ترانزستورات التأثير الميداني ذات خاصية المقاومة الخطية. تأثير الترانزستور الميدان

محولات الطاقة وغيرها الكثير الأجهزة الإلكترونية، نادرًا ما يتم ذلك اليوم دون استخدام MOSFETs القوية (التأثير الميداني) أو. وهذا ينطبق على كل من المحولات عالية التردد مثل محولات اللحام، بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من المشاريع محلية الصنع التي تتوفر مخططاتها بالكامل على الإنترنت.

تتيح معلمات أشباه موصلات الطاقة المنتجة حاليًا تبديل التيارات التي تبلغ عشرات ومئات الأمبيرات بجهد يصل إلى 1000 فولت. إن اختيار هذه المكونات في سوق الإلكترونيات الحديثة واسع جدًا، ولا يمثل اختيار ترانزستور التأثير الميداني مع المعلمات المطلوبة مشكلة اليوم بأي حال من الأحوال، حيث يدعم كل مصنع يحترم نفسه نموذج محددالوثائق الفنية للترانزستور ذو التأثير الميداني، والتي يمكن العثور عليها دائمًا على الموقع الرسمي للشركة المصنعة ومن الموزعين الرسميين.

قبل أن تبدأ في تصميم جهاز باستخدام مكونات الطاقة هذه، عليك دائمًا أن تعرف بالضبط ما الذي تتعامل معه، خاصة عند اختيار ترانزستور معين ذو تأثير ميداني. ولهذا السبب يلجأون إلى أوراق البيانات. ورقة البيانات هي وثيقة رسمية من الشركة المصنعة مكونات الكترونية، والذي يوفر وصفًا ومعلمات وخصائص المنتج والرسوم البيانية النموذجية وما إلى ذلك.

دعونا نرى ما هي المعلمات التي تشير إليها الشركة المصنعة في ورقة البيانات، وما تعنيه وما هي الحاجة إليه. دعونا نلقي نظرة على مثال ورقة البيانات الخاصة بترانزستور التأثير الميداني IRFP460LC. هذا ترانزستور طاقة شائع إلى حد ما مصنوع باستخدام تقنية HEXFET.

يتضمن HEXFET بنية بلورية يتم فيها تنظيم الآلاف من خلايا ترانزستور MOS ذات الشكل السداسي والمتصلة بشكل متوازي في بلورة واحدة. هذا الحل جعل من الممكن تقليل مقاومة القناة المفتوحة Rds(on) بشكل كبير وجعل من الممكن تبديل التيارات العالية. ومع ذلك، دعنا ننتقل إلى مراجعة المعلمات المشار إليها مباشرة في ورقة البيانات على IRFP460LC من المقوم الدولي (IR).

سم.

في بداية الوثيقة، يتم تقديم صورة تخطيطية للترانزستور، وترد تسميات أقطابه الكهربائية: G-gate (بوابة)، D-drain (استنزاف)، S-source (مصدر)، وكذلك يتم سرد المعلمات الرئيسية والصفات المميزة. في هذه الحالة، نرى أن ترانزستور التأثير الميداني ذو القناة N مصمم خصيصًا لذلك الحد الأقصى للجهد 500 فولت، ومقاومة القناة المفتوحة 0.27 أوم، والحد الأقصى للتيار هو 20 أمبير. تسمح شحنة البوابة المخفضة باستخدام هذا المكون في دوائر عالية التردد مع استهلاك منخفض للطاقة للتحكم في التبديل. يوجد أدناه جدول (الشكل 1) للقيم القصوى المسموح بها للمعلمات المختلفة في الأوضاع المختلفة.

معرف @ ح = 25 درجة مئوية؛ تيار التصريف المستمر Vgs @ 10V - الحد الأقصى لتيار التصريف المستمر، عند درجة حرارة جسم ترانزستور التأثير الميداني 25 درجة مئوية، هو 20 أمبير. عند جهد مصدر البوابة 10 فولت.

معرف @ ح = 100 درجة مئوية؛ تيار التصريف المستمر Vgs @ 10V - الحد الأقصى لتيار التصريف المستمر، عند درجة حرارة جسم ترانزستور التأثير الميداني 100 درجة مئوية، هو 12 أمبير. عند جهد مصدر البوابة 10 فولت.

IDM @ Tc = 25 درجة مئوية؛ تيار التصريف النبضي - الحد الأقصى لتيار التصريف النبضي قصير المدى، عند درجة حرارة جسم ترانزستور التأثير الميداني 25 درجة مئوية، هو 80 أمبير. بشرط الحفاظ على درجة حرارة الوصلة المقبولة. ويقدم الشكل 11 شرحا للعلاقات ذات الصلة.

Pd @ Tc = 25 درجة مئوية تبديد الطاقة - الحد الأقصى للطاقة التي يتبددها جسم الترانزستور، عند درجة حرارة الجسم 25 درجة مئوية، هو 280 واط.

عامل التخفيض الخطي - لكل زيادة بمقدار درجة مئوية واحدة في درجة حرارة العلبة، يزيد تبديد الطاقة بمقدار 2.2 وات أخرى.

Vgs من البوابة إلى المصدر الجهد - يجب ألا يكون الحد الأقصى لجهد البوابة إلى المصدر أعلى من +30 فولت أو أقل من -30 فولت.

Eas Single Pulse Avalanche Energy - الحد الأقصى للطاقة لنبضة واحدة عند الصرف هو 960 مللي جول. ويرد شرح في الشكل 12 (الشكل 12).

Iar Avalanche Current - الحد الأقصى للتيار المتقطع هو 20 أ.

طاقة الانهيار الجليدي المتكررة في الأذن - يجب ألا تتجاوز الطاقة القصوى للنبضات المتكررة في المصرف 28 مللي جول (لكل نبضة).

dv/dt ذروة استرداد الصمام الثنائي dv/dt - الحد الأقصى لمعدل ارتفاع جهد التصريف هو 3.5 فولت/نانوثانية.

نطاق التشغيل Tj وTstg ونطاق درجة حرارة التخزين - تتراوح درجة الحرارة الآمنة من -55 درجة مئوية إلى +150 درجة مئوية.

درجة حرارة اللحام، لمدة 10 ثواني - الحد الأقصى لدرجة الحرارة المسموح بها للحام هي 300 درجة مئوية، وعلى مسافة لا تقل عن 1.6 ملم من الجسم.

عزم الدوران المتصاعد، 6-32 أو المسمار M3 - يجب ألا يتجاوز الحد الأقصى لعزم الدوران عند تثبيت السكن 1.1 نيوتن متر.

Rjc Junction-to-Case (من شريحة إلى علبة) 0.45 درجة مئوية/وات.

علبة Rcs للحوض، مسطحة، سطح مدهون (علبة الرادياتير) 0.24 درجة مئوية/ث.

يعتمد Rja Junction-to-Ambient (من الكريستال إلى المحيط) على الرادياتير والظروف الخارجية.

يحتوي الجدول التالي على جميع الخصائص الكهربائية اللازمة للترانزستور ذو التأثير الميداني عند درجة حرارة بلوري تبلغ 25 درجة مئوية (انظر الشكل 3).

V(br)dss جهد انهيار التصريف إلى المصدر - جهد التصريف إلى المصدر الذي يحدث عنده الانهيار هو 500 فولت.

ΔV(br)dss/ΔTj درجة حرارة جهد الانهيار.معامل - معامل درجة الحرارة، جهد الانهيار، في هذه الحالة 0.59 فولت/درجة مئوية.

Rds(on) مقاومة التصريف الثابت إلى المصدر - مقاومة التصريف إلى المصدر لقناة مفتوحة عند درجة حرارة 25 درجة مئوية، في هذه الحالة، تبلغ 0.27 أوم. يعتمد ذلك على درجة الحرارة، ولكن المزيد عن ذلك لاحقًا.

Vgs(th) عتبة البوابة الجهد - عتبة الجهد لتشغيل الترانزستور. إذا كان جهد مصدر البوابة أقل (في هذه الحالة 2 - 4 فولت)، فسيظل الترانزستور مغلقًا.

gfs الموصلية الأمامية - ميل خاصية النقل يساوي نسبة التغير في تيار التصريف إلى التغير في جهد البوابة. في هذه الحالة، يتم القياس عند جهد مصدر التصريف 50 فولت وتيار تصريف 20 أمبير. يتم قياسه بالأمبير/الفولت أو سيمنز.

تيار تسرب الصرف إلى المصدر Idss - تيار تسرب الصرف، يعتمد على جهد الصرف ودرجة الحرارة من المصدر. تقاس بالميكرو أمبير.

Igss التسرب الأمامي من البوابة إلى المصدر والتسرب العكسي من البوابة إلى المصدر - تيار تسرب البوابة. تقاس بالنانو أمبير.

Qg Total Gate Charge - الشحنة التي يجب إعطاؤها للبوابة لفتح الترانزستور.

Qgs Gate-to-Source Charge - شحن السعة من البوابة إلى المصدر.

Qgd Gate-to-Drain ("Miller") Charge - الشحنة المقابلة من البوابة إلى الصرف (سعات ميلر)

في هذه الحالة، يتم قياس هذه المعلمات عند جهد مصدر التصريف 400 فولت وتيار تصريف قدره 20 أمبير. ويقدم الشكل 6 شرحًا للعلاقة بين جهد مصدر البوابة وإجمالي شحنة البوابة Qg Total Gate Charge، و الشكلان 13 أ و ب يوضحان مخططًا ورسمًا بيانيًا لهذه القياسات.

td(on) وقت تأخير التشغيل - وقت فتح الترانزستور.

tr وقت الصعود - وقت صعود النبضة الافتتاحية (الحافة الأمامية).

td(off) وقت تأخير إيقاف التشغيل - وقت إغلاق الترانزستور.

tf Fall Time - وقت اضمحلال النبض (إغلاق الترانزستور، الحافة الخلفية).

في هذه الحالة، تم إجراء القياسات عند جهد إمداد يبلغ 250 فولت، مع تيار تصريف قدره 20 أمبير، مع مقاومة بوابة تبلغ 4.3 أوم، ومقاومة تصريف تبلغ 20 أوم. يظهر الرسم التخطيطي والرسوم البيانية في الشكلين 10 أ و ب.

Ld محاثة الصرف الداخلي - محاثة الصرف.

Ls محاثة المصدر الداخلي - محاثة المصدر.

تعتمد هذه المعلمات على تصميم غلاف الترانزستور. إنها مهمة عند تصميم برنامج التشغيل، لأنها ترتبط مباشرة بمعلمات توقيت التبديل، وهذا ينطبق بشكل خاص عند تطوير دوائر عالية التردد.

سعة النقل العكسي Crss - سعة تصريف البوابة (سعة ميلر).

تم إجراء هذه القياسات بتردد 1 ميجاهرتز، مع جهد مصدر التصريف قدره 25 فولت. ويبين الشكل 5 اعتماد هذه المعلمات على جهد مصدر التصريف.

يصف الجدول التالي (انظر الشكل 4) خصائص الصمام الثنائي الداخلي المتكامل لترانزستور التأثير الميداني، الموجود تقليديًا بين المصدر والمصرف.

هو تيار المصدر المستمر (الصمام الثنائي للجسم) - الحد الأقصى لتيار الصمام الثنائي المستمر.

تيار المصدر النبضي (صمام ثنائي للجسم) - الحد الأقصى للتيار النبضي المسموح به من خلال الصمام الثنائي.

الجهد الأمامي Vsd Diode Forward هو انخفاض الجهد الأمامي عبر الصمام الثنائي عند 25 درجة مئوية وتيار تصريف 20 أمبير عندما تكون البوابة 0 فولت.

trr وقت الاسترداد العكسي - وقت الاسترداد العكسي للصمام الثنائي.

شحن الاسترداد العكسي Qrr - شحن استرداد الصمام الثنائي.

طن وقت التشغيل للأمام - يتم تحديد وقت تشغيل الصمام الثنائي بشكل أساسي من خلال محاثات الصرف والمصدر.

تُعطى حدود تيار التصريف كدالة لجهد التصريف إلى المصدر وجهد البوابة إلى المصدر لمدة نبضة تبلغ 20 ميكروثانية. الصورة الأولى لدرجة حرارة 25 درجة مئوية، والثانية لدرجة حرارة 150 درجة مئوية. إن تأثير درجة الحرارة على إمكانية التحكم في فتح القناة واضح.

يوضح الشكل 6 بيانياً خاصية النقل لترانزستور التأثير الميداني هذا. من الواضح أنه كلما اقترب جهد مصدر البوابة من 10 فولت، كلما كان فتح الترانزستور أفضل. تأثير درجة الحرارة واضح هنا أيضًا.

يوضح الشكل 7 اعتماد مقاومة القناة المفتوحة عند تيار تصريف قدره 20 أمبير على درجة الحرارة. ومن الواضح أنه مع زيادة درجة الحرارة، تزداد أيضًا مقاومة القناة.

يوضح الشكل 9 اعتماد انخفاض الجهد الأمامي عبر الصمام الثنائي الداخلي على تيار التصريف ودرجة الحرارة. ويبين الشكل 8 المنطقة عمل آمنيعتمد الترانزستور على مدة وقت الحالة المفتوحة وحجم تيار التصريف وجهد مصدر التصريف.

يوضح الشكل 11 الحد الأقصى لتيار التصريف كدالة لدرجة حرارة العلبة.

يعرض الشكلان أ و ب مخطط قياس ورسمًا بيانيًا يوضح مخطط توقيت فتح الترانزستور أثناء عملية زيادة جهد البوابة وأثناء عملية تفريغ سعة البوابة إلى الصفر.

يوضح الشكل 14 اعتماد الحد الأقصى المسموح به من طاقة النبض على قيمة التيار المتقطع ودرجة الحرارة.

يوضح الشكلان أ و ب رسمًا بيانيًا ومخططًا لقياسات شحن البوابة.

يوضح الشكل 16 مخطط قياس المعلمة ورسمًا بيانيًا للعابرين النموذجيين في الصمام الثنائي الداخلي للترانزستور.

يوضح الشكل الأخير جسم الترانزستور IRFP460LC، وأبعاده، والمسافة بين المحطات، وترقيمها: بوابة واحدة، وصرفين، ومصدر 3.

لذلك، بعد قراءة ورقة البيانات، سيتمكن كل مطور من اختيار طاقة مناسبة أم لا، أو ترانزستور ذو تأثير ميداني أو ترانزستور IGBT لمحول الطاقة الذي يتم تصميمه أو إصلاحه، سواء كان ذلك، أو أي محول نبض طاقة آخر.

من خلال معرفة معلمات ترانزستور التأثير الميداني، يمكنك تطوير برنامج التشغيل بكفاءة وتكوين وحدة التحكم وإجراء الحسابات الحرارية واختيار المبرد المناسب دون الحاجة إلى تثبيت مشعات غير ضرورية.

حقل التأثير الترانزستورهو مضخم أشباه الموصلات الذي يمكن أن تتغير مقاومته تحت تأثير المجال الكهربائي. ويتحقق التغير في المقاومة عن طريق تغيير المقاومة الكهربائية لطبقة شبه الموصل أو عن طريق تغيير حجم شبه الموصل الذي يمر من خلاله التيار الكهربائي.

يتم استخدام تأثيرات مختلفة في تشغيل ترانزستورات التأثير الميداني، مثل تغيرات الحجم ر-ص-الانتقال عندما يتغير جهد الحجب المؤثر عليه ؛ آثار النضوب أو إثراء حاملات الشحنة أو انعكاس نوع الموصلية في الطبقة السطحية لأشباه الموصلات. تسمى أحيانًا ترانزستورات التأثير الميداني أحادي القطبلأن التيار الذي يمر عبرها يرجع إلى حاملات إشارة واحدة فقط. وتسمى أيضًا ترانزستورات التأثير الميداني قناةالترانزستورات، حيث أن المجال الكهربائي الذي يتحكم في عمل الترانزستور يخترق شبه الموصل بشكل سطحي نسبياً، وتتم جميع العمليات في طبقة رقيقة تسمى قناة.

دائرة التحكم في ترانزستور التأثير الميداني لا تستهلك أي تيار أو طاقة تقريبًا. يتيح لك ذلك تضخيم الإشارات من مصادر ذات مقاومة داخلية عالية جدًا وطاقة منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، هذا يجعل من الممكن وضع مئات الآلاف من الترانزستورات على شريحة واحدة.

ترانزستورات التأثير الميداني مع وصلة التحكم pn

حقل التأثير الترانزستوريمكن تصنيعها على شكل لوحة شبه موصلة (مع ف-أو ر- الموصلية) إلى أحد الأسطح التي تندمج فيها طبقة من المعدن، ويسمى مصراع، تشكيل شقة ص ص-الانتقال (الشكل 5.1). ترتبط الخيوط بالطرفين السفلي والعلوي للوحة، تسمى على التوالي مصدرو بالُوعَة.إذا تم تزويد البوابة بجهد إيقاف (موجب لـ ص-مصراع وسلبية على ر-gate)، ثم حسب قيمته في القناة ( ص ص-الانتقال) تظهر طبقة مستنفدة من حاملات الشحنة، وهي عازل عمليا.

عن طريق تغيير جهد البوابة من الصفر إلى بعض الجهد الكبير إلى حد ما يسمى قطع الجهد (عرقلة الجهد، أو عتبة الجهدانظر الشكل. 5.6)، يمكنك توسيع حجم أشباه الموصلات التي تشغلها ص ص-الانتقال، حيث سيحتل القناة بأكملها وتصبح حركة حاملات الشحنة بين المنبع والمصرف مستحيلة. سوف يغلق الترانزستور تمامًا (الشكل 5.2).

على عكس الترانزستورات ثنائية القطب التي يتم التحكم فيها بواسطة التيار، فإن ترانزستورات التأثير الميداني يتم التحكم فيها بالجهد، وبما أن هذا الجهد مطبق على عنصر التحكم ص ص- الانتقال إلى القطبية العكسية (الحظر) ، ثم لا يتدفق التيار عمليًا في دائرة التحكم (عند جهد 5 فولت ، لا يتجاوز تيار التحكم 10 -10 أ).

ترانزستورات تأثير المجال البوابة المعزولة

الترانزستورات ذات التأثير الميداني مع القناة المستحثة

في التين. يوضح الشكل 5.3 جهاز ترانزستور تأثير المجال ذو البوابة المعزولة، المسمى ترانزستور موس. ويرجع هذا الاسم إلى التصميم: البوابة مصنوعة من المعدن (M) وتفصلها طبقة رقيقة من العازل الكهربائي (D) عن شبه الموصل (P) الذي يصنع منه الترانزستور. إذا كان الترانزستور مصنوعًا من السيليكون، فسيتم استخدام طبقة رقيقة من أكسيد السيليكون كعازل. في هذه الحالة يتغير الاسم إلى موسفيت(أكسيد المعدن وأشباه الموصلات).

يظهر في الشكل. 5.3 على اليسار، يتكون الترانزستور على أساس لوحة ( ركائز، أو أسباب) من السيليكون مع ر-التوصيل. منطقتين مع ص- الموصلية (المصدر والصرف)، مفصولة بمساحة ص-channel وجود السائدة ر-التوصيل. ونتيجة لذلك، عند تطبيق الجهد على الترانزستور، لن يتدفق أي تيار بين المصدر والمصرف، لأن التحولات بين قاعدة الصرف وقاعدة المصدر تشكل قاعدتين متصلتين متتاليتين ص-ص-الانتقال، سيتم إغلاق أحدها عند أي قطبية للجهد المطبق.

ومع ذلك، إذا كان على الطبقة السطحية ر-أشباه الموصلات للعمل قوية بما فيه الكفاية الحقل الكهربائيمن خلال تطبيق جهد ذو قطبية موجبة بين البوابة والقاعدة، سيبدأ التيار بالتدفق بين المصدر والمصرف. ويفسر ذلك حقيقة أنه من الطبقة السطحية لأشباه الموصلات الموجودة أسفل البوابة، سيتم دفع الثقوب للخارج بواسطة المجال الكهربائي وسيتم جمع الإلكترونات، وتشكيل قناة (مع ص- الموصلية الموضحة في الشكل. 5.3 بخط منقط)، نتيجة لذلك ص-ص-سوف تتوقف التحولات بين قناة المصدر ومصدر القناة عن الوجود. التوصيل ف-ستكون القناة أكبر، كلما زاد الجهد المطبق بين البوابة والقاعدة.

يسمى الترانزستور للتصميم المدروس ترانزستور MOS بقناة مستحثة.

عادة ما تكون القاعدة متصلة بالمصدر، ولكن في بعض الأحيان يتم تطبيق الجهد عليها بشكل منفصل، ومن ثم تعمل القاعدة كبوابة إضافية.

إذا كانت القاعدة مصنوعة من ص-السيليكون، يتكون المصدر والمصرف من مناطق مخدرة بشدة ص-الموصلية، واتضح أن أكسيد السيليكون يستخدم كعازل المستحث ف قناة MOSFET(مع الموصلية ر) (الشكل 5.3 على اليمين).

ترانزستورات التأثير الميداني مع قناة مدمجة

يمكن تصميم الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) بقناة متكاملة. على سبيل المثال، في الشكل. 5.4 على اليسار يوجد رسم تخطيطي لجهاز مثل هذا الترانزستور ص-قناة. القاعدة مصنوعة من ر-السيليكون، والمصدر والصرف لها ص- الموصلية والتي تم الحصول عليها بطريقة الانتشار. يتم توصيل المصدر والصرف بواسطة قناة رفيعة نسبيًا ذات أهمية ضئيلة ص-التوصيل.

إذا كانت القاعدة مصنوعة من ص-السيليكون، والمصدر والصرف - من ر-السيليكون، ثم يحتوي الترانزستور على قناة p مدمجة (الشكل 5.4 على اليمين) .

وظيفة صيمكن شرح ترانزستور قناة MOS على النحو التالي. إذا تم تطبيق جهد سلبي (نسبة إلى القاعدة) على البوابة، فسيتم إزاحة إلكترونات التوصيل منها ص-القناة إلى القاعدة، وتقل موصلية القناة، حتى استنزاف القناة وحجبها بالكامل .

عندما يتم تطبيق الجهد الإيجابي على البوابة صيتم إثراء القناة بالإلكترونات، وتزداد موصليتها (الشكل 5.6).

تصنيف وخصائص الترانزستورات ذات التأثير الميداني

الترانزستورات ذات التأثير الميداني هي من الأنواع المستنفدة والمثرية. المجموعة الأولى تضم جميع الترانزستورات ذات ص-ص-الانتقال و ص-نوع استنفاد القناة الترانزستورات MOS. الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) متاحة على شكل ص-قناة و ر-القناة (الشكل 5.5).

تختلف الترانزستورات من النوع المخصب والمستنفد فقط في قيمة ما يسمى عتبة الجهد، تم الحصول عليها عن طريق استقراء المقطع المستقيم للخاصية (الشكل 5.6).

خصائص الإخراجيُطلق على ترانزستور التأثير الميداني اعتماد تيار التصريف على جهد مصدر التصريف لقيم مختلفة لجهد مصدر البوابة.

يعد ترانزستور التأثير الميداني جهازًا جيدًا جدًا من حيث موصلية الخرج - عند جهد ثابت لمصدر البوابة، يكون تيار التصريف مستقلًا تقريبًا عن الجهد (باستثناء منطقة الفولتية المنخفضة لمصدر التصريف). في التين. 5.7 يظهر التبعيات النموذجية أنامن من ش si لمجموعة من القيم شزي.

ترانزستورات التأثير الميداني هي أجهزة أشباه الموصلات. خصوصيتها هي أن تيار الخرج يتم التحكم فيه بواسطة مجال كهربائي وجهد من نفس القطبية. يتم إرسال إشارة التحكم إلى البوابة وتنظم توصيلية تقاطع الترانزستور. هذه هي الطريقة التي يختلفون عنها الترانزستورات ثنائية القطبحيث تكون الإشارة ممكنة بأقطاب مختلفة. خاصية أخرى مميزة لترانزستور التأثير الميداني هي التكوين التيار الكهربائيالناقلات الرئيسية لنفس القطبية.

أصناف

هناك العديد من أنواع مختلفةالترانزستورات ذات التأثير الميداني التي تعمل بخصائصها الخاصة.

• نوع الموصلية. تعتمد قطبية جهد التحكم على ذلك.
• الهيكل: الانتشار، السبائك، MDP، مع حاجز شوتكي.
• عدد الأقطاب الكهربائية: توجد ترانزستورات بها 3 أو 4 أقطاب كهربائية. في الإصدار الذي يحتوي على 4 أقطاب كهربائية، تكون الركيزة جزءًا منفصلاً، مما يجعل من الممكن التحكم في مرور التيار عبر الوصلة.
• مواد الصنع: أصبحت الأجهزة المعتمدة على الجرمانيوم والسيليكون هي الأكثر شعبية. في علامة الترانزستور، يشير الحرف إلى مادة أشباه الموصلات. في الترانزستورات المنتجة للمعدات العسكرية، يتم تمييز المادة بالأرقام.
• نوع التطبيق: مذكور في الكتب المرجعية، غير مذكور على الملصق. من الناحية العملية، هناك خمس مجموعات من التطبيقات لـ "العاملين الميدانيين": في مكبرات الصوت ذات الجهد المنخفض والمنخفض الجهد تردد عالي، مثل المفاتيح الإلكترونية، المغيرون، مكبرات الصوت العاصمة.
• الفاصل الزمني لمعلمة التشغيل: مجموعة من البيانات التي يمكن للعاملين الميدانيين العمل من خلالها.
• مميزات الجهاز: اليونيترونات، الشبكات، الكاترونات. جميع الأجهزة لها بياناتها المميزة الخاصة بها.
• عدد العناصر الهيكلية: تكميلية، مزدوجة، الخ.

بالإضافة إلى التصنيف الرئيسي “للعاملين الميدانيين”، هناك تصنيف خاص له مبدأ العمل:

• ترانزستورات التأثير الميداني مع السندات الإذنية تقاطعالذي يتولى السيطرة.
• ترانزستورات التأثير الميداني مع حاجز شوتكي.
• "العمال الميدانيون" بمصراع معزول وينقسمون إلى:
  — مع الانتقال التعريفي.
  - مع انتقال مدمج.

ويقترح تصنيف مساعد في الأدبيات العلمية. تنص على أنه يجب وضع أشباه الموصلات القائمة على حاجز شوتكي في فئة منفصلة، ​​لأنها بنية منفصلة. يمكن أن يحتوي الترانزستور نفسه على أكسيد وعازل كهربائي، كما هو الحال في الترانزستور KP 305، وتُستخدم مثل هذه الطرق لإنشاء خصائص جديدة لأشباه الموصلات، أو لتقليل تكلفتها.

في المخططات، يوجد لدى العاملين الميدانيين تسميات الدبوس: G - البوابة، D - الصرف، S - المصدر. الركيزة الأساسية للترانزستور تسمى "الركيزة".

ميزات التصميم

يسمى قطب التحكم في ترانزستور التأثير الميداني في الإلكترونيات بالبوابة. يتكون تقاطعها من أشباه الموصلات مع أي نوع من الموصلية. يمكن أن تكون قطبية جهد التحكم بأي علامة. يطلق مجال كهربائي ذو قطبية معينة إلكترونات حرة حتى ينفد الانتقال من الإلكترونات الحرة. ويتم تحقيق ذلك من خلال تطبيق مجال كهربائي على أشباه الموصلات، وبعد ذلك تقترب القيمة الحالية من الصفر. هذا هو عمل ترانزستور التأثير الميداني.

يمر التيار الكهربائي من المصدر إلى المصرف. دعونا نلقي نظرة على الاختلافات بين هذين المحطتين للترانزستور. لا يهم اتجاه حركة الإلكترون. تمتلك ترانزستورات التأثير الميداني خاصية الانعكاس. في الهندسة الراديوية، وجدت الترانزستورات ذات التأثير الميداني شعبيتها لأنها لا تولد ضوضاء بسبب أحادية القطبية لحاملات الشحنة.

السمة الرئيسية للترانزستورات ذات التأثير الميداني هي القيمة الكبيرة لمقاومة الإدخال. هذا ملحوظ بشكل خاص في التيار المتناوب. يحدث هذا الموقف بسبب التحكم عن طريق تقاطع شوتكي العكسي مع انحياز معين، أو عن طريق سعة مكثف بالقرب من البوابة.

المادة الأساسية هي شبه موصل غير منصوب. بالنسبة للعاملين الميدانيين الذين يعانون من تقاطع شوتكي، يتم استخدام زرنيخيد الغاليوم بدلاً من الركيزة، والتي تعتبر في شكلها النقي عازلًا جيدًا.

في الممارسة العملية، يتبين أنه من الصعب إنشاء طبقة هيكلية ذات تركيبة معقدة تلبي الشروط اللازمة. ولذلك، هناك شرط إضافي هو القدرة على النمو ببطء الركيزة إلى الحجم المطلوب.

ترانزستورات التأثير الميداني مع p-نانتقال

في هذا التصميم، يختلف نوع موصلية البوابة عن موصلية الوصلات. في الممارسة العملية، يتم تطبيق تعديلات مختلفة. يمكن صنع المصراع من عدة مناطق. ونتيجة لذلك، يمكن لأدنى جهد التحكم في تدفق التيار، مما يزيد من الكسب.

في مخططات مختلفةيتم تطبيق النوع العكسي للانتقال مع الإزاحة. كلما كان الانحياز أكبر، كلما كان عرض الوصلة أصغر لتمرير التيار. عند قيمة جهد معينة، يغلق الترانزستور. لا ينصح باستخدام التحيز الأمامي لأن دائرة التحكم عالية الطاقة قد تؤثر على البوابة. أثناء الوصلة المفتوحة، يتدفق تيار كبير أو جهد متزايد. يتم إنشاء التشغيل العادي بواسطة الاختيار الصحيحالأقطاب وغيرها من خصائص مصدر الطاقة، وكذلك اختيار نقطة تشغيل الترانزستور.

في كثير من الحالات، يتم استخدام تيارات البوابة المباشرة على وجه التحديد. يمكن أيضًا استخدام هذا الوضع بواسطة الترانزستورات التي تشكل فيها الركيزة تقاطعًا اكتب ص ن. تنقسم الشحنة من المصدر إلى استنزاف وبوابة. هناك منطقة ذات مكاسب حالية كبيرة. يتم التحكم في هذا الوضع. ومع ذلك، مع زيادة التيار، تنخفض هذه المعلمات بشكل حاد.

يتم استخدام اتصال مماثل في دائرة كاشف بوابة التردد. إنه يطبق خصائص تصحيح تقاطع القناة والبوابة. في هذه الحالة، يكون الانحياز الأمامي صفرًا. يتم التحكم في الترانزستور أيضًا بواسطة تيار البوابة. يتم إنشاء كسب إشارة كبير في دائرة التصريف. يتغير جهد البوابة وفقًا لقانون الإدخال وهو جهد البوابة.

يحتوي الجهد في دائرة الصرف على العناصر:

• ثابت. غير قابل للتطبيق.
• إشارة تردد الناقل. يتم توزيعها على التأريض باستخدام المرشحات.
• إشارة مع تعديل التردد. تخضع للمعالجة للحصول على المعلومات منها .

من عيوب كاشف الغالق، أنه من المستحسن تسليط الضوء على عامل التشويه الكبير. نتائجها سلبية بالنسبة للأقوياء و إشارات ضعيفة. يتم عرض نتيجة أفضل قليلاً بواسطة كاشف الطور المصنوع على ترانزستور ببوابتين. يتم توفير الإشارة المرجعية إلى أحد أقطاب التحكم، وتظهر إشارة المعلومات، التي يتم تضخيمها بواسطة المشغل الميداني، عند الصرف.

وعلى الرغم من التشويه الكبير، فإن هذا التأثير له غرضه. في مكبرات الصوت الانتقائية التي تمرر جرعة معينة من طيف ترددي معين. يتم تصفية التذبذبات التوافقية ولا تؤثر على جودة الدائرة.

لا تختلف ترانزستورات MeP ، والتي تعني أشباه الموصلات المعدنية ، ذات تقاطع Schottky عمليًا عن الترانزستورات ذات الوصلة p-n. نظرًا لأن تقاطع MeP له خصائص خاصة، يمكن لهذه الترانزستورات أن تعمل عند زيادة التردد. وأيضًا، هيكل MeP سهل التصنيع. تعتمد خصائص التردد على وقت شحن عنصر البوابة.

ترانزستورات MOS

قاعدة عناصر أشباه الموصلات تتوسع باستمرار. كل تطور جديد يتغير الأنظمة الإلكترونية. تظهر الأدوات والأجهزة الجديدة على أساسها. يعمل ترانزستور MOS عن طريق تغيير موصلية طبقة أشباه الموصلات باستخدام مجال كهربائي. ومن هنا جاء الاسم - الميدان.

يشير مصطلح MIS إلى أشباه الموصلات المعدنية العازلة. هذا يميز تكوين الجهاز. يتم عزل البوابة عن المصدر ويتم تصريفها بواسطة عازل رقيق. ترانزستور موس نظرة حديثةيبلغ حجم البوابة 0.6 ميكرومتر، والتي يمكن من خلالها تدفق المجال الكهرومغناطيسي فقط. أنه يؤثر على حالة أشباه الموصلات.

عند حدوث الجهد المطلوب عند البوابة يظهر مجال كهرومغناطيسي مما يؤثر على مقاومة قسم مصدر الصرف.

مزايا هذا الاستخدام للجهاز هي:

• زيادة مقاومة إدخال الجهاز. هذه الخاصية مناسبة للاستخدام في الدوائر ذات التيار المنخفض.
• تتيح السعة الصغيرة لقسم مصدر التصريف استخدام ترانزستور MOS في الأجهزة عالية التردد. لم يلاحظ أي تشويه أثناء نقل الإشارة.
• أدى التقدم في تقنيات تصنيع أشباه الموصلات الجديدة إلى تطوير ترانزستورات IGBT، والتي تتضمن الجوانب الإيجابية للأجهزة ثنائية القطب وأجهزة التأثير الميداني. تُستخدم وحدات الطاقة المبنية عليها على نطاق واسع في أجهزة التشغيل الناعمة ومحولات التردد.

عند تطوير مثل هذه العناصر، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار أن ترانزستورات MOS أكثر حساسية لزيادة الجهد والكهرباء الساكنة. قد يحترق الترانزستور إذا تم لمس أطراف التحكم الخاصة به. لذلك، عند تثبيتها، من الضروري استخدام أسس خاصة.

تتمتع هذه الترانزستورات ذات التأثير الميداني بالعديد من الخصائص الفريدة (على سبيل المثال، التحكم في المجال الكهربائي)، لذا فهي تحظى بشعبية كبيرة كجزء من المعدات الإلكترونية. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن تكنولوجيا تصنيع الترانزستور يتم تحديثها باستمرار.

الترانزستورات الميدانية

الترانزستور ذو التأثير الميداني هو جهاز تحويل أشباه الموصلات حيث يتم التحكم في التيار المتدفق عبر القناة بواسطة مجال كهربائي يحدث عند تطبيق الجهد الكهربيبين البوابة والمصدر. مصممة لتعزيز قوة التذبذبات الكهرومغناطيسية.

تُستخدم الترانزستورات ذات التأثير الميداني في مراحل مكبر الصوت ذات مقاومة المدخلات العالية والأجهزة الرئيسية والمنطقية وفي تصنيع الدوائر الدقيقة.

مبدأ التشغيلحقل التأثير الترانزستورov يعتمد على استخدام حاملات الشحنة ذات إشارة واحدة فقط (الإلكترونات أو الثقوب). يتم التحكم الحالي عن طريق تغيير موصلية القناة التي يتدفق من خلالها تيار الترانزستور تحت تأثير المجال الكهربائي. لذلك تسمى هذه الترانزستورات بترانزستورات التأثير الميداني.

وفقًا لطريقة إنشاء القناة، يتم استخدام ترانزستورات ذات تأثير ميداني مع بوابة على شكل عنصر تحكم p-ن- التحولات ومع بوابة معزولة (MDS - أو MOS - الترانزستورات): قناة مدمجة وقناة مستحثة.

اعتمادًا على موصلية القناة، تنقسم ترانزستورات التأثير الميداني إلى ترانزستورات تأثير المجال مع قناة من النوع p وترانزستورات التأثير الميداني مع القناةن- نوعا ما. تحتوي القناة من النوع p على موصلية ثقب، ون- النوع – إلكتروني .

ترانزستور التأثير الميداني مع التحكم p-ن- الانتقال عبارة عن ترانزستور ذو تأثير ميداني، يتم فصل بوابته كهربائيًا عن القناة p-ن- تحول التحول في الاتجاه المعاكس.

جهاز الترانزستور ذو التأثير الميداني مع التحكم p-ن- انتقال (القناةن- يكتب)

رمز لترانزستور التأثير الميداني مع p-ن-الانتقال والقناةن- النوع (أ)، القناة من النوع p (ب)

قناة الترانزستور ذات التأثير الميداني هي منطقة في أشباه الموصلات يتم فيها تنظيم تيار حاملات الشحنة الرئيسية عن طريق تغيير مقطعها العرضي.يسمى القطب الذي تدخل من خلاله حاملات الشحنة إلى القناة بالمصدر. القطب الذي تغادر من خلاله حاملات الشحنة الرئيسية القناة هو المصرف. القطب الكهربائي لتنظيم المقطع العرضي للقناة بسبب جهد التحكم هو بوابة.

يتم تطبيق جهد التحكم (الإدخال) بين البوابة والمصدر. الجهد االكهربىشزيهو معكوس لكلا ص -ن- الانتقالات. عرضص- ن- تعتمد التحولات وبالتالي مساحة المقطع العرضي الفعالة للقناة ومقاومتها والتيار في القناة على هذا الجهد. كما ينمو، ف-ن- التحولات، تقل مساحة المقطع العرضي للقناة الحاملة للتيار، وتزداد مقاومتها، وبالتالي يقل التيار في القناة. ولذلك، إذا تم توصيل مصدر الجهد بين المصدر والصرفشسي,ثم قوة الصرف الحاليةأنامعيمكن التحكم في التدفق عبر القناة عن طريق تغيير المقاومة (المقطع العرضي) للقناة باستخدام الجهد المطبق على البوابة. يعتمد تشغيل ترانزستور التأثير الميداني مع التحكم على هذا المبدأ.ص-ن- انتقال.

في ظل التوتر شزي= 0 المقطع العرضي للقناة هو الأكبر، ومقاومتها أصغر والتيارأنامعتبين أنها الأكبر.استنزاف الحالي أنامن البدايةفي شزي= 0 يسمى تيار التصريف الأولي.الجهد االكهربى شزيحيث يتم حظر القناة بالكامل وتيار الصرفأنامعيصبح صغيرًا جدًا (أعشار الميكرو أمبير)، وهو ما يسمى بجهد القطعشزيots.

الخصائص الثابتة لترانزستور التأثير الميداني مع التحكم p- ن- انتقال

خصائص التصريف (الإخراج) لترانزستور التأثير الميداني مع p-ن- الانتقال والقناةن- النوع يعكس اعتماد تيار الصرف على الجهدشسيفي الجهد الثابتشزي: أناج= F(شسي) في شزي= مقدار ثابت.

خصائص الجهد الحالي لترانزستور التأثير الميداني معتقاطع p-n وقناة من النوع n: أ – استنزاف؛ ب -بوابة الصرف

من سمات ترانزستور التأثير الميداني هو الموصليةتتأثر القناة بجهد التحكمشزي، والجهد شسي. في شسي= 0 تيار الإخراج أنامع= 0. متى شسي> 0 (شزي= 0) التدفقات الحالية عبر القناةأناجمما يؤدي إلى انخفاض الجهد الذي يزداد في اتجاه التصريف. إجمالي انخفاض الجهد لقسم تصريف المصدر يساويشسي. زيادة الجهدشسييؤدي إلى زيادة انخفاض الجهد في القناة وانخفاض مقطعها العرضي وبالتالي انخفاض موصلية القناة. في بعض الجهدشسييحدث تضييق في القناة، حيث تكون حدود كل من p-ن- تضيق التحولات وتصبح مقاومة القناة عالية. مثل هذا التوترشسييسمى جهد التشبعشسينحن. عند تطبيق الجهد العكسي على البوابةشزييحدث تضييق إضافي للقناة، ويحدث تداخلها عند قيمة جهد أقلشسينحن. في وضع التشغيل، يتم استخدام المقاطع المسطحة لخصائص الإخراج.

ترانزستورات تأثير المجال البوابة المعزولة

في ترانزستور تأثير المجال ذو البوابة المعزولة (ترانزستور IGF)، يتم فصل البوابة كهربائيًا عن القناة بواسطة طبقة عازلة.MIS - تستخدم الترانزستورات أكسيد السيليكون كمادة عازلةشافي2. اسم آخر لهذه الترانزستورات هو ترانزستورات MOS (أشباه الموصلات بأكسيد المعدن).

يعتمد مبدأ تشغيل ترانزستورات MIS على تغيير في توصيل الطبقة السطحية لأشباه الموصلات تحت تأثير المجال الكهربائي المستعرض. الطبقة السطحية هي القناة الحاملة للتيار لهذه الترانزستورات. MIS - الترانزستورات من نوعين - مدمجةقناة ومع قناة المستحثة.

تصميم MIS - ترانزستور بقناة مدمجةن-يكتب. في رقاقة السيليكون الأصلية من النوع p ذات المقاومة العالية نسبيًا، يتم إنشاء منطقتين مخدرتين بنوعين متقابلين من التوصيل الكهربائي باستخدام تقنية الانتشار -ن. يتم تطبيق أقطاب معدنية على هذه المناطق - المصدر والصرف. توجد بين المصدر والصرف قناة سطحية ذات توصيل كهربائين- نوعا ما. سطح بلورة أشباه الموصلات بين المصدر والمصرف مغطى بطبقة رقيقة من العازل الكهربائي. يتم تطبيق قطب معدني – بوابة – على هذه الطبقة. يسمح وجود طبقة عازلة بتطبيق جهد التحكم لكلا القطبين على البوابة.

عندما يتم تطبيق الجهد الإيجابي على البوابة،يتم إنشاؤه سيدفع المجال الكهربائي الثقوب من القناة إلى الركيزة، والإلكترونات من الركيزة إلى القناة. يتم إثراء القناة بالإلكترونات وتزداد موصليتهافي ازدياد استنزاف الحالي. وهذا ما يسمى وضع التخصيب.

عند تغذية البوابةسلبي الجهد بالنسبة للمصدر، يتم إنشاء مجال كهربائي في القناة، تحت تأثير الإلكترونات التي يتم دفعها من القناة إلى الركيزة، ويتم سحب الثقوب من الركيزة إلى القناة. يتم استنفاد القناة من حاملات الشحن ذات الأغلبية، وتقل الموصلية، وينخفض ​​تيار التصريف. يسمى هذا الوضع للترانزستور بوضع الاستنفاد.

في مثل هذه الترانزستورات فيشزي= 0 إذا تم تطبيق الجهد بين المصرف والمصدر (شسي> 0)، استنزاف التدفقات الحاليةأنامعبداية، يسمى الأولي ويمثل تدفق الإلكترونات.

لا يتم إنشاء قناة توصيل تيار، ولكنها تتشكل نتيجة لتدفق الإلكترونات من رقاقة أشباه الموصلات عند تطبيق جهد قطبي موجب على البوابة بالنسبة للمصدر. وفي غياب هذا الجهد لا توجد قناة، وبين المصدر والصرفن-النوع لا يوجد سوى بلورة من النوع p، وعلى أحد النوعين p-ن- التحولات تنتج الجهد العكسي. في هذه الحالة، تكون المقاومة بين المصدر والمصرف عالية ويتم إيقاف تشغيل الترانزستور. ولكن عند تطبيق جهد موجب على البوابة، وتحت تأثير مجال البوابة، ستتحرك الإلكترونات من مناطق المصدر والصرف ومن المنطقة p إلى البوابة. عندما يتجاوز جهد البوابة العتبةشزي بور، في الطبقة السطحية، سيتجاوز تركيز الإلكترون تركيز الثقب، وسيحدث انقلاب لنوع الموصلية الكهربائية، وسيتم حث قناة موصلة للتيارن- نوع توصيل مناطق المصدر والصرف. يبدأ الترانزستور في إجراء التيار. كلما زاد جهد البوابة الموجب، زادت موصلية القناة وتيار التصريف. يمكن أن يعمل ترانزستور القناة المستحثة فقط في وضع التخصيب.

رمز ترانزستورات MIS:

أ - مع قناة مدمجةن- يكتب؛

ب - مع قناة مدمجة من النوع p؛

ج – مع الإخراج من الركيزة.

ز - مع القناة المستحثةن- يكتب؛

د - مع قناة مستحثة من النوع p؛

ه - مع الإخراج من الركيزة.

خصائص المجال الثابت MIS - الترانزستورات.

في شزي= 0 يتدفق تيار عبر الجهاز، ويتم تحديده بواسطة الموصلية الأولية للقناة. عندما يتم تطبيق الجهد على البوابةشزي< 0، مجال البوابة له تأثير مثير للاشمئزاز على الإلكترونات - حاملات الشحنة في القناة، مما يؤدي إلى انخفاض تركيزها في القناة وتوصيل القناة. ونتيجة لذلك، خصائص المخزون فيشزي< 0 تقع تحت المنحنى المقابلشزي= 0.

عندما يتم تطبيق الجهد على البوابةشزي> في الشكل 0، يجذب مجال البوابة الإلكترونات إلى القناة من رقاقة أشباه الموصلات من النوع p. يزداد تركيز حاملات الشحنة في القناة، وتزداد موصلية القناة، ويزداد تيار التصريفأنامعيزيد. خصائص المخزون فيشزي> 0 تقع فوق المنحنى الأصلي فيشزي= 0.

الفرق بين خصائص التصريف هو أن تيار الترانزستور يتم التحكم فيه عن طريق جهد قطبي واحد يتزامن مع قطبية الجهدشسي. حاضِر أناج= 0 في شسي= 0، بينما في الترانزستور مع قناة مدمجة يتطلب ذلكتغيير القطبيةجهد البوابة بالنسبة للمصدر.

تشبه معلمات ترانزستورات MIS معلمات ترانزستورات التأثير الميداني مع p-ن- انتقال. من حيث مقاومة المدخلات، تتمتع ترانزستورات MIS بأداء أفضل من الترانزستورات ذات p-ن- انتقال.

مخططات الاتصال

يمكن توصيل ترانزستور التأثير الميداني بمصدر مشترك-a (OS)، ومصرف مشترك (OS) وبوابة مشتركة-b (OZ).

المخطط الأكثر استخدامًا هو مع OI. تعطي مرحلة المصدر المشترك تيارًا كبيرًا جدًا وكسبًا للطاقة. المخطط مع OZ مشابه للمخطط مع OB. لا يوفر تضخيمًا للتيار، وبالتالي فإن تضخيم الطاقة فيه أقل مما هو عليه في دائرة OP. تتمتع سلسلة OZ بممانعة إدخال منخفضة، وبالتالي فهي محدودة الاستخدام.

مرحلة مكبر للصوت على أساس الترانزستورات ذات التأثير الميداني

دائرة مكبر للصوت مصنوعة وفقًا لدائرة ذات OP.

يتم تزويد الترانزستور في الوضع الهادئ بتيار تصريف ثابتأنامشروع مشتركوالجهد المقابل لهمصدر الصرف شنسر. يتم توفير هذا الوضع من خلال جهد التحيز عند بوابة ترانزستور التأثير الميدانيشأَزِيز. يظهر هذا الجهد عبر المقاومروعندما يمر التيارأنامشروع مشترك (شرو= أنامشروع مشتركرو) ويتم تطبيقه على البوابة بسبب الاقتران الجلفاني من خلال المقاومر3 . المقاوم رو، بالإضافة إلى توفير جهد انحياز البوابة، يتم استخدامه أيضًا لتثبيت درجة حرارة وضع تشغيل مكبر الصوت وفقًا لـ العاصمة، استقرارأنامشروع مشترك. إلى على المقاومرولم يتم إطلاق أي مكون جهد متناوب، بل تم تحويله بواسطة المكثف Cو. هذاوضمان كسب مستمر للشلال.

الترانزستور ذو التأثير الميداني هو جهاز شبه موصل يتم فيه إنشاء التيار فقط بواسطة حاملات الشحنة الرئيسية تحت تأثير مجال كهربائي طولي، ويتم التحكم في هذا التيار بواسطة مجال كهربائي عرضي، والذي يتم إنشاؤه بواسطة الجهد المطبق على قطب التحكم.

بعض التعاريف:

تسمى محطة ترانزستور التأثير الميداني الذي تتدفق منه ناقلات الشحنة الرئيسية بالمصدر.

تسمى محطة ترانزستور التأثير الميداني، التي تتدفق إليها حاملات الشحنة الرئيسية، بالمصرف.

تسمى محطة الترانزستور ذو التأثير الميداني، والتي يتم تطبيق جهد التحكم عليها، مما يؤدي إلى إنشاء مجال كهربائي عرضي، بالبوابة.

يُطلق على قسم شبه الموصل الذي تتحرك عبره ناقلات الشحنة الرئيسية، بين تقاطع p-n، قناة ترانزستور التأثير الميداني.

ولذلك، يتم تقسيم الترانزستورات ذات التأثير الميداني إلى ترانزستورات القناة من النوع p أو النوع n.

لنفكر في مبدأ التشغيل باستخدام مثال الترانزستور بقناة من النوع n.

1) عوزي = 0؛ Ic1 = الحد الأقصى؛

2) |عوزي| > 0؛ آي سي 2< Ic1

3) |عوزي| >> 0; آي سي 3 = 0

يتم دائمًا تطبيق الجهد الكهربائي على البوابة بحيث يتم إغلاق الوصلات. يخلق الجهد بين المصرف والمصدر مجالًا كهربائيًا طوليًا، حيث تتحرك حاملات الشحنة الرئيسية عبر القناة، مما يؤدي إلى إنشاء تيار تصريف.

1) في حالة عدم وجود جهد عند البوابة، يتم إغلاق الوصلات pn بواسطة مجالها الداخلي، ويكون عرضها في حده الأدنى، وعرض القناة هو الحد الأقصى، وسيكون تيار الصرف هو الحد الأقصى.

2) مع زيادة جهد الحجب عند البوابة يزداد عرضها تقاطعات p-nيزداد، ويقل عرض القناة وتيار التصريف.

3) في الفولتية بوابة عالية بما فيه الكفاية العرض ص نيمكن أن تزيد التحولات كثيرًا بحيث تندمج، ويصبح تيار التصريف مساويًا للصفر.

يُسمى جهد البوابة الذي يكون عنده تيار الصرف صفرًا بجهد القطع.

الخلاصة: الترانزستور ذو التأثير الميداني هو جهاز أشباه الموصلات الذي يتم التحكم فيه ، لأنه من خلال تغيير الجهد عند البوابة ، يمكنك تقليل تيار التصريف وبالتالي من المعتاد أن نقول أن الترانزستورات ذات التأثير الميداني ذات مديري ف.نتعمل التحولات فقط في وضع استنفاد القناة.

كيف نفسر مقاومة المدخلات العالية لترانزستور التأثير الميداني؟

لأن نظرًا لأنه يتم التحكم في ترانزستور التأثير الميداني بواسطة مجال كهربائي، فلا يوجد عمليًا تيار في قطب التحكم، باستثناء تيار التسرب. لذلك، تتمتع ترانزستورات التأثير الميداني بمقاومة دخل عالية تبلغ حوالي 10 14 أوم.

ما الذي يحدد تيار التصريف لترانزستور التأثير الميداني؟

يعتمد على الفولتية الموردة U si و U z.

دوائر لتوصيل الترانزستورات ذات التأثير الميداني.

يمكن توصيل ترانزستور التأثير الميداني في واحدة من ثلاث دوائر رئيسية: بمصدر مشترك (CS)، واستنزاف مشترك (OC)، وبوابة مشتركة (G).

من الناحية العملية، غالبًا ما يتم استخدام دائرة ذات OE، على غرار الدائرة التي تحتوي على ترانزستور ثنائي القطب مع OE. توفر سلسلة المصدر المشترك تيارًا كبيرًا جدًا وتضخيمًا للطاقة. المخطط مع OZ مشابه للمخطط مع OB. لا يوفر التضخيم الحالي، وبالتالي فإن تضخيم الطاقة فيه أقل عدة مرات مما هو عليه في دائرة OI. تتمتع سلسلة OZ بمقاومة منخفضة للإدخال، وبالتالي لها استخدام عملي محدود في تكنولوجيا التضخيم.

ما الفرق بين ترانزستور التأثير الميداني والترانزستور ثنائي القطب؟

في الترانزستور ذو التأثير الميداني، يتم التحكم في التيار عن طريق المجال الكهربائي الناتج عن الجهد المطبق، وليس عن طريق التيار الأساسي. لذلك، لا يوجد أي تيار عمليًا في قطب التحكم، باستثناء تيارات التسرب.

وضع التبديل الثابت للترانزستور. الخصائص الثابتة للترانزستورات ذات التأثير الميداني.

وتشمل الخصائص الرئيسية ما يلي:

إن خاصية بوابة التصريف (الشكل أ) هي اعتماد تيار التصريف (Ic) على جهد البوابة (Uс) للترانزستورات ذات القناة من النوع n.

خاصية التصريف (الشكل ب) هي اعتماد Ic على Usi عند جهد ثابت عند البوابة Ic = f (Usi) عند Uzi = Const.

المؤشرات الرئيسية:

قطع الجهد.

منحدر البوابة المميزة. يوضح عدد المللي أمبير الذي سيتغير تيار التصريف عندما يتغير جهد البوابة بمقدار 1 فولت.

المقاومة الداخلية (أو الإخراج) لترانزستور التأثير الميداني

مقاومة المدخلات

شرح تأثير تيار استنزاف الجهد ش زي و ش سي .

يوضح الشكل تأثير الفولتية المدخلة في الترانزستور في الترانزستور المتحكم فيه:

ثلاثة أوضاع تشغيل رئيسية للترانزستور.

في أنواع مختلفة من ترانزستورات التأثير الميداني وعند الفولتية الخارجية المختلفة، يمكن أن يكون للبوابة نوعان من التأثيرات على القناة: في الحالة الأولى (على سبيل المثال، في ترانزستورات التأثير الميداني مع وصلة تحكم p-n عند الفولتية على الأقطاب الكهربائية المقابلة (الشكل 2-1.5) يمنع تدفق التيار عبر القناة، مما يقلل من عدد حاملات الشحنة التي تمر عبرها (يسمى هذا الوضع وضع استنزاف القناة) ، في الحالة الثانية (على سبيل المثال، في ترانزستورات MOS ذات قناة مستحثة، متصلة وفقًا للشكل 2-1.7)، على العكس من ذلك، تحفز البوابة تدفق التيار عبر القناة، مما يزيد من عدد الشحنات الناقلات في التدفق ( وضع إثراء القناة). في كثير من الأحيان يتحدثون فقط وضع العجاف و وضع الإثراء . لاحظ أن ترانزستورات MOS ذات القناة المستحثة يمكن أن تكون في الوضع النشط فقط في حالة وضع إثراء القناة، وبالنسبة لترانزستورات MOS ذات القناة المضمنة، يمكن أن يكون هذا وضع الإثراء ووضع الاستنفاد. في ترانزستورات تأثير مجال الوصلة pn، تؤدي محاولة تطبيق انحياز أمامي إلى الوصلة إلى فتحها وتسبب تدفق تيار كبير في دائرة البوابة. العمليات الفعلية في الترانزستور في هذه الحالة تعتمد بشكل كبير على تصميمه، ولم يتم توثيقها أبدًا ويصعب التنبؤ بها. لذلك، فإن الحديث عن وضع التخصيب للترانزستورات ذات التأثير الميداني مع وصلة التحكم غير مقبول وهو ببساطة لا معنى له.

وضع التشبع - لا يميز حالة الترانزستور بأكمله ككل، كما كان الحال بالنسبة للأجهزة ثنائية القطب، ولكن فقط القناة الحاملة للتيار بين المصدر والمصرف. يتوافق هذا الوضع مع تشبع القناة مع حاملات الشحن الرئيسية. مثل هذه الظاهرة التشبعهي واحدة من أهم الخصائص الفيزيائية لأشباه الموصلات. اتضح أنه عند تطبيق جهد خارجي على قناة شبه موصلة، فإن التيار الموجود فيها يعتمد خطيًا على هذا الجهد فقط إلى حد معين ( جهد التشبع) ، وعند الوصول إلى هذا الحد يستقر ويبقى عمليا دون تغيير حتى انهيار الهيكل. عند تطبيقه على ترانزستورات التأثير الميداني، فهذا يعني أنه عندما يتجاوز جهد مصدر التصريف مستوى عتبة معين، فإنه يتوقف عن التأثير على التيار في الدائرة. إذا كان وضع التشبع بالنسبة للترانزستورات ثنائية القطب يعني خسارة كاملة لخصائص التضخيم، فإن هذا ليس هو الحال بالنسبة للترانزستورات الميدانية. وهنا، على العكس من ذلك، يؤدي تشبع القناة إلى زيادة الكسب والنقصان تشويه غير خطي. حتى يصل جهد مصدر التصريف إلى التشبع، فإن التيار عبر القناة يزداد خطيًا مع زيادة الجهد (أي أنه يتصرف بنفس الطريقة كما في المقاومة التقليدية). لا يعرف المؤلف أي اسم ثابت لهذه الحالة من ترانزستور التأثير الميداني (عندما يتدفق التيار عبر القناة، لكن القناة غير مشبعة)، سنسميها وضع القناة غير المشبعة(يجد التطبيق في المفاتيح التناظرية على الترانزستورات ذات التأثير الميداني). عادة ما يكون وضع تشبع القناة طبيعيًا عند توصيل ترانزستور التأثير الميداني بدوائر مكبر الصوت، لذلك في المستقبل، عند النظر في تشغيل الترانزستورات في الدوائر، لن نركز كثيرًا على هذا، مما يعني وجود جهد بين المصرف ومصدر الترانزستور كافي لتشبع القناة .

ما الذي يميز وضع التشغيل الرئيسي للترانزستور؟

إن الوضع الرئيسي لتشغيل الترانزستور هو الذي يمكن أن يكون مفتوحًا تمامًا أو مغلقًا تمامًا، ومن الناحية المثالية لا توجد حالة وسيطة يكون فيها المكون مفتوحًا جزئيًا. إن الطاقة المنطلقة في الترانزستور في الوضع الثابت تساوي منتج التيار المتدفق عبر أطراف مصدر التصريف والجهد المطبق بين هذه المحطات.

في الحالة المثالية، عندما يكون الترانزستور مفتوحًا، أي. وفي وضع التشبع، تميل مقاومتها بين أطراف مصدر الصرف إلى الصفر. فقدان الطاقة في الحالة المفتوحة هو نتاج جهد يساوي الصفر وكمية معينة من التيار. وبالتالي، فإن تبديد الطاقة هو صفر.

من الناحية المثالية، عندما يكون الترانزستور مغلقا، أي. وفي وضع القطع، تميل مقاومتها بين أطراف مصدر الصرف إلى اللانهاية. فقدان الطاقة في الحالة المغلقة هو نتاج قيمة جهد معينة وقيمة تيار تساوي الصفر. وبالتالي فإن فقدان الطاقة هو صفر.

اتضح أنه في وضع التبديل، من الناحية المثالية، يكون فقدان طاقة الترانزستور صفرًا.

ما يسمى مرحلة مكبر للصوت؟

اتصال العديد من مكبرات الصوت المصممة لزيادة معلمات الإشارة الكهربائية. وهي مقسمة إلى مراحل ما قبل التضخيم ومراحل الإخراج. تم تصميم المراحل الأولى لزيادة مستوى جهد الإشارة، وتم تصميم مراحل الإخراج للحصول على التيار المطلوب أو طاقة الإشارة.