен ли мне водитель ворот? Статья должна помочь ответить на этот вопрос.

    Будут рассмотрены следующие темы:

    • Что такое МОП-транзистор?
      • MOSFET и биполярный транзистор
    • Минимальная цепь
    • Критерии выбора
      • МОП-транзисторы логического уровня
      • Максимальный ток стока
      • Статическое сопротивление стока-источника во включенном состоянии R DS(ON)
    • Дополнительные соображения
      • Нужен ли радиатор?
      • Нужен ли мне последовательный резистор?
      • Зачем использовать стабилитроны?
    • Драйвер ворот
      • Цепи драйвера
      • ИС драйвера
      • «Драйверные модули»
    • Какой МОП-транзистор выбрать?

    Что такое МОП-транзистор?

    TO-220 / TO-92 MOSFET

    В сети вы можете найти много статей, объясняющих структуру и принцип работы MOSFET, например. здесь, в Википедии. Вот почему я коснусь здесь только самого необходимого.

    Термин MOSFET расшифровывается как Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor. МОП-транзистор имеет три разъема, которые называются затвором, стоком и истоком. С напряжением между затвором и истоком вы управляете током, протекающим между истоком и стоком. Обычно затвор находится слева, сток посередине и исток справа, если смотреть на маркированную сторону MOSFET.

    Существуют n-канальные и p-канальные МОП-транзисторы. N-канальный МОП-транзистор открывается, когда напряжение на его затворе по отношению к истоку превышает определенный положительный порог. Чтобы р-канальный МОП-транзистор открылся, на его затворе должно быть напряжение, отрицательное по отношению к его истоку. Вы используете n-канальный MOSFET на стороне GND, p-канальный MOSFET на положительной стороне напряжения питания.

    n-канальный и p-канальный MOSFET

    В этом посте я сосредоточусь на n-канальных MOSFET.

    МОП-транзистор и биполярный транзистор

    Любой, кто говорит о транзисторе, обычно имеет в виду биполярный транзистор (BJT). Но поскольку МОП-транзисторы также принадлежат к большому семейству транзисторов, здесь я должен различать их по именам.

    BJT, как и MOSFET, имеют три разъема. И у них тоже протекание тока между двумя разъемами, а именно коллектором и эмиттером, контролируется через третий разъем, базу. Однако они различаются (среди прочего) в следующих аспектах:

    • В BJT ток течет от базы к эмиттеру. Это регулирует ток от коллектора к эмиттеру. Таким образом, биполярный транзистор управляется током. Напротив, MOSFET управляется напряжением.
    • Скорость переключения MOSFET выше, чем у BJT.
      • МОП-транзисторы
    • дороже.
      • МОП-транзисторы
    • подходят для более высоких токов.
    • Биполярный транзистор начинает проводить при напряжении база-эмиттер около 0,7 В. МОП-транзистор, с другой стороны, обычно требует напряжения затвор-исток от 1 до 4 вольт.
    • МОП-транзистор имеет значительную паразитную емкость. Подробнее об этом позже.

    Минимальная схема

    Предположим, вы хотите переключить компонент, работающий от 5 вольт. Кроме того, вам нужен ток, превышающий предел вывода ввода-вывода. Это будет, например, 20 мА для Arduino UNO. С другой стороны, ток должен быть настолько большим, чтобы его можно было обеспечить 5-вольтовым выходом платы микроконтроллера. Для работы USB это обычно 500 миллиампер, минус 50 миллиампер для платы и минус то, что в сумме обеспечивают контакты ввода/вывода. В этом случае схема может быть простой:

    Минимальная схема с полевым МОП-транзистором

    Нагрузочный резистор R_L представляет устройство, которое вы хотите переключить. Вопрос, нужен ли вам последовательный резистор, будет обсуждаться позже. В большинстве случаев вы сможете его опустить.

    Я попробовал схему с МОП-транзистором IRL520. Среди прочего, в качестве нагрузки использовался светодиод мощностью 0,2 Вт (40 мА).

    Чтобы полевой МОП-транзистор надежно запирался, его необходимо подтянуть к уровню GND. В приведенной выше схеме это делается при установке контакта 9 в положение OUTPUT/LOW. Более безопасный вариант — использование дополнительного подтягивающего резистора (47 кОм).

    При более высоких требованиях к току или более высокому напряжению вам потребуется подключить нагрузку к отдельному источнику питания. Если вы используете нагрузку с катушкой, такую ​​как двигатель или электромагнит, не забудьте об обязательном безынерционном диоде.

    Не такая уж минимальная схема МОП-транзистора

    Критерии выбора МОП-транзисторов

    Существует огромный ассортимент МОП-транзисторов, что не облегчает выбор. Кроме того, технические паспорта довольно запутанны для неэлектронщиков, так как список указанных свойств длинный. Далее я расскажу о наиболее важных критериях.

    МОП-транзисторы с логическим уровнем

    Спецификация полевого МОП-транзистора с логическим уровнем

    Если вы хотите управлять МОП-транзистором с напряжением затвор-исток 5 или даже 3,3 В, вам следует использовать МОП-транзистор с логическим уровнем. Является ли это МОП-транзистором, обычно пишут на первой странице техпаспорта, как в примере справа. Кроме того, значение R DSON (объяснение следует) для полевых МОП-транзисторов логического уровня указано на уровне 5 вольт или ниже, а не 10 вольт, как это обычно бывает. Еще одним индикатором является низкое пороговое напряжение затвор-исток. Это минимальное напряжение затвор-исток (GS), при котором MOSFET начинает работать.

    Для полевых МОП-транзисторов с логическим уровнем значение часто составляет от 1 до 2 вольт, в противном случае оно обычно составляет от 2 до 4 вольт.

    Многие МОП-транзисторы имеют маркировку по схеме «IRFxxx» или «IRLxxx». С «IRL» обычно можно предположить, что это полевой МОП-транзистор логического уровня. Однако нет уверенности в том, что «IRF» — это , а не — полевой МОП-транзистор логического уровня. Вы можете найти больше ярлыков здесь, на Mikrocontroller.net. Это немецкая статья, но вы должны понимать таблицы.

    Максимальный ток стока

    В спецификациях полевых МОП-транзисторов указан максимальный ток стока I D , как здесь для IRL520:

    В техпаспорте IRL520: максимальный I сток

    Однако максимальный ток I D зависит от напряжения затвор-исток. В технических описаниях можно найти следующие схемы:

    I Drain over V Drain/Source

    Это не так сложно, как может показаться. Каждая из кривых показывает, для заданного напряжения затвор-исток, как ток I D изменяется в зависимости от напряжения между стоком и истоком. Дело в том, что для каждого напряжения затвор-исток существует диапазон насыщения для I Д . Может быть, это более понятно так: Вы установили определенное напряжение затвор-исток в цепи справа, при котором MOSFET проводит. Теперь вы непрерывно увеличиваете напряжение U var . I D увеличивается, как и падение напряжения на нагрузке и сток-исток. Когда I D , наконец, достигает области насыщения, падение напряжения на нагрузке остается постоянным (U = R ⋅ I), и любое дополнительное увеличение Uvar падает на стоке-истоке без дальнейшего увеличения тока.

    Статическое сопротивление открытого источника стока RDSON

    Другим важным критерием выбора является «Статическое сопротивление открытого источника стока» R DS(on) . Это сопротивление, которое падает между стоком и истоком при размыкании («включено»). Идеальный переключатель имеет бесконечное сопротивление в выключенном состоянии и нулевое сопротивление во включенном состоянии. В этом отношении MOSFET вовсе не переключатель, а управляемый резистор! RDS(On) сравнительно мал, но не пренебрежимо мал (снова данные для IRL520):

    Спецификация RDSON (IRL520)

    Также следует отметить, что R DS(On) не является постоянным, а увеличивается по мере уменьшения напряжения затвор-исток.

    При больших токах R DS(On) становится заметно по потерям мощности, т.е. транзистор нагревается. Вот небольшой расчет: напряжение затвор-исток на IRL520 составляет 5 вольт. Следовательно, R DS(On) составляет 0,27 Ом. Пусть сила тока 5 ампер. Таким образом, потери мощности составляют:

     P = U_\text{DS}[\text{V}]\cdot I_\text{D}[\text{A}]\; = R_\text{DS(On)}\cdot I_\text{D}\cdot I_\text{D} = 0,27\cdot 5 \cdot 5 = 6,75[\text{W]}

    Что еще хуже, R DS(On) увеличивается с температурой:

    RDSON по сравнению с температурой для IRL520

    Это легко удваивает рассеиваемую мощность или даже больше.

    Значение R DS(On) для IRL520 достаточно велико и составляет 270 мОм. Существуют МОП-транзисторы со значительно меньшим сопротивлением. Например, IRLB3034PbF находится на низком уровне с максимальным сопротивлением 1,7 мОм при напряжении затвор-исток 4,5 В. Потери мощности соответственно ниже.

    Дополнительные соображения

    Нужен ли радиатор?

    Из-за потенциально высокой рассеиваемой мощности возникает вопрос, нужно ли снабжать МОП-транзистор радиатором. Чтобы оценить это, найдите значение для R θJA (тепловое сопротивление перехода к окружающей среде) в листе данных:

    В этом случае (IRL520) температура увеличивается на 62 градуса на ватт. С 6,75 Вт, рассчитанными в приведенном выше примере, вы инициируете GSA (самую большую предполагаемую аварию)!

    В технических описаниях вы найдете максимальную температуру T J (J = соединение) для МОП-транзистора. Типичное значение составляет 175 °C. Учитывая максимальную ожидаемую температуру окружающей среды T A , максимально допустимые потери мощности составляют:

     P_\text{max}=\frac{T_J-T_A}{R_{\Theta J\!A}}

    Как уже упоминалось , при расчете потерь мощности необходимо учитывать температурную зависимость R DS(On) . Если вы устанавливаете свою схему в закрытый корпус, то температура окружающей среды также увеличивается. К тому же не стоит работать постоянно на Т J , но не менее чем на 30° ниже него.

    Это все только оценки. Вы несете ответственность за интерпретацию – я не несу никакой ответственности!

    Нужен ли мне последовательный резистор для затвора?

    В некоторых схемах вы найдете последовательные резисторы для затвора MOSFET, в других схемах их нет. Они вам нужны? Я нашел много противоречивых дискуссий по этому поводу на Microcontroller.net, например. это здесь (очень интересно, но, к сожалению, на немецком языке). У этого есть два аспекта: один — нежелательные электрические колебания, которые могут быть вызваны быстрой зарядкой затвора, другой — защита микроконтроллера. Чтобы было ясно, мой вывод таков: пока вы не работаете с очень высокими частотами ШИМ в сочетании с высокой емкостью затвора, вы можете отказаться от последовательного резистора. Но по одному.

    База и резистор затвора

    Прежде всего, я хочу вернуться к разнице между затвором MOSFET и базой BJT. Сопротивление базы BJT имеет важное значение, поскольку между базой и эмиттером падает всего ~ 0,7 вольта. Более высокие напряжения приводят к практически неконтролируемым токам.

    МОП-транзистор, с другой стороны, управляется напряжением. Ток не течет от затвора к истоку. Однако затвор имеет определенную емкость и поэтому ведет себя как конденсатор. И для зарядки этого конденсатора течет ограниченный по времени ток.

    Эксперименты с затворным резистором

    С этой целью я провел несколько экспериментов. Отправной точкой была эта простая схема:

    В качестве MOSFET снова использовался IRL520. 5 вольт были обеспечены лабораторным блоком питания. Нагрузкой служил резистор 10 кОм, поэтому нагрузка очень мала. В этой схеме необходим подтягивающий резистор, иначе затвор будет иметь неопределенный потенциал. Я припаял контакт к затвору, т. к. разъемы на макетной плате давали заметные сопротивления. С помощью осциллографа я наблюдал напряжение затвор-исток и сток-исток при замыкании ключа.

    Экспериментальная установка

    Это был результат без последовательного резистора:

    Без последовательного резистора – желтый: напряжение затвор-исток, синий: напряжение сток-исток

    Потребовалось около 40 наносекунд, чтобы напряжение затвор-исток достигло приложенного напряжения. Напряжение сток-исток падает до I D x R DS(On) менее чем за 3,6 нс, когда достигается пороговое напряжение затвор-исток.

    В техпаспорте есть еще одна важная спецификация, а именно «Общий заряд затвора». Это максимальный заряд, который должен пройти через ворота, чтобы полностью зарядить их. Я не применял условия, указанные в техпаспорте для этого значения, но я также просто хочу сделать грубый расчет.

    Общий заряд затвора IRL520

    Таким образом, примерно за 40 наносекунд проходит до 12 нанокулонов. Ток — это заряд за время, поэтому результат для тока:

     I=\frac{12\;[\text{nC}]}{40\;[\text{ns}]}=0,3\;[\ text{A}]=300\;[\text{мА}]

    Для Arduino UNO для контактов ввода-вывода задано ограничение в 20 миллиампер. В даташите на ATmega328P абсолютный максимум указан при 40 мА. Итак, с 300 мА мы намного выше этого.

    В другом эксперименте я соединил полевой МОП-транзистор с выводом ввода-вывода Arduino. Для этого я припаял соединительный кабель непосредственно к выводу Arduino, чтобы контактные сопротивления были как можно меньше:

    Схема без последовательного резистора, но с Arduino

    В этом случае зарядка затвора занимает 120 наносекунд. Вывод Arduino не может заряжать его так же быстро, как мой лабораторный блок питания. Расчетный ток составляет 100 мА, что все еще значительно выше спецификации.

    Так я в конце концов уничтожу свой Arduino? Преобладающее мнение — нет. Если этот уровень стресса находится в диапазоне наносекунд, Arduino может с ним справиться.

    Что происходит при использовании ШИМ?

    При широтно-импульсной модуляции вывод микроконтроллера должен нагружать затвор на частоте ШИМ. функция AnalogWrite() обеспечивает ШИМ-сигнал, частота которого зависит от платы микроконтроллера и контакта. Для плат Arduino частота составляет ≤ 1000 Гц. При 1000 Гц средний ток (по-прежнему связанный с IRL520) будет:

     I = \frac{12 \cdot 1000\;[\text{nC}]}{1\;[\text{s}]} =12\;[\text{µA}]

    Это тоже не проблема:

    аналоговая запись, управляемая IRL520, желтый: напряжение затвор-исток, синий: напряжение сток-исток

    Если вам нужны более быстрые частоты ШИМ, это может стать проблемой при какой-то момент. Это связано с тем, что вы фактически достигнете диапазона, в котором вы также достигнете пределов спецификации для непрерывного тока. На 1000 кГц ток уже 12 мА. Более того, существуют МОП-транзисторы с еще большей емкостью затвора. В таких случаях вы можете использовать драйвер MOSFET. Но мы к этому придем.

    Что означает последовательный резистор на затворе?

    Если последовательно подключить резистор к конденсатору, конденсатор будет заряжаться медленнее. Я проверил это с резистором 100 Ом и 1 кОм последовательно с затвором:

    Последовательный резистор: 100 ОмПоследовательный резистор: 1 кОм

    С резистором 100 Ом время зарядки затвора увеличивается с 40 до примерно 440 наносекунд. Соответственно, потребляемый ток меньше, а сигналы чище. С резистором 1 кОм время зарядки составляет уже около 3,6 мкс.

    Зачем использовать стабилитроны?

    Во многих схемах MOSFET вы видите Z-диоды между затвором и истоком и/или между стоком и истоком. Для чего это?

    Стабилитрон действует как обычный диод в прямом направлении. В обратном направлении он блокируется до напряжения пробоя и становится хорошим проводником. Таким образом, стабилитрон является своего рода клапаном избыточного давления, только для напряжения. Они доступны с широким диапазоном различных напряжений пробоя.

    МОП-транзисторы аллергически реагируют на перенапряжения на затворе. Их можно относительно легко разрушить. Таким образом, стабилитроны хорошо подходят для защиты МОП-транзисторов, а также для предотвращения пиков напряжения на стоке. Напряжения пробоя, конечно, должны быть адаптированы к требованиям MOSFET (например, максимальное напряжение затвор-исток) и схемы (например, максимальное ожидаемое напряжение сток-исток).

    Защита МОП-транзистора от перенапряжения с помощью стабилитронов

    Например, здесь я использовал стабилитрон на 5,1 В для коммутации напряжения 5 В, чтобы уменьшить пик напряжения между стоком и истоком при открытии МОП-транзистора:

    Пик напряжения без стабилитрона Пик напряжения со стабилитроном

    Так вам нужны Z-диоды? Честно говоря, я не знаю, как часто МОП-транзисторы умирают из-за проблем с перенапряжением. Но особенно для сложных проектов с недоступными цепями вам, возможно, захочется подумать об этом.

    Драйвер затвора

    Как вы видели, скорость переключения MOSFET ограничена, когда затвор управляется через вывод ввода-вывода микроконтроллера. Точно так же могут быть проблемы с высокими частотами ШИМ. Кроме того, многие полевые МОП-транзисторы по-прежнему имеют высокое значение R DS(On) при напряжении затвор-исток 5 или даже 3,3 В и, следовательно, большую рассеиваемую мощность.

    Для устранения этих проблем используются драйверы затворов (драйверы MOSFET). Вы можете собрать их самостоятельно из нескольких компонентов или использовать микросхемы драйвера затвора.

    Схемы драйвера затвора

    В простейшем случае вы строите драйвер затвора из биполярного транзистора NPN и двух резисторов. С помощью следующей схемы я управлял электромагнитом на 12 вольт / 0,3 ампера. В качестве полевого МОП-транзистора снова использовался IRL520, а в качестве транзистора — BC547B. На этот раз я также использовал последовательный резистор на 100 Ом.

    Управление МОП-транзистором с помощью простого драйвера затвора

    Следует отметить, что МОП-транзистор переключается, пока транзистор закрыт. Это означает, что магнит активен до тех пор, пока контакт 9НИЗКИЙ. Если соленоид должен быть выключен, контакт 9 становится ВЫСОКИМ. В этом состоянии через транзистор протекает ток база-эмиттер и коллектор-эмиттер. Поэтому сопротивления базы и коллектора не следует выбирать слишком маленькими.

    Затвор MOSFET управляется 5 вольтами Arduino в этой схеме. Я мог бы также взять 12-вольтовый блок питания моей нагрузки. Но тогда IRL520 уже не подходил бы, потому что его максимальное напряжение затвор-исток составляет 10 вольт по даташиту.

    Несмотря на последовательный резистор 100 Ом на затворе, схема работает очень быстро:

    Напряжение затвор-исток (желтый) и напряжение сток-исток (синий), схема MOSFET с драйвером затвора

    Вы можете найти больше схем драйвера затвора здесь .

    ИС драйвера затвора

    В качестве альтернативы вы можете купить ИС драйвера затвора в виде готовых решений, таких как TC4426A или IR2117. На примере TC4426A я показываю, как использовать такие микросхемы.

    Распиновка TC4426A

    С помощью TC4426A вы можете управлять двумя МОП-транзисторами. Он имеет следующие входы/выходы:

    Драйвер ворот TC4426A
    • НЗ: не подключен
    • IN A / IN B: Вход логического уровня, ВЫСОКИЙ: > 2,4 В
    • GND/VDD: источник питания 4,5–18 В 
    • OUT A / OUT B: инвертированный выход (0 В / VDD)
    Пример схемы TC4426A

    Схема проста:

    Пример схемы TC4426A

    Ограниченная пригодность: модули драйверов MOSFET

    Модуль драйвера MOSFET (см. ниже). Это обозначение вводит в заблуждение, ведь на этом модуле ничего не ездит! Вход сигнала напрямую подключен к затвору MOSFET. Подтягивающий резистор довольно большой, 1 кОм. MOSFET — это IR F 520, так что это не настоящий полевой МОП-транзистор логического уровня. Кроме того, маркировка контактов немного сбивает с толку, поскольку три контакта вообще не используются. К чести модулей, я должен сказать, что они надежно работают с сигнальным напряжением 5 вольт и что они сигнализируют с помощью светодиода, когда сигнал присутствует. Кроме того, винтовые клеммы могут быть весьма удобными.

    Модуль MOSFETСхема модуля MOSFET

    Какой MOSFET выбрать?

    Надеюсь, пост заставит вас согласиться с тем, что ответ это зависит! Если хотите избежать использования драйверов затворов, то в первую очередь уже берите MOSFET логического уровня. Для меньших токов я бы выбрал меньшие полевые МОП-транзисторы типа TO-92, такие как BS170 или 2N7000. Если необходимо работать с большими токами, R DS(ON) должен быть небольшим. В этом плане, например, IRL3803 неплох. Но это лишь несколько примеров. Отличный обзор полевых МОП-транзисторов можно найти здесь, на Mikrocontroller.net.

    Подтверждение

    Переключатели на изображении поста Я должен Джозефу В.М. на Pixabay.

    М. МОП-транзистор

    М. МОП-транзистор

     

    Названия символов: NMOS, NMOS3, PMOS, PMOS3. В LTspice есть два принципиально разных типа полевых МОП-транзисторов: монолитные полевые МОП-транзисторы и новая модель полевых МОП-транзисторов с вертикальной двойной диффузией мощности.

     

    Монолитный МОП-транзистор:

     

    Синтаксис: Mxxx Nd Ng Ns Nb <модель> [m=<значение>] [L=<длина>]

    + [W=<ширина>] [AD=<область>] [AS=<область>]

    + [PD=] [PS=] [NRD=]

    + [NRS=<значение>] [выкл] [IC=]

    + [темп=]

     

    M1 Nd Ng Ns 0 MyMOSFET

    .модель MyMOSFET NMOS (КП = 0,001)

     

    M1 Nd Ng Ns Nb MypMOSFET

    . модель MypMOSFET PMOS (КП = .001)

     

    Вертикальный двойной диффузионный силовой МОП-транзистор:

     

    Синтаксис: Mxxx Nd Ng Ns <модель> [L=<длина>] [W=<ширина>]

    + [M=<область>] [m=<значение>] [выкл]

    + [IC=] [temp=]

     

    Пример:

     

    M1 Nd Ng Ns Si4410DY

    .модель Si4410DY VDMOS(Rd=3м Rs=3м Vto=2.6 Kp=60

    + Cgdmax=1.9n Cgdmin=50p Cgs=3.1n Cjo=1n

    + Ис=5,5п Рб=5,7м)

     

    В карточке модели полевого МОП-транзистора указано, какой тип предполагается. Ключевые слова модели карты NMOS и PMOS указывают на монолитный N- или P-канальный MOSFET-транзистор. Ключевое слово модели карты VDMOS указывает на вертикальный полевой МОП-транзистор с двойной диффузией мощности.

     

    Monolithic MOSFET – это четыре оконечных устройства. Nd, Ng, NS, Nb – сток, затвор, исток и объем; т. е. субстрат; узлы. L и W — длина и ширина канала в метрах. AD и AS – площади стоковой и истоковой диффузии, в квадратных метрах. Обратите внимание, что суффикс u указывает мкм, а p — квадратный мкм. Если какой-либо из L, W, AD или AS не указан, используются значения по умолчанию. PD и PS — периметры стока и истока, в метрах. NRD и NRS обозначают эквивалентное количество площадей стоковой и истоковой диффузий; эти значения умножаются на поверхностное сопротивление RSH, указанное в контрольной строке .MODEL. PD и PS по умолчанию равны нулю, а NRD и NRS равны единице. ВЫКЛ указывает на начальное состояние устройства для анализа постоянного тока. Спецификация начального состояния с использованием IC=VDS, VGS, VBS предназначена для использования с опцией UIC в строке управления .TRAN, когда требуется анализ переходных процессов, начиная с точки, отличной от рабочей точки покоя. Необязательное значение TEMP представляет собой температуру, при которой должно работать это устройство, и имеет приоритет над температурной спецификацией в строке управления . OPTION. Спецификация температуры действительна ТОЛЬКО для MOSFET уровня 1, 2, 3 и 6, но не для устройств BSIM уровня 4, 5 или 8.

     

    LTspice содержит семь различных типов монолитных полевых МОП-транзисторов и один тип вертикальных мощных полевых МОП-транзисторов с двойной диффузией.

     

    Существует семь моделей монолитных MOSFET-транзисторов. Параметр модели LEVEL определяет используемую модель. Уровень по умолчанию — один.

     

    уровень модели

    ————————————————— ——

    1 Шичман-Ходжес

     

    2 MOS2 (см. А. Владимиреску и С. Лю, Моделирование интегральных схем МОП с использованием SPICE2, Меморандум ERL № M80/7, Исследовательская лаборатория электроники Калифорнийского университета, Беркли, октябрь 1980 г.)

     

    3 MOS3, полуэмпирическая модель (см. ссылку для уровня 2)

    4 BSIM (см. B. J. Sheu, D. L. Scharfetter, and P. K. Ko, SPICE2 Реализация BSIM. ERL Memo No. ERL M85/42, Исследовательская лаборатория электроники Калифорнийского университета, Беркли, 19 мая.85)

     

    5 BSIM2 (см. Min-Cie Jeng, Design and Modeling of Deep Submicrometer MOSFETs ERL Memo Nos. ERL M90/90, Исследовательская лаборатория электроники Калифорнийского университета, Беркли, октябрь 1990 г.)

     

    6 MOS6 (см. Т. Сакураи и А. Р. Ньютон, Простая модель полевого МОП-транзистора для анализа цепей и ее применение к анализу задержки затвора КМОП и структуре последовательно соединенных полевых МОП-транзисторов, меморандум ERL № ERL M90/19, Исследовательская лаборатория электроники, Калифорнийский университет , Беркли, 19 марта.90)

     

    8 BSIM3v3.3.0 Калифорнийского университета в Беркли по состоянию на 29 июля 2005 г.

     

    9 BSIMSOI3.2 (кремний на изоляторе) исследовательской группы BSIM Калифорнийского университета в Беркли, февраль 2004 г.

     

    12 EKV 2.6 на основе кода Федеральной политехнической школы Лозанны. См. http://legwww.epfl.ch/ekv и «Уравнения модели EPFL-EKV MOSFET для моделирования, версия 2.6», М. Бухер, К. Лалльман, Ф. Теодолоз, К. Энц, Ф. Крумменахер, EPFL- ДЕ-ЛЕГ, 19 июня97.

     

    14 BSIM4.6.1 от Исследовательской группы BSIM Калифорнийского университета в Беркли, 18 мая 2007 г.

     

    Характеристики постоянного тока полевых МОП-транзисторов уровня 1–3 определяются параметрами устройства VTO, KP, LAMBDA, PHI и GAMMA. Эти параметры вычисляются, если заданы параметры процесса (NSUB, TOX,…), но указанные пользователем значения всегда переопределяют. VTO ​​является положительным (отрицательным) для режима расширения и отрицательным (положительным) для режима истощения N-канальных (P-канальных) устройств. Накопление заряда моделируется тремя постоянными конденсаторами, CGSO, CGDO и CGBO, которые представляют емкости перекрытия, нелинейной емкостью тонкого оксида, которая распределяется между затвором, истоком, стоком и объемными областями, а также нелинейным истощением. емкости слоев для обоих переходов подложки, разделенных на нижний и периферийный, которые изменяются как мощность переходного напряжения MJ и MJSW соответственно и определяются параметрами CBD, CBS, CJ, CJSW, MJ, MJSW и PB. Эффекты накопления заряда моделируются кусочно-линейной моделью емкости, зависящей от напряжения, предложенной Мейером. Эффекты накопления заряда в тонком оксиде обрабатываются несколько иначе для модели Level=1. Эти емкости, зависящие от напряжения, включаются, только если указано Tox.

     

    Существует некоторое перекрытие параметров, описывающих переходы, например, обратный ток может быть указан либо через Is[Amp], либо через Js[Amp/m/m]. В то время как первое является абсолютным значением, второе умножается на Ad и As, чтобы получить обратный ток переходов стока и истока соответственно. Та же идея применима также к емкостям перехода при нулевом смещении CBD и CBS [Фарад], с одной стороны, и CJ [Фарад/м/м], с другой. Паразитное последовательное сопротивление стока и истока может быть выражено либо как RD и RS[Ом], либо как RSH[Ом/квадрат], последнее умножается на количество квадратов NRD и NRS на входе на линии устройства.

     

    Параметры уровня 1, 2 и 3 МОП-транзистора:

     

    Имя

    Описание

    Единицы

    По умолчанию

    Пример

    Вто

    Пороговое напряжение нулевого смещения

    В

    0

    		 9½

    0.

    0,37

    Фи

    Потенциал поверхностной инверсии

    В

    0,6

    0,65

    Лямбда

    Модуляция длины канала (только уровни 1 и 2)

    1/В

    0.

    0,02

    Рд

    Активное сопротивление стока

    Вт

    0.

    1.

    рупий

    Активное сопротивление источника

    Вт

    0.

    1.

    Кбд

    Емкость перехода B-D при нулевом смещении

    Ф

    0.

    20f

    Кбс

    Емкость перехода B-S при нулевом смещении

    Ф

    0.

    20f

    Есть

    Массовый ток насыщения перехода

    А

    1е-14

    1e-15

    Н

    Объемный коэффициент излучения диода

    —

    1.

     

    Пб

    Массовый потенциал соединения

    В

    0,8

    0,87

    КГСО

    Емкость перекрытия затвор-исток на метр ширины канала

    Ф/м

    0.

    4e-11

    Код

    Емкость перекрытия затвор-сток на метр ширины канала

    Ф/м

    0.

    4e-11

    КГБО

    Емкость перекрытия затвор-объем на метр ширины канала

    Ф/м

    0.

    2e-10

    руб

    Сопротивление диффузии стока и истока

    Вт

    0.

    10.

    СиДжей

    Нижняя емкость объемного перехода с нулевым смещением на квадратный метр площади перехода

    Ф/м²

    0.

    2е-4

    Мдж

    Нижний коэффициент уклона насыпного соединения

    —

    0,5

    0,5

    ЗАО

    Емкость боковой стенки объемного перехода с нулевым смещением на метр периметра перехода

    Ф/м

    0.

    1 шт.

    Mjsw

    Коэффициент сортировки боковой стенки объемного соединения

    —

    .50 уровень 1

    .33 уровень 2,3

    Js

    Объемный ток насыщения перехода на квадратный метр площади перехода

    А/м

    0.

    1е-8

    Токс

    Толщина оксида

    м

    1е-7

    1e-7

    Nsub

    Легирование подложки

    1/см³

    0.

    4e15

    НСС

    Плотность состояния поверхности

    1/см²

    0.

    1e+10

    НФС

    Быстрое состояние поверхности

    1/см²

    0.

    1e+10

    ТПГ

    Тип материала ворот:

    +1 опп. к подложке

    -1 то же, что и подложка

    0 Алюминиевые ворота

    —

    1

     

    Xj

    Глубина металлургического перехода

    м

    0.

    1 мкм

    Ld

    Боковая диффузия

    м

    0.

    0,8 мкм

    Уо

    Подвижность на поверхности

    см²/В/с

    600

    700

    Укрит

    Критическое поле снижения подвижности (только уровень 2)

    В/см

    1e4

    1e4

    Uexp

    Экспонента критического поля при снижении подвижности (только уровень 2)

    —

    0.

    0,1

    Утра

    Коэффициент поперечного поля (только уровень 2)

    —

    0.

    0,3

    Вмакс

    Максимальная скорость дрейфа носителя (только уровни 2 и 3)

    м/с

    0.

    5e4

    Нефф

    Общий показатель заряда канала (только уровень 2)

    —

    1.

    5.

    Кф

    Коэффициент мерцания шума

    —

    0.

    1e-26

    Аф

    Показатель мерцания шума

    —

    1.

    1,2

    Фк

    Коэффициент для формулы емкости истощения при прямом смещении

    —

    0,5

     

    Дельта

    Влияние ширины на пороговое напряжение (уровни 2 и 3)

    —

    0.

    1.

    Тета

    Модуляция подвижности (только уровень 3)

    —

    0.

    0,1

    Эта

    Статическая обратная связь (только уровень 3)

    —

    0.

    1.

    Каппа

    Поле насыщенности (только уровень 3)

     

    0,2

    0,5

    Тном

    Параметр измерения температуры

    °С

    27

    50

     

     

    Дискретный вертикальный МОП-транзистор с двойной диффузией (VDMOS), обычно используемый в импульсных источниках питания на уровне платы, имеет поведение, которое качественно отличается от описанных выше монолитных моделей МОП-транзистора. В частности, (i) диод в корпусе VDMOS-транзистора подключен к внешним выводам иначе, чем диод на подложке монолитного MOSFET, и (ii) нелинейность емкости затвор-сток (Cgd) не может быть смоделирована с помощью простой градуированной емкости монолитных моделей MOSFET. В VDMOS-транзисторе Cgd резко изменяется около нуля, напряжение затвор-сток (Vgd). Когда Vgd отрицательное, Cgd физически основан на конденсаторе с затвором в качестве одного электрода и стоком на задней стороне кристалла в качестве другого электрода. Эта емкость довольно мала из-за толщины непроводящего кристалла. Но когда Vgd положительный, кристалл является проводящим, а Cgd физически основан на конденсаторе толщиной с оксид затвора.

     

    Традиционно для дублирования поведения мощного полевого МОП-транзистора использовались сложные подсхемы. Было написано новое встроенное устройство Spice, которое инкапсулирует это поведение в интересах скорости вычислений, надежности конвергенции и простоты написания моделей. Модель постоянного тока аналогична монолитному полевому МОП-транзистору уровня 1, за исключением того, что длина и ширина по умолчанию равны единице, так что крутизна может быть указана напрямую без масштабирования. Модель переменного тока выглядит следующим образом. Емкость затвор-исток принимается постоянной. Опытным путем было установлено, что это хорошее приближение для мощных полевых МОП-транзисторов, если напряжение затвор-исток не является отрицательным. Емкость затвор-сток имеет следующий эмпирически найденный вид:

     

     

    Для положительного Vgd Cgd изменяется как гиперболический тангенс Vgd. Для отрицательного Vdg Cgd изменяется как арктангенс Vgd. Параметры модели a, Cgdmax и Cgdmax параметризуют емкость стока затвора. Емкость исток-сток обеспечивается градуированной емкостью внутреннего диода, подключенного к электродам стока истока, вне сопротивлений истока и стока.

     

    Имя

    Описание

    Единицы

    По умолчанию

    Пример

    Вто

    Пороговое напряжение

    В

    0

    1,0

    КП

    Параметр крутизны

    А/В²

    1.

    .5

    Фи

    Потенциал поверхностной инверсии

    В

    0,6

    0,65

    Лямбда

    Модуляция длины канала

    1/В

    0.

    0,02

    триод

    Множитель проводимости в области триода (позволяет независимо подбирать области триода и области насыщения

    —

    1.

    2.

    подотраслей

    Ток (на вольт Vds) для переключения с квадратичного закона на экспоненциальный подпороговой проводимости

    А/В

    0.

    1н

    БВ

    Напряжение пробоя Vds

    В

    Инф.

    40

    ИБВ

    Ток при Vds=BV

    А

    100 пА

    1u

    НБВ

    Коэффициент аварийного выброса Vds

    —

    1.

    10

    Рд

    Активное сопротивление стока

    Вт

    0.

    1.

    рупий

    Активное сопротивление источника

    Вт

    0.

    1.

    Рг

    Активное сопротивление затвора

    Вт

    0.

    2.

    РД

    Шунтовое сопротивление сток-исток

    Вт

    Инф.

    10 Мб

    руб.

    Омическое сопротивление диода корпуса

    Вт

    0.

    .5

    Чжо

    Емкость перехода диода с нулевым смещением

    Ф

    0.

    1н

    СГС

    Емкость затвор-исток

    Ф

    0.

    500р

    Кгдмин

    Минимальная нелинейная емкость G-D

    Ф

    0.

    300p

    Cgdmax

    Максимальная нелинейная G-D емкость

    Ф

    0.

    1000p

    А

    Нелинейный параметр емкости Cgd

    —

    1.

    .5

    Есть

    Ток насыщения диода корпуса

    А

    1е-14

    1e-15

    Н

    Объемный коэффициент излучения диода

    —

    1.

     

    Видж

    Потенциал перехода диода в корпусе

    В

    1.

    0,87

    М

    Градационный коэффициент корпусного диода

    —

    0,5

    0,5

    Фк

    Коэффициент внутреннего диода для формулы емкости истощения при прямом смещении

    —

    0,5

     

    тт

    Время прохождения основного диода

    сек

    0.

    10н

    Например,

    Энергия активации корпусного диода для температурного воздействия на Is

    эВ

    1.11

     

    Xti

    Показатель температуры тока насыщения диода корпуса

    —

    3.

     

    л

    Масштабирование длины

    —

    1.

     

    Вт

    Масштабирование ширины

    —

    1.

     

    Кф

    Коэффициент мерцания шума

    —

    0.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    Внимание! Внешний вид товара, комплектация и характеристики могут изменяться производителем без предварительных уведомлений. Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) Гражданского кодекса Российской Федерации. 2024 © Все права защищены.