Схемы на полевых транзисторах: Практические примеры схем на полевых транзисторах.

Практические примеры схем на полевых транзисторах.

Сегодня для закрепления материала про полевики рассмотрим схемы на полевых транзисторах и обсудим принцип их работы. Предыдущие статьи про ПТ вот тут — раз и два. Начнем!

Схема истокового повторителя.

Биполярным аналогом этого устройства является эмиттерный повторитель (о нем шла речь тут). Вот как выглядит простейший повторитель на полевом транзисторе:

Ну давайте разбираться что же и как этот повторитель повторяет 🙂 Напряжение на выходе:

U_и = i_с\medspace R_1

Ток стока мы можем определить через напряжение затвор-исток следующим образом:

i_с = g_m\medspace U_{зи} = g_m\medspace (U_з\medspace-\medspace U_и)

Подставляем i_с в формулу для U_и и получаем вот что:

U_и = \frac{R_1\medspace g_m}{1 + R_1\medspace g_m}\medspace U_з

И если сопротивление нагрузки R_1 намного превышает величину \frac{1}{g_m}, то мы получаем довольно-таки хороший повторитель (U_з = U_и).

Но у этой схемы есть парочка существенных недостатков. Во-первых, характеристики полевого транзистора трудно поддаются контролю при изготовлении, поэтому такой истоковый повторитель может иметь непредсказуемое смещение по постоянному току. А во-вторых, такой повторитель имеет довольно-таки большое выходное сопротивление, соответственно, амплитуда выходного сигнала все-таки будет меньше, чем амплитуда сигнала на входе.

Более качественный повторитель получается при использовании согласованных пар транзисторов. Такая схема выглядит следующим образом:

Рассмотрим работу данной схемы. Полевик Q2 задает определенный ток. Этот ток соответствует напряжению затвор-исток, равному нулю. Транзисторы включены последовательно, значит через Q1 течет такой же ток, а так как полевики абсолютно одинаковые, то и для Q1 напряжение затвор-исток равно нулю. В то же время:

U_{зи} = U_з\medspace-\medspace U_и = U_{вх}\medspace-\medspace U_{вых} = 0

Вот и получаем, что U_{вх} = U_{вых}, то есть напряжение на выходе повторяет сигнал на входе.

Эту схему истокового повторителя можно еще модернизировать, добавив резисторы в цепь истока. С помощью подбора их значений можно установить разные значения тока стока:

На этом заканчиваем с истоковыми повторителями и переходим к некоторым другим схемам на полевых транзисторах 🙂

Схема ключа на полевом транзисторе.

Здесь мы видим n-канальный МОП-транзистор. При заземленном затворе полевик находится в закрытом состоянии и, соответственно, входной сигнал не проходит на выход. Если подать на затвор напряжение, например, +10 В, то транзистор перейдет в открытое состояние и сигнал практически беспрепятственно пройдет на выход.

Тут особо и объяснять нечего 🙂

Теперь перейдем к логическим элементам (вентилям) на МОП-транзисторах. И начнем с вариантов исполнения логического инвертора. Посмотрите на схемку:

Что вообще должен делать инвертор? Очевидно, что инвертировать сигнал 🙂 То есть подаем на вход сигнал низкого уровня, на выходе получаем высокий уровень и наоборот.

Давайте смотреть как это все работает. Если на входе низкий уровень сигнала, то n-канальный МОП-транзистор закрыт, ток через резистор нагрузки не течет, соответственно, все напряжение Vcc оказывается на выходе. А если на входе высокий уровень, то ПТ во включенном состоянии проводит ток, при этом на нагрузке появляется напряжение, а потенциал стока (выходной сигнал) практически равен нулю (низкий уровень). Вот так вот эта схема и работает.

Рассмотрим еще один вариант инвертора, но уже с использованием p-канального ПТ:

Работает эта схема аналогично схеме инвертора на n-канальном транзисторе, поэтому останавливаться на этом не будем.

Есть один большой минус у обеих этих схем — это высокое выходное сопротивление. Можно, конечно, уменьшать R_1, но при это рассеиваемая мощность будет увеличиваться (она обратно пропорциональна квадрату сопротивления). Как вы понимаете, в этом нет ничего хорошего. Отличной альтернативой этим схемам инверторов является схема на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП). Она имеет следующий вид:

Итак, пусть у нас на входе сигнал высокого уровня. Тогда p-канальный МОП-транзистор Q2 будет выключен, а Q1, напротив, будет во включенном состоянии. При этом на выходе будет сигнал низкого уровня. А что если на входе низкий уровень? А тогда наоборот Q1 будет выключен, а Q2 включен, и на выходе окажется сигнал высокого уровня. Вот и все 🙂

Пожалуй, рассмотрим теперь еще одну схемку на полевиках — схему логического вентиля И-НЕ. Этот вентиль имеет два входа и один выход, и и низкий уровень должен быть на выходе только в том случае, когда на оба входа подан сигнал высокого уровня. Во всех остальных случаях на выходе сигнал высокого уровня.

Смотрите, как это работает. Если на Входе 1 и Входе 2 высокий уровень, то оба n-канальных транзистора Q1 и Q2 проводят ток, а p-канальные Q3 и Q4 закрыты, и на выходе окажется сигнал низкого уровня. Если на одном из входов сигнал низкого уровня, то один из транзисторов Q3, Q4 открыт, а, соответственно, один из транзисторов Q2, Q1 закрыт. Тогда цепь Q1 — Q2 — земля разомкнута, а на выход через открытый транзистор Q3 или Q4 попадает напряжение высокого уровня. Вот и получается, что низкий уровень на выходе возможен только если на обоих входах сигнал высокого уровня.

Заканчиваем на этом разговор о полевых транзисторах 🙂 Мы сегодня рассмотрели схемы на полевых транзисторах и кроме того разобрались как они работают. Так что до скорых встреч на нашем сайте!

Режимы работы и схемы включения полевых транзисторов

Анализируя возможность использования полевых транзисторов для усиления электрических сигналов мы ограничивались только одним частным случаем подачи на электроды транзистора определенных напряжений и не рассматривали некоторые достаточно важные физические процессы в полупроводниках. Но помимо уже описанной ситуации возможны и другие, приводящие, например, к протеканию в канале тока не от истока к стоку, а наоборот — от стока к истоку и т.п. В общем случае для полевого транзистора, так же как и для биполярного, возможны различные устойчивые состояния (режимы работы). Они отличаются друг от друга тем, в каком состоянии находится канал, соединяющий исток и сток транзистора, а также направлением тока, протекающего в канале. В полевых транзисторах дополнительно принято классифицировать также режим воздействия затвора на канал (стимулирует или подавляет протекание тока в нем). Ниже при описании режимов работы полевых транзисторов мы применим ту же терминологию, какая используется для биполярных транзисторов. Однако следует понимать, что в полевых транзисторах физические процессы протекают иначе и зачастую нельзя однозначно утверждать, что транзистор находится в таком-то режиме без некоторых уточнений. Например, в нашей транскрипции активный режим и режим насыщения могут существовать одновременно независимо друг от друга.   Активный режим — соответствует случаям, рассмотренным при анализе усилительных свойств полевых транзисторов. Именно в активном режиме транзистор наилучшим образом проявляет свои усилительные свойства. Часто такой режим называюют основным, усилительным или нормальным (на усилительные свойства полевого транзистора также оказывает влияние состояние канала, а именно находится ли он в режиме насыщения — см. ниже). При рассмотрении полевых транзисторов мы практически всегда (за исключением ключевых схем) имеем дело с активным режимом, но здесь имеется одна тонкость, о которой также часто говорят как о режиме работы транзистора (или как о режиме работы затвора). В различных видах полевых транзисторов и при различных внешних напряжениях затвор может оказывать два вида воздействий на канал: в первом случае (например, в полевых транзисторах с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом при напряжениях на электродах, соответствующих рис. 2-1.5) он препятствует протеканию тока через канал, уменьшая число носителей зарядов, проходящих через него (такой режим называют режимом обеднения канала), во втором случае (например, в МДП-транзисторах с индуцированным каналом, включенных в соответствии с рис. 2-1.7) затвор, наоборот, стимулирует протекание тока через канал, увеличивая число носителей зарядов в потоке (режим обогащения канала). Часто просто говорят о режиме обеднения и режиме обогащения. Заметим, что МДП-транзисторы с индуцированным каналом могут находиться в активном режиме только в случае режима обогащения канала, а для МДП-транзисторов со встроенным каналом это может быть и режим обогащения, и режим обеднения. В полевых транзисторах с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом попытка приложить прямое смещение на этот переход вызывает его открытие и протекание существенного тока в цепи затвора. Реальные процессы в транзисторе в этом случае сильно зависят от его конструкции, практически никогда не документируются и трудно предсказуемы. Поэтому говорить о режиме обогащения для полевых транзисторов с управляющим переходом не принято да и просто бессмысленно. Инверсный режим — по процессам в канале противоположен активному режиму, т. е. поток носителей зарядов в канале протекает не от истока к стоку, а наоборот — от стока к истоку. Для инверсного режима требуется только изменение полярности напряжения на канале, полярность напряжения на затворе остается неизменной. В таком режиме транзистор также может использоваться для усиления. Обычно из-за конструктивных различий между областями стока и истока усилительные свойства транзистора в инверсном режиме проявляются хуже, чем в режиме активном. Впрочем, в некоторых видах МДП-транзисторов конструктивная ассиметрия минимальна, что приводит к симметричности выходных статических характеристик такого транзистора относительно изменения полярности напряжения сток—исток. Данный режим практически никогда не используется в усилительных схемах, но для аналоговых переключателей на полевых транзисторах он оказывается полезен. Однако здесь есть одна ловушка, в которую довольно легко попасть начинающему. Дело в том, что в большинстве МДП-транзисторов (особенно в мощных) производители соединяют подложку с истоком внутри корпуса прибора, что фактически означает, что в этих транзисторах между истоком и стоком имеется диод который не позволяет подавать на переход исток—сток инверсное напряжение, превышающее прямое падение напряжения на этом диоде, т. е. инверсный режим в таком транзисторе попросту невозможен. Вообще, в случае полевых транзисторов о режиме работы вспоминают гораздо реже, чем для биполярных. Дело здесь в том, что каждый конкретный тип полевого транзистора имеет конструкцию строго ориентированную на выполнение какой-то конкретной функции (усиление слабых сигналов, ключ и т.п.), все документируемые параметры транзистора в этом случае характеризуют его работу именно в основном режиме при выполнении предназначенной функции. Поэтому имеет смысл говорить просто о нормальном режиме работы, когда все соответствует документации, или о ненормальном, который в документации просто не предусмотрен (да и вряд ли кому-то понадобиться использовать его в схемах). Режим насыщения — характеризует состояние не всего транзистора в целом, как это было для биполярных приборов, а только токопроводящего канала между истоком и стоком. Данный режим соответствует насыщению канала основными носителями зарядов. Такое явление как насыщение является одним из важнейших физических свойств полупроводников. Оказывается, что при приложении внешнего напряжения к полупроводниковому каналу, ток в нем линейно зависит от этого напряжения лишь до определенного предела (напряжение насыщения), а по достижении этого предела стабилизируется и остается практически неизменным вплоть до пробоя структуры. В приложении к полевым транзисторам это означает, что при превышении напряжением сток—исток некоторого порогового уровня оно перестает влиять на ток в цепи. Если для биполярных транзисторов режим насыщения означал полную потерю усилительных свойств, то для полевых это не так. Здесь наоборот, насыщение канала приводит к повышению коэффициента усиления и уменьшению нелинейных искажений. До достижения напряжением сток—исток уровня насыщения ток через канал линейно увеличивается с ростом напряжения (т.е. ведет себя так же, как и в обычном резисторе). Автору неизвестно какого-либо устоявшегося названия для такого состояния полевого транзистора (когда ток через канал идет, но канал ненасыщен), будем называть его режимом ненасыщенного канала (он находит применение в аналоговых ключах на полевых транзисторах). Режим насыщения канала обычно является нормальным при включении полевого транзистора в усилительные цепи, поэтому в дальнейшем при рассмотрении работы транзисторов в схемах мы не будем делать особого акцента на этом, подразумевая, что между стоком и истоком транзистора присутствует напряжение, достаточное для насыщения канала. Режим отсечки — режим, в котором ток через канал полевого транзистора не протекает. Переход полевого транзистора в режим отсечки происходит по достижении напряжением на затворе определенного порога (напряжение отсечки). В полевых транзисторах с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом это имеет место при постепенном увеличении обратного смещения на перереходе, а в МДП-транзисторах со встроенным каналом при увеличении разности потенциалов между истоком и затвором при условии работы в режиме обеднения канала. В МДП-транзисторах с индуцированным каналом режим отсечки имеет место при нулевой разности напряжений между истоком и затвором, а по достижении напряжения отсечки (или порогового напряжения) канал открывается. Поскольку выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю, он используется в ключевых схемах и соответвует размыканию транзисторного ключа. Помимо режима работы для эксплуатации полевых транзисторов имеет значение то, каким образом транзистор включен в каскад усиления (как поданы питающие напряжения на его электроды, в какие цепи включены нагрузка и источник сигнала). Так же как и для биполярных транзисторов, здесь различают три основных способа (рис. 2-1.8): схема с общим истоком (ОИ), схема с общим стоком (ОС) и схема с общим затвором (ОЗ).   Рис. 2-1.8. Схемы включения полевых транзисторов (направления токов соответствуют активному режиму работы)   Для полевых транзисторов полностью сохраняется понятие класса усиления в том же виде, в каком оно описано в подразделе Классы усиления для биполярных транзисторов. Отличие лишь в том, что критерием нахождения транзистора в режиме усиления здесь служит наличие потока зарядов через канал от истока к стоку.     < Предыдущая   Следующая >

Полевой транзистор — это… Что такое Полевой транзистор?

Полевой транзистор (англ. field-effect transistor, FET) — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом.

Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы часто включают в более широкий класс униполярных электронных приборов (в отличие от биполярных).

История создания полевых транзисторов

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 29 мая 2012.

Идея полевого транзистора с изолированным затвором была предложена Лилиенфельдом в 1926—1928 годах. Однако объективные трудности в реализации этой конструкции позволили создать первый работающий прибор этого типа только в 1960 году. В 1953 году Дейки и Росс предложили и реализовали другую конструкцию полевого транзистора — с управляющим p-n-переходом. Наконец, третья конструкция полевых транзисторов — полевых транзисторов с барьером Шоттки — была предложена и реализована Мидом (англ.)русск. в 1966 году. Затем в 1977 году ученый Джеймс МакКаллахем из Bell Labs установил, что использование полевых транзисторов может существенно увеличить производительность существующих вычислительных систем.

Схемы включения полевых транзисторов

Полевой транзистор можно включать по одной из трех основных схем: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ).

На практике чаще всего применяется схема с ОИ, аналогичная схеме на биполярном транзисторе с ОЭ. Каскад с общим истоком даёт очень большое усиление тока и мощности. Схема с ОЗ аналогична схеме с ОБ. Она не даёт усиления тока, и поэтому усиление мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме ОИ. Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем он имеет ограниченное практическое применение в усилительной технике.

Классификация полевых транзисторов

По физической структуре и механизму работы полевые транзисторы условно делят на 2 группы. Первую образуют транзисторы с управляющим р-n переходом, или переходом металл — полупроводник (барьер Шоттки), вторую — транзисторы с управлением посредством изолированного электрода (затвора), т. н. транзисторы МДП (металл — диэлектрик — полупроводник).

Транзисторы с управляющим p-n переходом

Рис. 1. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом — это полевой транзистор, затвор которого изолирован (то есть отделён в электрическом отношении) от канала p-n переходом, смещённым в обратном направлении.

Такой транзистор имеет два невыпрямляющих контакта к области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда, и один или два управляющих электронно-дырочных перехода, смещённых в обратном направлении (см. рис. 1). При изменении обратного напряжения на p-n переходе изменяется его толщина и, следовательно, толщина области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда. Область, толщина и поперечное сечение которой управляется внешним напряжением на управляющем p-n переходе и по которой проходит управляемый ток основных носителей, называют каналом. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называют истоком (Source). Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком (Drain). Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором (Gate).

Электропроводность канала может быть как n-, так и p-типа. Поэтому по электропроводности канала различают полевые транзисторы с n-каналом и р-каналом. Все полярности напряжений смещения, подаваемых на электроды транзисторов с n- и с p-каналом, противоположны.

Управление током стока, то есть током от внешнего относительно мощного источника питания в цепи нагрузки, происходит при изменении обратного напряжения на p-n переходе затвора (или на двух p-n переходах одновременно). В связи с малостью обратных токов мощность, необходимая для управления током стока и потребляемая от источника сигнала в цепи затвора, оказывается ничтожно малой. Поэтому полевой транзистор может обеспечить усиление электромагнитных колебаний как по мощности, так и по току и напряжению.

Таким образом, полевой транзистор по принципу действия аналогичен вакуумному триоду. Исток в полевом транзисторе подобен катоду вакуумного триода, затвор — сетке, сток — аноду. Но при этом полевой транзистор существенно отличается от вакуумного триода. Во-первых, для работы полевого транзистора не требуется подогрева катода. Во-вторых, любую из функций истока и стока может выполнять каждый из этих электродов. В-третьих, полевые транзисторы могут быть сделаны как с n-каналом, так и с p-каналом, что позволяет удачно сочетать эти два типа полевых транзисторов в схемах.

От биполярного транзистора полевой транзистор отличается, во-первых, принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе — входным напряжением или электрическим полем. Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные сопротивления, что связано с обратным смещением p-n-перехода затвора в рассматриваемом типе полевых транзисторов. В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора может быть отделён от поверхности полупроводникового кристалла. Процессы рекомбинации носителей в p-n переходе и в базе биполярного транзистора, а также генерационно-рекомбинационные процессы на поверхности кристалла полупроводника сопровождаются возникновением низкочастотных шумов.

Транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)

Рис. 2. Устройство полевого транзистора с изолированным затвором.

Полевой транзистор с изолированным затвором — это полевой транзистор, затвор которого отделён в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика.

В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который называют подложкой, созданы две сильнолегированные области с противоположным относительно подложки типом проводимости. На эти области нанесены металлические электроды — исток и сток. Расстояние между сильно легированными областями истока и стока может быть меньше микрона. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. Так как исходным полупроводником для полевых транзисторов обычно является кремний, то в качестве диэлектрика используется слой двуокиси кремния SiO₂, выращенный на поверхности кристалла кремния путём высокотемпературного окисления. На слой диэлектрика нанесён металлический электрод — затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП-транзисторами.

Входное сопротивление МДП-транзисторов может достигать 10¹⁰…10¹⁴ Ом (у полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом 10⁷…10⁹), что является преимуществом при построении высокоточных устройств.

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

В МДП-транзисторах с индуцированным каналом (рис. 2, а) проводящий канал между сильнолегированными областями истока и стока отсутствует и, следовательно, заметный ток стока появляется только при определённой полярности и при определённом значении напряжения на затворе относительно истока, которое называют пороговым напряжением (U_ЗИпор).

В МДП-транзисторах со встроенным каналом (рис. 2, б) у поверхности полупроводника под затвором при нулевом напряжении на затворе относительно истока существует инверсный слой — канал, который соединяет исток со стоком.

Изображённые на рис. 2 структуры полевых транзисторов с изолированным затвором имеют подложку с электропроводностью n-типа. Поэтому сильнолегированные области под истоком и стоком, а также индуцированный и встроенный канал имеют электропроводность p-типа. Если же аналогичные транзисторы созданы на подложке с электропроводностью p-типа, то канал у них будет иметь электропроводность n-типа.

МДП-транзисторы с индуцированным каналом

При напряжении на затворе относительно истока, равном нулю, и при наличии напряжения на стоке, — ток стока оказывается ничтожно малым. Он представляет собой обратный ток p-n перехода между подложкой и сильнолегированной областью стока. При отрицательном потенциале на затворе (для структуры, показанной на рис. 2, а) в результате проникновения электрического поля через диэлектрический слой в полупроводник при малых напряжениях на затворе (меньших U_ЗИпор) у поверхности полупроводника под затвором возникает обеднённый основными носителями слой эффект поля и область объёмного заряда, состоящая из ионизированных нескомпенсированных примесных атомов. При напряжениях на затворе, больших U_ЗИпор, у поверхности полупроводника под затвором возникает инверсный слой, который и является каналом, соединяющим исток со стоком. Толщина и поперечное сечение канала будут изменяться с изменением напряжения на затворе, соответственно будет изменяться и ток стока, то есть ток в цепи нагрузки и относительно мощного источника питания. Так происходит управление током стока в полевом транзисторе с изолированным затвором и с индуцированным каналом.

В связи с тем, что затвор отделён от подложки диэлектрическим слоем, ток в цепи затвора ничтожно мал, мала и мощность, потребляемая от источника сигнала в цепи затвора и необходимая для управления относительно большим током стока. Таким образом, МДП-транзистор с индуцированным каналом может производить усиление электромагнитных колебаний по напряжению и по мощности.

Принцип усиления мощности в МДП-транзисторах можно рассматривать с точки зрения передачи носителями заряда энергии постоянного электрического поля (энергии источника питания в выходной цепи) переменному электрическому полю. В МДП-транзисторе до возникновения канала почти всё напряжение источника питания в цепи стока падало на полупроводнике между истоком и стоком, создавая относительно большую постоянную составляющую напряжённости электрического поля. Под действием напряжения на затворе в полупроводнике под затвором возникает канал, по которому от истока к стоку движутся носители заряда — дырки. Дырки, двигаясь по направлению постоянной составляющей электрического поля, разгоняются этим полем и их энергия увеличивается за счёт энергии источника питания, в цепи стока. Одновременно с возникновением канала и появлением в нём подвижных носителей заряда уменьшается напряжение на стоке, то есть мгновенное значение переменной составляющей электрического поля в канале направлено противоположно постоянной составляющей. Поэтому дырки тормозятся переменным электрическим полем, отдавая ему часть своей энергии.

МДП-транзисторы со встроенным каналом

Рис. 3. Выходные статические характеристики (a) и статические характеристики передачи (b) МДП-транзистора со встроенным каналом.

 В данной схеме в качестве нелинейного элемента используется МДП транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом.

В связи с наличием встроенного канала в таком МДП-транзисторе при нулевом напряжении на затворе (см. рис. 2, б) поперечное сечение и проводимость канала будут изменяться при изменении напряжения на затворе как отрицательной, так и положительной полярности. Таким образом, МДП-транзистор со встроенным каналом может работать в двух режимах: в режиме обогащения и в режиме обеднения канала носителями заряда. Эта особенность МДП-транзисторов со встроенным каналом отражается и на смещении выходных статических характеристик при изменении напряжения на затворе и его полярности (рис. 3).

Статические характеристики передачи (рис. 3, b) выходят из точки на оси абсцисс, соответствующей напряжению отсечки U_ЗИотс, то есть напряжению между затвором и истоком МДП-транзистора со встроенным каналом, работающего в режиме обеднения, при котором ток стока достигает заданного низкого значения.

Формулы расчёта в зависимости от напряжения U_ЗИ

1. Транзистор закрыт

Пороговое значение напряжения МДП транзистора

2. Параболический участок.

-удельная крутизна передаточной характеристики транзистора.

3. Дальнейшее увеличение приводит к переходу на пологий уровень.

 — Уравнение Ховстайна.

МДП-структуры специального назначения

В структурах типа металл-нитрид-оксид-полупроводник (МНОП) диэлектрик под затвором выполняется двухслойным: слой оксида SiO₂ и толстый слой нитрида Si₃N₄. Между слоями образуются ловушки электронов, которые при подаче на затвор МНОП-структуры положительного напряжения (28..30 В) захватывают туннелирующие через тонкий слой SiO₂ электроны. Образующиеся отрицательно заряженные ионы повышают пороговое напряжение, причём их заряд может храниться до нескольких лет при отсутствии питания, так как слой SiO₂ предотвращает утечку заряда. При подаче на затвор большого отрицательного напряжения (28…30 В), накопленный заряд рассасывается, что существенно уменьшает пороговое напряжение.

Структуры типа металл-оксид-полупроводник (МОП) с плавающим затвором и лавинной инжекцией (ЛИЗМОП) имеют затвор, выполненный из поликристаллического кремния, изолированный от других частей структуры. Лавинный пробой p-n-перехода подложки и стока или истока, на которые подаётся высокое напряжение, позволяет электронам проникнуть через слой окисла на затвор, вследствие чего на нём появляется отрицательный заряд. Изолирующие свойства диэлектрика позволяют сохранять этот заряд десятки лет. Удаление электрического заряда с затвора осуществляется с помощью ионизирующего ультрафиолетового облучения кварцевыми лампами, при этом фототок позволяет электронам рекомбинировать с дырками.

В дальнейшем были разработаны структуры запоминающих полевых транзисторов с двойным затвором. Встроенный в диэлектрик затвор используется для хранения заряда, определяющего состояние прибора, а внешний (обычный) затвор, управляемый разнополярными импульсами для ввода или удаления заряда на встроенном (внутреннем) затворе. Так появились ячейки, а затем и микросхемы флэш-памяти, получившие в наши дни большую популярность и составившие заметную конкуренцию жестким дискам в компьютерах.

Для реализации сверхбольших интегральных схем (СБИС) были созданы сверхминиатюрные полевые микротранзисторы. Они делаются с применением нанотехнологий с геометрическим разрешением менее 100 нм. У таких приборов толщина подзатворного диэлектрика доходит до нескольких атомных слоев. Используются различные, в том числе трехзатворные структуры. Приборы работают в микромощном режиме. В современных микропроцессорах корпорации Intel число приборов составляет от десятков миллионов до 2 миллиардов. Новейшие полевые микротранзисторы выполняются на напряженном кремнии, имеют металлический затвор и используют новый запатентованный материал для подзатворного диэлектрика на основе соединений гафния.^[1]

В последние четверть века бурное развитие получили мощные полевые транзисторы, в основном МДП-типа. Они состоят из множества маломощных структур или из структур с разветвлённой конфигурацией затвора. Такие ВЧ и СВЧ приборы впервые были созданы в СССР специалистами НИИ «Пульсар» Бачуриным В. В. (кремниевые приборы) и Ваксембургом В. Я. (арсенид-галлиевые приборы) Исследование их импульсных свойств было выполнено научной школой проф. Дьяконова В. П. (Смоленский филиал МЭИ). Это открыло область разработки мощных ключевых (импульсных) полевых транзисторов со специальными структурами, имеющих высокие рабочие напряжения и токи (раздельно до 500—1000 В и 50-100 А). Такие приборы нередко управляются малыми (до 5 В) напряжениями, имеют малое сопротивление в открытом состоянии (до 0,01 Ом) у сильноточных приборов, высокую крутизну и малые (в единицы-десятки нс) времена переключения. У них отсутствует явление накопления носителей в структуре и явление насыщения, присущее биполярным транзисторам. Благодаря этому мощные полевые транзисторы успешно вытесняют мощные биполярные транзисторы в области силовой электроники малой и средней мощности.^[2][3]

За рубежом в последние десятилетия стремительно развивается технология транзисторов на высокоподвижных электронах (ТВПЭ), которые широко используются в СВЧ устройствах связи и радионаблюдения. На основе ТВПЭ создаются как гибридные, так и монолитные микроволновые интегральные схемы (англ.)). В основе действия ТВПЭ лежит управление каналом с помощью двумерного электронного газа, область которого создаётся под контактом затвора благодаря применению гетероперехода и очень тонкого диэлектрического слоя — спейсера.^[4]

Области применения полевых транзисторов

Значительная часть производимых в настоящий момент полевых транзисторов входит в состав КМОП-структур, которые строятся из полевых транзисторов с каналами разного (p- и n-) типа проводимости и широко используются в цифровых и аналоговых интегральных схемах.

За счёт того, что полевые транзисторы управляются полем (величиной напряжения приложенного к затвору), а не током, протекающим через базу (как в биполярных транзисторах), полевые транзисторы потребляют значительно меньше энергии, что особенно актуально в схемах ждущих и следящих устройств, а также в схемах малого потребления и энергосбережения (реализация спящих режимов).

Выдающиеся примеры устройств, построенных на полевых транзисторах, — наручные кварцевые часы и пульт дистанционного управления для телевизора. За счёт применения КМОП-структур эти устройства могут работать до нескольких лет, потому что практически не потребляют энергии.

Грандиозными темпами развиваются области применения мощных полевых транзисторов. Их применение в радиопередающих устройствах позволяет получить повышенную чистоту спектра излучаемых радиосигналов, уменьшить уровень помех и повысить надёжность радиопередатчиков. В силовой электронике ключевые мощные полевые транзисторы успешно заменяют и вытесняют мощные биполярные транзисторы. В силовых преобразователях они позволяют на 1-2 порядка повысить частоту преобразования и резко уменьшить габариты и массу энергетических преобразователей. В устройствах большой мощности используются биполярные транзисторы с полевым управлением (IGBT) успешно вытесняющие тиристоры. В усилителях мощности звуковых частот высшего класса HiFi и HiEnd мощные полевые транзисторы успешно заменяют мощные электронные лампы, так как обладают малыми нелинейными и динамическими искажениями.

См. также

Ссылки

Примечания

1. ↑ Дьяконов В. П. Intel. Новейшие информационные технологии. Достижения и люди. М.: СОЛОН-Пресс.- 2004.- 416 с.
2. ↑ Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах: Справочник. В. В. Бачурин, В. Я. Ваксембург, В. П. Дьяконов и др.; Под ред. В. П. Дьяконова.- М.: Радио и связь, 1994.- 280 с.
3. ↑ Энциклопедия устройств на полевых транзисторах. Дьяконов В. П., Максимчук А. А., Ремнев А. М., Смердов В. Ю.; Под ред. проф. В. П. Дьяконова.- М.: СОЛОН-Р, 2002.- 512 с.
4. ↑ Semiconductor Physical Electronics (Second Edition). Sheng S. Li.- Springer, 2006.- 708 p. ISBN 0-387-28893-7 ISBN 978-0387-28893-2

Ключи на полевых транзисторах в схемах на микроконтроллере

Полевые транзисторы служат опорой современной микроэлектроники. Без них не было бы ни СБИС, ни ПЛИС, ни MK. Все современные компьютеры, мобильные телефоны, ноутбуки построены на полевых транзисторах, и достойной альтернативы им пока не видно.

На выходах портов MK находятся каскады с полевыми транзисторами. Казалось бы, что подключить к ним ещё одного полевого «тёзку» — проще простого. Однако новичок-радиолюбитель впадает в шоковое состояние, узнав, что существуют десятки разновидностей полевых транзисторов с разной структурой проводимости, разной топологией изоляции затвора, разной технологией легирования канала, разными фирменными названиями и брэндами, а также разными условными графическими изображениями на электрических схемах.

К счастью, в цифровой, импульсной и преобразовательной технике, как правило, используются полевые МДП-транзисторы с изолированным затвором, имеющие n- или  -проводимость канала. Это достаточно узкий класс электронных приборов, хорошо исследованный и легко поддающийся изучению.

Для прямого сопряжения с MK подойдут те полевые транзисторы, которые имеют низкое напряжение отсечки «затвор — исток» (параметр Gate Theshold Voltage в пределах 0.5…2.5 В). Технологические достижения последнего десятилетия сделали такие транзисторы малогабаритными и дешёвыми. Мощные полевые транзисторы обычно подключаются к MK через буферные каскады.

Если сравнивать полевые и биполярные транзисторы, то выводы «база — коллектор — эмиттер» (Base — Collector — Emitter) в первом приближении эквивалентны выводам «затвор — сток — исток» (Gate — Drain — Source). Соответственно, схемы ключевых каскадов у них будут очень похожими. Из отличий — полевые транзисторы управляются напряжением, а не током. Они имеют высокое входное и низкое выходное сопротивление, что улучшает экономичность. С другой стороны, большая ёмкость перехода «затвор — исток» 100…3000 пФ снижает быстродействие, а значительный технологический разброс параметров заставляет проектировать схемы с перестраховкой и с запасом «на всякий пожарный случай».

На Рис. 2.69, а…ж и Рис. 2.70, a…r приведены схемы ключевых каскадов соответственно с одним и двумя полевыми транзисторами. На Рис. 2.71, a…r представлены варианты совместного включения полевых и биполярных транзисторов.

Таблица 2.11. Параметры полевых транзисторов

В Табл. 2.11 приведены типовые параметры полевых транзисторов разной мощности. Транзисторы с я-каналом аналогичны транзисторам структуры п—р—п, а транзисторы с  -каналом — транзисторам структуры р—п—р. Только вот стрелки на условном изображении полевых транзисторов имеют направление, прямо противоположное своим биполярным аналогам.

Рис. 2.69. Схемы подключения одного полевого транзистора к MK (начало):

а) классический инвертирующий ключ на л-канальном транзисторе VT1. Главным параметром при выборе транзистора является напряжение отсечки затвора, которое при рабочем токе нагрузки R_H не должно превышать напряжение питания MK. Резистор R3 (R1) сопротивлением 51…510 кОм ставят, чтобы транзистор VT1 был закрыт в следующих случаях: при рестарте MK, при срабатывании супервизора просадок питания, при пропадании напряжения +5 В, при переводе линии MK в Z-состояние. Резистор R3 ускоряет разряд ёмкости затвора. Резистор R2 защищает линию MK от наводок большой амплитуды через цепь затвора со стороны стока при коммутации мощных нагрузок. Он обязателен при высоких напряжениях в нагрузке и большом уровне помех. Резисторы R1, R3 допускается не ставить, если нагрузка не критична к случайным включениям. По большому счёту затвор полевого транзистора VT1 в данной схеме может «висеть в воздухе», поскольку его защищают от статического электричества внутренние диоды MK;

б) диоды VD1, VD2 ставят для защиты полевого транзистора VT1 от выбросов напряжения в индуктивной нагрузке и для снижения помех в цепи питания. Современные полевые транзисторы серии MOSFET имеют встроенные мощные диоды, аналогичные VD2. Резисторы R1, R2 можно не ставить при низких напряжениях и резистивной нагрузке;

в) гальванически изолированое включение/выключение транзистора VT1. На выходе MK генерируется ВЧ-сигнал, который выпрямляется и фильтруется элементами VD1…VD4, C3, R2. Стабилитрон VD5 защищает затвор транзистора VT1. Трансформатор T1 наматывается на кольце из феррита N30, обмотка I содержит 15, а обмотка II — 30 витков провода ПЭВ-0.2;

г) ключ на полевом  -канальном транзисторе VT1 эквивалентен ключу на биполярном транзисторе р—п—р. При ВЫСОКОМ уровне на выходе МК  транзистор VT1 закрыт, а при переводе в режим входа с Z-состоянием транзистор открывается из-за наличия резистора R1\ О

О Рис. 2.69. Схемы подключения одного полевого транзистора к MK (окончание):

д) предохранитель FU1 срабатывает при аварийном токе в нагрузке R_H;

е) часть схемы электронного дверного звонка. Защита транзистора VT1 производится варторами RU1, RU2n конденсатором C1. Индикатор прихода гостей — светодиод HL1\

ж) диод VD1 защищает линию МК  от высокого напряжения при пробое транзистора VT1 и от наведенных помех при наличие мощной индуктивной нагрузки R_H.

а) последовательное включение n- и  -канальных транзисторов VT1, VT2 для коммутации «высоковольтной» нагрузки R_H. Диод VD1 ускоряет разряд ёмкости затвора транзистора VT1\

б) параллельное включение двух полевых транзисторов для увеличения тока нагрузки;

в) DA1 — это специализированный драйвер (фирма International Rectifier), обслуживающий мощные полевые транзисторы VT1, VT2 (ток до 1. 5 А). Диод VD1 повышает надёжность; О

О Рис. 2.70. Схемы подключения двух полевых транзисторов к MK (окончание):

г)         преобразователь постоянного напряжения 12 В в переменное напряжение 220 В (DC/AC). Двухтактный каскад на транзисторах K77, VT2 управляется буферной логической микросхемой DD1. Сигналы с выходов МК  должны быть противофазными, но с небольшой «бестоковой» паузой, равной 10% от длительности периода (для устранения сквозныхтоков и повышения КПД). Конденсатор С/ компенсирует реактивность обмотки трансформатора T1 и приближает форму выходного сигнала 50 Гц к синусоиде.

Рис. 2.71. Схемы подключения одного полевого и одного биполярного транзисторов к MK

(начало):

а) буферный биполярный транзистор VT1 управляет мощным полевым транзистором VT2. Подбором резистора R4 можно уменьшить выбросы напряжения на стоке транзистора VT2, возникающие в момент переключения сигнала;

б) биполярный ключ на транзисторе VT1 (возможная замена KT503) ускоряет разряд ёмкости затвора мощного полевого транзистора VT2. Конденсатор C1 увеличивает крутизну фронта сигнала, поступающего с выхода MK. Резистор R1 обеспечивает открытое состояние транзистора VT1 и закрытое состояние транзистора VT2 при рестарте MK; О

О Рис. 2.71. Схемы подключения одного полевого и одного биполярного транзисторов к MK

(окончание):

в) резисторы R1, R2 одновременно не дают «висеть в воздухе» базе транзистора VT1 и затвору транзистора VT2npu рестарте MK;

г) маломощный биполярный транзистор VT1, как правило, дешевле полевого аналога, а полевой транзистор VT2 обеспечивает более низкое падение напряжения в открытом состоянии, чем биполярный аналог.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы — это полупроводниковые приборы, которые ста­новятся все более популярными в современной электронике. Их рабо­та основана на использовании полупроводникового токонесущего канала, сопротивление которого управляется электрическим полем.Тем самым обеспечивается управление величиной тока, протекающего по каналу.

Полевые транзисторы называют также униполярными транзисторами, поскольку перенос заряда в них осуществляется только основными носителями. Ток этих носителей протекает в полупроводнике только одного типа — или n-типа, или p-типа. В отличие от полевого работа обычного транзистора основана на переносе как неосновных, так и основных носи­телей заряда. Это связано с тем, что ток в них протекает через прямосмещенный переход база-эмиттер (основные носители) и обратносмещенный переход база-коллектор (неосновные носители). Поэтому обычные транзисторы называют биполярными транзисторами.

У полевого транзистора три электрода: исток s (source), затвор g (gate) и сток d (drain). Эти электроды соответствуют эмиттеру, базе и коллектору биполярного транзистора.

Полевые транзисторы малы по размерам и имеют очень высокое входное сопротивление.Они менее чувствительны к изменениям температуры по сравнению с биполярными транзисторами и поэтому менее склонны к тепловому пробою. Следует также отметить простоту разработки схем на основе полевых транзисторов, в которых используется меньше компонентов, чем в аналогичных схемах на биполярных транзисторах.

Полевые транзисторы просты в изготовлении и лучше подходят для использования в интегральных схемах, чем их собратья — биполярные транзисторы.

Существуют два типа полевых транзисторов: транзисторы с управляющим pn-переходом и транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник (МОП-транзистор).

Транзистор с управляющим pn-переходом

 

Рассмотрим канал из полупроводника n-типа (канал n-типа), к которо­му приложено постоянное напряжение V_DD(рис. 26.1(а)). По каналу от тока к истоку будет протекать ток, называемый током стока I_d. Если теперь внутри п-канала путем диффузии создать область      р-типа, называемую затвором (рис. 26.1(б)), то образуется рп-переход. Точно так же, как в случае обычного рп-перехода, в области перехода формируется слой, обедненный основными носителями заряда. Видно, что обедненный слой ограничивает протекание тока по каналу, уменьшая эффективную шири­ну последнего. Другими словами, он увеличивает сопротивление канала. Ширину обедненного слоя можно увеличить, т. е. еще больше ограничить протекание тока, если подать на переход напряжение V_GS, которое сме­стит переход в обратном направлении (рис. 26.1(б)). Изменяя величину напряжения обратного смещения на затворе, можно управлять величи­ной тока стока I_D. На рис. 26.2 показано поперечное сечение структуры полевого транзистора рассматриваемого типа.

Рис. 26.1. Принцип работы полевого транзистора с управляющим рп-переходом.

Рис. 26.2.   Поперечное сечение структуры

полевого транзистора с управляющим рп-переходом.

Рис. 26.3. Условные обозначения транзисторов

с управляющим рп-переходом.

Применяются также полевые транзисторы с каналом p-типа, питае­мые от источника отрицательного напряжения – V_DD. Условные обозна­чения обоих типов транзисторов с управляющим pn-переходом приведены на рис. 26.3.

 

Выходные характеристики

Семейство выходных характеристик транзистора с управляющим рп-переходом в схеме с общим истоком показано на рис. 26.4. Они ана­логичны выходным характеристикам биполярного транзистора. Эти ха­рактеристики показывают зависимость выходного тока I_D от выходного напряжения V_DS(напряжения между стоком и истоком) для заданных Значений напряжения на затворе V_GS(напряжения между затвором и истоком).

Диапазон изменения смещающего напряжения затвор-исток доволь­но велик (несколько вольт) в отличие от биполярного транзистора, где напряжение база-эмиттер практически постоянно.

Видно, что при увеличении (по абсолютной величине) напряжения на затворе ток стока уменьшается. Это уменьшение происходит до тех пор, пока расширяющийся обедненный слой перехода затвор-канал не пере­кроет весь канал, останавливая протекание тока. В этом случае говорят, что полевой транзистор находится в состоянии отсечки.

Напряжение отсечки

рассмотрим выходную характеристику для V_GS= 0 (рис. 26.4). При уве­личении напряжения V_DS(от нулевого значения) ток стока постепенно увеличивается, пока не достигает точки Р, после которой величина тока практически не изменяется. Напряжение в точке Р называется напря­жением отсечки. При этом напряжении обедненный слой, связанный с обратносмещенным переходом затвор-канал, почти полностью перекры­вает канал. Однако протекание тока I_Dв этой точке не прекращается, поскольку благодаря этому току как раз и создается обедненный слой. Все кривые семейства выходных характеристик имеют свои точки отсеч­ки: P₁, P₂ и т. д. Если соединить эти точки друг с другом линией, то правее ее лежит область отсечки, являющаяся рабочей областью полевого транзистора.

 

Усилитель на полевом транзисторе с общим истоком

Схема типичного усилителя ЗЧ на полевом транзисторе показана на рис. 26.5. В этой схеме через резистор утечки R₁ отводится на шасси очень малый ток утечки затвора. Резистор R₃ обеспечивает необходимое обратное смещение, поднимая потенциал истока выше потенциала затво­ра.

 

Рис. 26.4. Семейство выходных характеристик транзистора с управляющим рп-переходом.

 

Рис. 26.5. УЗЧ на п-канальном полевом транзисторе с управляющим рп-переходом.

Кроме того, этот резистор обеспечивает также стабильность режима усилителя по постоянному току. R₂ – нагрузочный резистор, который может иметь очень большое сопротивление (до 1,5 МОм). Развязыва­ющий конденсатор С₂ в цепи истока устраняет отрицательную обратную связь по переменному току через резистор R₃. Следует отметить, что раз­делительный конденсатор С₁ может иметь небольшую емкость (0,1 мкФ) благодаря высокому входному сопротивлению полевого транзистора.

При подаче сигнала на вход усилителя изменяется ток стока, вызы­вая, в свою очередь, изменение выходного напряжения на стоке транзи­стора. Во время положительного полупериода входного сигнала напря­жение на затворе увеличивается в положительном направлении, обратное напряжение смещения перехода затвор-исток уменьшается и, следовательно, увеличивается ток I_Dполевого транзистора. Увеличение I_D приводит к уменьшению выходного (стокового) напряжения, и на выходе воспроизводится отрицательный полупериод усиленного сигнала. И на­оборот, отрицательному полупериоду входного сигнала соответствует по­ложительный полупериод выходного сигнала. Таким образом, входной и выходной сигналы усилителя с общим истоком находятся в противофазе.

Одно из преимуществ полевого транзистора – очень малый ток утечки затвора, величина которого не превышает нескольких пикоампер (10^-12 A). Поэтому в схеме усилителя па рис. 26.5 затвор находится практически при нулевом потенциале. Ток полевого транзистора протекает от стока к истоку и обычно отождествляется с током стока I_D (который, очевидно, равен току истока I_S).

Рассмотрим схему на рис. 26.5. Полагая I_D = 0,2 мА, вычисляем потенциал истока:           V_S = 0,2 мА · 5 кОм = 1 В. Это величина напряжения обратного смещения управляющего    pn-перехода.

Падение напряжения на резисторе R₂ = 0,2 мА · 30 кОм = 6 В.

Потенциал стока V_D = 15 – 6 = 9 В.

Линия нагрузки

Линию нагрузки можно начертить точно так же, как для биполярного транзистора. На рис. 26.6 показана линия нагрузки для схемы па же. 26.5.

Если I_D = 0, то V_DS= V_DD = 15 В. Это точка Х на линии нагрузки.

Если V_DS= 0, то почти все напряжение V_DDисточника питания па­дает на резисторе R₂. Следовательно, I_D = V_DD / R₂= 15 В / 30 кОм = 0,5 мА. Это точка Y на линии нагрузки. Рабочая точка Q выбирается таким образом, чтобы транзистор работал в области отсечки.

Выбранная рабочая точка Q (точка покоя) на рис. 26.6 определяется величинами:               I_D = 0,2 мА, V_GS= — 1 В, V_DS= 9 В.

МОП-транзистор

В полевом транзисторе этого типа роль затвора играет металлический электрод, электрически изолированный от полупроводника тонкой пленкой диэлектрика, в данном случае оксида. Отсюда и название транзистора «МОП» — сокращение от «металл-оксид-полупроводник».

Канал п-типа в МОП-транзисторе формируется за счет притяже­ния электронов из подложки р-типа диэлектрическим слоем затвора (рис. 26.7). Ширину канала можно изменять, подавая на затвор электрический потенциал. Подача положительного (относительно подложки)

 

Рис. 26.6. Линия нагрузки усилителя на полевом транзисторе (рис. 26.5).

Рис. 26.7. Поперечное сечение МОП-транзистора.

потенциала приводит к расширению канала п-типа и увеличению тока через этот канал, подача отрицательного потенциала вызывает сужение канала и уменьшение тока. Для МОП-транзистора с каналом р-типа си­туация изменяется на обратную.

Существует два типа МОП-транзисторов: транзисторы, работающие в режиме обогащения, и транзисторы, работающие в режиме обедне­ния. Транзистор, работающий в режиме обогащения, находится в состоянии отсечки тока (нормально выключен), когда напряжение смеще­ния V_GS= 0.

 

Рис. 26.8. Выходные характеристики МОП-транзистора с каналом п-типа, ра­ботающего в режиме обогащения, и условное обозначение этого транзистора.

 

Рис. 26.9. Выходные характеристики МОП-транзистора с каналом n-типа, ра­ботающего в режиме обеднения, и условное обозначение этого транзистора.

Протекание тока начинается только при подаче напряже­ния смещения на затвор. Выходные характеристики п-канального МОП-транзистора с каналом п-типа, работающего в режиме обогащения, и его условное обозначение показаны на рис. 26.8.

МОП-транзистор, работающий в режиме обеднения, проводит ток, ко­гда напряжение смещения на затворе отсутствует (нормально включен). Для МОП-транзистора с каналом    n-типа ток стока увеличивается при подаче на затвор положительного напряжения и уменьшается при подаче отрицательного напряжения (рис. 26.9).

Условное обозначение МОП-транзистора с каналом р-типа показано на рис. 26.10. Заметим, что прерывающаяся жирная линия указывает на МОП-транзистор, работающий в режиме обогащения (нормально выключен).

                                

Рис. 26.10. Условное обозначение МОП-транзистора с каналом         р-типа.

 

Рис. 26.11. Усилитель на МОП-транзисторе с каналом р-типа, рабо­тающий в режиме обеднения.

Сплошная линия используется для обозначения МОП-транзистора, работающего в режиме обеднения (нормально включен). Вывод подлож­ки обозначается буквой «Ь», обычно он соединяется с выводом истока. На рис. 26.11 схема типичного усилителя с общим истоком на МОП-транзисторе с каналом р-типа, работающего в режиме обеднения. Ис­пользуется источник питания с отрицательным напряжением. Положи­тельное напряжение смещения между затвором и истоком V_GSсоздается обычным образом с помощью резистора R₃ в цепи истока.

В этом видео рассказывается о типах полевых транзисторов:

Добавить комментарий

4.30. Линейный переключатель на полевом транзисторе с p-n

Операционные усилители

Некоторые типичные схемы с операционными усилителями

В гл. 3 мы более или менее подробно рассмотрели линейные переключатели на полевых МОП — транзисторах. В качестве линейных переключателей можно также использовать полевые транзисторы с p-n — переходом. Однако в связи с тем что затвор не должен проводить ток, нужно проявлять особое внимание к сигналам, поступающим на него. Типичная схема показана на рис. 4.76. Для того, чтобы транзистор находился в режиме отсечки, потенциал затвора поддерживается на уровне ниже потенциала земли. Это значит, что если входной сигнал становится отрицательным, потенциал затвора должен быть меньше самого отрицательного значения входного сигнала по крайней мере на величину U_отс. Для того чтобы транзистор перешел в состояние проводимости, потенциал управляющего входа должен стать более положительным, чем самое большое положительное значение входного сигнала. При этом диод смещается в обратном направлении, а напряжение на затворе устремляется к значению напряжения истока через резистор 1 МОм.

Pиc. 4.76.

Эта схема, конечно, нескладна, и может быть поэтому в линейных преобразователях чаще используют полевые МОП — транзисторы. Однако если воспользоваться операционным усилителем, то можно сделать красивый линейный переключатель и на основе полевого транзистора с р-n — переходом. В этом случае на суммирующем переходе инвертирующего усилителя можно подключить исток транзистора мнимому потенциалу земли. Теперь для того, чтобы включить транзистор, достаточно сделать напряжение на затворе равным потенциалу земли. Еще одно преимущество такой схемы состоит в том, что она обеспечивает возможность полного устранения ошибок, обусловленных конечной величиной сопротивления R_вкл и его нелинейностью. На рис. 4.77 представлена эта схема.

Рис. 4.77. Переключатель на полевых транзисторах с р-n — переходом, использующий в своем составе ОУ,
с компенсацией R_вкл.

Следует особо отметить два свойства этой схемы: (а) Когда транзистор Т₁ находится в состоянии ВКЛ (затвор заземлен), схема представляет собой инвертор с идентичными импедансами во входной цепи и в цепи обратной связи. В результате устраняются все эффекты, связанные с конечным или нелинейным сопротивлением транзистора в состоянии ВКЛ, при условии, что полевые транзисторы согласованы по R_вкл. (б) Вследствие низкого значения напряжения отсечки транзисторов схема хорошо работает, если управляющий сигнал лежит в пределах от нуля до +5 В, что как раз соответствует уровням для стандартных цифровых логических схем (см. гл. 8 и 9). Если исток транзистора T₁ подключен к мнимой земле (суммирующий вход), то инвертирующая конфигурация упрощает работу схемы, так как в состоянии ВКЛ на исток T₁ не поступает никаких сигналов. Когда Т₁ находится в состоянии ВЫКЛ, диод Д₁ препятствует включению транзистора при положительных входных сигналах. Когда переключатель закрыт, влияние диода Д₁ никак не сказывается.

Существуют p- канальные полевые транзисторы с p-n — переходом с низкими напряжениями отсечки, удобной конфигурации и с приемлемой пеной. Например, в семейство IH5009 — IH5024 входят такие схемы, в которых в одном транзисторном корпусе размешаются четыре полевых транзистора плюс один полевой транзистор для устранения ошибок; для них R_вкл составляет 100 Ом, а цена не превышает двух долларов. Подключите еще ОУ и несколько резисторов и вы получите мультиплексор на 4 входа. Следует отметить, что подобный трюк с R_вкл можно оделать и в переключателе на полевых МОП — транзисторах.

Частотная коррекция усилителей с обратной связью

Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 3.

Кроме транзисторов и сборок Дарлингтона есть еще один хороший способ рулить мощной постоянной нагрузкой — полевые МОП транзисторы.
Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением.

МОП (по буржуйски MOSFET) расшифровывается как Метал-Оксид-Полупроводник из этого сокращения становится понятна структура этого транзистора.

Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком. Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана.

Достоинство такого транзистора, по сравнению с биполярным очевидно — на затвор надо подавать напряжение, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит требуемая мощность на управление этим транзистором будет мизерной, по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора.

Недостаток же вытекает из его емкостного свойства — наличие емкости на затворе требует большого зарядного тока при открытии. В теории, равного бесконечности на бесконечно малом промежутки времени. А если ток ограничить резистором, то конденсатор будет заряжаться медленно — от постоянной времени RC цепи никуда не денешься.

МОП Транзисторы бывают P и N канальные. Принцип у них один и тот же, разница лишь в полярности носителей тока в канале. Соответственно в разном направлении управляющего напряжения и включения в цепь. Очень часто транзисторы делают в виде комплиментарных пар. То есть есть две модели с совершенно одиннаковыми характеристиками, но одна из них N, а другая P канальные. Маркировка у них, как правило, отличается на одну цифру.

Нагрузка включается в цепь стока. Вообще, в теории, полевому транзистору совершенно без разницы что считать у него истоком, а что стоком — разницы между ними нет. Но на практике есть, дело в том, что для улучшения характеристик исток и сток делают разной величины и конструкции плюс ко всему, в мощных полевиках часто есть обратный диод (его еще называют паразитным, т.к. он образуется сам собой в силу особенности техпроцесса производства).

У меня самыми ходовыми МОП транзисторами являются IRF630 (n канальный) и IRF9630 (p канальный) в свое время я намутил их с полтора десятка каждого вида. Обладая не сильно габаритным корпусом TO-92 этот транзистор может лихо протащить через себя до 9А. Сопротивление в открытом состоянии у него всего 0.35 Ома.
Впрочем, это довольно старый транзистор, сейчас уже есть вещи и покруче, например IRF7314, способный протащить те же 9А, но при этом он умещается в корпус SO8 — размером с тетрадную клеточку.

Одной из проблем состыковки MOSFET транзистора и микроконтроллера (или цифровой схемы) является то, что для полноценного открытия до полного насыщения этому транзистору надо вкатить на затвор довольно больше напряжение. Обычно это около 10 вольт, а МК может выдать максимум 5.
Тут вариантов три:

• На более мелких транзисторах сорудить цепочку, подающую питалово с высоковольтной цепи на затвор, чтобы прокачать его высоким напряжением
  
• применить специальную микросхему драйвер, которая сама сформирует нужный управляющий сигнал и выровняет уровни между контроллером и транзистором. Типичные примеры драйверов это, например, IR2117.
  

  Надо только не забывать, что есть драйверы верхнего и нижнего плеча (или совмещенные, полумостовые). Выбор драйвера зависит от схемы включения нагрузки и комутирующего транзистора. Если обратишь внимание, то увидишь что с драйвером и в верхнем и нижнем плече используются N канальные транзисторы. Просто у них лучше характеристики чем у P канальных. Но тут возникает другая проблема. Для того, чтобы открыть N канальный транзистор в верхнем плече надо ему на затвор подать напряжение выше напряжения стока, а это, по сути дела, выше напряжения питания. Для этого в драйвере верхнего плеча используется накачка напряжения. Чем собственно и отличается драйвер нижнего плеча от драйвера верхнего плеча.

• Применить транзистор с малым отпирающим напряжением. Например из серии IRL630A или им подобные. У них открывающие напряжения привязаны к логическим уровням. У них правда есть один недостаток — их порой сложно достать. Если обычные мощные полевики уже не являются проблемой, то управляемые логическим уровнем бывают далеко не всегда.

Но вообще, правильней все же ставить драйвер, ведь кроме основных функций формирования управляющих сигналов он в качестве дополнительной фенечки обеспечивает и токовую защиту, защиту от пробоя, перенапряжения, оптимизирует скорость открытия на максимум, в общем, жрет свой ток не напрасно.

Выбор транзистора тоже не очень сложен, особенно если не заморачиваться на предельные режимы. В первую очередь тебя должно волновать значение тока стока — I _Drain или I_D выбираешь транзистор по максимальному току для твоей нагрузки, лучше с запасом процентов так на 10. Следующий важный для тебя параметр это V_GS — напряжение насыщения Исток-Затвор или, проще говоря, управляющее напряжение. Иногда его пишут, но чаще приходится выглядывать из графиков. Ищешь график выходной характеристики Зависимость I_D от V_DS при разных значениях V_GS. И прикидыываешь какой у тебя будет режим.

Вот, например, надо тебе запитать двигатель на 12 вольт, с током 8А. На драйвер пожмотился и имеешь только 5 вольтовый управляющий сигнал. Первое что пришло на ум после этой статьи — IRF630. По току подходит с запасом 9А против требуемых 8. Но глянем на выходную характеристику:

Видишь, на 5 вольтах на затворе и токе в 8А падение напряжения на транзисторе составит около 4.5В По закону Ома тогда выходит, что сопротивление этого транзистора в данный момент 4.5/8=0.56Ом. А теперь посчитаем потери мощности — твой движок жрет 5А. P=I*U или, если применить тот же закон Ома, P=I²R. При 8 амперах и 0.56Оме потери составят 35Вт. Больно дофига, не кажется? Вот и мне тоже кажется что слишком. Посмотрим тогда на IRL630.

При 8 амперах и 5 вольтах на Gate напряжение на транзисторе составит около 3 вольт. Что даст нам 0.37Ом и 23Вт потерь, что заметно меньше.

Если собираешься загнать на этот ключ ШИМ, то надо поинтересоваться временем открытия и закрытия транзистора, выбрать наибольшее и относительно времени посчитать предельную частоту на которую он способен. Зовется эта величина Switch Delay или t_on,t_off, в общем, как то так. Ну, а частота это 1/t. Также не лишней будет посмотреть на емкость затвора C_iss исходя из нее, а также ограничительного резистора в затворной цепи, можно рассчитать постоянную времени заряда затворной RC цепи и прикинуть быстродействие. Если постоянная времени будет больше чем период ШИМ, то транзистор будет не открыватся/закрываться, а повиснет в некотором промежуточном состоянии, так как напряжение на его затворе будет проинтегрировано этой RC цепью в постоянное напряжение.

При обращении с этими транзисторами учитывай тот факт, что статического электричества они боятся не просто сильно, а ОЧЕНЬ СИЛЬНО. Пробить затвор статическим зарядом более чем реально. Так что как купил, сразу же в фольгу и не доставай пока не будешь запаивать. Предварительно заземлись за батарею и надень шапочку из фольги :).

А в процессе проектирования схемы запомни еще одно простое правило — ни в коем случае нельзя оставлять висеть затвор полевика просто так — иначе он нажрет помех из воздуха и сам откроется. Поэтому обязательно надо поставить резистор килоом на 10 от Gate до GND для N канального или на +V для P канального, чтобы паразитный заряд стекал. Вот вроде бы все, в следующий раз накатаю про мостовые схемы для управления движков.

Введение в полевые транзисторы (JFET) | Переходные полевые транзисторы

Транзистор — это линейный полупроводниковый прибор, который регулирует ток с помощью электрического сигнала меньшей мощности. Транзисторы можно условно разделить на два основных подразделения: биполярные и полевые. В предыдущей главе мы изучали биполярные транзисторы, в которых небольшой ток используется для управления большим током. В этой главе мы познакомимся с общей концепцией полевого транзистора — устройства, использующего небольшое напряжение для управления током, — а затем сосредоточимся на одном конкретном типе: переходном полевом транзисторе.В следующей главе мы рассмотрим другой тип полевого транзистора — вариант с изолированным затвором.

Все полевые транзисторы являются униполярными, а не биполярными устройствами. То есть основной ток через них состоит либо из электронов через полупроводник N-типа, либо из дырок через полупроводник P-типа. Это становится более очевидным при просмотре физической схемы устройства:

N-канальный JFET

В соединительном полевом транзисторе или JFET управляемый ток проходит от истока к стоку или от стока к истоку, в зависимости от обстоятельств. Управляющее напряжение прикладывается между затвором и истоком. Обратите внимание, что ток не должен проходить через PN-переход на своем пути между истоком и стоком: путь (называемый каналом) представляет собой непрерывный блок из полупроводникового материала. На только что показанном изображении этот канал представляет собой полупроводник N-типа. Также выпускаются полевые транзисторы с каналом P-типа:

П-канальный JFET

Как правило, полевые транзисторы с N-каналом используются чаще, чем с P-каналом. Причины этого связаны с малоизвестными деталями теории полупроводников, которые я предпочел бы не обсуждать в этой главе.Как и в случае с биполярными транзисторами, я считаю, что лучший способ ввести использование полевых транзисторов — это избегать теории, когда это возможно, и вместо этого сосредоточиться на рабочих характеристиках. Единственное практическое различие между полевыми транзисторами с N- и P-каналом, о которых вам нужно позаботиться сейчас, — это смещение PN-перехода, образованного между материалом затвора и каналом.

При отсутствии напряжения между затвором и истоком канал представляет собой широко открытый путь для прохождения тока. Однако, если между затвором и истоком подается напряжение такой полярности, что оно смещает в обратном направлении PN-переход, поток между соединениями истока и стока становится ограниченным или регулируемым, как это было для биполярных транзисторов с заданной величиной базового тока.Максимальное напряжение затвор-исток «отсекает» весь ток, протекающий через исток и сток, тем самым вынуждая полевой транзистор перейти в режим отсечки. Такое поведение происходит из-за того, что область обеднения PN-перехода расширяется под действием напряжения обратного смещения, в конечном итоге занимая всю ширину канала, если напряжение достаточно велико. Это действие можно сравнить с уменьшением потока жидкости через гибкий шланг путем его сжатия: при достаточной силе шланг будет сужен настолько, чтобы полностью перекрыть поток.

Обратите внимание на то, что это рабочее поведение прямо противоположно биполярному переходному транзистору. Биполярные транзисторы обычно выключены: нет тока через базу, нет тока через коллектор или эмиттер. С другой стороны, полевые транзисторы являются нормально включенными устройствами: отсутствие напряжения, приложенного к затвору, обеспечивает максимальный ток через исток и сток. Также обратите внимание, что величина тока, допустимого через JFET, определяется сигналом напряжения, а не сигналом тока, как в случае с биполярными транзисторами.Фактически, при обратном смещении PN-перехода затвор-исток должен быть почти нулевой ток через соединение затвора. По этой причине мы классифицируем полевой транзистор JFET как устройство, управляемое напряжением, а биполярный транзистор как устройство, управляемое током.

Если PN-переход затвор-исток смещен в прямом направлении с небольшим напряжением, канал JFET будет «открываться» немного больше, чтобы пропустить большие токи. Однако PN-переход JFET не предназначен для обработки какого-либо значительного тока, поэтому не рекомендуется смещать переход в прямом направлении ни при каких обстоятельствах.

Это очень сжатый обзор работы JFET. В следующем разделе мы рассмотрим использование JFET в качестве переключающего устройства.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Полевые транзисторы

— обзор

8.17.3.3.1 Полевые транзисторы

До сих пор полевые транзисторы являются наиболее распространенными электронными устройствами. В настоящее время производится около 10 ¹⁹ полевых транзисторов в год, большинство из них (∼99%) на монокристаллических кремниевых пластинах в качестве строительных блоков интегральных схем для микропроцессоров, твердотельных запоминающих устройств или мобильных телефонов. ²⁴⁸ В результате непрерывного поперечного и вертикального масштабирования современные кремниевые полевые транзисторы представляют собой наноэлектронные устройства; однако миниатюризация обходится дорого. Поэтому альтернативные полупроводники, совместимые с платформами кремниевых технологий, но обеспечивающие более высокую подвижность носителей по сравнению с кремнием, представляют большой интерес, особенно когда они естественным образом вписываются в архитектуру полевых транзисторов нанометрового масштаба. Важной вехой в этом направлении стало изготовление Че и его сотрудников первого полевого транзистора на основе УНТ в 1998 году. ¹³ Поскольку УНТ характеризуются очень большой подвижностью и почти баллистическим переносом, они открывают большие перспективы для следующего поколения наноэлектроники. ²⁴⁸

Отсутствие подходящих методов синтеза, которые позволяют получать исключительно полупроводниковые УНТ, что стимулировало множество попыток либо отделить полупроводниковые УНТ от исходного материала, либо выборочно удалить металлические УНТ, является давней проблемой при производстве УНТ – полевых транзисторов. ^248,249 Подход к разделению в основном основан на нековалентной химической функционализации с помощью различных видов полимеров, способных селективно оборачивать полупроводниковые ОСНТ, в первую очередь ДНК и полифлуорены. ^250,251 Более того, самосортировочные полупроводниковые сети ОСНТ были успешно получены путем центрифугирования УНТ из раствора на должным образом функционализированных подложках Si / SiO ₂ . ²⁵² Принцип этого метода основан на селективном связывании полупроводниковых УНТ концевыми аминогруппами силанового слоя на кремнеземе. ²⁵³ Эффективные химические методы удаления металлических УНТ в ансамблях УНТ включают сочетание бензолдиазониевых солей ( Рисунок 27, ) ²⁵⁴ и травление метановой плазмой. ²⁵⁵ В последнем процессе металлические УНТ в пленке предпочтительно функционализируются, в то время как полупроводниковые УНТ с диаметром более 1,4 нм остаются в значительной степени нетронутыми. Соответственно, функционализированные металлические УНТ могут быть окончательно удалены посредством термического отжига. ²⁴⁸

Рис. 27. Схема изготовления полевого транзистора на основе образца, содержащего как металлические, так и полупроводниковые УНТ.

Адаптировано с разрешения Баласубраманяна, К.; Burghard, M. Small 2005 , 1 , 180. ²⁵

Предпочтительное разрушение металлических УНТ также осуществлялось путем селективного фотоокисления с использованием лазерного излучения подходящей длины волны. ²⁵⁶ Совсем недавно Чжан и его сотрудники ²⁵⁷ продемонстрировали, что облучение длинной дугой Xe-лампой в условиях окружающей среды также может способствовать более быстрому разрушению металлических поверх полупроводниковых УНТ. Замещающий легирование УНТ — еще один многообещающий подход.В качестве первого шага в этом направлении группа Сюя ²⁵⁸ из Стэнфордского университета недавно сообщила о синтезе ОСНТ, содегированных бором и азотом. В соответствии с теорией, предсказывая ширину запрещенной зоны порядка 0,5 эВ для 10% содержания каждого бора и азота, было обнаружено, что совместно легированные B / N ОСНТ (BCN-ОСНТ) полностью полупроводниковые и очень подходят в качестве полевых транзисторов. каналы. Полевые транзисторы, изготовленные из обогащенных полупроводниковых ансамблей ОСНТ, могут легко достигать больших отношений включения / выключения, превышающих 10 ⁵ , что достаточно для множества практических приложений. ^248,250,252

Значительное улучшение было также достигнуто в разработке полевых транзисторов, включающих высокоупорядоченные массивы SWNT, полученные путем выращивания методом химического осаждения из паровой фазы на кварцевых подложках . ²⁴⁸ После переноса массивов на полимерную подложку и избирательного электрического пробоя металлических УНТ, устройства демонстрируют очень хорошие характеристики, включая подвижность носителей 1000 см ² В ⁻¹ с ⁻¹ , в масштабе крутизна до 3000 См · м ⁻¹ , токовые выходы до 1 А. ²⁵⁹ Совсем недавно Форзани и его сотрудники ²⁶⁰ сообщили о методе функционализации ОСНТ в устройстве на полевых транзисторах для селективного обнаружения ионов тяжелых металлов в 2006 году. В их методе полимеры с пептидными функциональными группами были электрохимически осаждены на ОСНТ и селективное обнаружение ионов металлов проводили с использованием соответствующих пептидных последовательностей. Механизм передачи сигнала функционализированными пептидами SWNT FET также был изучен. Было замечено, что при воздействии ионов Ni ²⁺ наблюдался очевидный сдвиг в сторону отрицательного направления потенциала затвора, что, вероятно, связано с ослаблением взаимодействий между олигопептидами и ОСНТ. ²

Что такое полевой транзистор? — Блог Fusion 360

Полевой транзистор (FET) — это трехконтактный активный полупроводниковый прибор, в котором выходной ток регулируется электрическим полем, создаваемым входным напряжением. Полевые транзисторы также известны как униполярные транзисторы, потому что, в отличие от биполярных транзисторов, полевые транзисторы имеют только электроны или дырки, работающие в качестве носителей заряда. Полевой транзистор использует напряжение, приложенное к его входной клемме (называемой затвором), для управления током, протекающим от истока к стоку, что делает полевой транзистор устройством, управляемым напряжением.

Полевые транзисторы

широко используются в интегральных схемах (ИС) из-за их компактного размера и значительно более низкого энергопотребления. Кроме того, полевые транзисторы также используются в мощных коммутационных устройствах в качестве резисторов с переменным напряжением (VVR) в операционных усилителях (ОУ), регуляторов тембра и т. Д. Для работы микшера на FM- и ТВ-приемниках и в логических схемах. .

Психический обзор

Полевой транзистор имеет четыре терминала с именами «Источник», «Сток», «Затвор» и «Корпус».

1. Источник : Источник — это терминал, через который основные носители заряда вводятся в полевой транзистор.
2. Дренаж : Дренаж — это терминал, через который большинство носителей заряда выходят из полевого транзистора.
3. Затвор : вывод затвора формируется путем диффузии полупроводника N-типа с полупроводником P-типа. Это создает сильно легированную область PN-перехода, которая контролирует поток носителя от истока к стоку.
4. Корпус : это основа, на которой построен полевой транзистор.В дискретных приложениях он внутренне привязан к выводу источника, что позволяет полностью игнорировать его эффекты. Однако в интегральных схемах этот вывод обычно подключается к наиболее отрицательному источнику питания в цепи NMOS (наиболее положительному в схеме PMOS), поскольку он используется многими транзисторами. Тщательные соединения и конструкция имеют решающее значение для поддержания производительности полевого транзистора, когда задействовано соединение Body.

Канал : это область, в которой большинство несущих проходят от терминала истока к терминалу стока.

Классификация полевых транзисторов

Полевые транзисторы

подразделяются на полевые транзисторы (JFET) и полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET).

JFET (переходно-полевой транзистор)

Junction Field Effect Transistor (JFET) — самый ранний тип полевых транзисторов. Ток течет по активному каналу между истоками к клеммам стока. Напряжение, приложенное между затвором и истоком, управляет потоком электрического тока между истоком и стоком полевого транзистора.При приложении напряжения обратного смещения к выводу затвора канал деформируется, поэтому электрический ток полностью отключается. Вот почему полевые транзисторы JFET называют «нормально включенными» устройствами. Транзисторы JFET доступны как в N-канальном, так и в P-канальном исполнении.

N-канальный JFET

В N-канальном JFET канал легирован донорными примесями, что делает его полупроводником N-типа. Следовательно, ток через канал отрицателен в виде электронов.Отсюда и название N-канальный JFET. Две подложки P-типа, легированные с противоположных сторон от его средней части. Таким образом, два PN-перехода образованы этими сильно легированными областями P-типа и каналом N-типа между ними. Вывод затвора (G) подключается внутри к обоим клеммам P-типа, а выводы стока (D) и истока (S) подключаются к любому концу канала N-типа.

Как это работает?

Когда на вывод затвора не подается напряжение, канал становится широко открытым путем для прохождения электронов.Следовательно, максимальный ток течет от истока к выводу стока. Величина протекающего тока определяется разностью потенциалов между выводами истока и стока и внутренним сопротивлением канала.

Но происходит обратное, когда на вывод затвора подается отрицательное напряжение по сравнению с выводом истока, что приводит к обратному смещению P-N перехода. В канале создается область истощения, которая сужает канал, увеличивая сопротивление канала между истоком и стоком, и ток становится меньше.

P-канальный JFET

Аналогичным образом, в JFET с P-каналом канал легирован акцепторными примесями, что делает его полупроводником P-типа. Следовательно, ток через канал имеет положительную форму в виде отверстий. Отсюда и название P-channel JFET. Противоположная сторона канала сильно легирована подложками N-типа. Как и в N-канальном JFET, вывод затвора формируется путем соединения областей N-типа с обеих сторон. Клеммы истока и стока взяты с двух других сторон канала.

Принцип работы также аналогичен N-канальному JFET. Единственное отличие состоит в том, что для его выключения необходимо обеспечить положительное напряжение затвора к источнику. Однако N-канальный JFET имеет более высокую проводимость по току из-за более низкого сопротивления канала, чем их эквивалентные типы P-каналов, поскольку электроны имеют более высокую подвижность через проводник по сравнению с дырками. Это делает N-канальный JFET более эффективным, чем их аналоги с P-каналом.

Характеристики

Здесь JFET смещен через источник постоянного тока, который будет управлять VGS JFET.Мы можем контролировать приложенное напряжение на клеммах стока и источника, изменяя VGS. Оттуда мы можем построить кривую ВАХ полевого транзистора.

Выходные характеристики полевого транзистора показаны между током стока (ID) и напряжением сток-исток (VDS) при постоянном напряжении затвор-исток (VGS), как показано на следующем рисунке.

• Область отсечки — это область, где JFET выключен, что означает отсутствие тока стока, ID течет от стока к истоку.
• Омическая область — В этой области JFET начинает показывать некоторое сопротивление току стока, ID, который начинает течь от стока к истоку. Ток, протекающий через полевой транзистор, линейно пропорционален приложенному напряжению.
• Область насыщения — Когда напряжение сток-исток достигает такого значения, что ток, протекающий через устройство, является постоянным с напряжением сток-исток и изменяется только с напряжением затвор-исток, устройство считается находящимся в состоянии насыщения. область.
• Область пробоя — Когда напряжение сток-исток, VDS превышает максимальное пороговое значение, что вызывает пробой области истощения, JFET теряет способность сопротивляться току, и ток стока неограниченно увеличивается.

МОП-транзистор (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник)

Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы, также известные как полевые МОП-транзисторы, имеют большее значение и являются наиболее полезным типом среди всех транзисторов.МОП-транзистор имеет четыре вывода: сток, исток, затвор и корпус или подложку. MOSFET также является транзистором, управляемым напряжением, но основное различие между JFET и MOSFET заключается в том, что он имеет металлооксидный электрод затвора, который электрически изолирован от основного токоведущего канала между стоком и истоком очень тонким слоем. из изоляционного материала, обычно диоксида кремния, широко известного как стекло.

Трек образован с использованием двух сильно легированных зон N-типа, рассеянных в слаболегированной подложке P-типа.Эти две области N-типа известны как сток и исток, а область P-типа называется подложкой. Изоляция управляющего затвора делает входное сопротивление полевого МОП-транзистора чрезвычайно высоким по шкале мегаомов (МОм), тем самым делая его почти бесконечным. Таким образом, ток не может течь в ворота.

Как это работает?

Основной принцип устройства MOSFET заключается в том, чтобы иметь возможность управлять напряжением и током между выводами истока и стока с помощью напряжения, приложенного к выводу затвора.Поверхность полупроводника в нижнем оксидном слое, который расположен между выводами истока и стока, может быть инвертирован из p-типа в n-тип путем приложения либо положительного, либо отрицательного напряжения затвора, соответственно. Когда мы прикладываем силу отталкивания к положительному напряжению затвора, то дыры, находящиеся под оксидным слоем, толкаются вниз вместе с подложкой. Область обеднения населена связанными отрицательными зарядами, которые связаны с атомами акцептора. Когда достигаются электроны, развивается канал.Положительное напряжение также притягивает электроны из n + областей истока и стока в канал. Теперь, если между стоком и истоком приложено напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение затвора управляет электронами в канале. Если вместо положительного напряжения приложить отрицательное напряжение, под слоем оксида образуется дыра.

Типы полевых МОП-транзисторов

Широко используются два полевых МОП-транзистора:

1.Истощение MOSFET:

МОП-транзистор в режиме истощения аналогичен разомкнутому переключателю. В этом режиме для выключения устройства применяется напряжение затвора в источник (VGS). Когда напряжение затвора отрицательное, в канале накапливаются положительные заряды. Это вызывает область истощения в канале и предотвращает протекание тока. Таким образом, поскольку на протекание тока влияет формирование обедненной области, он называется обедненным MOSFET.

2.Расширение MOSFET:

МОП-транзистор расширенного режима аналогичен замкнутому переключателю. В этом режиме для включения устройства применяется напряжение затвор-исток (VGS). Когда отрицательное напряжение подается на вывод затвора полевого МОП-транзистора, отверстия, несущие положительный заряд, накапливаются рядом с оксидным слоем, образуя канал от истока к выводу стока. По мере того, как напряжение становится более отрицательным, ширина канала увеличивается и ток увеличивается; поэтому он называется улучшенным MOSFET.

Кроме того, типы истощения и расширения классифицируются на типы N-канал и P-канал .

1.N-канальный полевой МОП-транзистор :

N-канальный полевой МОП-транзистор имеет канал N-типа между истоком и стоком. Здесь выводы истока и затвора сильно легированы полупроводником N-типа, а подложка легирована полупроводниковым материалом P-типа. Следовательно, ток между истоком и стоком происходит из-за электронов.А протекание тока регулируется напряжением на затворе.

2.P-канальный полевой МОП-транзистор:

Аналогично, P-канальный MOSFET имеет канал P-типа между истоком и стоком. Здесь выводы истока и затвора сильно легированы полупроводником P-типа, а подложка легирована полупроводниковым материалом N-типа. Следовательно, ток между истоком и стоком происходит из-за дыр. А протекание тока регулируется напряжением на затворе.

Характеристики

В целом, полевой МОП-транзистор работает в основном в трех регионах, а именно:

1. Область отсечки:
   В области отсечки полевой МОП-транзистор остается выключенным, поскольку в этой области нет тока. Здесь MOSFET ведет себя как разомкнутый переключатель и, таким образом, используется, когда они должны функционировать как электронные переключатели.
2. Омическая область:
   В омической или линейной области ток сток-исток увеличивается с увеличением напряжения между стоком и истоком. Когда в этой области работают полевые МОП-транзисторы, их можно использовать в качестве усилителей.
3. Область насыщения:
   В этой области значение тока от стока к истоку остается постоянным без учета увеличения напряжения между стоком и истоком.Это происходит только один раз, когда напряжение на стоке к выводу истока увеличивается больше, чем напряжение отсечки. В этом случае устройство будет работать как замкнутый переключатель. Поэтому эта рабочая область используется всякий раз, когда требуются полевые МОП-транзисторы для выполнения операций переключения.

Приложения

MOSFET в качестве переключателя

Полевые МОП-транзисторы

используются во многих различных приложениях. Они широко известны своими коммутационными характеристиками. Как мы видели ранее, N-канальный MOSFET в режиме улучшения имеет очень высокое входное сопротивление и работает от положительного входного напряжения.Это позволяет нам переключать нагрузки с высоким током или высоким напряжением, используя сигнал относительно низкого логического уровня. В следующем примере мы будем использовать N-канальный МОП-транзистор в режиме улучшения для включения и выключения простой лампы.

Как видите, в этой схеме мы хотим переключить лампу на 12 В с помощью логического сигнала 5 В. Мы подключили положительную клемму лампы к источнику питания 12 В, а другой конец — к клемме стока полевого МОП-транзистора. Клемма источника подключена к GND. Сопротивление затвора к истоку (RGS) используется для предотвращения любого внешнего шума на выводе затвора.

Когда напряжение не подается, лампа остается в выключенном состоянии. Если мы подадим положительное входное напряжение (VGS) на вывод затвора полевого МОП-транзистора, лампа включится и останется включенной до тех пор, пока мы не удалим входной сигнал или не подадим отрицательное входное напряжение. Затем лампа погаснет.

Усилитель MOSFET

MOSFET или eMOSFET в режиме расширения требует минимального напряжения затвор-исток, называемого пороговым напряжением (VTH), которое должно быть приложено к затвору, чтобы он начал протекать ток от стока к истоку (VDS).По мере увеличения прямого смещения затвора ток сток-исток (IDS) также будет увеличиваться, что делает eMOSFET идеальным для использования в схемах усилителя MOSFET.

Эта простая конфигурация усилителя MOSFET в режиме расширения с общим истоком использует одиночный источник питания на выводе стока для генерации необходимого напряжения затвора (VG) с использованием резистивного делителя на резисторах R1 и R2. Сеть резисторов создает необходимую схему смещения для работы в области насыщения. Нам также понадобятся резисторы стока и истока и емкости связи.Значения R1 и R2 обычно большие, чтобы увеличить входное сопротивление усилителя и уменьшить омические потери мощности. Конденсаторы связи C1 и C2 изолируют напряжение смещения постоянного тока от сигнала переменного тока, который необходимо усилить. На изображении выше на затвор полевого МОП-транзистора подается слабый сигнал переменного тока (VGS), что приводит к колебаниям тока стока, синхронному с приложенным входным переменным током.

Драйвер мотора H-моста

Н-мост — это конфигурация схемы, обычно используемая для управления скоростью и направлением щеточного двигателя постоянного тока.Как мы видели ранее, используя полевой МОП-транзистор, мы можем легко контролировать скорость двигателя. Но это работает только в одном направлении. Чтобы сделать его двунаправленным, нам нужно подключить 4 полевых МОП-транзистора таким образом, чтобы он мог одновременно переключать как верхнюю, так и низкую стороны.

При активации одной пары (диагонально противоположных) полевых МОП-транзисторов двигатель видит, что ток течет в одном направлении, а когда активируется другая пара, ток через двигатель меняет направление. Срабатывание как нижнего, так и верхнего полевых МОП-транзисторов (но никогда вместе) прерывает ток и останавливает двигатель.

Затворы полевого МОП-транзистора с N-каналом обычно подтягиваются понижающим резистором, а затворы полевого МОП-транзистора с Р-каналом подаются высоко. Это приводит к тому, что полевые МОП-транзисторы с каналом P и N отключаются; следовательно, ток не может течь. Когда сигнал ШИМ подается на затворы полевого МОП-транзистора, полевые МОП-транзисторы с каналом N и Р попеременно включаются и выключаются, контролируя мощность.

_____

Технология полевых транзисторов может использоваться в различных областях электроники, где биполярные транзисторы не подходят.Полевой транзистор имеет очень высокое входное сопротивление и является устройством, управляемым напряжением; возможно, они являются наиболее широко используемым активным устройством. Поскольку они используются в КМОП и других технологиях интегральных схем, где потребляемая мощность является решающим фактором, полевые МОП-транзисторы обеспечивают работу с очень низким энергопотреблением. МОП-транзистор также можно использовать в качестве переключателя для управления большими нагрузками, такими как лампы или двигатели большой мощности. ШИМ-сигналы от внешнего источника, такого как микроконтроллер, используются для управления проводимостью транзистора. Соответственно, полевой МОП-транзистор включается или выключается, таким образом поддерживая яркость лампы или скорость двигателя.

Вы уже знакомы с электронными возможностями Fusion 360? Fusion 360 предлагает доступ к комплексным средствам проектирования электроники и печатных плат на единой платформе разработки продуктов в облаке. Попробуйте сами сегодня.

Структура и принцип работы полевых транзисторов

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

Каталог

I Структура и принцип работы

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

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

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

1. Соединительный полевой транзистор

(1) Структура

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

Рис. 1. Структура переходного полевого транзистора

(2) Принцип работы

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

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

(3) Характеристическая кривая переходного полевого транзистора

Имеются две характеристические кривые переходного полевого транзистора,

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

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

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

Рисунок 2.Характеристическая кривая полевого транзистора с N-канальным переходом

2. Металлооксидно-полупроводниковый полевой транзистор

Металлооксидно-полупроводниковые полевые транзисторы делятся на:

Тип обеднения & rarr; Канал N, канал P

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

(1) Структура N-канального FET типа истощения

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

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

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

(a) Структурная диаграмма (b) Кривая передаточной характеристики

Рисунок 3. Структура и кривая передаточной характеристики в режиме обеднения N-канала

(2) Тип расширения N-канала Полевой транзистор

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

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

ВГС (th) — напряжение открытия или напряжение клапана;

Рисунок 4.N-канальный тип расширения FET

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

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

3. Вольт-амперная характеристика полевого транзистора

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

Рисунок 5.Кривая вольт-амперной характеристики полевых транзисторов

4. Сравнение различных характеристик полевых транзисторов

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

Рисунок 6. Сравнение различных характеристик полевых транзисторов

II Параметры полевого транзистора

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

(1) Напряжение отсечки (UP)

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

(2) Напряжение включения (UT)

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

(3) Ток утечки насыщения (DSS)

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

(4) Низкочастотная крутизна (gm)

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

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

(5) Напряжение пробоя истока стока (BUDS)

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

(6) Максимальный ток сток-исток (DSM)

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

(7) Максимальная рассеиваемая мощность (PDSM)

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

III Полевой транзистор Метод тестирования

1. Идентификация выводов JFET

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

2. Оценка затвора

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

Рис. 7. Тестовый полевой транзистор с мультиметром

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

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

3. Оценка усиления

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

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

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

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

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

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

IV Меры предосторожности

1. Для безопасного использования полевого транзистора в схемотехнике ограничивают параметры , такие как рассеиваемая мощность, максимальное напряжение сток-исток, максимальное расстояние между затвором и истоком. напряжение и максимальный ток не должны быть превышены.

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

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

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

4. Во избежание индукционного пробоя затвора полевого транзистора все испытательные инструменты, рабочие столы, электрические утюги и сама цепь должны быть хорошо заземлены, что означает:

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

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

(3) Когда вы извлекаете транзистор из стойки для компонентов, человеческое тело должно быть заземлено соответствующим образом, как при использовании заземляющего кольца.

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

Рисунок 8. Газонагревательная пайка

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

5. При установке полевого транзистора положение установки должно находиться на расстоянии от , насколько это возможно, от нагревательного элемента . А чтобы не допустить вибрации транзистора, необходимо закрепить корпус транзистора. Кроме того, когда мы сгибаем штифт штифта, он должен быть на 5 мм выше основания, чтобы не повредить штифт и не вызвать утечку воздуха.

6. При использовании транзистора VMOS необходимо добавить соответствующий радиатор. Взяв VNF306 в качестве примера, максимальная мощность может достигать 30 Вт только после того, как транзистор оснащен 140-кратным радиатором диаметром 140 и 4 мм.

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

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

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

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

Рис. 9. Тестер полевого МОП-транзистора

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

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

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

V Полевой эффект Transisto r VS. Транзистор

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рекомендуется Артикул:

Введение в TFT-дисплеи

Обзор биполярных транзисторов

Какие методы тестирования и типы транзисторов?

Схемы полевых транзисторов, май 1967 г. Electronics World

Май 1967 Мир электроники Таблица содержания Воск, ностальгирующий по истории ранней электроники и извлеченный из нее. См. Статьи с Electronics World , опубликовано в мае 1959 г. — Декабрь 1971 г. Все авторские права подтверждаются.

Если вы только вводите
области электроники, концепции, представленные в этой статье полувековой давности для
Основные полевые транзисторы по-прежнему актуальны. Значительные улучшения есть
сделано с тех пор, но основы остаются в силе. Один из самых полезных предметов в
Эта статья представляет собой Таблицу 1, в которой сравниваются и противопоставляются вакуумные лампы, биполярный переход
транзисторы и полевые транзисторы.Рассматриваемые темы включают общие свойства
полевых транзисторов, повторителей истока (а-ля эмиттерных повторителей в биполярных транзисторах), усилителей с общим истоком
(как усилители с общим эмиттером в биполярных транзисторах), генератор Миллера, комбинации
Полевые транзисторы и биполярные транзисторы, а также стробируемый амплитудный модулятор.

Схемы на полевых транзисторах

Джозеф Х. Вуджек-младший и Макс Э. Макги

Группа из шести простых и недорогих схем, которые иллюстрируют многие принципы.
работы полевого транзистора.

Рис. 1 — Табличное сравнение ламп, транзисторов и полевых транзисторов.

Рис. 2 — Схема «исток-повторитель» с АЧХ.

Рис. 3 — Схема усилителя на полевом транзисторе с общим истоком и характеристика.

Рис. 4 — Схема генератора Миллера.

Рис. 5 — Пара полевой транзистор / транзистор имеет усиление и высокое входное сопротивление.

Рис. 6 — Схема расширителя импульсов с полевым транзистором и транзисторами.

Одним из важнейших новых полупроводниковых устройств является полевой транзистор.
(FET). В этой статье описываются шесть недорогих схем, которые могут быть построены для демонстрации
важные свойства полевых транзисторов. Используются полевые транзисторы с р-каналом U-110 и / или U-112.
в обсуждаемых схемах и относительно невысокая цена. Siliconix предложила
U-110 и U-112 вместе в пакете по 2 доллара.75. У-110 можно оставить в одиночестве для
1 доллар США по этому предложению. Полевые транзисторы промышленного типа, U-146 и U-147, немного
выше в цене. В качестве биполярных транзисторов используются эпоксидные устройства General Electric.
которые продаются по цене от 0,50 до 1 доллара за штуку.

Общие свойства полевого транзистора

Для удобства сходства
среди электронных ламп, транзисторов и полевых транзисторов показаны на рис. 1. Мы должны признать
внутренние различия, которые существуют между электронными лампами, транзисторами и полевыми транзисторами
и таблица служит только для помощи в указании полярностей смещения.

Полевой транзистор напоминает вакуумную лампу тем, что сопротивление, направленное внутрь затвора.
очень высока и может составлять порядка сотен МОм. Кроме того, полевой транзистор — это
устройство с низким уровнем шума, лучше, чем биполярные транзисторы, и конкурирует с электронными лампами.
С другой стороны, полевые транзисторы похожи на транзисторы по токам утечки, которые протекают
между их электродами, когда устройство отключено.

Последователь Источника

Схема истокового повторителя аналогична катодному повторителю на электронных лампах.
или транзисторный эмиттер-повторитель.Мы можем ожидать аналогичного поведения от этих схем.
так оно и есть. Таким образом, у нас высокий входной импеданс, относительно низкий выходной импеданс,
и коэффициент усиления по напряжению, который можно сделать очень близким к единице.

На рис.2 показана простая схема истокового повторителя и характеристики полосы пропускания.
получается с двумя разными полевыми транзисторами. Резистор 2 МОм устанавливает затвор.
смещения и аналогичен резистору утечки сетки, используемому в ламповой работе. Однако этот резистор
должен быть достаточно мал, чтобы увеличился ток утечки между затвором и
источник не изменит кардинально предвзятость.Для У-110 и У-112 утечка
между затвором и источником при комнатной температуре составляет порядка 5 наноампер (5 x 10 ^-9
amp), поэтому резистор на 1 или 2 МОм будет достаточным.

При повышенных температурах увеличение тока утечки приведет к тому, что
резистор меньшего размера должен использоваться, чтобы уменьшить изменения смещения с током утечки. Это
можно смещать полевые транзисторы так, чтобы получился очень небольшой температурный дрейф.

Усилитель с общим истоком

Схема с общим истоком аналогична транзистору с общим эмиттером и общим катодом.
ламповые схемы.Опять же, свойства этой схемы аналогичны транзистору.
и ламповые аналоги. Входное и выходное сопротивление имеют промежуточное значение и
может быть реализовано усиление по напряжению больше единицы.

На рис. 3 показаны схема с общим источником и диаграмма полосы пропускания, полученная с использованием
либо полевой транзистор U-110, либо U-112.

Осциллятор Миллера

Очень высокий входной импеданс полевого транзистора позволяет нам построить простую схему Миллера.
осциллятор рис.4. Высокое сопротивление схемы затвора приводит к небольшой нагрузке.
кристалла. Комбинация LC в контуре стока настроена так, чтобы слегка резонировать
ниже параллельного резонанса кристалла. Для рассматриваемого типа устройств
В этой статье верхний предел рабочей частоты составляет всего несколько мегагерц.
Для кристаллов, отличных от показанного блока 512 кГц, необходимо изменить комбинацию LC.
соответственно.

Выход генератора не выдержит большой нагрузки, но источник-повторитель
Схема может использоваться в качестве драйвера для обеспечения низкого выходного сопротивления без нагрузки
ступень генератора чрезмерно.Учитывая различия в типах полевых транзисторов и деталях компоновки,
также может потребоваться некоторая модификация сети LC. Для тестируемой схемы
«чистые» колебания наблюдались для четырех типов полевых транзисторов, указанных на рисунке.
без перенастройки схемы и при напряжении питания от 6 до 22 вольт.

Пара полевых транзисторов / транзисторов

Схема, которая работает как усовершенствованный повторитель-исток или повторитель-эмиттер.
показан на рис.5. Полевой транзистор снова обеспечивает очень высокое входное сопротивление, в то время как
транзисторный выход обеспечивает низкий выходной импеданс. В отличие от последователя-источника или ведомого-эмиттера,
эта схема может быть построена так, чтобы коэффициент усиления по напряжению был больше единицы. Это выполнено
резистором в цепи обратной связи, как показано на рис. 5A (внизу справа).

На рис. 5В приведены характеристики полосы пропускания при использовании с коэффициентом усиления по напряжению, равным единице.
и с усилением по напряжению больше единицы. Полоса пропускания зависит от импеданса.
источника движения.При возбуждении испытательным генератором на 600 Ом верхние 3 дБ
точка составляет 2 МГц. Полоса пропускания уменьшается с увеличением импеданса источника возбуждения. В
на низких частотах входное сопротивление усилителя составляет около 100 МОм, а выходное сопротивление
сопротивление менее 2000 Ом.

На рис. 6 показан стретчер, который измеряет пиковую амплитуду импульса и удерживает
этот уровень напряжения на время, намного превышающее ширину импульса. Диаграмма
включает кнопку для подачи импульса, но, конечно, импульс может быть связан
из подходящего внешнего источника.

Транзисторы Q1 и Q3 обеспечивают преобразование импеданса и изолируют полевой транзистор от
как источник, так и нагрузка. При появлении входного импульса конденсатор заряжается
через Q1 и диод. По окончании входного импульса Q1 отключается, и
диод с обратным смещением. Входное сопротивление Q2 очень велико, так что заряд
утекает из конденсатора в основном из-за тока утечки через диод и конденсатор.
Затем полевой транзистор (Q2) представляет постоянный ток. уровень до Q3, который действует как драйвер вывода.На рис. 6 также показана длительность выходного сигнала, полученного с помощью четырех различных полевых транзисторов.
(Обратите внимание, что полевой транзистор подключен в обратном направлении, чтобы сделать сток отрицательным.)

Постоянная времени может быть увеличена за счет использования полевого транзистора с очень низкой утечкой затвора.
и выбрав диод и конденсатор с очень низкой утечкой. Используя эти больше
дорогие компоненты, схемы стретчера на полевых транзисторах с длительностью выходных импульсов до
Построено 30 часов. Схема может использоваться как детектор пиковой амплитуды или
для получения необходимой выдержки времени.Сброс осуществляется либо путем разрешения выхода
на распад или замыканием конденсатора на массу.

Полевой транзистор также можно использовать в качестве линейного затвора или электронного переключателя, как показано на рис.
7. Сопротивление между истоком и стоком при «замкнутом» переключателе приблизительно равно
1 / г _м . Когда переключатель находится в «разомкнутом» положении, только небольшой ток утечки протекает между
исток и сток. Этот тип схемы также может использоваться как амплитудный модулятор.

Рис.7 — Схема линейного стробирования или амплитудного модулятора.

Мы представили шесть простых и недорогих схем, которые иллюстрируют многие принципы
работы полевого транзистора. Эти схемы предназначены для понимания
устройств и стимулировать размышления о других приложениях.

Авторы выражают признательность г-ну Чарльзу Макдональду за сотрудничество.
из Siliconix, Inc. и г-на Эл Кенрика из General Electric Company.

Опубликовано 22 июля 2019 г. (оригинал 3/1/2012)

подробное руководство по полевым транзисторам.

Я подробно расскажу вам о полевом транзисторе (полевом транзисторе) и расскажу обо всем, что связано с полевым транзистором, включая определение, символ, работу, характеристики, типы и приложения полевого транзистора.

Приступим.

Определение:

Полевой транзистор (полевой транзистор) представляет собой электронное устройство с тремя выводами, используемое для управления потоком тока с помощью напряжения, приложенного к его выводу затвора. Три клеммы в этом устройстве называются сток, исток и затвор.

• Источник: Это терминал, через который носители заряда попадают в канал.
• Сток: Это терминал, через который носители заряда покидают канал.
• Gate: Этот терминал контролирует проводимость между терминалами истока и стока.

Полевые транзисторы также известны как униполярные транзисторы, в отличие от биполярных транзисторов BJT. В полевых транзисторах для процесса проводимости используются дырки или электроны.Но в процессе проводимости одновременно не участвуют оба носителя заряда. Полевые транзисторы обычно имеют высокое входное сопротивление на низких частотах и ​​отображают мгновенную работу, высокую производительность, надежны и дешевы и используются во многих электрических цепях. Низкое энергопотребление и низкое рассеивание мощности делают это устройство идеальным для использования в интегральных схемах.

Символ:

На следующем рисунке показано обозначение полевых МОП-транзисторов и полевых транзисторов JFET, которые являются двумя основными типами полевых транзисторов.

Рабочий:

Полевой транзистор — это электронное устройство, которое содержит носители заряда, электроны или дырки, которые текут от истока к выводам стока через активный канал. Процесс проводимости контролируется подачей входного напряжения на вывод затвора.

Токоведущий путь, который существует между выводами истока и стока, известен как «канал», который может состоять из полупроводникового материала N-типа или P-типа.

Работу N-канального JFET можно описать следующим образом, взяв два разных случая:

Корпус 1:

В случае 1 напряжение на выводе затвора равно нулю, и напряжение Vds приложено между выводом стока и истока, как показано на рисунке ниже.

В этом случае два pn-перехода на сторонах стержня образуют область истощения. В результате электроны текут от истока к выводу стока через канал, который находится между обедненными слоями.Ширина канала и токопроводимость через стержень определяются размером обедненных слоев.

Корпус 2:

Ширина обедненного слоя увеличивается, когда обратное напряжение прикладывается к клеммам затвора и истока Vgs. Это приводит к уменьшению ширины проводящего канала и увеличению сопротивления стержня n-типа.

Следовательно, ток от истока к клеммам стока уменьшается. Однако, когда напряжение обратного смещения на выводе затвора уменьшается, это также уменьшит ширину обедненного слоя и, как результат, ширина проводящего канала увеличится.

Это работа N-Channel JFET, которая работает аналогично P-Channel JFET. Единственное отличие — носители заряда. В случае полевого транзистора с N-каналом носителями заряда являются электроны, а в случае полевого транзистора с P-каналом — дырки.

Характеристики:

На следующем рисунке показаны кривые характеристик полевых транзисторов JFET:

A: омическая область:

В омической области, когда Vgs = 0, JFET будет вести себя как резистор, управляемый напряжением, и несет очень маленький обедненный слой канала.

B: область отсечения:

Область отсечки также называется областью отсечки, где напряжения затвора Vgs достаточно, чтобы заставить полевой транзистор вести себя как разомкнутая цепь, поскольку сопротивление канала является максимальным.

C: Область насыщенности:

Область насыщения также называется активной областью, где проводимость устройства очень высока, что регулируется приложенным напряжением на выводах затвора и истока Vgs. В этом состоянии напряжение Vds сток-исток будет иметь небольшое влияние или не будет иметь никакого эффекта.

D: Область разбивки:

В этой области напряжение на выводах Vds истока и стока очень велико, что нарушает резистивный канал полевого транзистора и позволяет протекать неконтролируемому максимальному току.

Ток стока Id линейно увеличивается с напряжением на выводах истока и стока Vds. По мере увеличения Id омическое падение напряжения на участке канала и выводе истока будет изменять обратное смещение перехода, и в результате проводимость канала остается постоянной. Напряжение Vds в этом положении известно как напряжение отсечки.

Типы:

Полевые транзисторы делятся на два основных типа:

1: JFET

2: МОП-транзистор

1: JFET

JFET (Junction Field Effect Transistor) представляет собой трехконтактное электронное устройство и представляет собой тип полевого транзистора, который в основном используется для разработки усилителей и используется в качестве переключателей с электрическим управлением. JFET — это устройства, управляемые напряжением, поскольку им не требуется ток смещения для запуска транзистора.

JFET находится во включенном состоянии, когда между выводами истока и затвора нет напряжения. Однако, когда напряжение подается на клеммы истока и затвора, это устройство будет показывать сопротивление протеканию тока и допускает только ограниченное протекание тока между выводами истока и стока.

JFET делятся на два типа:

• N-Channel JFET, где проводимость осуществляется за счет движения электронов.
• P-Channel JFET, где проводимость осуществляется за счет движения отверстий.

N-канальные JEFT предпочтительнее, чем P-канальные JFET во многих электронных приложениях, потому что подвижность электронов лучше подвижности дырок.

2: МОП-транзистор

MOSFET (Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор) — это полупроводниковое устройство, которое в основном используется для усиления и переключения в электронных устройствах.

MOSFET — это устройство, управляемое напряжением, поскольку входное напряжение на выводе затвора контролирует проводимость между выводами истока и стока.

Полевые МОП-транзисторы

подразделяются на два основных типа:

• N-канальный полевой МОП-транзистор, в котором проводимость осуществляется за счет движения электронов. Этот транзистор очень эффективен, имеет низкое сопротивление и занимает меньшую площадь.
• МОП-транзистор с P-каналом, где проводимость осуществляется за счет движения отверстий. Этот транзистор менее эффективен, имеет высокое сопротивление и занимает большую площадь.

Заявки:

Полевые транзисторы используются в следующих приложениях.

• Аналоговый переключатель
• Ограничитель тока
• Каскодный усилитель
• Измельчитель
• Генераторы с фазовым сдвигом
• Мультиплексор
• Буферный усилитель

Надеюсь, эта статья оказалась для вас полезной. Если у вас есть вопросы, вы можете обратиться ко мне в разделе ниже. Я хотел бы помочь вам как можно лучше. Спасибо, что прочитали статью.

Полевой транзистор

Полевые транзисторы

Функция полевых транзисторов аналогична биполярным транзисторам (особенно того типа, который мы обсудим здесь), но есть несколько отличий.У них есть 3 клеммы, как показано ниже. Два основных типа полевых транзисторов — это полевые МОП-транзисторы с каналом «N» и «P». Здесь мы будем обсуждать только канал N. Фактически, в этом разделе мы будем обсуждать только наиболее часто используемый N-канальный MOSFET в режиме улучшения (полевой транзистор с металлическим оксидом и полупроводником). Его схематический символ находится ниже. Стрелки показывают, как НОЖКИ реального транзистора соответствуют условному обозначению.

Current Control:
Терминал управления называется воротами.Помните, что через базовый вывод биполярного транзистора проходит небольшой ток. Затвор на полевом транзисторе практически не пропускает ток, когда приводится в действие постоянным током.При управлении затвором с помощью высокочастотных импульсных сигналов постоянного или переменного тока может протекать небольшой ток. Напряжение «включения» транзистора (также известное как пороговое значение) варьируется от одного полевого транзистора к другому, но составляет примерно 3,3 вольта по отношению к источнику.

Когда полевые транзисторы используются в секции аудиовыхода усилителя, Vgs (напряжение от затвора до источника) редко превышает 3.5 вольт. Когда полевые транзисторы используются в импульсных источниках питания, Vgs обычно намного выше (от 10 до 15 вольт). Когда напряжение затвора превышает примерно 5 вольт, он становится более эффективным (что означает меньшее падение напряжения на полевом транзисторе и, следовательно, меньшее рассеивание мощности).

Обычно используются полевые МОП-транзисторы, потому что их легче использовать в сильноточных устройствах (например, в импульсных источниках питания в автомобильных аудиоусилителях). Если используется биполярный транзистор, часть тока коллектор / эмиттер должна протекать через переход базы.В ситуациях с большим током, когда имеется значительный ток коллектора / эмиттера, ток базы может быть значительным. Полевые транзисторы могут работать при очень небольшом токе (по сравнению с биполярными транзисторами). Единственный ток, который течет из схемы возбуждения, — это ток, протекающий из-за емкости. Как вы уже знаете, когда на конденсатор подается постоянный ток, происходит первоначальный скачок, после чего ток прекращается. Когда затвор полевого транзистора приводится в действие высокочастотным сигналом, схема управления по существу видит только конденсатор небольшой емкости.Для низких и промежуточных частот схема возбуждения должна обеспечивать небольшой ток. На очень высоких частотах или когда задействовано много полевых транзисторов, схема возбуждения должна обеспечивать больший ток.

Примечание:
Затвор полевого МОП-транзистора имеет некоторую емкость, что означает, что он будет удерживать заряд (сохранять напряжение). Если напряжение затвора не разряжено, полевой транзистор будет продолжать проводить ток. Это не означает, что вы можете заряжать его и ожидать, что полевой транзистор будет продолжать проводить бесконечно долго, но он будет продолжать проводить до тех пор, пока напряжение на затворе не станет ниже порогового напряжения.Вы можете убедиться, что он отключился, если вы подключите понижающий резистор между затвором и истоком.

Сильноточные клеммы:
«Управляемые» клеммы называются истоком и стоком. Это клеммы, отвечающие за пропускание тока через транзистор.

Пакеты транзисторов:
В полевых МОП-транзисторах используются те же «корпуса», что и в биполярных транзисторах. Наиболее распространенным в автомобильном стереоусилителе в настоящее время является корпус TO-220 (показан выше).

---

Транзистор в цепи:
На этой диаграмме показаны напряжения на резисторе и полевом транзисторе с 3 различными напряжениями затвора.Вы должны увидеть, что на резисторе нет напряжения, когда напряжение затвора составляет около 2,5 вольт. Это означает, что ток не течет, потому что транзистор не открыт. Когда транзистор частично включен, на обоих компонентах наблюдается падение напряжения (напряжения). Когда транзистор полностью открыт (напряжение затвора примерно 4,5 В), полное напряжение питания подается на резистор, и на транзисторе практически отсутствует падение напряжения. Это означает, что оба вывода (исток и сток) транзистора имеют по существу одинаковое напряжение.Когда транзистор полностью открыт, нижний вывод резистора эффективно заземлен.

Напряжение на затворе	Напряжение на резисторе	Напряжение на транзисторе
2,5 В	без напряжения	примерно 12 вольт
3,5 В	менее 12 вольт	менее 12 вольт
4,5 В	примерно 12 вольт	напряжения практически нет

---

В следующей демонстрации вы можете увидеть, что к лампе подключен полевой транзистор.Когда напряжение ниже примерно 3 вольт, лампа полностью выключена. Нет тока, протекающего через лампу или полевой транзистор. Когда вы нажимаете кнопку, вы можете видеть, что конденсатор начинает заряжаться (на это указывает восходящая желтая линия и точка пересечения кривой заряда конденсатора с белой линией, идущей слева направо. Когда полевой транзистор начинает включаться, напряжение на стоке начинает падать (обозначено падающей зеленой линией и точкой, где зеленая кривая пересекается с белой линией).Когда напряжение затвора приближается к пороговому напряжению (~ 3,5 В), напряжение на лампе начинает расти. Чем больше он увеличивается, тем ярче становится лампа. После того, как напряжение на затворе достигнет примерно 4 вольт, вы увидите, что лампочка полностью горит (на ее выводах есть полные 12 вольт). Напряжение на полевом транзисторе практически отсутствует. Вы должны заметить, что полевой транзистор полностью выключен при падении напряжения ниже 3 вольт и полностью включен после четырех вольт. Любое напряжение затвора ниже 3 вольт практически не влияет на полевой транзистор.Выше 4 вольт мало влияет.

---

Расчетные параметры

Напряжение затвора:
Как вы уже знаете, полевой транзистор управляется напряжением затвора. Для этого типа полевого МОП-транзистора максимальное безопасное напряжение на затворе составляет ± 20 вольт. Если на затвор (относительно источника) будет подано более 20 вольт, это приведет к разрушению транзистора. Транзистор будет поврежден, потому что напряжение будет проходить через изолятор, который отделяет затвор от части стока / истока полевого транзистора.

Сила тока:
Как и биполярные транзисторы, каждый полевой транзистор предназначен для безопасной передачи определенного количества тока.Если температура полевого транзистора выше 25 ° C (примерно 77 градусов по Фаренгейту), «безопасные» токонесущие способности транзистора будут уменьшены. Безопасная рабочая зона (S.O.A) продолжает уменьшаться при повышении температуры. Когда температура приближается к максимальной безопасной рабочей температуре, номинальный ток транзистора приближается к нулю.

Напряжение: полевые транзисторы
будут повреждены, если будет превышено указанное максимальное напряжение сток-исток. Информационный листок можно получить у производителя.Лист данных предоставит вам всю информацию, необходимую для его использования.