Сток исток затвор на схеме база эмиттер коллектор: Эта страница ещё не существует

Транзистор — принцип работы.Основные параметры.

Как устроен транзистор.

Вне зависимости от принципа работы,
полупроводниковый транзистор содержит в себе монокристалл из основного полупроводникового материала,
чаще всего это — кремний, германий, арсенид галлия.
В основной материал добавлены, легирующие добавки для формирования p-n перехода(переходов),
металлические выводы.

Кристалл помещается в металлический, пластиковый или керамический корпус, для защиты от
внешних воздействий.
Однако, существуют также и бескорпусные транзисторы.

Принцип работы биполярного транзистора.

Биполярный транзистор может быть либо p-n-p, либо n-p-n в зависимости от чередования слоев полупроводника
в кристалле. В любом случае выводы называются — база, коллектор и эмиттер.
Слой полупроводника, соответствующий базе заключен между слоями эмиттера и коллектора.
Он имеет принципиально очень малую ширину.
Носители заряда движутся от эмиттера через базу — к коллектору.
Условием возникновения тока между коллектором и эмиттером является наличие свободных носителей
в области базы. Эти носители проникают туда при возникновении тока эмиттер-база. причиной которого
может являться разность напряжения между этими электродами.

Т.е. — для нормальной работы биполярного транзистора в качестве усилителя сигнала
всегда необходимо присутствие напряжения некого минимального уровня, для смещения перехода эмиттер-база в
прямом направлении.
Прямое смещение перехода база-эмиттер приоткрывая транзистор, задает
так называемую — рабочую точку режима. Для гармоничного усиления сигнала по напряжению и току используют
режим — А. В этом режиме напряжение между коллектором
и нагрузкой, примерно равно половине питающего напряжения — т. е выходное сопротивление транзистора
и нагрузки примерно равны . Если подавать теперь на переход база — эмиттер
сигнал переменного тока, СОПРОТИВЛЕНИЕ эмиттер — коллектор будет изменяться, графически повторяя
форму входного сигнала. Соответственно, то же будет происходить и с током через эмиттер к коллектору
протекающим. Причем амплитуда тока будет большей, нежели амплитуда
входного сигнала — будет происходить усиление сигнала.

Если увеличивать напряжение смещения база — эмиттер дальше, это приведет к росту
тока в этой цепи, и как результат — еще большему росту тока эмиттер — коллектор.
В конце, концов ток перестает расти — транзистор переходит в полностью открытое
состояние(насыщения). Если затем убрать напряжение смещения — транзистор закроется,
ток эмиттер — коллектор уменьшится, почти исчезнет. Так транзистор может работать
в качестве электронного ключа. Этот режим наиболее эффективен в отношении
управления мощностями, при протекании тока через полностью открытый транзистор величина падения напряжения
минимальна. Соответственно малы потери тока и нагрев переходов транзистора.

Существует три вида подключения биполярного транзистора.
С общим эмиттером (ОЭ) — осуществляется усиление как по току, так и по напряжению — наиболее
часто применяемая схема.
Усилительные каскады построенные подобным образом, легче согласуются между собой,
так как значения их входного и выходного сопротивления относительно близки, если
сравнивать с двумя остальными видами включения (хотя иногда и отличаются в десятки раз).

С общим коллектором (ОК) осуществляется усиление только по току — применяется для согласования
источников сигнала с высоким внутренним сопротивлением(импендансом) и низкоомными сопротивлениями нагрузок.
Например, в выходных каскадах усилителей и контроллеров.

С общей базой (ОБ) осуществляется усиление только по напряжению. Имеет низкое входное и высокое
выходное сопротивление и более широкий частотный диапазон. Это позволяет использовать подобное включение для согласования
источников сигнала с низким внутренним сопротивлением(импендансом) с последующим каскадом
усиления. Например — в входных цепях радиоприемных устройств.

Принцип работы полевого транзистора.

Полевой транзистор, как и биполярный имеет три электрода.
Они носят названия — сток, исток и затвор.
Если на затворе отсутствует напряжение, а на сток подано положительное напряжение
относительно истока, то между истоком и стоком через канал течет максимальный
ток.

Т. е. — транзистор полностью открыт.
Для того, что бы его изменить, на затвор подают отрицательное напряжение, относительно истока.
Под действием электрического поля (отсюда и название транзистора) канал сужается,
его сопротивление растет, а ток через него уменьшается.
При определенном значении напряжения канал сужается до такой степени, что ток
практически исчезает — транзистор закрывается.

На рисунке изображено устройство полевого транзистора с изолированным затвором(МДП).

Если на затвор этого прибора не подано положительное напряжение, то канал между
истоком и стоком отсутствует и ток равен нулю.
Транзистор полностью закрыт.
Канал возникает при некотором минимальном напряжении на затворе(напряжение порога).
Затем сопротивление канала уменьшается, до полного открывания транзистора.

Полевые транзисторы, как с p-n переходом (канальные), так и МОП (МДП) имеют следующие схемы включения:
с общим истоком (ОИ) — аналог ОЭ биполярного транзистора;
с общим стоком (ОС) — аналог ОК биполярного транзистора;
с общим затвором (ОЗ) — аналог ОБ биполярного транзистора.

По рассеиваемой в виде тепла мощности различают:
маломощные транзисторы — до 100 мВт ;
транзисторы средней мощности — от 0,1 до 1 Вт;
мощные транзисторы — больше 1 Вт.

Важные параметры биполярных транзисторов.

1. Коэффициент передачи тока(коэффициент усиления) —
от 1 до 1000 при постоянном токе. С увеличением частоты постепенно снижается.
2. Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером(при разомкнутой базе)
У специальных высоковольтных транзисторов, достигает десятков тысяч вольт.
3.Предельная частота, до которой коэффициент передачи тока выше 1.
До 100000 гц. у низкочастотных транзисторов, свыше 100000 гц. — у высокочастотных.
4.Напряжение насыщения эмиттер-коллектор — величина падения напряжения между этими
электродами у полностью открытого транзистора.

Важные параметры полевых транзисторов.

Усилительные свойства полевого транзистора определяются отношением приращения тока стока к вызвавшему
его приращению напряжения затвор — исток, т. е.

ΔI_d /ΔU_GS

Это отношение принято называть крутизной прибора, а по сути дела оно является передаточной проводимостью и
измеряется в миллиамперах на вольт(мА /В).

Другие важнейшие параметры полевых транзисторов приведены ниже:
1. I_Dmax — максимальный ток стока.

2.U_DSmax — максимальное напряжение сток-исток.

3.U_GSmax — максимальное напряжение затвор-исток.

4.Р_Dmax — максимальна мощность, которая может выделяться на приборе.

5.t_on — типовое время нарастания тока стока при идеально прямоугольной форме входного
сигнала.

6.t_off — типовое время спада тока стока при идеально прямоугольной форме входного
сигнала.

7.R_DS(on)max — максимальное значение сопротивления исток — сток в включенном(открытом) состоянии.

На главную страницу

Использование каких — либо материалов этой страницы,
допускается при наличии ссылки на сайт «Электрика это просто».

Как работают транзисторы MOSFET | hardware

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

Для того, чтобы было проще понять работу полевого N-канального транзистора MOSFET, его стоит сравнить с широко распространенным биполярным кремниевым транзистором структуры NPN. Электроды у биполярного транзистора называются база, коллектор, эмиттер, а у полевого транзистора затвор, сток, исток.

База выполняет те же функции, что и затвор, коллектор соответствует стоку, а эмиттер соответствует истоку.

Давайте рассмотрим простейшую схему включения транзистора NPN:

Когда входной ключ разомкнут, то через эмиттерный переход транзистора T1 ток не течет, и канал коллектор-эмиттер имеет высокое сопротивление. Говорят, что транзистор закрыт, через его канал коллектор-эмиттер ток практически не течет. Когда замыкается входной ключ, то от батарейки B1 через резистор R1 и эмиттерный переход транзистора течет открывающий ток. Когда транзистор открыт, то его сопротивление канала коллектор-эмиттер уменьшается, и почти все напряжение батареи B2 оказывается приложенным к нагрузке R3. Т. е. когда во входной цепи течет ток (через R1), то в выходной цепи тоже течет ток (через R3), но в выходной цепи ток и напряжение (т. е. действующая мощность) в несколько раз больше. Здесь как раз и проявляются усиливающие свойства транзистора — маленькая мощность на входе позволяет управлять большой мощностью на выходе.

А так будет в этой схеме работать транзистор MOSFET:

На первый взгляд все то же самое — когда на входе есть управляющая мощность, она также появляется и на выходе (обычно усиленная во много раз). В этом смысле биполярный транзистор и MOSFET-транзистор очень похожи. Но есть два самых важных различия:

• Биполярный транзистор управляется током, а полевой транзистор напряжением.

Примечание: отсюда, кстати и пошло название полевого транзистора: его канал управляется не током, а электрическим полем затвор-исток.

Это означает, что входное сопротивление биполярного транзистора мало, а входное сопротивление MOSFET-транзистора очень велико. Обратите внимание на входной ток биполярного транзистора — 0.3 мА, этот ток в основном определяется сопротивлением резистора R1. Причина проста: на входе у биполярного транзистора имеется эмиттерный переход, который по сути обыкновенный диод, смещенный в прямом направлении. Если ток через этот диод есть, то транзистор открывается, если нет, то закрывается. Открытый диод имеет малое сопротивление, и максимальное падение напряжения на нем составляет около 0.7V. Поэтому практически все напряжение B1 (если быть точным, то 3.7 — 0.7 = 3V) оказывается приложенным к резистору R1. Этот резистор играет роль ограничителя входного тока биполярного транзистора.

У полевого транзистора MOSFET в этом отношении все по-другому. Входной ток определяется главным образом сопротивлением резистора R2, поэтому входной ток очень мал. Практически все входное напряжение оказывается приложенным к R2 и к переходу затвор — исток полевого транзистора. Причина проста: затвор и исток изолированы друг от друга слоем оксида кремния, по сути это конденсатор, поэтому ток через затвор практически не течет.

По этой причине на низких частотах, когда входная емкость не шунтирует источник сигнала, полевой транзистор имеет гораздо большее усиление по мощности в сравнении с биполярным транзистором. И действительно, в нашем примере входная мощность у биполярного транзистора составляет 0.3 мА * 3.7V = 1.11 мВт, а у полевого транзистора входная мощность составит всего лишь 0.00366 мА * 3.7V = 0.0135 мВт, т. е. в 82 раза меньше! Это соотношение могло бы быть еще больше не в пользу биполярного транзистора, если увеличить сопротивление резистора R2.

• Падение напряжения на выходном канале у полевого транзистора намного меньше, чем у биполярного.

Для данного примера падение напряжения коллектор-эмиттер биполярного транзистора составит примерно 0.3V, а у полевого 0.1V и даже меньше. Обычно выходное сопротивление у полевого транзистора намного меньше, чем у биполярного.

В исходном состоянии, когда на затворе относительно истока нулевое положительное напряжение, сопротивление канала определяется количеством неосновных носителей в полупроводнике, и очень велико. Когда к затвору прикладывается положительное напряжение относительно истока, то появляется проводящий ток канал сток-исток. Поэтому MOSFET иногда называют полевым транзистором с индуцированным каналом.

[Структура мощного транзистора MOSFET]

На рис. 1 показан срез структуры N-канального транзистора MOSFET компании Advanced Power Technology (APT). (Здесь рассматриваются MOSFET только N-структуры, как самые популярные.) Положительное напряжение, приложенное от вывода истока (source) к выводу затвора (gate), заставляет электроны притянуться ближе к выводу затвора в области подложки. Если напряжение исток-затвор равно или больше определенного порогового напряжения, достаточного для накапливания нужного количества электронов для достижения инверсии слоя n-типа, то сформируется проводящий канал через подложку (говорят, что канал MOSFET расширен). Электроны могут перетекать в любом направлении через канал между стоком и истоком. Положительный (или прямой) ток стока втекает в сток, в то время как электроны перемещаются от истока к стоку. Прямой ток стока будет заблокирован, как только канал будет выключен, и предоставленное напряжение сток-исток будет прикладываться в обратном направлении к p-n переходу подложка-сток. В N-канальных MOSFET только электроны формируют проводимость, здесь нет никаких не основных носителей заряда. Скорость переключения канала ограничена только длительностью перезаряда паразитных емкостей между электродами MOSFET. Поэтому переключение может быть очень быстрым, приводя к низким потерям при переключении. Этот фактор делает мощные MOSFET такими эффективными для работы на высокой частоте переключения.

Рис. 1. Срез рабочей структуры транзистора MOSFET.

R_DS(on). Основные составляющие, которые входят в сопротивление открытого канала R_DS(on), включают сам канал, JFET (аккумулирующий слой), область дрейфа R_drift, паразитные сопротивления (металлизация, соединительные провода, выводы корпуса). При напряжениях приблизительно выше 150V в сопротивлении открытого канала доминирует область дрейфа. Эффект R_DS(on) относительно невелик на высоковольтных транзисторах MOSFET. Если посмотреть на рис. 2, удвоение тока канала увеличивает R_DS(on) только на 6%.

Рис. 2. Зависимость R_DS(on) от тока через канал.

Температура, с другой стороны, сильно влияет на R_DS(on). Как можно увидеть на рис. 3, сопротивление приблизительно удваивается при возрастании температуры от 25°C до 125°C. Температурный коэффициент R_DS(on) определяется наклоном кривой графика рис. 3, и он всегда положителен для большинства поставщиков транзисторов MOSFET. Большой положительный температурный коэффициент R_DS(on) определяется потерями на соединении I²R, которые увеличиваются с ростом температуры.

Рис. 3. Зависимость R_DS(on) от температуры.

Положительный температурный коэффициент R_DS(on) очень полезен, когда нужно параллельно включать транзисторы MOSFET, поскольку это обеспечивает их температурную стабильность и равномерное распределение рассеиваемой мощности между транзисторами. Этим MOSFET выгодно отличаются от традиционных биполярных транзисторов. Но это не гарантирует, что параллельно соединенные транзисторы будут равномерно распределять между собой общий ток. Это широко распространенное заблуждение [2]. То, что действительно делает MOSFET простыми для параллельного включения — это их относительно малый разброс по параметрам между отдельными экземплярами в пределах серии, в частности по параметру R_DS(on), в комбинации с более безопасными свойствами канала в контексте перегрузки по току, когда благодаря положительному температурному коэффициенту R_DS(on) сопротивление канала растет при повышении температуры.

Для любого заданного размера кристалла R_DS(on) также увеличивается с увеличением допустимого напряжения V_(BR)DSS, как это показано на рис. 4.

Рис. 4. Зависимость нормализированного R_DS(on) от V_(BR)DSS.

Кривая нормализированного R_DS(on) в зависимости от V_(BR)DSS для Power MOS V и Power MOS 7 MOSFET показывает, что R_DS(on) растет пропорционально квадрату V_(BR)DSS. Эта нелинейная зависимость между R_DS(on) и V_(BR)DSS является побудительным стимулом для исследования технологий с целью уменьшить потери проводимости мощных транзисторов [3].

[Внутренние и паразитные элементы]

JFET. В структуре MOSFET Вы можете представить себе встроенный JFET, как это показано на рис. 1. JFET оказывает значительное влияние на R_DS(on), и является частью нормального функционирования MOSFET.

Внутренний диод на подложке (Intrinsic body diode). Переход p-n между подложкой и стоком формирует внутренний диод, так называемый body diode (см. рис. 1), или паразитный диод. Обратный ток стока не может быть блокирован, потому что подложка замкнута на исток, предоставляя мощный путь для тока через body diode. Расширение канала транзистора (при положительном напряжении на затворе относительно истока) уменьшает потери на прохождение обратного тока стока, потому что электроны проходят через канал в дополнение к электронам и неосновным носителям, проходящим через  body diode.

Наличие внутреннего диода на подложке удобно в схемах, для которых требуется путь для обратного тока стока (часто называемого как ток свободного хода), таких как схемах мостов. Для таких схем предлагаются транзисторы FREDFET, имеющие улучшенные восстановительные характеристики (FREDFET это просто торговое имя компании Advanced Power Technology, используемое для выделения серий MOSFET с дополнительными шагами в производстве, направленными на ускорение восстановления intrinsic body diode). В FREDFET нет отдельного диода; это тот же MOSFET intrinsic body diode. Для управления временем жизни неосновных носителей во внутреннем диоде применяется либо облучение электронами (наиболее часто используемый вариант) или легирование платиной, что значительно уменьшает заряд обратно смещенного перехода и время восстановления.

Побочный эффект от обработки FREDFET — повышенный ток утечки, особенно на высоких температурах. Однако, если учесть, что MOSFET имеет очень малый начальный ток утечки, то добавленный через FREDFET ток утечки остается допустимым до температур перехода ниже 150°C. В зависимости от дозы облучения FREDFET может иметь R_DS(on) больше, чем у соответствующего MOSFET. Прямое напряжение для паразитного диода для FREDFET также немного больше. Заряд затвора и скорость переключения у MOSFET и FREDFET идентичны. Поэтому термин MOSFET здесь будет использоваться всегда для обоих типов MOSFET и FREDFET, если специально не оговорено что-то другое.

Скорость восстановления для паразитного диода у MOSFET или даже у FREDFET намного хуже в сравнении со скоростью быстрого дискретного диода. В приложениях, где жесткие рабочие условия с температурой порядка 125°C, потери на включение из-за восстановления из обратного смещения примерно в 5 раз выше, чем у быстрых дискретных диодов. НА это есть 2 причины:

1. Рабочая область паразитного диода совпадает с рабочей областью MOSFET или FREDFET, и рабочая область у дискретного диода для той же функции намного меньше, поэтому у дискретного диода намного меньше заряд восстановления.

2. Паразитный диод MOSFET или даже FREDFET не оптимизирован под обратное восстановление, как это сделано для дискретного диода.

Как и любой стандартный кремниевый диод, у паразитного диода заряд восстановления и время зависит от температуры, di/dt (скорости изменения тока), и величины тока. Прямое напряжение паразитного диода, VSD, уменьшается с ростом температуры по коэффициенту примерно 2.5 mV/°C.

Паразитный биполярный транзистор. Разделенная на слои структура MOSFET также формирует паразитный биполярный транзистор (BJT) структуры NPN, и его включение на является частью нормального функционирования. Если BJT откроется и войдет в насыщение, то это может вызвать самоблокировку, при которой MOSFET не может быть выключен кроме как через внешний разрыв цепи тока стока. Высокая мощность рассеивания (например, при возникновении сквозного тока в плече моста) при самоблокировке может вывести MOSFET из строя.

База паразитного BJT замкнута на исток, чтобы предотвратить самоблокировку, и потому что напряжение пробоя (breakdown voltage) было бы значительно уменьшено (для того же самого значения R_DS(on)), если бы база была оставлена плавающей. Существует теоретическая возможность самоблокировки при очень большой скорости dv/dt в момент выключения. Однако для современных стандартных мощных транзисторов очень трудно создать схему, где будет достигнута такое высокое dv/dt.

Есть риск включения паразитного BJT, если внутренний диод проводит, и затем выключается с чрезмерно высоким изменением dv/dt. Мощная коммутация dv/dt вызывает высокую плотность неосновных носителей заряда (положительные носители, или дырки) в подложке, что может создать напряжение на подложке, достаточное для включения паразитного BJT. По этой причине в даташите указано ограничение пиковой коммутации (восстановление встроенного диода) dv/dt. Пиковая коммутация dv/dt для FREDFET выше в сравнении с MOSFET, потому что у FREDFET снижено время жизни неосновных носителей заряда.

[На что влияет температура]

Скорость переключения. Температура практически не влияет на скорость переключения и потери, потому что (паразитные) емкости мало зависят от температуры. Однако ток обратного восстановления в диоде увеличивается с температурой, так что температурные эффекты внешнего диода (это может быть дискретный диод, или внутренний диод в MOSFET или FREDFET) влияют на потери включения мощных схем.

Пороговое напряжение, или напряжение отсечки (Threshold voltage). Напряжение отсечки затвора, обозначаемое как VGS(th), является важным стандартным параметром. Оно говорит, насколько много миллиампер через сток будет течь при пороговом напряжении на затворе, когда транзистор в основном выключен, но находится на пороге включения. У напряжения отсечки есть отрицательный температурный коэффициент; это означает, что напряжение отсечки уменьшается с ростом температуры. Температурный коэффициент влияет на время задержки включения и выключения, и следовательно влияет на выбор «мертвого времени» в мостовых схемах.

Переходная характеристика (Transfer characteristic). На рис. 5 показана переходная характеристика MOSFET-транзистора APT50M75B2LL.

Рис. 5. Пример переходной характеристики MOSFET.

Переходная характеристика зависит как от температуры, так и от тока стока. На рис. 5 при токе ниже 100 A напряжение затвор-исток имеет отрицательный температурный коэффициент (при заданном токе стока уменьшается напряжение затвор-исток при повышении температуры). При токе выше 100 A температурный коэффициент становится положительным. Температурный коэффициент напряжения затвор-исток и ток стока в том месте, где коэффициент меняет знак, важен для проектирования работы схем в линейном режиме [4].

Напряжение пробоя (Breakdown voltage). Напряжение пробоя имеет положительный температурный коэффициент, этот будет обсуждаться в секции Walkthrough.

Устойчивость к перегрузке по току (Short circuit capability). Возможность противостояния коротким замыканиям не всегда встречается в даташите. Причина понятна — MOSFET стандартной мощности не подходят для устойчивой работы в режиме перегрузки по току в сравнению с IGBT или другими транзисторами, работающими с высокой плотностью тока. Само собой разумеется, что MOSFET и FREDFET (в некотором смысле) устойчивы к перегрузке по току.

[Обзор параметров даташита. Максимальные предельные значения]

Назначение даташитов, предоставляемых APT, состоит в предоставлении соответствующей информации, которая полезна и удобна для выбора подходящего устройства в конкретном приложении. Предоставляются графики, чтобы можно было экстраполировать от одного набора рабочих условий к другому. Следует отметить, что графики предоставляют типичную производительность, но не минимумы или максимумы. Производительность также зависит кое в чем от схемы; различные тестовые схемы приведут к отличающимся результатам.

V_DSS, напряжение сток-исток. Это оценка максимального напряжения сток-исток не вызывая лавинного пробоя (avalanche breakdown) с затвором, замкнутым на исток при температуре 25°C. В зависимости от температуры напряжение лавинного пробоя могло бы быть фактически меньше, чем параметр V_DSS. См. описание V_(BR)DSS в разделе «Статические электрические характеристики».

V_GS, напряжение затвор-исток. Это предельное напряжение между выводами затвора и истока. Назначение этого параметра — предотвратить повреждение изолирующего оксидного слоя затвора (например, от статического электричества). Фактическая устойчивость оксидной пленки затвора намного выше, чем заявленный параметр V_GS, но он варьируется в зависимости от производственных процессов, так что если укладываться в предел V_GS, то это гарантирует надежную работу приложения.

I_D, непрерывный ток стока. I_D определяет максимальный уровень продолжающегося постоянного тока, когда транзистор выходит из строя при максимальной температуре перехода T_J(max), для случая 25°C, и иногда для более высокой температуры. Он основан на термосопротивлении между корпусом и переходом RӨJC, и для случая температуры T_C может быть вычислен по формуле:

Это выражение просто говорит о том, какая максимальная мощность может рассеиваться

при максимальной генерируемой теплоте из-за потерь в соединении I²_D X R_DS(on)@T_J(max), где R_DS(on)@T_{J (max)} сопротивление открытого канала при максимальной температуре перехода. Отсюда можно вывести I_D:

Обратите внимание, что в I_D не входят никакие потери на переключение, и случай с температурой 25°C на практике встречается редко. По этой причине в приложениях, где MOSFET часто переключается, фактический коммутируемый ток обычно меньше половины I_D @ TC = 25°C; обычно между 1/4 до 1/3.

Зависимость I_D от T_C. Этот график просто отражает формулу 2 для диапазона температур. Здесь также не учтены потери на переключение. На рис. 6 приведен пример такого графика. Обратите внимание, что в некоторых случаях выводы корпуса транзистора ограничивают максимально допустимый продолжительный ток (переключаемый ток может быть больше): 100 A для корпусов TO-247 и TO-264, 75 A для TO-220 и 220 A для SOT-227.

Рис. 6. Максимальный ток стока в зависимости от температуры.

I_DM, импульсный ток стока. Этот параметр показывает, какой импульс тока может выдержать устройство. Этот ток может значительно превышать максимально допустимый постоянный ток. Назначение этого параметра IDM состоит в том, чтобы удержать рабочий омический регион в пределе выходных характеристик. Посмотрите на рис. 7:

Рис. 7. Выходная характеристика MOSFET.

На этом графике есть максимальный ток стока для соответствующего напряжения затвор-исток, когда транзистор MOSFET открыт. Если рабочая точка при данном напряжении затвор-исток переходит выше омического региона «колена» рис. 7, то любое дальнейшее увеличение тока через сток приведет к значительному увеличению напряжения сток-исток (транзистор переходит из режима насыщения в линейный режим) и последующей потере проводимости. Если мощность рассеивания станет слишком велика, и это будет продолжаться довольно долго, то устройство может выйти из строя. Параметр I_DM нужен для того, чтобы установить рабочую точку ниже «колена» для типичных применений транзистора в ключевом режиме.

Нужно ограничить плотность тока, чтобы предотвратить опасный нагрев, что иначе может привести к необратимому перегоранию MOSFET.

Чтобы избежать проблем с превышением тока через соединительные провода иногда применяют плавкие предохранители. В случае перегрузки по току выгорят именно они вместо транзистора.

Относительно температурных ограничений на I_DM, рост температуры зависит от длительности импульса тока, интервала времени между импульсами, интенсивности рассеивания тепла, сопротивления открытого канала R_DS(on), а также и от формы и амплитуды импульса тока. Если просто удержаться в пределах I_DM, то это еще не означает, что температура перехода не будет превышена. См. обсуждение переходного теплового сопротивления в разделе «Температурные и механические характеристики», чтобы узнать способ оценки температуры перехода во время импульса тока.

P_D, общая мощность рассеивания. Этот параметр определяет максимальную мощность, которую может рассеивать устройство, и он основан на максимально допустимой температуре перехода и термосопротивлении R_ӨJC для случая температуры 25°C.

Линейный коэффициент снижения мощности это просто инверсия R_ӨJC.

T_J, T_STG: рабочий и складской диапазон температур перехода. Этот параметр ограничивает допустимую температуру кристалла устройства во время работы и во время хранения. Установленные пределы гарантируют, что будут соблюдены гарантийные эксплуатационные сроки устройства. Работа в пределах этого диапазона может значительно увеличить срок службы.

E_AS, лавинная энергия одиночного импульса. Если импульс напряжения (возникающий обычно из-за утечки и случайной индуктивности) не превышает напряжение пробоя, то не будет лавинного пробоя устройства, так что нет необходимости рассеивать энергию пробоя. Параметр максимальной лавинной энергии оценивает устройство в плане рассеивания мощности режима лавинного пробоя при переходных процессах с повышенным напряжением.

Все устройства, которые оценены по лавинной энергии, имеют параметр E_AS. Лавинная энергия связана с параметром разблокированного индуктивного переключения (unclamped inductive switching, UIS). E_AS показывает, сколько лавинной энергии устройство может поглотить. Условия для схемы тестирования Вы можете найти в документации по ссылкам, и E_AS вычисляется по формуле:

Здесь L величина индуктивности, из которой поступает импульс тока i_D, случайно поступающий в на закрытый переход транзистора через сток при тесте. Индуцируемое напряжение превышает напряжение пробоя MOSFET, что вызывает лавинный пробой. Лавинный пробой позволяет импульсу тока от индуктивности течь через MOSFET, даже если он закрыт. Энергия, запасенная в индуктивности, аналогична энергии, сохраненной в утечке и/или случайной индуктивности, и она должна быть рассеяна в MOSFET.

Когда транзисторы MOSFET соединены параллельно, это совершенно не означает, что у них одинаковое напряжение пробоя. Обычно пробьется только один транзистор, и только на него поступит вся энергия тока лавинного пробоя.

E_AR, повторная лавинная энергия. Этот параметр стал «промышленным стандартом», но он не имеет смысла без информации о частоте, других потерях и эффективности охлаждения. Рассеивание тепла (охлаждение) часто ограничивает значение повторной рассеиваемой энергии. Также трудно предсказать, сколько энергии находится в лавинном событии. То, о чем говорит E_AR в действительности, означает, что устройство может выдерживать повторяющиеся лавинные пробои без какого-либо ограничения по частоте, если устройство не перегрето, что в принципе верно для любого устройства, которое может испытать лавинный пробой. Во время анализа проекта хорошей практикой является измерение температуры устройства или его радиатора во время работы — чтобы увидеть, что MOSFET не перегрет, особенно если возможны условия лавинного пробоя.

I_AR, ток лавинного пробоя. Для некоторых устройств, которые могут выйти из строя во время лавинного пробоя, этот параметр дает лимит на максимальный ток пробоя. Так что это как бы «точный отпечаток» спецификаций лавинной энергии, показывающий реальные возможности устройства.

[Статические электрические характеристики]

V_(BR)DSS, Drain-source breakdown voltage, напряжение пробоя сток-исток. Параметр V_(BR)DSS (иногда его называют BV_DSS) определяет максимальное напряжение сток-исток, при котором через канал сток-исток будет течь ток не больше допустимого при заданной температуре и нулевом напряжении между затвором и истоком. Фактически этот параметр соответствует напряжению лавинного пробоя канала сток-исток закрытого транзистора. 

Как показано на рис. 8, у параметра V_(BR)DSS есть положительный температурный коэффициент. Таким образом, MOSFET может выдержать больше напряжение, если он нагрет, по сравнению с холодным состоянием. Фактически в охлажденном состоянии V_(BR)DSS будет меньше, чем предельно допустимое напряжение сток-исток V_DSS, указанное для температуры 25°C. В примере, показанном на рис. 8 при -50°C, напряжение V_(BR)DSS будет составлять 90% от максимально допустимого V_DSS, указанного для температуры 25°C. 

Рис. 8. Нормализованная зависимость напряжения пробоя от температуры. 

V_GS(th), Gate threshold voltage, напряжение отсечки затвора. Это пороговое напряжение затвор-исток, при превышении которого транзистор начнет открываться. Т. е. при напряжении на затворе выше V_GS(th) транзистор MOSFET начинает проводить ток через канал сток-исток. Для параметра V_GS(th) также указываются условия проверки (ток стока, напряжение сток-исток и температура кристалла). Все транзисторы MOSFET допускают некоторый разброс порогового напряжения отсечки затвора от устройства к устройству, что вполне нормально. Таким образом, для V_GS(th) указывается диапазон (минимум и максимум), в который должны попасть все устройства указанного типа. Как уже обсуждалось ранее в разделе «На что влияет температура», V_GS(th) имеет отрицательный температурный коэффициент. Это значит, что с увеличением нагрева MOSFET откроется при более низком напряжении затвор-исток. 

R_DS(on), ON resistance, сопротивление в открытом состоянии. Этот параметр определяет сопротивление открытого канала сток-исток при указанном токе (обычно половина от тока I_D), напряжении затвор-исток (обычно 10V) и температуре 25°C, если не указано что-либо другое. 

I_DSS, Zero gate voltage drain current, ток утечки канала. Это ток, который может течь через закрытый канал сток-исток, когда напряжение на затвор-исток равно нулю. Поскольку ток утечки увеличивается с температурой, то I_DSS указывается для комнатной температуры и для нагретого состояния. Потери мощности из-за тока утечки I_DSS через канал сток-исток обычно незначительны. 

I_GSS, Gate-source leakage current, ток утечки затвора. Это ток, который может через затвор при указанном напряжении затвор-исток. 

[Динамические характеристики] 

Рис. 9 показывает месторасположения внутренних емкостей транзистора MOSFET. Величина этих емкостей определяется структурой MOSFET, используемыми материалами и приложенными напряжениями. Эти емкости не зависят от температуры, так что температура не влияет на скорость переключения MOSFET (за исключением незначительного эффекта, связанного с пороговым напряжением, которое зависит от температуры). 

Рис. 9. Паразитные емкости транзистора MOSFET в структуре кристалла. 

Емкости C_gs и C_gd меняются в зависимости от приложенного к ним напряжений, потому что они затрагивают обедненные слои в устройстве [8]. Однако на C_gs намного меньше меняется напряжение в сравнении с C_gd, так что емкость C_gs изменяется меньше. Изменение C_gd при изменении напряжения сток-затвор может быть больше, потому что напряжение может меняться в 100 раз или больше. 

На рис. 10 показаны внутренние емкости MOSFET с точки зрения схемотехники. Емкости затвор-сток и затвор-исток могут повлиять на схему управления, и вызвать нежелательные эффекты при быстрых переключениях в мостовых схемах. 

Рис. 10. Паразитные емкости транзистора MOSFET в рабочей схеме. 

Если кратко, то чем меньше C_gd, тем будет меньше влияние на схему управления при перепаде напряжения при включении транзистора. Также емкости C_gs и C_gd формируют емкостный делитель напряжения, и при большом соотношении C_gs к C_gd желательно защитить схему управления от паразитных помех от перепадов напряжения, возникающих при переключении. Это соотношение, умноженное на пороговое напряжение, определяет качество защиты схемы управления от переключений в выходной цепи, и силовые транзисторы MOSFET компании APT лидируют в индустрии по этому показателю. 

C_iss, Input capacitance, входная емкость. Это емкости, измеренная между выводами затвора истока, когда по переменному напряжению сток замкнут на исток. C_iss состоит из параллельно соединенных емкостей C_gd (емкость затвор-сток) и C_gs (емкость затвор-исток): 

Входная емкость должна быть заряжена до порогового напряжения перед тем, как транзистор начнет открываться, и разряжена до напряжения общего провода перед тем, как транзистор выключится. Таким образом, сопротивление управляющей схемы и емкость Ciss образуют интегрирующую цепь, которая напрямую влияет на задержки включения и выключения. 

C_oss — Output capacitance, выходная емкость. Это емкость, измеренная между стоком и истоком, когда затвор замкнут по переменному току на сток. Coss состоит из параллельно соединенных емкостей C_ds (емкость сток-исток) и C_gd (емкость затвор-сток):

Для приложений с мягким переключением параметр C_oss важен, потому что влияет на резонанс схемы. 

C_rss, Reverse transfer capacitance, обратная переходная емкость. Это емкость, измеренная между стоком и затвором, когда исток соединен с землей. Обратная переходная емкость эквивалентна емкости затвор-сток. 

Обратная переходная емкость часто упоминается как емкость Миллера. Это один из главных параметров, влияющих на время нарастания и спада напряжения во время переключения. Он также влияет на эффекты времени задержки выключения. 

На рис. 11 показан пример зависимости типичных значений емкости от напряжения сток-исток. 

Рис. 11. Зависимость емкости от напряжения. 

Емкости уменьшаются при увеличении напряжения сток-исток, особенно это влияет на выходную и обратную переходную емкости.

Q_gs, Q_gd и Q_g, Gate charge, заряд затвора. Значения заряда отражают заряд, сохраненный на внутренних емкостях, описанных ранее. Заряд затвора используется для разработки схемы управления, поскольку нужно учитывать изменения емкости при изменении напряжения на переходах переключения [9, 10].

На рис. 12 показано, что Q_gs заряжается от начала координат до первого перегиба и далее заряжается до второго перегиба кривой (этот заряд известен как заряд Миллера), и Q_g является зарядом от начала координат до точки, где V_GS равно указанному управляющему напряжению затвора. 

Рис. 12. V_GS как функция заряда затвора. 

Заряд затвора незначительно изменяется с током стока и напряжением сток-исток, но не зависит от температуры. Для этого параметра указываются условия тестирования. График заряда затвора, обычно приведенный в даташите, показывает кривые заряда затвора для фиксированного тока стока и различных напряжений сток-исток. Напряжение горизонтального участка V_GS(pl), «плато», показанное на рис. 12, незначительно увеличивается с ростом тока (и соответственно уменьшается при снижении тока). Напряжение  также имеет прямо пропорциональную зависимость от порогового напряжения, так что изменения порогового напряжения коррелирует и изменением напряжения плато. 

[Резистивные параметры времени переключения (данные resistive switching)]

Эти параметры имеются в даташите по чисто историческим причинам. 

t_d(on), Turn-on delay time, время задержки включения. Это время от момента, когда напряжение затвор-исток на 10% превысит напряжение отсечки затвора до момента времени, когда ток стока вырастет больше 10% от указанного выходного тока. Это показывает задержку начала поступления тока в нагрузку.

t_d(off), Turn-off delay Time, время задержки выключения. Это время от момента, когда напряжение затвор-исток упадет ниже 90% напряжения отсечки затвора до момента, когда ток стока упадет ниже 90% от указанного выходного тока. Это показывает задержку отключения тока в нагрузке.

t_r, Rise time, время нарастания. Это время, за которое ток стока вырастет от 10% до 90% (значение тока указывается).

t_f, Fall time, время спада. Это время, за которое ток стока спадет от 90% до 10% (значение тока указывается). 

[Энергии переключения в индуктивностях] 

Из-за того, что данные resistive switching трудно использовать для предсказания потерь на переключение в реальных рабочих условиях мощных преобразователей, компания Advanced Power Technology включает во многие даташиты транзисторов MOSFET и FREDFET данные энергии переключения в индуктивностях. Это предоставляет разработчику ключевых блоков питания удобный способ сравнения быстродействия транзисторов MOSFET или FREDFET с другими транзисторами, даже если они выполнены по другой технологии наподобие IGBT. Поэтому можно использовать для разработки самый подходящий по качеству мощный транзистор. 

На рис. 13 показана схема тестирования переключения транзистора с учетом потерь в индуктивностях. Это импульсный тест, где применяется очень короткий по длительности цикл открытого состояния транзистора, так что энергия, запасенная в индуктивности, успеет рассеяться намного раньше поступления последующих импульсов, и саморазогрев можно не учитывать. Температура транзистора и фиксирующего диода во время теста регулируется принудительно от внешнего термостата. 

Рис. 13. Схема тестирования потерь на индуктивности.

В таблице динамических характеристик указываются следующие условия тестирования: VDD на рис. 13, ток теста, напряжение управления для затвора, сопротивление затвора и температура кристалла. Обратите внимание, то сопротивление затвора может включать сопротивление выхода микросхемы драйвера. Поскольку время переключения и энергии меняются с температурой (главным образом из-за диода в тестовой схеме), то данные предоставляются как для комнатной температуры, так и для разогретого состояния диода и тестируемого транзистора. Также предоставляется график зависимости между временем переключения и энергиями тока стока, и сопротивлением затвора. Определения времени задержки (включения) и времени нарастания и спада тока совпадают с аналогичными временами для данных resistive switching. 

Фактические формы сигнала при переключениях используются в даташите для определения различных измеренных параметров. Рис. 14 показывает форму сигнала включения и определения, связанные с ним. Энергия переключения может быть масштабирована напрямую для изменений между напряжением в приложении и энергией при тестовом напряжении, указанном в даташите. Так что, к примеру, если тесты в даташите были проведены при напряжении 330V, и в приложении применяется напряжение 400, то для масштабирования нужно просто умножить энергию переключения из даташита на коэффициент 400/330. 

Рис. 14. Формы сигналов включения и соответствующие определения. 

Времена переключения и энергии очень зависят от других компонентов и случайных (паразитных) индуктивностей в схеме. Диод сильно влияет на энергию включения. Паразитная индуктивность, включенная последовательно с истоком, является частью пути возвратного управляющего тока, и поэтому значительно влияет на времена переключения и энергии. Таким образом, время переключения и значения энергии, представленные в даташите, могут отличаться от того, что наблюдается в реальном приложении силового узла блока питания или ключа управления мотором. 

E_on, Turn-on switching energy with diode, энергия включения с диодом. Это зафиксированная индуктивная энергия включения, которая включает индуктивный коммутирующий реверсивный ток восстановления диода в тестируемом транзисторе, и она учитывает потери при включении. Обратите внимание, что транзисторы FREDFET в схемах мостов получают жесткие условия переключения, где паразитный диод сложно коммутируется, и энергия включения примерно в 5 раз выше, чем если бы использовался дискретный диод с быстрым восстановлением, наподобие того как показано в схеме рис. 13. 

Энергия включения является интегралом результата от тока стока и напряжения сток-исток на интервале от момента, когда ток стока вырастет больше 5% или 10% от тестового тока, то момента, когда напряжение спадет ниже 5% от тестового напряжения, как это показано на рис. 14. 

E_off, Turn-off switching energy, энергия выключения. Это параметр, характеризующий фиксацию потерь на индуктивности при выключении. На рис. 13 показана схема тестирования, и рис. 15 показывает форму сигнала и определения. E_off является интегралом результата от тока стока и напряжением сток-исток на интервале времени от момента, когда напряжение затвор-исток упадет ниже 90% до момента, когда ток стока станет нулевым. Это соответствует измерениям энергии выключения по JEDEC-стандарту 24-1. 

Рис. 15. Формы сигналов выключения и соответствующие определения. 

[Температурные и механические характеристики]

R_ƟJC, Junction to case thermal resistance, тепловое сопротивления между подложкой и корпусом. Этот параметр характеризует эффективность передачи тепла от кристалла к внешнему корпусу транзистора. Выделяющееся тепло является результатом потерь мощности в самом транзисторе. Обратите внимание, что тесты компании APT показывают температуры пластмассы, совпадающую с металлической частью корпуса дискретного компонента. 

Максимальное значение R_ƟJC включает допуск, учитывающий погрешности изменения для обычного процесса производства. Из-за улучшений производственного процесса в индустрии есть тенденция сокращения разницы между максимальным значением R_ƟJC и его реальным значением. 

Z_ƟJC, Junction to case transient thermal impedance, переходной термический импеданс между подложкой и корпусом. Этот параметр учитывает теплоемкость устройства, так что он может использоваться для оценки мгновенных температур из-за потерь мощности. 

В условиях проведения теста на термоимпеданс на тестируемый транзистор прикладываются импульсы мощности различной длительности, и при этом ждут спада температуры между каждым импульсом. Это дает измерение переходного термосопротивления для «одиночного импульса». Из этого строится модель резистор-емкость (RC) по кривой изменения температуры. Рис. 16 показывает такую RC-модель переходного термосопротивления. Некоторые даташиты могут показывать конденсаторы и резисторы, включенные параллельно, но это будет ошибкой. Конденсаторы «заземлены», как это показано на рис 16, и значения компонента остаются такими же. Нет никакого физического значения для промежуточных узлов в модели. Разное количество пар резистор-конденсатор используется просто для того, чтобы создать хорошую подгонку к фактическим измененным данным термосопротивления. 

Рис. 16. RC-модель переходного термосопротивления. 

Чтобы симулировать возрастание температуры с помощью RC-модели, Вы прикладываете источник тока с магнитудой, соответствующей рассеиваемой мощности в MOSFET. Таким образом, Вы можете использовать систему PSPICE или другой программный симулятор электронных схем, чтобы применить ввод произвольных потерь мощности. Из этого Вы можете оценить повышение температуры участка подложка-корпус как напряжение на ступеньках лестницы, установив ZEXT в ноль, как это показано на рис. 16. Вы можете расширить модель, чтобы включить теплоотвод, добавив дополнительные конденсаторы и/или резисторы. 

Переходное термосопротивление в виде семейства кривых, опубликованное в даташите, это просто симуляция прямоугольного импульса, основанная на RC-модели термосопротивления. Рис. 17 показывает пример. Вы можете использовать семейство кривых для оценки пикового нарастания температуры для прямоугольных импульсов мощности, которые являются обычными в источниках питания. Однако из за того, что минимальная длительность импульса 10 мкс, график имеет значение только для частот ниже 100 кГц. На более высоких частотах Вы будете просто использовать термосопротивление R_ƟJC.

Рис. 17. Семейство кривых термосопротивления.

[Пример анализа даташита]

Предположим, что в реальном приложении ключевого блока питания Вы хотите применить жесткое переключение тока 15A на частоте 200 кГц при напряжении 400V, при средней скважности 35%. Напряжение управления затвора 15V, и сопротивление цепи управления затвора составляет 15Ω для включения и 5Ω для выключения. Также предположим, что Вы хотите позволить максимальную температуру перехода 112°C, с удержанием температуры корпуса транзистора 75°C. С транзистором, рассчитанным на 500V, есть запас только в 100V между напряжением в приложении и V_DSS. С учетом скачков напряжения на шине питания 400V узкий запас по напряжению все равно достаточен, потому что у транзистора MOSFET есть эффект лавинного пробоя, который дает «безопасную цепь». Это конфигурация с продолжительной проводимостью, так что быстро восстанавливающийся диод FREDFET не нужен, MOSFET будет работать достаточно хорошо. Такой транзистор Вам следует выбрать? 

Поскольку это приложение с довольно высокой частотой переключения, то лучшим выбором будет серия Power MOS 7. Посмотрим на транзистор APT50M75B2LL. Его расчетный ток 57A, что больше чем в 3 раза переключаемого тока — хорошая стартовая точка, учитывая высокую частоту и жесткое переключение. Давайте оценим потери проводимости, потери переключения, и посмотрим, будет ли тепло рассеиваться достаточно быстро. Общая мощность, которую можно рассеять: 

При 112°C сопротивление R_DS(on) примерно в 1.8 раз больше, чем при комнатной температуре (см. рис. 3). Так что потери на проводимость составят: 

Pconduction = (1.8*0.075Ω * 15A) * 15A = 30.4 Вт 

Для оценки потерь на включение мы можем посмотреть на график зависимости потерь переключения от тока при температуре 125°C, показанный на рис. 18. Даже при том, что наше приложение требует максимальную температуру перехода 112°C, этот график будет достаточно точен, потому что энергия переключения MOSFET не чувствительна к температуре, за исключением изменений температуры, связанных с диодом в схеме. Поэтому не будет больших изменений при переходе от 112°C к 125°C. В любом случае, наша оценка будет консервативной. 

Рис. 18. Индуктивные потери переключения. 

По рис. 18 на токе 15A значение E_on будет около 300 μJ, и E_off около 100 μJ. Значения были измерены при 330V, а в нашем приложении на шине питания 400V. Так что мы можем просто сделать масштабирование энергий переключения по напряжению:

Данные на рис. 18 были также измерены при сопротивлении затвора 5Ω, и мы будем использовать 15Ω при включении. Поэтому мы можем использовать график зависимости энергии переключения от данных сопротивления затвора, показанный на рис. 19, чтобы снова сделать масштабирование энергии. 

Рис. 19. Зависимость энергии переключения от сопротивления затвора. 

Даже при том, что тестовый ток на рис. 19 больше, чем в нашем приложении, разумно учесть соотношение в изменении энергии переключения между рис. 19 и нашим случаем. От 5Ω до 15Ω значение E_on поменяется с коэффициентом около 1.2 (1500μJ / 1250μJ, см. рис. 19). Применим это с данным, скорректированным по напряжению, которые мы видим на рис. 18, и получим E_on = 1.2*364μJ = 437μJ. 

Потери на переключение составят: 

Pswitch = fswitch — ( Eon + Eoff) = 200kHz — (437μJ +121μJ) = 112 Вт

Pconduction + Pswitch = 142.4 Вт, что дает возможность сохранить температуру перехода ниже 112°C в случае корпуса, охлажденного до 75°C. Так что APT50M70B2LL будет удовлетворять требованиям этого примера применения. Такая же техника может использоваться для менее мощных транзисторов MOSFET. На практике потери часто больше всего бывают на переключении. Чтобы поместить транзистор на радиатор и поддерживать температуру корпуса 75°C вероятно потребуется керамическая прокладка (для электрической изоляции) между корпусом и теплоемким радиатором. Преимущество MOSFET состоит в том, что могут применяться демпферы и/или техники резонанса для уменьшения потерь на переключение, причем с транзисторами MOSFET не нужно беспокоиться о влиянии на переключение эффектов зависимости от напряжения или температуры.

[UPD160207. Figure-of-merit]

Для оценки транзисторов FET применяют так называемый показатель качества, Figure of merit (FOM) [11]. Он учитывает одновременно потери на включенном транзисторе и потери на переключение. Обычно FOM вычисляется как произведение сопротивления канала сток-исток открытого транзистора R_(DS)ON на заряд затвора Q_G. Q_G это заряд, который надо поместить на затвор транзистора MOSFET, чтобы он полностью открылся. С точки зрения рационального дизайна трудно одновременно снизить оба параметра, так что они хороши для оценки качества разработки ключа на полевом транзисторе.

Конечно, сравнение имеет смысл делать только в неком стандартном наборе условий. Это означает, что не только напряжение между затвором и истоком V_GS поставляет заряд, также и напряжение сток-исток V_DS влияет на сопротивление R(DS). (Это означает, что не просто канал полностью открыт, а то, что сопротивление R(DS) изменяется вверх и вниз.) Усложненный анализ учитывает, что R_(DS)ON немного меняется с током стока, так что при сравнении переключающихся транзисторов рабочий ток стока I_D также должен быть определен.

Иногда Вы увидите незначительно отличающийся показатель качества FOM: FOMSW, который будет произведением от which R_(DS)ON и Q. Он характеризует заряд переключения, который немного меньше Q_G.

[Ссылки]

1. Power MOSFET tutorial site:eetimes.com.
2. R. Severns, E. Oxner; «Parallel Operation of Power MOSFETs», technical article TA 84-5, Siliconix Inc. 
3. J. Dodge; «Latest Technology PT IGBTs vs. Power MOSFETs», application note, Advanced Power Technology.
4. R. Frey, D. Grafham — APT, T. Mackewicz — TDIDynaload; «New 500V Linear MOSFETs for a 120 kW Active Load», application note APT0002, Advanced Power Technology.
5. Реле и транзисторы: как они работают в качестве электронных переключателей.
6. JFET site:wikipedia.org.
7. Bipolar junction transistor site:wikipedia.org.
8. N. Mohan, T. Undeland, W. Robbins; «Power Electronics » Converters Applications, and Design», text book published by Wiley.
9. K. Dierberger, «Gate Drive Design for Large Die MOSFETs», application note APT9302, Advanced Power Technology.
10. R. McArthur, «Making Use of Gate Charge Information in MOSFET and IGBT Datasheets», application note APT0103, Advanced Power Technology.
11. Оценка качества транзисторов MOSFET.

Транзисторы

Транзистором называется преобразовательный полупроводниковый прибор, имеющий не менее трех выводов, пригодный для усиления мощности. Наиболее распространенные транзисторы имеют два p-n перехода. В них используются носители заряда обеих полярностей. Такие транзисторы называются биполярными.

Основным элементом транзистора является кристалл германия или кремния, в котором созданы три области различных проводимостей. Две крайние области всегда обладают проводимостью одинакового типа, противоположного проводимости средней области. Если крайние области обладают электронной проводимостью, а средняя соответственно дырочной, то такой транзистор называется транзистором типа n-p-n. Когда проводимости расположены на оборот — p-n-p типа. Физические процессы, протекающие в транзисторах обоих типов, аналогичны. Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область называется эмиттером, другая — коллектором. К каждой из областей припаяны выводы, при помощи которых прибор включается в схему. В транзисторе имеются два p-n перехода — эмиттерный (между эмиттером и базой) и коллекторный (между базой и коллектором). Расстояние между ними очень мало — порядка нескольких микрометров.

Полевым транзистором называется трехэлектродный полупроводниковый прибор, в котором ток создают основные носители заряда под действием продольного электрического поля, а управление величиной тока осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным к управляющему электроду.

Все полевые транзисторы по своим конструктивным особенностям можно разделить на две группы: полевые транзисторы с p-n переходами (канальные, или униполярные, транзисторы) и полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП или МОП — транзисторы). Тонкий слой полупроводника типа n (или p), ограниченный с двух сторон электронно — дырочными переходами, называется каналом. Включение канала в электрическую цепь обеспечивается с помощью двух электродов, один из которых называется истоком, а второй — стоком. Вывод, подсоединенный к областям p-типа, является управляющим электродом и называется затвором. Выводы исток, сток, затвор соответствуют эмиттеру, коллектору и базе обычного биполярного транзистора.

Использование силовых транзисторов Microsemi в линейном режиме

Додж Джонатан. Перевод: Некрасов Михаил

Теоретически, добиться работы в линейном режиме очень просто. Для этого достаточно подать на затвор напряжение определенной величины и следить за соблюдением требований документации, касательно области безопасной работы в прямом смещении (ОБР-П). В действительности же задача реализации силовой схемы, работающей в линейном режиме, является одной из самых непредсказуемых: многие простые решения демонстрируют такое поведение, что оно может стать кошмарным сном разработчика. В данной статье будут показаны «подводные камни» линейного режима работы и даны рекомендации и примеры реализации высоконадежных схем, работающих в линейном режиме. В описаниях в основном будет идти речь о силовых МОП-транзисторах, хотя все сказанное в равной мере может быть отнесено и к IGBT-транзисторам.  

     Проблемы линейного режима

Реализация силовой схемы, работающей в линейном режиме, связана с тремя фундаментальными вызовами:

1. Информация, приведенная в документации производителя, часто является неадекватной или даже некорректной по отношению к линейному режиму работы.

2. Тепловая неустойчивость ограничивает возможности силового транзистора, работающего в линейном режиме, по управлению нагрузкой относительно значений, которые следуют из паспортных максимальной рассеиваемой мощности или температуры перехода кристалла.

3. Пороговые напряжения и крутизна транзисторов с изолированным затвором (МОП и IGBT) могут существенно отличаться даже у однотипных транзисторов.

     Тепловая неустойчивость и коэффициент передачи

Для управления током стока достаточно регулировать напряжение затвор-исток. Тем не менее, под влиянием некоторых различий температуры вдоль кристалла в нем возникает температурно-индуцированное изменение тока. Если температурно-зависимое изменение плотности тока окажется температурно-нестабильным (что нормально для линейного режима работы), то результатом может быть локальный разогрев и колебания тока в кристалле. Следствием разогрева может быть выход из строя, идентичный вторичному пробою биполярных транзисторов. Исходя из этого, границы действительной ОБР-П могут быть существенно меньшими, чем те, что получены только на основании тепловых сопротивлений, часто публикуемых в документации. Исключение возможности отказа является самым большим вызовом для разработки силовой схемы, работающей в линейном режиме. Таким образом, есть смысл в том, чтобы разобраться, что же вызывает выход из строя транзистора.

Работа в линейном режиме возможна в области «насыщения» передаточной характеристики (смежная с омической область), как показано на Рис. 1 .

При работе в этой области ток стока зависит от напряжения затвор-исток VGS и от порогового напряжения VTH :

, (1)

где ,

μe — подвижность электронов,

COZ — емкость оксидного слоя затвора,

W — ширина канала,

L — длина канала.

Коэффициент передачи и значение k тем выше, чем больше ширина канала W и чем меньше его длина L. Поскольку значение μe снижается по мере роста температуры, то рост температуры также вызовет снижение k. (Емкость не зависит от температуры, но зато зависит от напряжения сток-исток). Значение VTH тоже снижается с ростом температуры. Поскольку работа прибора в линейном режиме связана с его разогревом, то снижение подвижности электронов приведет к снижению тока стока, таким образом, поддерживая тепловую устойчивость. В противоположность этому, снижение порогового напряжения приводит к возрастанию тока стока. Таким образом, отрицательный температурный коэффициент порогового напряжения является фактором тепловой неустойчивости. Данные соотношения можно выразить математически. Для этого нужно продифференцировать (1) по температуре и выполнить подстановку в зависимость рассеиваемой мощности от температуры. В итоге получаем коэффициент устойчивости S:

  (2)

Чем выше значение S , тем большей тепловой неустойчивостью будет обладать транзистор. Это означает, что локальное возрастание температуры оказывает регенеративное влияние. Если же S имеет отрицательное значение, прибор будет температурно-устойчивым в линейном режиме. Обратите внимание, что значения и всегда отрицательны.

Пользуясь выражением (2) можно сформулировать факторы улучшения тепловой устойчивости (когда S имеет меньшие значения):

1. Снижение теплового сопротивления.

2. Снижение напряжения сток-исток.

3. Увеличение тока стока.

4. Снижение коэффициента передачи (а, следовательно, и k).

5. Снижение абсолютного значения температурного коэффициента порогового напряжения .

Факторы 4 и 5 полностью зависят от конструкции транзистора.

 Таким образом, при его проектировании могут быть предприняты меры по улучшению тепловой устойчивости и, как следствие, и расширению области безопасной работы в линейном режиме. Таким мерам были подвергнуты серии линейных МОП-транзисторов и большинство РЧ МОП-транзисторов серий ARF компании Microsemi (ранее Advanced Power Technology).

Рис. 2. Передаточные характеристики МОП-транзистора.

На Рис. 2 показаны передаточные характеристики МОП-транзистора для трех температур. На нем наглядно демонстрируется фактор тепловой устойчивости, описанный выражением (2). Существует одна точка, в которой пересекаются все кривые. Ниже этой точки преобладает влияние порогового напряжения и, поэтому, локальные изменения тока вызывают температурную неустойчивость. Выше этой точки преобладает влияние изменения коэффициента передачи и транзистор будет температурно-устойчивым.

     Механизм отказа

Поскольку пересечение передаточных характеристик происходит в точке с относительно большим током, работа в линейном режиме ниже этой точки практически всегда сопровождается тепловой неустойчивостью. Проблема состоит в том, что в более разогретых областях кристалла выше плотность тока, что еще больше усиливает нагрев.

У любого МОП- или IGBT-транзистора имеется внутренний биполярный транзистор. Его коэффициент передачи возрастает при увеличении температуры прибора, а также при увеличении напряжения сток-исток. Сопротивление базы биполярного транзистора возрастает с нарастанием температуры, и снижается напряжение база-эмиттер. Учитывая данные факторы совместно следует вывод, что с ростом температуры повышается вероятность генерации напряжения на сопротивлении базы, достаточного для включения биполярного транзистора.

Таким образом, при определенном уровне нагретости кристалла может произойти отпирание расположенного в разогретой области биполярного транзистора. Вследствие этого работа в линейном режиме становится аварийной: разогрев становится необратимым, температура стремительно возрастает вплоть до перегорания аварийного участка, вызывающего закорачивание стока с истоком, а иногда и затвора с истоком. Некоторые поврежденные приборы еще могут работать в открытом состоянии, но после запирания они смогут работать только с напряжением, которое характеризуется большим током утечки, протекающим через поврежденную область.

     Рекомендации по реализации линейного режима

Первым этапом проектирования надежной силовой схемы, работающей в линейном режиме, является налаживание контакта с инженером по применениям производителя транзистора. Он может дать бесценную информацию и советы, которые не публикуются в документации.

Вторым этапом является нахождение действительной ОБР-П для выбранных приборов. К сожалению, этот этап работы нельзя выполнить с помощью инструментов моделирования, т.к. модели полупроводниковых приборов не позволяют определить, когда же происходит его повреждение. Для нахождения рабочей ОБР-П потребуется тестирование на отказ нескольких приборов. Здесь можно воспользоваться преимуществами первого этапа, т.к. эта работа уже скорее всего была выполнена. После того, как были собраны данные, при каких напряжениях и токах возникали отказы, могут быть построены кривые или составлена математическая модель. Добавив небольшой запас надежности, получим действительную ОБР-П.

Табл. 1. Данные по отказам транзистора APT200GN60J при работе в линейном режиме

В Табл. 1 представлена информация по рассеиваемой мощности IGBT-транзистором APT200GN60J в линейном режиме, когда при фиксированном напряжении коллектор-эмиттер ток в линейном режиме возрастал вплоть до отказа транзистора. В результате в таблицу были внесены данные для нескольких напряжений коллектор-эмиттер.

Рис. 3. Измеренные и теоретические ОБР-П

Рис. 4. Рабочие ОБР-П транзистора APT200GN60J

Транзисторы были смонтированы на теплоотводе с водяным охлаждением. Измеренная температура корпуса T C во время отказа составляла около 75°C . С помощью аппроксимирующей кривой можно оценить среднюю температуру перехода, при которой возникает отказ, — это примерно 175°C . Данная температура равна паспортной максимальной температуре перехода. Важно обратить внимание, что в линейном режиме отказ может произойти при средней температуре перехода, меньшей паспортного максимального значения.

На Рис. 3 проиллюстрированы данные из Табл. 1 , а также теоретические кривые ОБР-П, построенные из условий постоянства рассеиваемой мощности при температурах T J = 175°C и T C = 75°C и 25°C . Обратите внимание, насколько меньше действительная область ОБР-П, чем те, что получены расчетным путем на основании постоянства рассеиваемой мощности и ограниченные только тепловым сопротивлением (представлены кривыми для температур T C = 25°C и 75°C ). В большинстве документации публикуются кривые ОБР-П для температуры корпуса 25°C . Если полагаться на эти данные, то окажется что при больших напряжениях ток может быть в 6 раз больше, чем на самом деле способен пропустить транзистор!

Но даже если ориентироваться на более низкий ток, соответствующий температуре корпуса 75°C , он все одно окажется намного выше тока, при котором наступает отказ прибора вследствие локального разогрева. Решить эту проблему можно только одним способом: проверить несколько транзисторов с целью найти условия, вызывающие их повреждение.

На Рис. 3 показана аппроксимирующая кривая, построенная по результатам тестирования на отказ при протекании постоянного тока (статическая ОБР-П). Затем, пользуясь данными по переходным тепловым сопротивлениям, были построены ОБР-П при импульсном протекании тока (импульсные ОБР-П). Результат показан на Рис. 4. Полученные кривые являются рабочими ОБР-П транзистора APT200GN60J. Использование температуры перехода 125°C (ниже температуры, при которой происходит повреждение транзистора) позволяет создать некоторый запас надежности. Обратите внимание, если сопоставить кривую статической ОБР-П с кривой испытания на отказ на Рис. 3, то первая кривая окажется ниже. Именно так нужно поступать при использовании транзистора в линейном режиме, принимая запас минимум в 20°C относительно средней температуры перехода, при которой наступает отказ. На Рис. 4 за максимальную рекомендованную температуру перехода принята 125°C, т.о. запас надежности составляет 50°C относительно предельной температуры. Далее рассмотрим ОБР-П МОП-транзистора APL502J, который был специально разработан для работы в линейном режиме. Рабочие ОБР-П транзистора APL502J представлены на Рис. 5. По сравнению с APT200GN60J (Рис. 4) APL502J имеет более широкую ОБР-П. Границы ОБР-П находятся в противоречии с потерями проводимости. При полном включении и токе нагрузки 200А типичное значение напряжения коллектор-эмиттер APT200GN60J составляет всего лишь 1.7 В в разогретом состоянии (1.5В при комнатной температуре). Для сравнения более надежный транзистор APL502J при токе 26A и температуре 125°C характеризуется примерно в 6 раз большими потерями по сравнению с APT200GN60J.

Рис. 5. Рабочие ОБР-П транзистора APL502J

Обратите внимание, что кривые ОБР-П на Рис. 4 и 5 загибаются в области повышенных напряжений (обе оси имеют логарифмический масштаб). Кривые ОБР-П, построенные на основании постоянства рассеиваемой мощности являются прямолинейными. Если в документации вы увидите прямолинейную ОБР-П для статического режима работы, будьте бдительны! Этот график скорее всего неадекватен линейному режиму.

     Примеры применения транзисторов в линейном режиме

Твердотельное реле для коммутации постоянного тока

APT200GN60J прекрасно работает в составе твердотельных реле (ТТР), где обеспечивает ограничение тока заряда больших конденсаторных батарей за счет работы в линейном режиме, а затем переходит в полностью открытое состояние для минимизации потерь проводимости. Чтобы вписаться в пределы ОБР-П IGBT-транзистора необходимо существенно ограничить ток заряда емкости. Если к времени заряда нет строгих требований, то решение этой задачи не будет проблемой.

Требования

Рассмотрим ситуацию, когда необходимо зарядить конденсаторную батарею 1500 мкФ с напряжения 0В до 400В. Сколько будет длиться заряд емкости, значения не имеет. Для поддержания температуры корпуса ТТР на уровне 75°C или менее может потребоваться теплоотвод.

Решение

В соответствии с графиком ОБР-П (Рис.4) ток больше всего ограничивается при максимальном прикладываемом напряжении, которое в данном случае составляет 400 В. Из данных, которые использовались для создания Рис. 4 , следует, что безопасный ток заряда конденсаторов при напряжении 400 В составляет 0.16A (примерно вдвое меньше, чем ток в точке повреждения транзистора по данным из Табл. 1 , т.о. имеется хороший запас надежности). При токе заряда 0.16A заряд конденсаторной батареи с напряжения 0 В до 400 В произойдет за 3.75 секунды. Ускорить заряд конечно же можно, если, следуя по кривой ОБР-П, увеличивать ток заряда по мере нарастания напряжения на конденсаторе (т.е. когда снижается напряжение коллектор-эмиттер). Тем не менее, поскольку нам не предъявляются требования к времени заряда, вариант заряда постоянным током ввиду простоты схемного решения является более приемлемым.

Обеспечение работы транзистора в пределах ОБР-П для статического режима является решением только половины проблемы. Также необходимо оценить пиковое значение рассеиваемой мощности и результирующее пиковое значение температуры перехода. Поскольку ток заряда непрерывно поддерживается на постоянном уровне, то напряжение коллектор-эмиттер будет линейно снижаться с 400 В до практически 0 В, т.к. напряжение на конденсаторной батареи возрастает. Следовательно, рассеиваемая мощность достигает пикового значения на уровне 64 Вт (0.16A·400В) сразу после подачи напряжения, а затем будет линейно снижаться. Изменение рассеиваемой мощности во времени имеет треугольную форму.

Рис. 6. Моделирование теплового переходного процесса

На Рис. 6 показан результат моделирования теплового переходного процесса, для чего использовалась RC-схема моделирования переходного теплового сопротивления транзистора APT200GN60J, на вход которой подавался линейно снижающийся импульс рассеваемой мощности с пиковым значением 64 Вт. Пиковое значение падения температуры между переходом и корпусом составляет около 12°C . Если температура корпуса достигнет 75°C , то средняя температура перехода должна приблизиться к 75°C + 12°C = 85°C , что существенно меньше предельно-допустимого значения 125°C.

Электронная нагрузка

Линейный МОП-транзистор APL502J хорошо работает в схемах, требующих более широкую ОБР-П, как, например, схема электронной нагрузки. В данном применении для удовлетворения требований по рассеиваемой мощности, а также по максимальному падению напряжения в открытом состоянии может потребоваться параллельное включение транзисторов.

Требования

В рассматриваемом примере наша самодельная нагрузка должна иметь рабочие диапазоны до 400Вт, 400В, 20А и перепад напряжения при полном открытии с током 20А не более 1В. С помощью теплоотвода можно добиться поддержания температуры корпуса на уровне не более 75°C .

Решение

Чтобы добиться температуры перехода менее 125°C воспользуемся кривыми ОБР-П, представленные на Рис. 5 . Вначале проверим, выполняется ли требование к полностью открытому состоянию. При комнатной температуре (и токе 26А) максимальное значение R DS(on) транзистора APL502J составляет 0.090 Ом. При температуре 125°C значение R DS(on) удваивается и составляет 0.180 Ом у каждого транзистора. Общее максимально-допустимое сопротивление равно 1В/20A = 0.050 Ом. Теперь, находим, какое минимальное число транзисторов позволят выполнить требование по падению напряжения в открытом состоянии: 0.180 Ом/ 0.050 Ом = 3.6, следовательно, необходимо минимум 4 транзистора. Обратите внимание, что при использовании токоизмерительных резисторов (об этом пойдет речь далее) падение напряжения на них также нужно учитывать при определении числа транзисторов.  

Рассматривая ограничения ОБР-П можно найти минимальное значение мощности, которую можно рассеивать при наибольшем приложенном напряжении; в данном случае это 400 В. В случае APL502J с температурами корпуса и перехода, соответственно, 75°C и 125°C при напряжении 400 В максимальный ток равен 0.2А, а рассеиваемая мощность 80 Вт. Минимальное число транзисторов, которое необходимо для управления всей нагрузкой мощностью 400 Вт, составляет 400 Вт/80 Вт = 5 шт. Таким образом, все поставленные требования выполняются при параллельном включении минимум 5 транзисторов APL502J.

Может возникнуть мысль о параллельном включении транзисторов с добавлением к затвору каждого транзистора отдельного резистора (для предотвращения генерации) и контролем тока в одной точке. Но, к сожалению, реализация такой идеи несомненно привела бы к выходу из строя транзисторов.

Наконец, нам осталось ответить на последний вызов к разработке силовой схемы, работающей в линейном режиме, связанный с разбросом пороговых напряжений у однотипных транзисторов. В линейном режиме транзисторы нельзя напрямую соединять параллельно; каждый транзистор должен пропускать через себя отведенную ему долю общего тока. Добиться этого можно с помощью различных способов.

При условии, что это позволяет требование по максимальному падению напряжения в открытом состоянии, последовательно с каждым МОП-транзистором может быть включено достаточно большое сопротивление, на которые будет возложена существенная часть тепловой нагрузки (резисторы будут нагреваться). С помощью резисторов можно также добиться уравновешивания токов через МОП-транзисторы. Для этого между истоком каждого МОП-транзистора и возвратной линией цепи управления затвором должен быть предусмотрен отдельный резистор. Такое включение создает отрицательную обратную связь возле каждого затвора. Добиться идеального уравновешивания токов невозможно. Сортировка транзисторов по пороговому напряжению также не даст результата, т.к. даже незначительное различие МОП-транзисторов по пороговому напряжению приведет к существенному разбросу тока.

Рис. 7. Идея осуществления линейного режима при параллельном включении транзисторов

Поскольку рассматриваемая схема должна обладать малым падением напряжения в открытом состоянии, то эффективным в стоимостном плане может оказаться решение с раздельной стабилизацией тока у каждого МОП-транзистора с помощью усилительной схемы (управляет напряжением затвор-исток) и датчика тока. Данную идею иллюстрирует упрощенная схема на трех параллельно работающих МОП-транзисторах ( Рис .7) . Чтобы выполнить требование по малому общему падению напряжения в схеме нужно использовать низкоомные резисторы или датчики Холла.

Для упрощения сборки, и минимизации размеров и стоимости готового решения компания Microsemi выпустила серию приборов, предназначенных главным образом для работы в линейном режиме, но и способных работать в качестве коммутаторов. Данные приборы содержат в компактном корпусе SP1 силовой транзистор (линейный МОП- или Filed Stop IGBT-транзистор), токоизмерительный резистор (обладающий малой индуктивностью) и датчик температуры.

Рис. 8. Транзистор, токоизмерительный резистор и датчик температуры в одном корпусе SP1

Встроенный токоизмерительный резистор установлен на том же керамическом изоляторе, что и силовой транзистор, тем самым, минимизируя индуктивность и достигая охлаждения резистора, который при максимальной нагрузке рассеивает мощность всего лишь несколько Ватт. Такое решение упрощает одновременный контроль напряжения сток-исток, тока стока и температуры корпуса. В результате обработки данной информации в численном виде могут быть получены такие кривые ОБР-П, которые позволят более полно использовать возможности прибора и максимально снизить стоимость системы.

Скачать в PDF

Что такое транзистор, виды транзисторов и их обозначение

Транзисторы — полупроводниковые приборы, предназначенные для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний. Наиболее распространены так называемые биполярные транзисторы.

Их основа — пластинка монокристаллического полупроводника (чаще всего кремния или германия), в которой с помощью особых технологических приемов созданы, как минимум, три области с разной электропроводностью: эмиттер, база и коллектор.

Электропроводность эмиттера и коллектора всегда одинаковая (р или п), базы — противоположная (п или р). Иными словами, биполярный транзистор (далее просто транзистор) содержит два р-п перехода: один из них соединяет базу с эмиттером (эмиттерный переход), другой — с коллектором (коллекторный переход).

На схемах транзисторы обозначают, как показано на рис. 1,а. Здесь короткая черточка с линией-выводом от середины символизирует базу, две наклонные линии, проведенные к ней под углом 60°, — эмиттер и коллектор.

 Рис. 1. Внешний вид транзисторов, обозначение транзисторов на принципиальных схемах.

Об электропроводности базы судят по символу эмиттера: если его стрелка направлена к базе (рис. 1,а), то это означает, эмиттер имеет электропроводность типа р, а база — типа п; если же стрелка направлена в противоположную сторону (рис. 1,6), электропроводность эмиттера и базы — обратная (соответственно пир).

Поскольку, как уже отмечалось, электропроводность коллектора та же, что и эмиттера, стрелку на символе коллектора не изображают. Знать электропроводность эмиттера, базы и коллектора необходимо для того, чтобы правильно подключить транзистор к источнику питания. В справочниках эту информацию приводят в виде структурной формулы.

Транзистор, база которого имеет проводимость типа п, обозначают формулой p-n-p, а транзистор с базой, имеющей электропроводность типа P, — формулой n-p-n. В первом случае на базу и коллектор следует подавать отрицательное (по отношению к эмиттеру) напряжение, во втором — положительное.

Для наглядности условное обозначение транзистора обычно помещают в кружок, символизирующий его корпус. Корпус нередко изготовляют из металла и соединяют с одним из выводов транзистора. На схемах это показывают точкой в месте пересечения лиши-вывода с символом корпуса (у транзистора, изображенного на рис. 1,в, с корпусом соединен вывод коллектора).

Если же корпус снабжен отдельным выводом, линию-вывод допускается присоединять к кружку без точки (рис. 1,г). С целью повышения информативности схем рядом с позиционным обозначением транзистора обычно указывают его тип.

Линии-выводы, идущие от символов эмиттера и коллектора, проводят в одном из двух направлений: перпендикулярно или параллельно линии-выводу базы (рис. 1,д). Излом этой линии допускается лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (рис. 1,е).

Транзистор может иметь несколько эмиттерных областей (эмиттеров). В этом случае символы эмиттеров обычно изображают с одной стороны символа базы, а кружок-корпус заменяют овалом (рис. 1,ж).

В некоторых случаях ГОСТ 2.730—73 допускает изображать транзисторы и без символа корпуса, например при изображении бескорпуоных транзисторов ИЛ|Ц когда на схеме необходимо показать транзисторы, входящие в так называемые транзисторные сборки или матрицы (их выпускают в тех же корпусах, что и интегральные микросхемы).

 Рис. 2. Транзисторные сборки.

Поскольку буквенный код VT предусмотрен для обозначения транзисторов, выполненных в виде самостоятельных приборов, транзисторы сборок обозначают одним из следующих способов: либо используют код VT и присваивают им порядковые номера наряду с другими транзисторами (в этом случае на поле схемы помещают такую, например, запись: VT1—VT4 К1НТ251), либо берут код аналоговых микросхем DA и указывают принадлежность транзисторов к матрице в позиционном обозначении (рис. 2,а).

У выводов таких транзисторов, как правило, приводят условные номера, присвоенные выводам корпуса, в котором выполнена сборка. Без символа корпуса изображают на схемах и транзисторы аналоговых и цифровых микросхем (для примера на рис. 1,6 показаны транзисторы структуры n-p-n с тремя и четырьмя эмиттерами).

Условные графические обозначения некоторых разновидностей биполярных транзисторов получают введением в основной символ специальных знаков. Так, чтобы изобразить лавинный транзистор, между символами эмиттера и коллектора помещают знак эффекта лавинного пробоя (рис. 3,а). При повороте условного обозначения положение этого знака должно оставаться неизменным.

 Рис. 3. Лавинный транзистор.

Иначе построено обозначение так называемого однопереходного транзистора. У него один р-п переход, но два вывода базы. Символ эмиттера в обозначении этого транзистора проводят к середине символа базы (рис. 3,6). Об электропроводности базы судят по символу эмиттера (все сказанное ранее о транзисторах с двумя р-п переходами полностью применимо и к однрпереход-ному транзистору).

На обозначение однопереходного транзистора похоже условное обозначение довольно большой группы транзисторов с р-п переходом, получивших название полевых. Основа такого транзистора — созданный в полупроводнике и снабженный двумя выводами (исток и сток) канал с электропроводностью n-или p-типа.

Сопротивлением канала управляет третий электрод — затвор, соединенный с его средней частью р-п переходом. Канал полевого транзистора изображают так же, как и базу биполярного транзистора, но помещают в средней части кружка-корпуса , символы истока и стока присоединяют к нему с одной стороны, затвора — с другой.

Чтобы не вводить каких-либо знаков для различения символов истока и стока, затвор изображают на продолжении линии истока. Электропроводность канала указывают стрелкой на символе затвора.

В условном обозначении полевого транзистора с изолированным затворам (его изображают в виде черточки, параллельной символу канала, с выводом на продолжении линии истока) электропроводность канала показывают стрелкой, помещенной между символами истока и стока: если она направлена к символу канала, то это значит, что изображен транзистор с каналом п-типа, а если в противоположную сторону, — с каналом р-типа (рис. 4,а, б).

Рис. 4. Изображение полевых транзисторов на принципиальных схемах.

Аналогично указывают тип электропроводности канала и при наличии вывода от кристалла-подложки (рис. 4,в), а также при изображении полевого транзистора с так называемым индуцированным каналом, символ которого — три короткие штриха (рис. 4,г, д). Если подложка соединена с одним из электродов (обычно с истоком), это соединение показывают внутри символа без точки (рис. 4, е).

В палевом транзисторе может быть несколько затворов. Изображают их в этом случае короткими черточками, причем линию-вывод первого затвора обязательно помещают на продолжении линии истока (рис. 4,ж).

Линии-выводы полевого транзистора допускается изгибать лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (рис. 4,з), который может быть соединен с одним из электродов или иметь самостоятельный вывод (рис. 4,ы).

Из транзисторов, управляемых внешними факторами, в настоящее время находят применение фототранзисторы. В качестве примера на рис. 5 показаны условные обозначения фототранзжггоров с выводом базы и без него.

Наряду с другими полупроводниковыми приборами, действие которых основано на фотоэлектрическом эффекте, фототранзисторы могут входить в состав оптронов. Обозначение фототранзистора в этом случае вместе с символом излучателя света (обычно светодиода) заключают в объединяющий их символ корпуса, а знак фотоэффекта заменяют знаком оптической связи — двумя параллельными стрелками.

Рис. 5. Изображение на принципиальных схемах фототранзисторов.

Для примера на рис. 5,а изображена одна из оптопар сдвоенного оптрона К249КП1, о чем говорит позиционное обозначение U1.1. Аналогично строят условное графическое обозначение оптрона с составным транзистором (рис. 5,6).

Литература: В.В. Фролов, Язык радиосхем, Москва, 1998.

транзисторы. микросхемы

         α=ΔIk/ΔIэ 

         β=ΔIk/ΔIб 

         ΔIэ/ΔIб=β+1=1/1-α 

         α=β/1+β ;   β=α/1-α  

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

На главную

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Uкэ………………… постоянное напряжение коллектор-эмиттер

Uкэо,гр……………. граничное напряжение

Uкэо……………….. постоянное напряжение коллектор-эмиттер при токе
базы, равном нулю
UкэR……………… постоянное   напряжение  
коллектор-эмиттер  при заданном сопротивлении
в цепи база-эмиттер
Uкэк……………….. постоянное   напряжение   коллектор-эмиттер  при короткозамкнутых выводах базы и эмиттера
Uкэх……………….. постоянное  напряжение  коллектор-эмиттер  при заданном обратном напряжении база-эмиттер
UкэR,и…………… импульсное  напряжение  
коллектор-эмиттер   при заданном
сопротивлении в цепи база-эмиттер
Uкэк,и…………….. импульсное   напряжение  
коллектор-эмиттер  при короткозамкнутых
выводах базы и эмиттера
Uкэх,и…………….. импульсное   напряжение   коллектор-эмиттер   при заданном обратном напряжении база-эмиттер
Uкэо,проб………. пробивное напряжение коллектор-эмиттер при токе базы, равном нулю
UкэR,проб……… пробивное  
напряжение   коллектор-эмиттер   при заданном
сопротивлении в цепи база-эмиттер
Uкэк,проб………. пробивное   напряжение   коллектор-эмиттер  при короткозамкнутых выводах базы и эмиттера
Uкэх,проб………… пробивное   напряжение   коллектор-эмиттер   при заданном обратном напряжении база-эмиттер
Uкэ,макс………….. максимально допустимое  постоянное   напряжение коллектор-эмиттер
Uкэ,и,макс……… максимально
допустимое  импульсное  напряжение коллектор-эмиттер

Uкб……………….. постоянное
напряжение коллектор-база

Uкб, и…………….. импульсное напряжение
коллектор-база

Uкбо, проб………… пробивное напряжение коллектор-база при токе базы, равном нулю
Uкб, макс………… максимально допустимое  постоянное   напряжение коллектор-база
Uкб,и,макс…….. максимально
допустимое  импульсное  напряжение коллектор-база
Uэбо, проб……….. пробивное напряжение эмиттер-база при токе базы, равном нулю

Uэб………………… постоянное
напряжение эмиттер-база

Δ Uбэ…………….. падение напряжения на участке база-эмиттер

Uэб,макс…………. максимально  допустимое   постоянное   напряжение эмиттер-база

Uси………………. напряжение сток-исток

Uзи ………………. напряжение затвор-исток

Uип………………. напряжение исток-подложка

Uси,макс……….. максимально допустимое напряжение сток-исток

Uзи,макс……….. максимально допустимое напряжение затвор-исток

Uзс,макс……….. максимально допустимое напряжение затвор-сток

Uсп,макс……….. максимально допустимое напряжение сток-подложка

Uип,макс………. максимально допустимое напряжение исток-подложка

Uзп,макс……….. максимально допустимое напряжение затвор-подложка

Uзи пор…………. пороговое
напряжение полевого транзистора

Uзи отс………….. напряжение отсечки

Uп…………………. напряжение литания

Iк…………………… постоянный ток коллектора

Iэ…………………… постоянный ток эмиттера

Iб………………….. постоянный ток базы

Iк,и………………… импульсный
ток коллектора

Iэ,и………………… импульсный ток эмиттера

Iб,и ………………. импульсный ток базы

Iкр…………………. критический
ток биполярного транзистора

Iк,нас ……………. постоянный ток коллектора в режиме насыщения

I,нас………………. постоянный
ток базы в режиме насыщения

Iк,макс…………… максимально допустимый
постоянный ток коллектора

Iэ,макс…………… максимально допустимый постоянный ток эмиттера

Iб,макс………….. максимально допустимый постоянный ток базы

Iк,и,макс………… максимально допустимый импульсный ток коллектора

Iэ,и,макс………… максимально допустимый импульсный ток эмиттера

Iкбо………………. обратный ток коллектора

Iэбо………………. обратный ток эмиттера

IкэR……………….. обратный ток
коллектор-эмиттер

Iс,макс ………….. максимально допустимый постоянный ток стока

Iс,ост……………… остаточный
ток стока

Iз(пр),макс……… максимально
допустимый прямой ток затвора

Iс,и,макс………… максимально допустимый импульсный ток стока

Iс нач …………….. начальный
ток стока

Iз ут……………….. ток
утечки затвора

Сг…………………… емкость генератора

Сэ………………….. емкость эмиттерного перехода

Ск………………….. емкость коллекторного перехода

С₁₁ и………………. входная емкость полевого транзистора

С_{22  и……………………………} выходная емкость
полевого транзистора

C₁₂ и………………. проходная емкость полевого транзистора

Сзсо………………. емкость затвор-сток при отсоединенном выводе истока

Сзио……………….. емкость
затвор-исток при отсоединенном выводе стока

f…………………….. частота

fгр…………………. граничная частота
коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером (ОЭ)
Кур………………… коэффициент усиления по
мощности биполярного (полевого) транзистора
Кш.…………………. коэффициент   шума  
биполярного   (полевого) транзистора

Кнас………………. коэффициент насыщения

Кст U……………. коэффициент стоячей
волны по напряжению

l…………………….. длина
выводов

Р……………………. постоянная  рассеиваемая  мощность  биполярного (полевого) транзистора
Рср………………… средняя  рассеиваемая   мощность  биполярного (полевого) транзистора
Pи………………….. импульсная    рассеиваемая
мощность биполярного (полевого) транзистора

Рк………………….. постоянная рассеиваемая мощность коллектора

Рк,ср……………… средняя рассеиваемая мощность коллектора

Рвх…………………. входная мощность биполярного (полевого)
транзистора

Рвх (по)…………. входная  мощность  в  пике  огибающей  (средняя мощность однотонового сигнала с амплитудой, равной

амплитуде
двухтонового сигнала в пике огибающей)
Рвых(по)………… выходная мощность  в пике огибающей  (средняя мощность однотонового сигнала с амплитудой, равной

амплитуде
двухтонового сигнала  в пике огибающей)

Рпад………………. мощность падающей волны СВЧ сигнала

Рмакс ……………. максимально допустимая  постоянная  рассеиваемая мощность биполярного (полевого) транзистора
Ри,макс………….. максимально допустимая импульсная рассеиваемая мощность биполярного (полевого) транзистора
Рк,и,макс……….. максимально допустимая  импульсная рассеиваемая мощность  коллектора
Pк,ср,макс……… максимально 
допустимая  средняя  рассеиваемая мощность
коллектора

Q…………………… скважность

Zвх………………… входное
полное сопротивление на большом сигнале

бrэ…………………. последовательное активное сопротивление эмиттера

Rк………………….. сопротивление в цепи коллектор-источник питания

Rбэ…………………. сопротивление в цепи база-эмиттер

R6………………….. сопротивление в цепи база-источник питания

Rн…………………. сопротивление
нагрузки

Rr………………….. выходное сопротивление генератора при измеренениях

Rси…………………. сопротивление сток-исток полевого транзистора

Rси отк………….. сопротивление сток-исток в открытом состоянии

Rt…………………. тепловое сопротивление

Rт(п-к)…………. тепловое сопротивление переход-корпус

Rт, и(п-к)…….. импульсное
тепловое сопротивление переход-корпус

Rт (п-с)………… тепловое сопротивление переход-среда

h₂₁э………………… статический
коэффициент передачи тока в режимах малого
и большого сигналов

Т……………………….  температура окружающей среды

Тк…………………. температура корпуса, для бес корпусных
транзисторов -кристаллодержателя
(подложки)

Тп………………….. температура р-п перехода

t  в к л…………………. время включения

tвыкл……………… время
выключения

tзд………………….. время
задержки

tнр…………………. время
нарастания

tрас………………… время
рассасывания

tсп………………….. время
спада

tи…………………… длительность
импульса

tф…………………… длительность
фронта импульса

Учебное пособие по биполярным и полевым транзисторам

Рассмотрев конструкцию и работу биполярных переходных транзисторов NPN и PNP (BJT), а также полевых транзисторов (FET), как переходных, так и с изолированным затвором, мы можем суммировать основные моменты этих руководств по транзисторам, как показано ниже:

• Биполярный транзистор (BJT) представляет собой трехслойное устройство, состоящее из двух соединенных вместе полупроводниковых диодных переходов, одного с прямым смещением и одного с обратным смещением.
• Существует два основных типа транзисторов с биполярным переходом, (BJT), NPN и PNP.

Биполярные транзисторы

• — это « Current Operated Devices », где гораздо меньший базовый ток вызывает протекание большего тока от эмиттера к коллектору, которые сами по себе почти равны.
• Стрелка в символе транзистора представляет обычный ток.
• Наиболее распространенное соединение транзистора — это конфигурация с общим эмиттером (CE), но также доступны общая база (CB) и общий коллектор (CC).
• Требуется напряжение смещения для работы усилителя переменного тока.
• Переход база-эмиттер всегда смещен в прямом направлении, тогда как переход коллектор-база всегда смещен в обратном направлении.
• Стандартное уравнение для токов, протекающих в транзисторе, имеет следующий вид: I _E = I _B + I _C
• Кривые характеристик коллектора или выхода могут использоваться для определения Ib, Ic или β, до которых может быть построена линия нагрузки для определения подходящей рабочей точки Q с вариациями базового тока, определяющими рабочий диапазон.
• Транзистор также может использоваться в качестве электронного переключателя между областями насыщения и отсечки для управления такими устройствами, как лампы, двигатели, соленоиды и т. Д.
• Для индуктивных нагрузок, таких как двигатели постоянного тока, реле и соленоиды, требуется обратный смещенный диод «Маховик», установленный поперек нагрузки. Это помогает предотвратить повреждение транзистора любой наведенной обратной ЭДС, возникающей при выключении нагрузки.
• Транзистор NPN требует, чтобы база была более положительной, чем эмиттер, в то время как тип PNP требует, чтобы эмиттер был более положительным, чем база.

Учебное пособие по полевым транзисторам

• Полевые транзисторы , или полевые транзисторы, называются «устройствами , управляемыми напряжением, » и могут быть разделены на два основных типа: устройства с переходным затвором, называемые полевыми транзисторами, и устройства с изолированным затвором, называемые IGFET или более известные как полевые МОП-транзисторы.
• Устройства с изолированными затворами также можно подразделить на типы расширения и типы истощения. Все формы доступны как в N-канальной, так и в P-канальной версиях.

Полевые транзисторы

• имеют очень высокое входное сопротивление, поэтому на входную клемму течет очень небольшой ток (типы MOSFET) или совсем его нет, что делает их идеальными для использования в качестве электронных ключей.
• Входное сопротивление полевого МОП-транзистора даже выше, чем у полевого транзистора из-за изолирующего оксидного слоя, и поэтому статическое электричество может легко повредить устройства МОП-транзистора, поэтому при обращении с ними необходимо соблюдать осторожность.
• Когда на затвор расширенного полевого транзистора не подается напряжение, транзистор находится в состоянии «ВЫКЛ», аналогичном «разомкнутому переключателю».
• Полевой транзистор с обеднением по своей природе является проводящим и находится в состоянии «ВКЛ», когда на затвор не подается напряжение, аналогично «замкнутому переключателю».

Полевые транзисторы

• имеют гораздо более высокий коэффициент усиления по току по сравнению с транзисторами с биполярным переходом.
• Наиболее распространенным соединением полевого транзистора является конфигурация общего источника (CS), но также доступны конфигурации общего затвора (CG) и общего стока (CD).

МОП-транзисторы

• могут использоваться в качестве идеальных переключателей из-за их очень высокого сопротивления канала «ВЫКЛ» и низкого сопротивления «ВКЛ».
• Чтобы выключить N-канальный JFET-транзистор, на затвор должно быть подано отрицательное напряжение.
• Чтобы выключить P-канальный JFET-транзистор, на затвор необходимо подать положительное напряжение.
• N-канальные полевые МОП-транзисторы с истощением находятся в состоянии «ВЫКЛ», когда на затвор подается отрицательное напряжение для создания области истощения.
• P-канальные полевые МОП-транзисторы с истощением находятся в состоянии «ВЫКЛ.», Когда на затвор подается положительное напряжение, чтобы создать область истощения. ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
• N-канальные полевые МОП-транзисторы находятся в состоянии «ВКЛ», когда на затвор подается «+ ve» (положительное) напряжение.
• P-канальные полевые МОП-транзисторы находятся в состоянии «ВКЛ», когда на затвор подается «-ve» (отрицательное) напряжение.

Схема полевых транзисторов

Смещение затвора для конфигураций полевого транзистора с переходным полевым транзистором (JFET) и металлооксидного полупроводникового полевого транзистора (MOSFET) имеет следующий вид:

Различия между полевым транзистором и биполярным транзистором

Полевые транзисторы

могут использоваться для замены обычных транзисторов с биполярным переходом в электронных схемах. Ниже приводится простое сравнение полевых транзисторов и транзисторов с указанием их преимуществ и недостатков.

Ниже приведен список дополнительных биполярных транзисторов, которые могут использоваться для универсального переключения слаботочных реле, управления светодиодами и лампами, а также для приложений усилителей и генераторов.

Дополнительные транзисторы NPN и PNP

В чем разница между MOSFET и BJT?

ОСНОВНЫЕ ЗНАНИЯ — MOSFET VS.BJT В чем разница между MOSFET и BJT?

27.02.2020 Автор /
Редактор:
Люк Джеймс
/ Erika Granath

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET) и биполярный переходный транзистор (BJT) — это два типа транзисторов, которые поставляются в различных корпусах, и тем, кто не знаком с электроникой, часто сложно решить, какой из них следует использовать. в своих проектах.

Связанные компании

Хотя и MOSFET, и BJT являются транзисторами, они работают по-разному и ведут себя по-разному.

(Источник: Юрий Захачевский)

Хотя и MOSFET, и BJT являются транзисторами, они работают по-разному и ведут себя по-разному, поэтому используются по-разному.

Что такое полевой МОП-транзистор?

Рисунок 1: Структура полевого МОП-транзистора.

(Источник: Electronic Tutorials)

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET) — это разновидность полевого транзистора (FET) , который состоит из трех выводов — затвора, истока и стока.В полевом МОП-транзисторе сток управляется напряжением на выводе затвора, поэтому полевой МОП-транзистор является устройством, управляемым напряжением. Напряжение, приложенное к затвору, определяет, сколько тока течет в сток. MOSFET доступны двух типов: « p-channel » и « n-channel ». Оба эти типа могут быть либо в режиме увеличения, либо в режиме истощения (см. Рисунок 1). Это означает, что всего существует четыре различных типа полевых МОП-транзисторов.

В полевых МОП-транзисторах с каналом p-типа выводы истока и стока выполнены из полупроводника p-типа.Аналогичным образом, в n-канальных полевых МОП-транзисторах выводы истока и стока сделаны из полупроводника n-типа. Сам вывод затвора сделан из металла и отделяется от выводов истока и стока с помощью оксида металла. Такой уровень изоляции обеспечивает низкое энергопотребление и является основным преимуществом транзисторов этого типа. Часто полевые МОП-транзисторы используются в маломощных устройствах или в качестве строительных блоков для снижения энергопотребления.

Режим истощения: Когда напряжение на клемме затвора низкое, канал демонстрирует максимальную проводимость.Поскольку напряжение на зажимах затвора является положительным или отрицательным, проводимость канала снижается.

Режим улучшения: , когда напряжение на клемме затвора низкое, устройство не проводит ток, если на клемму затвора не подается большее напряжение.

Что такое BJT?

Биполярный переходной транзистор (BJT) — это устройство, управляемое током (в отличие от MOSFET, управляемое напряжением), которое, среди прочего, широко используется в качестве усилителя, генератора или переключателя. Биполярный транзистор имеет три контакта — базу, коллектор и эмиттер — и два перехода: p-переход и n-переход.

Существует два типа BJT — PNP и NPN . Каждый тип имеет большой коллекторный элемент и большой эмиттерный элемент, которые легированы одинаковым образом. Между этими структурами находится небольшой слой другого легирующего агента, называемого «основой». Ток течет в коллекторе PNP и выходит из эмиттера. В NPN полярность противоположная, и ток течет в эмиттере и выходит из коллектора. В любом случае направление тока в базе такое же, как и на коллекторе.

Рисунок 2: Принцип работы BJT.

(Источник: Electronic Tutorials)

По сути, работа BJT-транзистора определяется током на его базовом выводе. Например, небольшой базовый ток равен небольшому току коллектора. Выходной ток BJT всегда равен входному току, умноженному на коэффициент, известный как «усиление», обычно в 10-20 раз превышающий базовый ток.

MOSFET vs BJT: в чем разница?

Рисунок 3: Разница между BJT и MOSFET.

(Источник: Electronic Tutorials)

Между MOSFET и BJT есть много различий.

• MOSFET (управляемый напряжением) представляет собой металлооксидный полупроводник, тогда как BJT (управляемый током) представляет собой транзистор с биполярным переходом.

• Хотя оба терминала имеют по три терминала, они отличаются. MOSFET имеет исток, сток и затвор, тогда как BJT имеет базу, эмиттер и коллектор.

• MOSFET идеально подходят для приложений большой мощности, тогда как BJT чаще используются в приложениях с низким током.

• BJT зависит от тока на его базовом выводе, тогда как MOSFET зависит от напряжения на электроде затвора с оксидной изоляцией.

• Структура MOSFET по своей природе более сложна, чем структура BJT.

Что лучше?

И MOSFET, и BJT имеют уникальные характеристики, а также свои плюсы и минусы. К сожалению, мы не можем сказать, что «лучше», потому что вопрос очень субъективен. На этот вопрос нет однозначного и однозначного ответа.

При выборе того, что использовать в проекте, необходимо учитывать множество различных факторов, чтобы прийти к решению. Сюда входят уровень мощности , напряжение привода, эффективность, стоимость и скорость переключения, среди прочего — вот где действительно полезно знать ваш проект!

Как правило, полевые МОП-транзисторы более эффективны в источниках питания. В устройстве с батарейным питанием, где нагрузка переменная, а источник питания ограничен, например, использование BJT было бы плохой идеей.Однако, если BJT используется для питания чего-то с предсказуемым потреблением тока (например, светодиодов), тогда это будет хорошо, потому что ток база-эмиттер может быть установлен на долю тока светодиода для повышения эффективности.

(ID: 46385462)

Как работает транзистор?

Спросил:

Тони Уилан

Ответ

Конструкция транзистора позволяет ему работать как усилитель или переключатель.Это
достигается за счет использования небольшого количества электричества для управления воротами на гораздо большем
подача электричества, очень похожая на поворот клапана для управления подачей воды.
Транзисторы

состоят из трех частей: базы, коллектора и эмиттера. База
это устройство управления затвором для большего источника электроэнергии. Коллекционер — это
большее электрическое питание, и эмиттер является выходом для этого источника. Отправив
различные уровни тока от базы, количество тока, протекающего через затвор
от коллектора может регулироваться.Таким образом, очень небольшое количество тока может быть
используется для управления большим током, как в усилителе. Тот же процесс используется для
создать двоичный код для цифровых процессоров, но в этом случае порог напряжения
для открытия коллекторного затвора необходимо пять вольт. Таким образом, транзистор
используется в качестве переключателя с двоичной функцией: пять вольт — включено, менее пяти вольт — выключено.

Полупроводящие материалы — вот что делает возможным создание транзисторов.Большинство людей знакомы
с электропроводящими и непроводящими материалами. Металлы обычно считаются
как проводящие. Такие материалы, как дерево, пластик, стекло и керамика
непроводящие или изоляторы. В конце 1940-х годов группа ученых, работающая в Bell
Лаборатории в Нью-Джерси обнаружили, как брать определенные типы кристаллов и использовать их в качестве
электронные устройства управления за счет использования их полупроводниковых свойств.
неметаллические кристаллические структуры обычно считаются изоляторами.Но по
заставляя кристаллы германия или кремния расти с примесями, такими как бор или
фосфора кристаллы приобретают совершенно другие электропроводящие свойства. По
помещая этот материал между двумя проводящими пластинами (эмиттером и коллектором),
транзистор сделан. Подавая ток на полупроводниковый материал (основание), электроны
собираться до тех пор, пока не будет сформирован эффективный канал, по которому проходит электричество
Учеными, ответственными за изобретение транзистора, были Джон
Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли.Их патент назывался: «Три
Элемент электродной цепи из полупроводниковых материалов ».

Артикул:

Ответил:

Стивен Портц, учитель технологий, средняя школа космического побережья, Флорида

Существует два основных типа транзисторов-переходных транзисторов и полевых транзисторов.
Каждый работает по-своему. Но полезность любого транзистора заключается в его
возможность управления сильным током при слабом напряжении. Например, транзисторы в
система громкой связи усиливает (усиливает) слабое напряжение, возникающее, когда человек говорит
в микрофон.Электричество, идущее от транзисторов, достаточно сильное, чтобы
использовать громкоговоритель, который издает звуки намного громче, чем голос человека.

ПЕРЕХОДНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Соединительный транзистор состоит из тонкого кусочка одного типа
полупроводниковый материал между двумя более толстыми слоями противоположного типа. Например, если
средний слой p-типа, внешние слои должны быть n-типа. Такой транзистор является
Транзистор NPN. Один из внешних слоев называется эмиттером, а другой известен
как коллекционер.Средний слой — это основа. Места присоединения эмиттера к
база и база, соединяющая коллектор, называются узлами.

Слои NPN-транзистора должны иметь правильное напряжение, подключенное к ним. В
Напряжение базы должно быть положительнее, чем у эмиттера. Напряжение
коллектор, в свою очередь, должен быть более положительным, чем у цоколя. Напряжения
питается от батареи или другого источника постоянного тока.
Эмиттер подает электроны.База оттягивает эти электроны от эмиттера, потому что
он имеет более положительное напряжение, чем эмиттер. Это движение электронов создает
поток электричества через транзистор.

Ток проходит от эмиттера к коллектору через базу. Изменения в
напряжение, подключенное к базе, изменяет поток тока, изменяя количество
электроны в базе. Таким образом, небольшие изменения в базовом напряжении могут вызвать большие
изменения тока, вытекающего из коллектора.

Производители также производят соединительные транзисторы PNP. В этих устройствах эмиттер и
коллектор — это полупроводниковый материал p-типа, а база — n-типа. Соединение PNP
Транзистор работает по тому же принципу, что и транзистор NPN. Но он отличается в одном
уважать. Основной поток тока в транзисторе PNP регулируется путем изменения
количество дырок, а не количество электронов в основании. Также этот тип
Транзистор работает правильно только в том случае, если отрицательные и положительные соединения к нему являются
обратная сторона транзистора NPN.

ТРАНЗИСТОРЫ ПОЛЕВОГО ЭФФЕКТА

Полевой транзистор имеет только два слоя полупроводника.
материал, один поверх другого. Электричество проходит через один из слоев, называемый
канал. Напряжение, подключенное к другому слою, называемому затвором, мешает
ток, протекающий в канале. Таким образом, напряжение, подключенное к затвору, управляет
сила тока в канале. Существует две основных разновидности полевого эффекта.
транзисторы — полевой транзистор на стыке (JFET) и металлооксидный полупроводник
полевой транзистор (MOSFET).Большинство транзисторов, содержащихся в сегодняшних
интегральные схемы — это МОП-транзисторы.

Ответил:

Джастин Шорс, ученик старшей школы

ECE 291 Lab 10: Транзистор, сравнение двух основных типов: МОП и БИПОЛЯРНЫЙ

ЦЕЛИ

Знакомство с MOSFET, наиболее часто используемым типом транзисторов на сегодняшний день, и его сравнение с BJT. Демонстрирует чрезвычайно высокий импеданс затвора полевого МОП-транзистора по постоянному току.Изучение линейных характеристик и поведения переключения транзисторов. МОП-транзистор как устройство, управляемое напряжением, и BJT как устройство, управляемое током. Аналоговый переключатель MOS.

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня существует два наиболее распространенных типа транзисторов: металл-оксидный полупроводник или MOS и биполярный переходный транзистор или BJT. MOS также обозначается как MOSFET, потому что это полевой транзистор (FET). Подавляющее большинство обоих типов изготовлено из кремния (Si) и небольшая часть (около 2%) из арсенида галлия (GaAs).Первоначально BJT доминировал на рынке, но теперь большинство транзисторов, особенно в интегральных схемах, относятся к типу MOS. BJT по-прежнему сохраняет свои позиции, особенно в некоторых аналоговых цепях и схемах большой мощности. В то время как большинство транзисторов любого типа сегодня изготавливаются как элементы интегральных схем (ИС), которые могут содержать миллионы элементов схемы, одиночные или дискретные транзисторы по-прежнему используются во многих приложениях, таких как высокочастотные или силовые блоки.

В этой лаборатории мы концентрируемся на МОП-транзисторе и сравниваем его с БЮТ.Подчеркивается важное различие между импедансом затвора MOS и базовым импедансом BJT. Вы будете экспериментировать с N-канальным мощным MOSFET в режиме улучшения и BJT типа npn.

PRELAB

1. МОП-транзистор характеризуется очень высоким входным сопротивлением (затвором). Означает ли это, что к воротам никогда не протекает заметный ток? Объяснять.
2. Изобразите схемы схем для экспериментов с MOSFET, описанных в разделах 1, 2 и 3 ниже.

ЛАБОРАТОРИЯ

Необходимое оборудование со склада: Протоплата аналоговая универсальная
измеритель, коробка замены сопротивления, провода, щуп.

1. ПОЛЯРНОСТЬ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Проверить переходы база-коллектор и база-эмиттер омметром.
(используйте шкалу кОм). На самом деле вы не измеряете сопротивление, но можете определить полярность переходов транзистора. Убедитесь, что npn-транзистор имеет соответствующие переходы между эмиттером (n-тип) и базой (p-тип), а также между базой и коллектором (n-тип).

Рис. 9.1: Клеммные соединения для MOS (слева) и BJT (справа) транзисторов.

2. ТРАНЗИСТОР КАК ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

.

2.1 BJT

Соберите схему (показанную ниже), в которой npn BJT используется для переключения
включить и выключить небольшую лампу накаливания. Резистор R ₁ должен быть от 220 до 390 Ом, чтобы защитить базу транзистора от чрезмерного тока.R _x может быть коробкой замены сопротивления.

Рис. 9.2 Схема транзисторного переключателя.

В этом приложении небольшой ток в базовой цепи управляет большим
ток в цепи коллектора (лампы). Таким образом, транзисторы большой мощности
может использоваться для управления большими токовыми нагрузками.

Найдите номинал базового резистора R _x , позволяющий включить лампу на полную яркость.Измерьте базовое напряжение V _b , когда лампа «включена», и вычислите базовый ток, который использовался для полного включения BJT. Какое эквивалентное сопротивление между базой и эмиттером транзистора в этой конфигурации? Также измерьте ток лампы и напряжение коллектора. Вычислите также эквивалентное сопротивление между эмиттером и коллектором, когда транзистор включен.

2.2 МОП-транзистор

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Вы собираетесь работать с полевым МОП-транзистором, устройством, очень чувствительным к статическому электричеству.Не прикасайтесь к выводу затвора рукой, не дотронувшись до одного из двух других выводов транзистора той же рукой. Когда транзистор вставлен в макетную плату, сначала «заземлите» свое тело, прикоснувшись к печатной плате, прежде чем касаться электрода затвора. Когда транзистор не используется, держите его вставленным в черную прокладку из токопроводящей пены.

Замените BJT на полевой МОП-транзистор с n-канальным режимом улучшения: вывод затвора заменяет базу, исток заменяет эмиттер, а сток — коллектор (см.рис.9.1) Включите и выключите лампу, подключив резистор R _x либо к плюсовой клемме источника питания, либо к земле.

Теперь сюрприз: отключите резистор затвора либо от земли, либо от источника питания. Коснитесь свободного конца резистора (или вывода затвора транзистора) одной рукой, а другой рукой коснитесь заземления или положительного вывода. Когда лампа загорится, уберите руки и подождите. Через некоторое время пальцами «отшлифуйте» ворота.С этого момента вы должны помнить, что никогда не оставляйте затвор MOSFET неподключенным. Что вы можете сказать о входном сопротивлении этой цепи? Вам нужен большой ток, чтобы включить транзистор? Сравните с BJT!

Измерьте также ток лампы и напряжение стока. Какое выходное сопротивление (сопротивление между истоком и стоком) этой цепи?

ПРИМЕЧАНИЕ: Транзистор, используемый в этих экспериментах, представляет собой силовой полевой МОП-транзистор, способный выдерживать большой ток и имеющий относительно низкое сопротивление канала.Полевой МОП-транзистор, обычно используемый в цифровых схемах, не включает лампочку; его сопротивление канала слишком велико. Однако он может управлять светодиодом (светоизлучающим диодом), который требует гораздо меньше тока, чем лампочка.

2.3. ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ МОП-транзистора.

Замените лампочку в цепи полевого МОП-транзистора двумя параллельными резисторами на 100 Ом. Подайте прямоугольный сигнал от генератора сигналов на вашем стенде к затвору через резистор 10 кОм.Амплитуда должна быть достаточно большой для включения и выключения транзистора, но используйте также регулировку смещения постоянного тока генератора, чтобы получить выход с одной полярностью (проверьте на осциллографе). Увеличьте частоту примерно с 1 кГц и наблюдайте за входным сигналом на затворе и выходным сигналом на стоке. Зачем вам действительно нужен зонд? Часть входного сигнала должна иметь вид RC-кривой. Попробуйте оценить емкость затвора.

ПРИМЕЧАНИЕ. Входная цепь, состоящая из резистора и затвора, более сложна, чем простая RC-цепь, поскольку на нее влияет напряжение на стоке.Когда напряжение стока меняется, оно влияет на напряжение затвора (обратная связь), и эффект выглядит как изменение емкости затвора. Это объясняет несколько странную форму наблюдаемых сигналов.

Чтобы определить, насколько быстро может переключаться транзистор, устраните сопротивление затвора и подключите затвор непосредственно к генератору сигналов. Остерегайтесь статического электричества!
Увеличьте частоту и наблюдайте за формами волны. Измерьте время «включения» и «выключения» как на входе, так и на выходе. Что ограничивает скорость переключения? Есть ли сопротивление во входной цепи?

3. ТРАНЗИСТОР КАК УСИЛИТЕЛЬ

3,1 полевой МОП-транзистор

Поскольку затвор MOSFET практически не потребляет ток, выходной ток этого устройства регулируется напряжением затвора. Чтобы изучить этот эффект, измерьте ток стока как функцию напряжения затвора с заземленным истоком.Используйте схему на рис. 9.3, где резистор стока R _d может быть 1 кОм. Увеличьте напряжение затвора V _g от нуля, контролируя напряжение стока. В _г . Рассчитайте ток стока и постройте его зависимость от V _g . Определите пороговое напряжение транзистора.

Рис. 9.3: Схема MOSFET с общим истоком.

3.2 BJT

BJT может управляться током базы, и цель этого измерения — продемонстрировать так называемое «усиление тока» транзистора или отношение тока коллектора к току базы. Коэффициент усиления по току (β или h _FE ) не является хорошим параметром транзистора, потому что он зависит от условий эксплуатации и широко варьируется для разных образцов одного и того же типа, но он демонстрирует важную функцию транзистора: усиление .

Измерьте коэффициент усиления транзистора по току для нескольких значений I _B , используя схему, показанную на рисунке 9.4 ниже.

Рис. 9.4 Схема измерения коэффициента усиления по току.

У вас есть несколько вариантов выполнения этих измерений. Измеряя V _b и V _bb с помощью цифрового вольтметра, вы можете определить ток базы, если известно значение резистора базы (4.7к на рис. 9.4). В качестве альтернативы вы можете измерить базовый ток напрямую с помощью цифрового амперметра. Ток коллектора можно определить путем измерения напряжения коллектора V _c или напрямую, подключив аналоговый амперметр последовательно с резистором 1 кОм. Цифровой измеритель понадобится для измерения V _b или тока в базе.

Выполните измерения для нескольких значений базового тока I _B , изменив V _bb . Сведите результаты в таблицу, включая напряжение база-эмиттер В _BE и напряжение коллектор-эмиттер В _CE , а также расчетные значения усиления по току ( h _FE или beta ).

4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРА

С помощью измерителя кривой протестируйте МОП- и БЮТ-транзисторы в режиме общего истока или эмиттера, соответственно. Характеристические кривые включают ток стока (коллектора) как функцию напряжения стока (коллектора) для различных значений напряжения затвора (тока базы).Выберите диапазоны напряжения и тока, которые включают значения, которые вы измерили в части 3. Нарисуйте наблюдаемые кривые, маркируя оси, и укажите приблизительные масштабы осей. Свяжите кривые со значениями, измеренными в части 3.

5. МОП-транзистор КАК АНАЛОГОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

Очень полезная схема, невозможная с BJT, может быть построена с MOSFET, используемыми в качестве переключателей аналоговых сигналов. Они действуют как твердотельные реле, управляемые напряжением затвора, в то время как стандартные реле управляются током в их катушках.Такие схемы, используемые в системах сбора данных, служат аналоговыми мультиплексорами, которые позволяют выбирать один из нескольких входов данных. В других приложениях они могут изменять коэффициент усиления операционного усилителя или коэффициент затухания путем переключения различных резисторов, используя уровни управляющего напряжения, обычно устанавливаемые цифровыми схемами. Существуют специальные аналоговые переключатели CMOS, выполненные в виде интегральных схем в нескольких блоках, также называемых воротами передачи. Здесь мы начинаем эксперимент с аналоговыми переключателями, используя наш силовой MOSFET.

Создайте аналоговый переключатель с использованием полевого МОП-транзистора. Подайте сигнал на исток и снимите выходной сигнал с резистора (от 10 кОм до 100 кОм), подключенного между стоком и землей. Управляющее напряжение должно подаваться на затвор через обычный однополюсный переключатель. Подайте сигнал, передавая некоторое смещение постоянного тока от генератора на вход, и наблюдайте за выходом на осциллографе, изменяя положение переключателя. Отрегулируйте регулятор смещения постоянного тока на генераторе и понаблюдайте за его эффектом. Каким должно быть соотношение между уровнем управляющего напряжения, подаваемого на затвор, и уровнем входного напряжения, чтобы это устройство работало?

ОТЧЕТ

• Включите все схемы со значениями компонентов.
• Представьте наглядно все графики.
• Решите все проблемы и вопросы, выделенные жирным шрифтом в тексте.
• Какие основные различия вы заметили в работе MOSFET и BJT?

Разница между BJT и MOSFET: преимущества и недостатки

Транзисторы BJT и MOSFET — это электронные полупроводниковые устройства, которые выдают большой изменяющийся электрический сигнал o / p для небольших изменений малых сигналов i / p.Благодаря этой особенности эти транзисторы используются либо как переключатель, либо как усилитель. Первый транзистор был выпущен в 1950 году, и его можно рассматривать как одно из самых важных изобретений 20 века. Устройство быстро развивается, а также внедряются различные типы транзисторов. Первый тип транзистора — это BJT (биполярный переходной транзистор), а MOSFET (полевой транзистор с металлическим оксидом и полупроводником) — еще один тип транзистора, представленный позже. Для лучшего понимания этой концепции в этой статье приводится основное различие между BJT и MOSFET.

Что такое BJT?

Транзистор с биполярным переходом — это один из типов полупроводниковых устройств, и в былые времена эти устройства использовались вместо электронных ламп. BJT — это устройство с управлением по току, где o / p базового терминала или терминала эмиттера является функцией тока в базовом терминале. По сути, работа транзистора BJT определяется током на выводе базы. Этот транзистор состоит из трех выводов, а именно эмиттера, базы и коллектора.Фактически, BJT — это кремниевый элемент, который включает в себя три области и два перехода. Эти две области называются P-переходом и N-переходом.

Транзистор с биполярным соединением

Существует два типа транзисторов: PNP и NPN. Основное различие между BJT и MOSFET заключается в их носителях заряда. В транзисторе PNP P обозначает положительный заряд, а основные носители заряда — дырки, тогда как в транзисторе NPN N обозначает отрицательный заряд, а основными носителями заряда являются электроны. Принципы работы этих транзисторов практически одинаковы, и основное различие заключается в смещении, а также полярности источника питания для каждого типа.Биполярные транзисторы подходят для слаботочных приложений, например, для коммутации.

BJT Symbol

Принцип работы BJT

Принцип работы BJT включал использование напряжения между двумя выводами, такими как база и эмиттер, для регулирования потока тока через вывод коллектора. Например, конфигурация обычного эмиттера показана на рисунке ниже.

Работа биполярного транзистора

Изменение напряжения влияет на ток, поступающий на клемму базы, и этот ток, в свою очередь, влияет на вызываемый ток включения / выключения.Таким образом, показано, что входной ток управляет потоком опорного тока. Итак, этот транзистор — это устройство, управляемое током. Пожалуйста, перейдите по ссылке ниже, чтобы узнать больше о; Основное различие между BJT и FET.

Что такое MOSFET

MOSFET — это один из видов полевого транзистора (FET), который состоит из трех выводов, а именно затвора, истока и стока. Здесь ток стока регулируется напряжением на выводе затвора. Следовательно, эти транзисторы являются устройствами с регулируемым напряжением.

MOSFET

Эти транзисторы доступны в 4 различных типах, таких как P-канал или N-канал с режимом улучшения или режимом истощения. Клеммы истока и стока изготовлены из полупроводника N-типа для N-канальных полевых МОП-транзисторов и в равной степени для устройств с P-каналом. Клемма затвора сделана из металла и отделяется от клемм истока и стока с помощью оксида металла. Эта изоляция обеспечивает низкое энергопотребление, и это преимущество этого транзистора. Следовательно, этот транзистор используется там, где полевые МОП-транзисторы с p- и n-каналом используются в качестве строительных блоков для снижения энергопотребления, как цифровая логика CMOS.

МОП-транзисторы

подразделяются на два типа, такие как режим улучшения и режим истощения.

Режим истощения: Когда напряжение на клемме «G» низкое, канал показывает максимальную проводимость. Если напряжение на клемме «G» положительное или отрицательное, проводимость канала будет уменьшена.

Режим улучшения: Когда напряжение на клемме «G» низкое, устройство не проводит ток. Когда на вывод затвора подается большее напряжение, проводимость этого устройства хорошая.

Пожалуйста, перейдите по ссылке ниже, чтобы узнать больше о; Что такое MOSFET с рабочим?

Принцип работы MOSFET

Работа MOSFET зависит от MOS (металлооксидный конденсатор), который является важной частью MOSFET. Оксидный слой присутствует среди двух выводов, таких как исток и сток. Применяя напряжения затвора + Ve или –Ve, мы можем установить от p-типа до n-типа. Когда на вывод затвора подается напряжение + Ve, то отверстия, существующие под оксидным слоем, с силой отталкивания, и отверстия проталкиваются вниз через подложку.Область отклонения занята связанными зарядами –Ve, которые связаны с атомами акцептора. Блок-схема полевого МОП-транзистора

Различия между полевым транзистором и полевым транзистором

Различия между полевым транзистором и полевым транзистором (BJT) и полевым МОП-транзистором в табличной форме обсуждается ниже. Итак, сходство между BJT и MOSFET обсуждается ниже.

Разница между BJT и MOSFET

JT или P-тип

Ключевые различия между BJT и MOSFET

Ключевые различия между BJT и MOSFET транзисторами обсуждаются ниже.

• BJT представляет собой транзистор с биполярным переходом, тогда как MOSFET представляет собой полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника.
• BJT имеет три вывода, а именно базу, эмиттер и коллектор, в то время как полевой МОП-транзистор имеет три вывода, а именно исток, сток и затвор.
• BJT используются для приложений с низким током, тогда как MOSFET используется для приложений с высокой мощностью.
• В настоящее время в аналоговых и цифровых схемах полевые МОП-транзисторы считаются более широко используемыми, чем BJTS.
• Работа BJT зависит от тока на клемме базы, а работа полевого МОП-транзистора зависит от напряжения на электроде затвора с оксидной изоляцией.
• BJT — это устройство, управляемое током, а MOSFET — устройство, управляемое напряжением.
  MOSFET используются больше, чем BJT в большинстве приложений.
• Структура MOSFET более сложна, чем BJT.

Какой усилитель BJT или MOSFET лучше?

И BJT, и MOSFET обладают уникальными характеристиками, а также собственными преимуществами и недостатками. Но мы не можем сказать, что хорошо в BJT и MOSFET, поскольку вопрос крайне субъективен. Но перед выбором BJT или MOSFET необходимо учитывать несколько факторов, таких как уровень мощности, эффективность, напряжение привода, цена, скорость переключения и т. Д.

Обычно MOSFET используется в источниках питания более эффективно, поскольку рабочий MOSFET быстрее из-за использования оксида металла помимо BJT.Здесь BJT зависит от комбинации электрон-дырка. МОП-транзистор
работает с малой мощностью при переключении на высокой частоте, потому что он имеет быструю скорость переключения, поэтому он ведет через управляемый оксидом сетки полевой эффект, но не через рекомбинацию электрона или дырки, как BJT. В MOSFET схема, такая как управление затвором, очень проста
Есть множество причин, которые выделяются

Меньшие потери проводимости

Биполярный переходный транзистор имеет стабильное падение напряжения насыщения, например 0.7 В, тогда как полевой МОП-транзистор имеет сопротивление в открытом состоянии 0,001 Ом, что приводит к меньшим потерям мощности.

Высокий входной импеданс

Биполярный переходной транзистор использует низкий базовый ток для работы с большим током коллектора. И они работают как усилитель тока. MOSFET — это устройство, управляемое напряжением, и почти не учитывает ток затвора. Затвор работает как номинальный конденсатор, и это является значительным преимуществом в приложениях переключения и высокого тока, потому что коэффициент усиления силовых BJT имеет средний или низкий уровень, что требует высоких базовых токов для создания больших токов.

Площадь, занимаемая MOSFET, меньше по сравнению с BJT, как 1/5. Работа BJT не так проста по сравнению с MOSFET. Таким образом, полевые транзисторы можно очень легко спроектировать и использовать как пассивные элементы вместо усилителей.

Почему MOSFET лучше чем BJT?

Использование MOSFET вместо BJT дает множество преимуществ, как показано ниже.

MOSFET очень чувствителен по сравнению с BJT, потому что большинство носителей заряда в MOSFET — это ток.Так что это устройство активируется очень быстро по сравнению с BJT. Таким образом, это в основном используется для переключения мощности SMPS.

MOSFET не претерпевает больших изменений, тогда как в BJT ток коллектора будет изменяться из-за изменений температуры, базового напряжения передатчика и усиления по току. Однако этого огромного изменения нет в MOSFET, потому что он является основным носителем заряда.

Входное сопротивление полевого МОП-транзистора очень велико, как и диапазон мегомов, тогда как входное сопротивление транзистора BJT находится в пределах килоом.Следовательно, изготовление полевых МОП-транзисторов идеально подходит для схем на основе усилителей.

По сравнению с биполярными транзисторами, полевые МОП-транзисторы имеют меньше шума. Здесь шум можно определить как случайное вторжение в сигнал. Как только транзистор используется для увеличения сигнала, внутренний процесс транзистора инициирует некоторые из этих случайных помех. Как правило, BJT вносят в сигнал огромный шум по сравнению с MOSFET. Таким образом, полевые МОП-транзисторы подходят для обработки сигнала в противном случае усилители напряжения.

Размер MOSFET очень мал по сравнению с BJT. Таким образом, их можно разместить на меньшем пространстве. По этой причине в процессорах компьютеров и микросхем используются полевые МОП-транзисторы. Итак, конструкция MOSFET очень проста по сравнению с BJT.

Температурный коэффициент полевого транзистора и биполярного транзистора

Температурный коэффициент полевого МОП-транзистора положителен для сопротивления, и это упростит параллельную работу полевого МОП-транзистора. В первую очередь, если полевой МОП-транзистор передает усиленный ток, он очень легко нагревается, увеличивает свое сопротивление и заставляет этот поток тока перемещаться к другим устройствам параллельно.

Температурный коэффициент BJT отрицательный, поэтому резисторы необходимы на протяжении всего параллельного процесса биполярного переходного транзистора.

Вторичного пробоя полевого МОП-транзистора не происходит, поскольку его температурный коэффициент положительный. Однако транзисторы с биполярным переходом имеют отрицательный температурный коэффициент, что приводит к вторичному пробою.

Преимущества BJT перед MOSFET

Преимущества BJT перед MOSFET включают следующее.

• BJT лучше работают в условиях высокой нагрузки и с более высокими частотами по сравнению с MOSFETS
• BJT имеют более высокую точность воспроизведения и лучший коэффициент усиления в линейных областях, как было оценено с MOSFET.
• По сравнению с полевыми МОП-транзисторами, BJTS работают намного быстрее из-за низкой емкости управляющего контакта. Но MOSFET более устойчив к нагреву и может имитировать хороший резистор.
• BJT — очень хороший выбор для приложений с низким напряжением и низким энергопотреблением.

К недостаткам BJT можно отнести следующее.

• Воздействует излучением
• Производит больше шума
• Имеет меньшую термическую стабильность
• Базовое управление BJT очень сложное
• Частота переключения низкая и высокая сложное управление
• Время переключения BJT низкое по сравнению с с напряжением и током с высокой переменной частотой.

Преимущества и недостатки MOSFET

Преимущества MOSFET включают следующее.

• Меньший размер
• Производство просто
• Входное сопротивление высокое по сравнению с JFET
• Поддерживается высокоскоростная работа
• Потребляемая мощность низка, поэтому для каждого чипа можно использовать больше компонентов за пределами области
• В цифровых схемах используется полевой МОП-транзистор с расширенным типом
• Он не имеет диода затвора, поэтому можно работать через положительное или отрицательное напряжение затвора
• Он широко используется по сравнению с JFET
• Сопротивление стока полевого МОП-транзистора высокий из-за низкого сопротивления канала

К недостаткам MOSFET можно отнести следующее.

• К недостаткам MOSFET можно отнести следующее.
• Срок службы полевого МОП-транзистора невелик.
• Для точного измерения дозы требуется частая калибровка.
• Они чрезвычайно уязвимы для перегрузки по напряжению; поэтому из-за установки необходимо особое обращение.

Таким образом, все дело в различии между BJT и MOSFET, которое включает в себя, что такое BJT и MOSFET, принципы работы, типы MOSFET и различия. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию.Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или проектов в области электротехники и электроники, пожалуйста, оставьте свой отзыв, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, каковы характеристики BJT и MOSFET?

Как работают транзисторы (NPN и MOSFET)

Транзистор — это простой компонент, который можно использовать для создания множества интересных проектов. В этом практическом руководстве вы узнаете, как работают транзисторы, и сможете использовать их в своей следующей схеме.

На самом деле это довольно просто, если вы изучите основы.Мы сосредоточимся на двух наиболее распространенных транзисторах; BJT и MOSFET .

Транзистор работает как электронный переключатель. Он может включать и выключать ток. Проще всего представить себе транзистор как реле без каких-либо движущихся частей. Транзистор похож на реле в том смысле, что вы можете использовать его для включения и выключения чего-либо.

Но транзистор также можно частично включить, что полезно для создания усилителей.

Как работают транзисторы (БЮТ)

Начнем с классического транзистора NPN.Это биполярный транзистор (BJT) , имеющий три ножки:

• База (б)
• Коллектор (в)
• Излучатель (д)

Если вы включите его, через него может течь ток от коллектора к эмиттеру. Когда он выключен, ток не течет.

В приведенном ниже примере схемы транзистор выключен. Это означает, что через него не может протекать ток, поэтому светоизлучающий диод (LED) также выключен.

Для включения транзистора необходимо напряжение около 0.7В между базой и эмиттером.

Если бы у вас была батарея 0,7 В, вы могли бы подключить ее между базой и эмиттером, и транзистор включился бы.

Поскольку у большинства из нас нет батареи 0,7 В, как нам включить транзистор?

Легко! Часть транзистора база-эмиттер работает как диод. Диод имеет прямое напряжение , которое он «берет» из имеющегося напряжения. Если вы добавите резистор последовательно, остальная часть напряжения упадет на резисторе.

Таким образом, вы автоматически получите около 0,7 В, добавив резистор.

Это тот же принцип, который вы используете для ограничения тока через светодиод, чтобы он не взорвался.

Если вы также добавите кнопку, вы можете управлять транзистором и, следовательно, светодиодом, включаться и выключаться с помощью кнопки:

Выбор значений компонентов

Чтобы выбрать значения компонентов, вам нужно знать еще одну вещь о том, как работают транзисторы:

Когда ток течет от базы к эмиттеру, транзистор включается, так что больший ток может течь от коллектора к эмиттеру.

Существует связь между величинами двух токов. Это называется коэффициентом усиления транзистора .

Для транзистора общего назначения, такого как BC547 или 2N3904, это может быть около 100.

Это означает, что если у вас есть ток 0,1 мА от базы к эмиттеру, вы можете получить 10 мА (в 100 раз больше), протекающее от коллектора к эмиттеру.

Резистор какого сопротивления нужен для R1, чтобы получить ток 0,1 мА?

Если батарея 9В, а база-эмиттер транзистора захватывает 0.7 В, на резисторе осталось 8,3 В.

Вы можете использовать закон Ома, чтобы найти номинал резистора:

Треугольник закона Ома

Значит нужен резистор на 83 кОм. Это не стандартное значение, но 82 кОм, и это достаточно близко.

R2 предназначен для ограничения тока светодиода. Вы можете выбрать значение, которое вы выбрали бы, если бы вы подключили светодиод и резистор непосредственно к батарее 9 В, без транзистора. Например, 1 кОм должен работать нормально.

Посмотрите видеообъяснение транзистора, которое я сделал несколько лет назад (простите за олдскульное качество):

Как выбрать транзистор

NPN-транзистор является наиболее распространенным из биполярных транзисторов (BJT) . Но есть еще один, называемый PNP-транзистором, который работает точно так же, только все токи имеют противоположное направление.

При выборе транзистора важно помнить, какой ток транзистор может выдерживать.Это называется током коллектора (I _C ).

БЕСПЛАТНЫЙ бонус: Загрузите базовые электронные компоненты [PDF] — мини-книгу с примерами, которая научит вас, как работают основные компоненты электроники.

Как работает полевой МОП-транзистор

MOSFET-транзистор — еще один очень распространенный тип транзисторов. Он также имеет три контакта:

• Затвор (g)
• Источник (и)
• Сток (d)

Символ MOSFET (N-канал)

MOSFET работает аналогично BJT-транзистору, но с одним важным отличием:

В биполярном транзисторе , ток от базы к эмиттеру определяет, какой ток может протекать от коллектора к эмиттеру.

В полевой МОП-транзистор , напряжение между затвором и истоком определяет, сколько тока может протекать от стока к истоку.

Пример: как включить полевой МОП-транзистор

Ниже приведен пример схемы включения полевого МОП-транзистора.

Значение R1 не критично, но около 10 кОм должно работать нормально. R2 устанавливает яркость светодиода. 1 кОм подойдет для большинства светодиодов. Q1 может быть практически любым n-канальным MOSFET, например BS170.

Чтобы включить MOSFET-транзистор, вам необходимо напряжение между затвором и истоком, которое выше порогового напряжения вашего транзистора.Например, BS170 имеет пороговое напряжение затвор-исток , равное 2,1 В. (Вы найдете эту информацию в таблице).

Пороговое напряжение полевого МОП-транзистора — это фактически напряжение, при котором он отключается. Итак, чтобы правильно включить транзистор, вам нужно напряжение немного выше этого.

Насколько выше, зависит от того, какой ток вы хотите иметь (и вы найдете эту информацию в таблице данных). Если вы поднимете на пару вольт выше порогового значения, этого обычно более чем достаточно для слаботочных вещей, таких как включение светодиода.

Обратите внимание, что даже если вы используете достаточно высокое напряжение для протекания тока 1 А, это не означает, что вы получите 1 А. Это просто означает, что у может быть ток 1А, если вы захотите. Но то, что вы к нему подключаете, определяет фактический ток.

Таким образом, вы можете подниматься настолько высоко, насколько хотите, при условии, что вы не превышаете максимально допустимое напряжение затвор-исток (которое составляет 20 В для BS170).

В приведенном выше примере ворота подключаются к напряжению 9 В, когда вы нажимаете кнопку.Это включает транзистор.

Как выключить полевой МОП-транзистор?

Одна важная вещь, которую следует знать о MOSFET, заключается в том, что он также действует как конденсатор. То есть часть затвор-исток. Когда вы прикладываете напряжение между затвором и истоком, это напряжение остается там до тех пор, пока оно не разрядится.

Без резистора (R1) в приведенном выше примере транзистор не выключился бы. С резистором есть путь для разряда конденсатора затвор-исток, чтобы транзистор снова отключился.

Как выбрать МОП-транзистор

В приведенном выше примере используется полевой МОП-транзистор с N-каналом . P-channel MOSFET работают одинаково, только ток течет в противоположном направлении, а напряжение затвор-исток должно быть отрицательным, чтобы включить его.

Существуют тысячи различных полевых МОП-транзисторов на выбор. Но если вы хотите построить схему, приведенную выше, и получить конкретную рекомендацию, BS170 и IRF510 — два обычных.

При выборе полевого МОП-транзистора следует учитывать две вещи:

• Пороговое напряжение затвор-исток .Для включения транзистора требуется более высокое напряжение.
• Непрерывный ток утечки . Это максимальное количество тока, которое может протекать через транзистор.

Есть и другие важные параметры, о которых следует помнить, в зависимости от того, что вы делаете. Но это выходит за рамки данной статьи. Помните об этих двух параметрах, и у вас будет хорошая отправная точка.

Зачем вам транзистор?

Мне часто задают вопрос: зачем нам транзистор? Почему бы не подключить светодиод и резистор напрямую к аккумулятору?

Преимущество транзистора заключается в том, что вы можете использовать небольшой ток или напряжение для управления гораздо большими током и напряжением.

Это очень полезно, если вы хотите управлять такими вещами, как двигатели, мощные светодиоды, динамики, реле и многое другое с Raspberry Pi / Arduino / микроконтроллера. Выходные контакты этих плат обычно могут обеспечить всего несколько миллиампер при напряжении 5 В. Поэтому, если вы хотите управлять уличным освещением 110 В для патио, вы не можете сделать это напрямую с помощью булавки.

Вместо этого вы можете сделать это через реле. Но даже реле обычно требует большего тока, чем может обеспечить вывод. Итак, вам понадобится транзистор для управления реле:

Подключите левую сторону резистора к выходному контакту (например, от Arduino) для управления реле.

Но транзисторы также полезны для более простых схем датчиков, таких как эта схема светового датчика, схема сенсорного датчика или схема H-моста.

Транзисторы используются практически во всех схемах. Это действительно самый важный компонент в электронике.

Транзистор как усилитель

Транзистор — это еще и то, что заставляет работать усилители. Вместо того, чтобы иметь только два состояния (ВКЛ / ВЫКЛ), он также может быть где угодно между «полностью включен» и «полностью выключен».

Это означает, что слабый сигнал почти без энергии может управлять транзистором, чтобы создать гораздо более сильную копию этого сигнала в части коллектор-эмиттер (или сток-исток) транзистора.Таким образом, транзистор может усиливать слабые сигналы.

Ниже представлен простой усилитель для управления динамиком. Чем выше входное напряжение, тем выше ток от базы к эмиттеру и тем выше ток через динамик.

Изменяющееся входное напряжение приводит к изменению тока в динамике, что создает звук.

Усилитель с общим эмиттером

Обычно вы добавляете еще пару резисторов к смещению транзистора. В противном случае вы получите много искажений.Но это уже для другой статьи.

Если вы хотите узнать больше об использовании транзистора в качестве усилителя, на сайте electronics-lab.com есть несколько хороших руководств по трем основным настройкам усилителя BJT.

Вопросы?

Вы понимаете, как сейчас работают транзисторы? Или вы все еще в замешательстве? Позвольте мне знать в комментариях ниже.

транзисторов — мир современных электронов | ОРЕЛ

Добро пожаловать в мир современной электроники! У нас есть самопосадочные ракетные корабли, дроны, которые доставят посылки к вашему порогу за считанные минуты, и вездеходы, прочесывающие самые дальние уголки нашей галактики.Без знаменитого транзистора ни одно из этих современных чудес никогда не было бы возможным! Миллионы этих транзисторов втиснуты в микропроцессор, питающий ваш компьютер, но что, черт возьми, они там делают?

Давай узнаем.

Просто прославленный коммутатор?

Транзистор сравнивают с простым переключателем, но не обманывайтесь; это гораздо больше. Транзистор выполняет две важные задачи, в том числе:

Усиливающий ток

Транзистор может взять небольшой ток и превратить его в огромный! Подумайте о слуховых аппаратах; они содержат миниатюрный микрофон, который улавливает звук из повседневной среды, который затем поглощается транзистором и превращается в мощный звук, который может слышать больное человеческое ухо.Мой дедушка передает привет, Транзистор.

Ой, как далеко продвинулся слуховой аппарат благодаря транзистору. (Источник изображения)

Коммутируемый ток

Транзисторы

также работают как мощный переключатель, позволяя току течь только при соблюдении определенных условий. Когда току разрешено протекать, это создает состояние «включено» или 1. Когда ток не может протекать, транзистор находится в состоянии «выключено», или 0. Эта двоичная система единиц и нулей формирует строительные блоки нашего мира современной электроники.

Эта знаменитая сцена из «Матрицы» обретает новую жизнь, когда вы понимаете, как это происходит с помощью транзисторов! (Источник изображения)

Как заставить транзистор работать

Если сложить два диода, то получится транзистор! Транзисторы имеют три вывода, каждый из которых выполняет свои собственные специализированные функции. В демонстрационных целях мы сосредоточимся на транзисторе NPN. Мы объясним более подробно ниже.

• База. База отвечает за контроль того, может ли ток течь через транзистор при подаче питания.Вы можете думать о нем как о привратнике.
• Коллектор. Когда на базу подается питание, ток коллектора может течь по направлению к эмиттеру.
• Эмиттер. Эмиттер принимает электрический ток, который может послать коллектор, для использования в других частях вашей цепи.

Простая схема, показывающая, как база позволяет току течь от эмиттера к коллектору. (Источник изображения)

Небольшое количество электрического тока, которое получает база, открывает ток от коллектора, чтобы выпустить его (больший) ток.Сбрасывает весь накопленный ток на эмиттер, запитывая другие части вашей цепи.

Но если убрать источник тока с базы, то между коллектором и эмиттером не будет протекать ток. Этот процесс как управления током, так и его усиления между базой и эмиттером — вот что делает транзистор поистине уникальным компонентом.

Другой легированный компонент

Как и его младший брат диод, транзистор представляет собой еще один полупроводниковый компонент, сделанный из кремния.Что такое полупроводник? Это материал, который находится где-то посередине между проводником (материалом, через который любит течь электричество) и изолятором (материалом, которого избегает электричество). Похоже на нерешительность, правда?

Полупроводники бывают разных форм и размеров в промышленных формах, как эта интегральная схема. (Источник изображения)

Добавляя примеси в полупроводники, известные как легирование, мы можем добиться уникального поведения этих материалов.Например:

• Создание кремния N-типа. Допирование кремния химическим элементом мышьяком, фосфором или сурьмой даст нашему кремнию дополнительные электроны, позволяя ему проводить электрический ток. Это создает кремний n-типа.
• Создание кремния P-типа. Легирование кремния химическими элементами бором, галлием или алюминием лишает кремний свободных электронов, притягивая внешние электроны. Это создает кремний p-типа.
• Создание транзисторов. Когда вы соединяете эти два типа кремния, рождаются транзисторы! Они объединены в «кремниевый сэндвич», который позволяет току течь интересными способами.

Теперь у нас есть сырые ингредиенты для транзистора, кремний n-типа и кремний p-типа, но как они вместе образуют этот компонент? Есть два способа построить транзистор:

Транзисторы NPN

Эти транзисторы создаются при соединении трех слоев кремния, включая два кремния n-типа и один кремний p-типа.N-типы служат коллектором и эмиттером, а p-тип — базой. Все это вместе формирует так называемый NPN-транзистор. В этих транзисторах электроны переходят от эмиттера к коллектору после получения разрешения от базы.

Транзисторы PNP

Эти транзисторы рождаются, когда вы объединяете вместе еще три слоя кремния, только в другой комбинации. В данном случае мы имеем два силикона p-типа и один кремний n-типа.Эта комбинация создает эффект, обратный NPN-транзистору, где вместо того, чтобы посылать ток на эмиттер, коллектор посылает положительно заряженные «дыры» на коллектор. Вы можете думать об этих дырах как о пустых пространствах, в которых нет электронов.

Простой способ визуализировать, как кремний сложен вместе в транзисторе.

Типы транзисторов

, которые вы встретите

Во время своего путешествия в мир электроники вы обязательно столкнетесь с двумя основными типами транзисторов — биполярным переходным транзистором (BJT) и полевым транзистором (FET).Давайте посмотрим на каждый:

Биполярный переходной транзистор (BJT)

Это транзистор, о котором мы говорили во всех наших примерах. Он поставляется в двух версиях, NPN и PNP, и имеет три клеммы, базу, эмиттер и коллектор. Вам знаком схематический символ ниже? Если диод пришел в голову, значит вы уже близко! Три клеммы соединительных транзисторов будут помечены стрелкой, показывающей, в каком направлении будет течь ток.

Транзисторы NPN и PNP, обратите внимание, как стрелка показывает поток тока для каждого из них.

В NPN-транзисторе все, что вам нужно, — это приложить к базе напряжение около 0,7 В, чтобы получить огромный скачок тока, протекающего через коллектор к эмиттеру. Это включит транзистор, создав двоичную единицу.

Полевой транзистор (FET)

Полевой транзистор появился на свет после BJT, и, хотя у него три вывода, они названы немного по-другому.У вас есть затвор , который похож на базу, исток , который аналогичен коллектору, и, наконец, сток , который похож на эмиттер. Этот тип транзистора также включает слои кремния n-типа и p-типа, но они покрыты слоями металлов и ионов кислорода, что дало этому транзистору уникальное название MOSFET (полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника). Это полный рот!

Два типа полевых транзисторов, n-канальный и p-канальный.(Источник изображения)

В транзисторах этого типа подключение положительного напряжения к затвору позволяет электронам проходить через очень тонкий канал между истоком и стоком. И хотя этот процесс визуально отличается, это тот же основной принцип: небольшое количество тока позволяет протекать большему источнику тока.

Эго и рождение транзистора

Это изобретение возникло в недрах лабораторий Белла в Нью-Джерси тремя физиками, Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли.Команда была собрана под руководством Шокли для разработки замены ненадежной вакуумной лампе, которая использовалась для усиления сигналов в телефонной системе США.

С этим трио дела идут плохо.

Три блестящих физика работают над заменой вакуумной лампы. (Источник изображения)

Во-первых, и Бардин, и Браттейн ушли работать самостоятельно, создав то, что мы теперь знаем как первый транзистор с точечным контактом, 16 декабря 1947 года.Они намеренно исключили Шокли из всего процесса, и, возможно, по уважительной причине, поскольку он, как сообщается, был немного придурком.

Конечно, Шокли был расстроен тем, что его оставили в стороне, так что же он сделал? Он заперся в гостиничном номере на несколько дней с карандашом и бумагой, а затем изложил теорию известного теперь переходного транзистора, который был гораздо более технологичен, чем точечный транзистор.

Шокей — 1, Бардин и Браттейн — 0.

Не очень гламурный первый транзистор, созданный на пластине германия.(Источник изображения)

В конце концов, все трое этих джентльменов получили признание за изобретение транзистора. Шокли даже основал свою собственную компанию по производству полупроводников, Shockley Semiconductor Laboratory, и после серьезной ссоры с некоторыми из его сотрудников, Intel и Fairchild Semiconductor родились после компании Шокли.

Bell Labs и не только

С момента своего создания в Bell Labs транзистор имеет дикая и безумная история.Промышленные транзисторы использовались в качестве усилителей, и именно в 1952 году стали доступны первые транзисторные слуховые аппараты. Но это не совсем помогло производителям и потребителям, которые по-прежнему считали технологию электронных ламп единственным вариантом усиления.

Обратите внимание на разницу в размерах! Первый транзисторный слуховой аппарат (вверху) и ламповый слуховой аппарат (внизу). (Источник изображения)

Это восприятие вскоре изменилось, когда в радио появились транзисторы.Звуки можно было послать через микрофон, превратить в электрическую цепь и усилить с помощью транзистора, чтобы получить довольно удивительные звуки в таком маленьком корпусе.

Настоящим гвоздем в гроб для электронных ламп стал карманный радиоприемник, разработанный Texas Instruments в 1954 году и получивший название Regency TR-1. Этому миниатюрному радиоприемнику требовалось несколько новых деталей, чтобы поместиться в таком маленьком корпусе, включая тщательно спроектированные динамики, конденсаторы и, конечно же, транзисторы.

Благо вся эта инженерия?

Texas Instruments доказала, что транзисторы могут быть массовыми и экономичными.И такие компании, как Emerson, General Electric и Raytheon, наконец, начали серьезно относиться к транзисторам.

Первое в мире карманное радио на транзисторе. (Источник изображения)

1954 ознаменовал замену кремния в качестве предпочтительного материала для производства транзисторов, который оказался более надежным и менее дорогим в производстве, чем транзисторы на основе германия. Развитие продолжалось в течение 60-х годов, и в 1970-х годах появился первый полевой МОП-транзистор, основанный на успехе переходного транзистора Уильяма Шокли.

Что ждет транзисторы в будущем?

Что ж, это еще предстоит выяснить. В настоящее время ученые работают над первым в мире молекулярным транзистором, состоящим из одной молекулы бензола. Этот тип транзисторов не выделяет столько тепла, сколько наши современные кремниевые транзисторы.

Мы также пытаемся заменить кремний графеном, который может переносить электроны намного быстрее, чем кремний. Единственное зависание? Мы до сих пор не можем придумать, как надежно производить графен.Если мы сможем заставить его работать по разумной цене, графен сделает наши компьютерные процессоры в 1000 раз быстрее, чем кремний.

Роль транзисторов в вычислительной технике

Давайте вернемся в настоящее, чтобы понять, как транзисторы полностью изменили компьютеры в двух областях — логике и памяти.

Транзисторы и логика

Соединив множество транзисторов вместе, вы можете создать нечто, называемое логическим вентилем. Это позволяет вам сравнивать входящие токи и отправлять разные выходы в зависимости от вашей запрограммированной логики.

Эти логические элементы позволяют компьютеру принимать решения с помощью булевой алгебры. Если вы пробовали программировать, они должны быть вам знакомы, включая логические значения, такие как AND, OR, NOT и т. Д. Объединение всей этой логики вместе — вот что заставляет наше компьютерное программное обеспечение работать, предоставляя серию инструкций для наших компьютеров. .

Транзисторы и память

Транзисторы

также используются для питания всей памяти в наших компьютерах. Подключив логические вентили по определенному шаблону, вы можете создать выходные соединения, которые обратятся к входным соединениям.Это создает своего рода схему, при которой транзисторы будут оставаться включенными даже после того, как их базовый ток будет снят, оставляя транзистор в так называемом стабильном состоянии: включено или выключено. Умножьте это на миллионы или миллиарды транзисторов со стабильным состоянием, и вскоре вы обнаружите, что постоянно включаются и выключаются транзисторы, которые могут хранить данные как в единицах, так и в виде нулей.

Они идут меньше, но где остановятся, никто не знает!

Появившись только около 70 лет назад, транзисторы пережили изрядную поездку, увеличившись с десятков до сотен, а теперь даже миллионов и миллиардов транзисторов в наших повседневных вычислительных устройствах! Эти полупроводниковые компоненты завершают наш взгляд на увлекательный мир активных компонентов, которые играют динамическую роль в развитии наших электронных разработок.

Можем ли мы продолжать использовать все больше и больше транзисторов в наших интегральных схемах, как гласит закон Мура? Мы начинаем достигать физических пределов кремния и электронов. Похоже, пора вложить деньги в исследования и разработки графена и фотонов. Мир современной электроники ждет!

Знаете ли вы, что Autodesk EAGLE предлагает массу бесплатных библиотек транзисторов, готовых к использованию? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня, чтобы начать работу!

.