Основни характеристики на полеви транзистори. FETs

Сега нека научим какво представляват транзисторите с полеви ефекти. FETsмного често срещано както в старите схеми, така и в съвременните. Сега устройствата с изолирана врата се използват в по-голяма степен и днес ще говорим за видовете транзистори с полеви ефекти и техните характеристики. В статията ще направя сравнения с биполярни транзистори, на отделни места.

Определение

Полевият транзистор е полупроводников напълно управляем ключ, управляван от електрическо поле.Това е основната разлика по отношение на практиката от биполярните транзистори, които се управляват от ток. Електрическото поле се създава от напрежението, приложено към затвора спрямо източника. Полярността на управляващото напрежение зависи от вида на транзисторния канал. Тук има добра аналогия с електронните вакуумни тръби.

Друго име за полеви транзистори е еднополярно. „ООН“ означава едно. В полевите транзистори, в зависимост от вида на канала, токът се извършва само от един вид носители, дупки или електрони. В биполярните транзистори токът се формира от два вида носители на заряд - електрони и дупки, независимо от вида на устройствата. Транзисторите с полеви ефекти най-общо могат да бъдат разделени на:

транзистори с управляващ п-н- преход;

транзистори с изолиран затвор.

И двата могат да бъдат n-канален и p-канал, като към вратата на първия трябва да се приложи положително управляващо напрежение, за да отворите ключа, а за второто - отрицателно по отношение на източника.

Всички видове полеви транзистори имат три изхода (понякога 4, но рядко, срещах само на съветски и беше свързан към кутията).

1. Източник (източник на носители на заряд, аналог на емитер на биполярно).

2. Дренаж (приемник на носители на заряд от източника, аналог на колектора биполярен транзистор).

3. Порта (контролен електрод, аналог на решетката на лампи и основи на биполярни транзистори).

Транзистор с управляващ pn преход

Транзисторът се състои от следните области:

4. Щора.

На изображението виждате схематична структура на такъв транзистор, проводниците са свързани към метализираните секции на портата, източника и дренажа. В специфична верига (това е p-канално устройство), портата е n-слой, има по-малко съпротивление от канала (p-слой), а p-n съединителната област е разположена повече в p-областта за това причина.

a - n-тип полеви транзистор, b - p-тип полеви транзистор

За да улесните запомнянето, запомнете обозначението на диода, където стрелката сочи от p-областта към n-областта. Тук също.

Първото състояние е да се приложи външно напрежение.

Ако се приложи напрежение към такъв транзистор, плюс към дрейна и минус към източника, през него ще тече голям ток, той ще бъде ограничен само от съпротивлението на канала, външните съпротивления и вътрешното съпротивление на източника на захранване. Може да се направи аналогия с нормално затворен ключ. Този ток се нарича Isnach или начален ток на източване при Uzi=0.

Полевият транзистор с контролен p-n преход, без управляващо напрежение, приложено към портата, е възможно най-отворен.

Напрежението към дренажа и източника се прилага по следния начин:

Основните носители на заряд се въвеждат през източника!

Това означава, че ако транзисторът е p-канал, тогава положителният извод на източника на захранване е свързан към източника, защото. основните носители са дупки (носители на положителен заряд) - това е така наречената дупкова проводимост. Ако n-каналният транзистор е свързан към източника, отрицателният извод на източника на захранване, т.к в него основните носители на заряд са електроните (носители на отрицателен заряд).

Източникът е източникът на основните носители на заряд.

Ето резултатите от симулация на такава ситуация. Отляво е p-канал, а отдясно е n-канален транзистор.

Второ състояние - приложете напрежение към портата

Когато се приложи положително напрежение към портата спрямо източника (Uzi) за p-канала и отрицателно за n-канала, то се измества в обратна посока, зоната на p-n-прехода се разширява към канала . В резултат на това ширината на канала намалява, токът намалява. Напрежението на затвора, при което през превключвателя не протича ток, се нарича напрежение на прекъсване.

Изключващото напрежение е достигнато и ключът е напълно затворен. Картината с резултатите от симулацията показва такова състояние за p-канален (вляво) и n-канал (вдясно) ключ. Между другото нататък английски езиктакъв транзистор се нарича JFET.

Режимът на работа на транзистора, когато напрежението Uzi е нула или обратно. Благодарение на обратното напрежение можете да „покриете транзистора“, той се използва в усилватели от клас А и други вериги, където е необходимо гладко регулиране.

Режимът на прекъсване се получава, когато Uzi = Ucutoff за всеки транзистор е различно, но във всеки случай се прилага в обратна посока.

Характеристики, VAC

Изходната характеристика е графика, която показва зависимостта на изтичащия ток от Usi (приложен към изходните и изходните клеми) при различни напрежения на затвора.

Може да се раздели на три области. Първо (от лявата страна на графиката) виждаме омичната област - в тази празнина транзисторът се държи като резистор, токът нараства почти линейно, достигайки определено ниво, преминава в областта на насищане (в центъра на графиката).

От дясната страна на графиката виждаме, че токът започва да расте отново, това е зоната на повреда, транзисторът не трябва да е тук. Най-горният клон, показан на фигурата, е токът при нула Uzi, виждаме, че токът тук е най-големият.

Колкото по-високо е напрежението на Uzi, толкова по-малък е изтичащият ток. Всеки от клоновете се различава с 0,5 волта на портата. Това, което потвърдихме чрез симулация.

Тук е показана характеристиката дренаж-затвор, т.е. зависимост на тока на изтичане от напрежението на вратата при същото напрежениедренаж-източник (в този пример 10V), тук стъпката на мрежата също е 0,5V, отново виждаме, че колкото по-близо е Uzi напрежението до 0, толкова по-голям е токът на източване.

В биполярните транзистори имаше такъв параметър като коефициент на пренос на ток или печалба, той беше обозначен като B или H21e или Hfe. В полето, за да се покаже способността за усилване на напрежението, се използва стръмността, обозначена с буквата S

Тоест, наклонът показва с колко милиампера (или ампера) нараства изтичащият ток с увеличаване на напрежението порта-източник с броя волта при постоянно напрежение изтичане-източник. Може да се изчисли от характеристиката дрейн-гейт, в горния пример наклонът е около 8 mA/V.

Схеми за превключване

Подобно на биполярните транзистори, има три типични превключващи вериги:

1. С общ източник (а). Използва се най-често, дава печалба в ток и мощност.

2. С общ затвор (b). Рядко използван, нисък входен импеданс, без усилване.

3. С общ дренаж (c). Усилването на напрежението е близо до 1, входният импеданс е висок, а изходът е нисък. Друго име е последовател на източник.

Характеристики, предимства, недостатъци

Основното предимство на полевия транзистор висок входен импеданс. Входното съпротивление е съотношението на тока към напрежението порта-източник. Принципът на действие се крие в управлението с помощта на електрическо поле, и се образува при подаване на напрежение. Това е FETs са контролирани по напрежение.

• практически не консумира управляващ ток,Това намалява загубата на контрол, изкривяването на сигнала,токово претоварване на източника на сигнал...

Средна честота Производителността на FET е по-добра от биполярната, това се дължи на факта, че е необходимо по-малко време за "резорбция" на носители на заряд в областите на биполярния транзистор. Някои съвременни биполярни транзистори може дори да превъзхождат транзисторите с полеви ефекти, това се дължи на използването на по-напреднали технологии, намаляване на ширината на основата и други неща.

Ниското ниво на шум на транзисторите с полеви ефекти се дължи на липсата на процес на инжектиране на заряд, както при биполярните.

Стабилност при температурни промени.

Ниска консумация на енергия в проводящо състояние - по-голяма ефективност на вашите устройства.

Най-простият пример за използване на висок входен импеданс е при съгласуване на устройства за свързване на акустични акустични китари с пиезо пикапи и електрически китари с електромагнитни пикапи към линейни входове с нисък входен импеданс.

Ниският входен импеданс може да причини спад на входния сигнал, изкривявайки формата му в различна степен в зависимост от честотата на сигнала. Това означава, че трябва да избегнете това чрез въвеждане на каскада с висок входен импеданс. Тук най-простата схематакова устройство. Подходящ за свързване на електрически китари редов входаудио карта на компютъра. С него звукът ще стане по-ярък, а тембърът по-богат.

Основният недостатък е, че такива транзистори се страхуват от статично електричество. Можете да вземете елемент с електрифицирани ръце и той веднага ще се провали, това е следствието от контролирането на ключа с помощта на полето. Препоръчително е да се работи с тях в диелектрични ръкавици, свързани чрез специална гривна към маса, с нисковолтов поялник с изолиран накрайник, а изводите на транзисторите могат да се завържат с тел, за да ги дадат на късо при монтажа.

Съвременните устройства практически не се страхуват от това, тъй като на входа те могат да бъдат построени защитни устройстватип ценерови диоди, които работят при превишаване на напрежението.

Понякога за начинаещите радиолюбители страховете достигат до абсурда, като например поставянето на капачки от фолио на главата ви. Всичко описано по-горе, въпреки че е задължително, но неспазването на никакви условия не гарантира повреда на устройството.

Полеви транзистори с изолиран затвор

Този тип транзистори се използват активно като ключове с полупроводниково управление. Освен това те работят най-често в режим на ключ (две позиции "включено" и "изключено"). Те имат няколко имена:

1. MIS транзистор (метал-диелектрик-полупроводник).

2. MOSFET (метал-оксид-полупроводник).

3. MOSFET транзистор (метал-оксид-полупроводник).

Запомнете - това са само вариации на едно и също име. Диелектрикът или оксидът, както го наричат ​​още, играе ролята на изолатор за вратата. На диаграмата по-долу изолаторът е показан между n-областта близо до гейта и гейта като бяла зона с точки. Изработен е от силициев диоксид.

Диелектрик изключва електрически контактмежду затворния електрод и субстрата. За разлика от контролния p-n преход, той не работи на принципа на разширяване на прехода и припокриване на каналите, а на принципа на промяна на концентрацията на носители на заряд в полупроводник под действието на външно електрическо поле. MOSFET се предлагат в два типа:

1. С вграден канал.

2. С индуциран канал

На диаграмата виждате транзистор с вграден канал. От него вече можете да се досетите, че принципът на неговата работа наподобява полеви транзистор с управляващ p-n преход, т.е. когато напрежението на гейта е нула, токът протича през превключвателя.

В близост до източника и дренажа се създават две области с високо съдържание на примесни носители на заряд (n+) с повишена проводимост. Субстратът е P-тип основа (в този случай).

Моля, обърнете внимание, че кристалът (подложката) е свързан към източника; на много конвенционални графични символи той е изчертан по този начин. Когато напрежението на затвора се увеличи, в канала се появява напречно електрическо поле, което отблъсква носители на заряд (електрони) и каналът се затваря при достигане на прага Uz.

Когато се приложи отрицателно напрежение порта-източник, изтичащият ток пада, транзисторът започва да се затваря - това се нарича режим на изчерпване.

При подаване на положително напрежение към затвора-източник се получава обратният процес - електроните се привличат, токът се увеличава. Това е режимът на обогатяване.

Всичко по-горе е вярно за MOSFET с вграден N-тип канал. Ако p-тип канал промени всички думи "електрони" на "дупки", полярността на напрежението се обръща.

Според листа с данни за този транзистор, праговото напрежение порта-източник е в района на един волт, а типичната му стойност е 1,2 V, нека проверим това.

Токът е в микроампера. Ако увеличите напрежението още малко, то ще изчезне напълно.

Избрах случайно транзистор и попаднах на доста чувствително устройство. Ще се опитам да променя полярността на напрежението, така че портата да има положителен потенциал, проверете режима на обогатяване.

При напрежение на вратата от 1 V, токът се увеличи четири пъти в сравнение с това, което беше при 0 V (първата снимка в този раздел). От това следва, че за разлика от предишния тип транзистори и биполярни транзистори, без допълнителна лента, той може да работи както за увеличаване на тока, така и за намаляване. Това твърдение е много грубо, но в първото приближение има право да съществува.

Всичко тук е почти същото като в транзистор с контролен преход, с изключение на наличието на режим на обогатяване в изходната характеристика.

На характеристиката дрейн-шлюз ясно се вижда, че отрицателното напрежение предизвиква режим на изчерпване и затваряне на ключа, а положителното напрежение на портата - обогатяване и по-голямо отваряне на ключа.

MOSFET с индуциран канал не провеждат ток при липса на напрежение на портата, или по-скоро има ток, но е изключително малък, т.к. това е обратният ток между субстрата и силно легираните области на дренаж и източник.

Полевият транзистор с изолирана врата и индуциран канал е аналог на нормално отворен ключ, без ток.

При наличие на напрежение порта-източник, т.к ние разглеждаме индуцирания канал от n-тип, тогава напрежението е положително, под действието на полето носителите на отрицателен заряд се привличат към областта на портата.

Така се появява „коридор“ за електроните от източника към изтичането, така се появява канал, транзисторът се отваря и през него започва да тече ток. Имаме p-тип субстрат, основните в него са положителни носители на заряд (дупки), отрицателните носители са много малко, но под действието на полето те се откъсват от атомите си и започва тяхното движение. Оттук и липсата на проводимост при липса на напрежение.

Изходната характеристика точно повтаря същата за предишните, единствената разлика е, че напреженията Uzi стават положителни.

Характеристиката drain-gate показва същото, разликите отново са в напреженията на gate.

Когато се вземат предвид характеристиките на тока и напрежението, е изключително важно внимателно да се разгледат стойностите, предписани по осите.

Към ключа беше приложено напрежение от 12 V, а на портата имаме 0. Токът не тече през транзистора.

Това означава, че транзисторът е напълно отворен, ако не беше там, токът в тази верига щеше да бъде 12/10 = 1,2 A. По-късно проучих как работи този транзистор и разбрах, че при 4 волта той започва да се отваря.

Добавяйки по 0,1 V всеки, забелязах, че с всеки десети волт токът нараства все повече и повече и с 4,6 волта транзисторът е почти напълно отворен, разликата с напрежението на гейта от 20 V в изтичащия ток е само 41 mA, при 1.1 A това са глупости.

Този експеримент отразява факта, че индуцираният канален транзистор се включва само когато се достигне праговото напрежение, което му позволява да работи перфектно като превключвател в комутационни вериги. Всъщност IRF740 е един от най-често срещаните.

Измерванията на тока на затвора показаха, че транзисторите с полеви ефекти всъщност не консумират почти никакъв управляващ ток. При напрежение от 4,6 волта токът беше само 888 nA (нано!!!).

При напрежение от 20 V беше 3,55 μA (микро). За биполярен транзистор той би бил от порядъка на 10 mA, в зависимост от усилването, което е десетки хиляди пъти по-голямо, отколкото за полев транзистор.

Не всички ключове се отварят с такива напрежения, това се дължи на дизайна и характеристиките на схемата на устройствата, където се използват.

Разреденият капацитет в първия момент от време изисква голям заряден ток и редки устройства за управление (широкоимуществени контролери и микроконтролери) имат силни изходи, така че използват драйвери за полеви вентили, както в полеви транзистори, така и в (биполярни с изолиран порта). Това е усилвател, който преобразува входния сигнал в изход с такава величина и сила на тока, достатъчни за включване и изключване на транзистора. Токът на зареждане също е ограничен от резистор, включен последователно с портата.

В същото време някои порти могат да се управляват и от порта на микроконтролера чрез резистор (същия IRF740). Засегнали сме тази тема.

Те приличат на транзистори с полеви ефекти с контролна порта, но се различават по това, че на UGO, както и в самия транзистор, портата е отделена от субстрата, а стрелката в центъра показва вида на канала, но е насочена от подложка към канала ако е n-канален мосфет - към блендата и обратно.

За ключове с индуциран канал:

Може да изглежда така:

Обърнете внимание на английските имена на щифтовете, те често са посочени в таблици с данни и диаграми.

За ключове с вграден канал:

Транзисторът (transistor, английски) е триод, изработен от полупроводникови материали, с три изхода, чието основно свойство е да контролира значителен ток на изхода на веригата при относително нисък входен сигнал. В радиокомпонентите, от които се сглобяват съвременните сложни електрически уреди, се използват полеви транзистори. Техните свойства позволяват решаване на проблеми с изключване или включване на тока в електрическата верига на печатната платка или неговото усилване.

Какво е полеви транзистор

Полевият транзистор е устройство с три или четири контакта, в което ток на два контакта е регулируемнапрежение на електрическото поле на третия. Затова те се наричат ​​полеви.

Контакти:

Полевият транзистор с n - p преход е специален тип транзистори, които служат за текущ контрол.

Той се различава от обикновения обикновен по това, че токът преминава през него, без да пресича зоната на p-n преход, зоната, образувана на границите на тези две зони. Размерът на p-n зоната е регулируем.

Полеви транзистори, техните видове

Полевите транзистори с n - p преход са разделени на класове:

1. По вид проводящ канал: n или p. Знакът, полярността, контролният сигнал зависи от канала. Трябва да е противоположен по знак на n-зоната.
2. Според структурата на устройството: дифузен, легиран с p - n - преход, с порта, тънкослоен.
3. Според броя на контактите: 3 и 4-пинови. В случай на 4-пиново устройство, субстратът също действа като порта.
4. Според използваните материали: германий, силиций, галиев арсенид.

Класовете са разделени според принципа на работа:

• устройство, изпълняващо p - n преход;
• изолирана врата или бариерно устройство на Шотки.

Полеви транзистор, принцип на действие

По прост начин как работи транзистор с полеви ефекти управляващ директорпреход, можем да кажем следното: радиокомпонентът се състои от две зони: p - преход и n - преход. Тече през зона n електричество. P зоната е припокриваща се зона, един вид вентил. Ако го натиснеш силно, той блокира зоната за преминаване на токи минава по-малко. Или, ако натискът за намаляване ще премине повече. Такова налягане се осъществява чрез увеличаване на напрежението на контакта на портата, разположен в p зоната.

Устройство с контролен p - n канален преход е полупроводникова пластина с един от тези видове електрическа проводимост. Контактите са свързани към краищата на плочата: дренаж и източник, в средата - контакт на портата. Работата на устройството се основава на променливостта на дебелината на пространството p-p преход. Тъй като почти няма мобилни носители на заряд в блокиращия регион, това е проводимостта е нула. В полупроводниковата пластина, в зоната, която не е засегната от блокиращия слой, се създава токопроводим канал. Когато се приложи отрицателно напрежение по отношение на източника, на портата се създава поток, през който протичат носители на заряд.

В случай на изолирана врата върху нея се поставя тънък диелектричен слой. Този вид устройство работи на принципа на електрическото поле. Малко количество електричество е достатъчно, за да го унищожи. Ето защо, за защита от статично напрежение, което може да достигне хиляди волта, са създадени специални кутии за инструменти - те позволяват да се минимизира въздействието на вирусното електричество.

Защо ви е необходим полеви транзистор

Като се има предвид работата на сложно електронно оборудване, като работата на транзистор с полеви ефекти (като един от компонентите на интегрална схема), е трудно да си представим, че основните насоки на неговата работа пет:

1. Високочестотни усилватели.
2. Нискочестотни усилватели.
3. Модулация.
4. DC усилватели.
5. Ключови устройства (ключове).

На прост примерработата на транзистора като превключвател може да се разглежда като подреждане на микрофон с електрическа крушка. Микрофонът улавя звука, от който се появява електрически ток. Той отива към заключен полеви транзистор. С присъствието си токът включва устройството, включва се електрическа веригакъм който е свързана лампата. Лампата свети, когато звукът се улови от микрофона, но свети поради източник на захранване, който не е свързан към микрофона и е по-мощен.

Приложена модулацияза управление на информационния сигнал. Сигналът контролира честотата на трептене. Модулацията се използва за висококачествен аудио сигнал в радиото, за предаване на звуковия диапазон в телевизионни програми, излъчване на цветен и телевизионен сигнал Високо качество. Прилага се навсякъде, където се изисква работа с висококачествен материал.

Като усилвателтранзисторът с полеви ефекти работи по опростен начин: графично всеки сигнал, по-специално звуковата серия, може да бъде представен като прекъсната линия, където дължината му е времето, а височината на прекъсванията е честотата на звука. За усилване на звука се прилага мощно напрежение към радиокомпонента, който придобива необходимите честоти, но с по-високи стойности, поради захранването слаб сигналкъм контролния контакт. С други думи, устройството преначертава оригиналната линия пропорционално, но с по-високи пикови стойности.

Приложение на полеви транзистори

Първото устройство, което влезе в продажба, което използва полеви транзистор с контрол p-n преход, беше слухов апарат. Появата му е регистрирана през петдесетте години на миналия век. В индустриален мащаб те се използват в телефонни централи.

В съвременния свят се използват устройства в цялата електротехника. Поради малкия размер и разнообразието от характеристики на полевия транзистор, той може да се намери в кухненски уреди, аудио и телевизионна технология, компютри и електронни детски играчки. Използват се в алармени системи както на охранителни механизми, така и на пожароизвестителни системи.

Във фабриките се използва транзисторно оборудване за контролери на мощността на металорежещи машини. В транспорта, от работата на оборудването на влаковете и локомотивите, до системата за впръскване на гориво на личните автомобили. В жилищно-комуналните услуги от диспечерски системи до системи за управление на уличното осветление.

Едно от най-важните приложения на транзисторите е производство на процесори. Всъщност целият процесор се състои от множество миниатюрни радиокомпоненти. Но при преминаване към работна честота над 1,5 GHz те започват да консумират енергия лавинообразно. Следователно производителите на процесори са избрали пътя на многоядрените, а не чрез увеличаване на тактовите честоти.

Плюсове и минуси на полеви транзистори

Полеви транзистори с техните характеристики изоставени далеч зад други видовеустройства. Широко приложениете се намират в интегралните схеми като ключове.

• каскадата от части консумира малко енергия;
• амплификацията е по-висока, отколкото при други видове;
• висока устойчивост на шум се постига чрез отсъствието на токов поток в портата;
• Повече ▼ висока скороствключване и изключване - те могат да работят на честоти, недостъпни за други транзистори.

• по-ниска температура на разграждане в сравнение с други видове;
• при честота от 1,5 GHz, консумираната енергия започва рязко да се увеличава;
• чувствителност към статично електричество.

Характеристиките на полупроводниковите материали, взети като основа на транзисторите с полеви ефекти, направиха това възможно използват устройства в бита и производството. На базата на създадени плеторични транзистори домакински уредивъв формата, позната на съвременния човек. Обработката на висококачествени сигнали, производството на процесори и други високопрецизни компоненти е невъзможно без постиженията на съвременната наука.

В транзисторите от този тип портата е отделена от полупроводника със слой диелектрик, който обикновено се използва в силициевите устройства като силициев диоксид. Тези транзистори се наричат ​​съкратено MOS (метал-оксид-полупроводник) и MOS (метал-изолатор-полупроводник). В англоезичната литература те обикновено се наричат ​​съкратено MOSFET или MISFET (Metal-Oxide (Insulator) -Semiconductor FET).

От своя страна MOS транзисторите са разделени на два вида.

В т.нар транзистори с вграден (собствен) канал (транзистор от изчерпване)и преди да се приложи към портата, има канал, свързващ източника и изтичането.

В т.нар транзистори с индуциран канал (богат тип транзистор)горният канал липсва.

MIS транзисторите се характеризират с много високо входно съпротивление. При работа с такива транзистори трябва да се вземат специални мерки за защита от статично електричество. Например при запояване всички проводници трябва да бъдат накъсо.

MIS транзистор с вграден канал.

Каналът може да бъде p-тип или n-тип. За категоричност нека се обърнем към транзистор с p-тип канал. Нека да дадем схематично представяне на структурата на транзистор (фиг. 1.97), конвенционално графично обозначение на транзистор с p-тип канал (фиг. 1.98, а) и с n-тип канал (фиг. 1.98, b ). Стрелката, както обикновено, показва посоката от слой p към слой n.

Разглежданият транзистор (виж фиг. 1.97) може да работи в два режима: изчерпване и обогатяване.

Режимът на изчерпване съответства на положително u. С увеличаване на това, концентрацията на дупки в канала намалява (тъй като потенциалът на затвора е по-голям от потенциала на източника), което води до намаляване на тока на изтичане.

Представяме веригата за превключване на транзистора (фиг. 1.99).

Дренажът се влияе не само от uzi, но и между субстрата и източника от upi. Въпреки това управлението, управлявано от порта, винаги е за предпочитане, тъй като входните токове са много по-малки. В допълнение, присъствието върху субстрата намалява стръмността.

Субстратът образува p-n преход с източника, дренажа и канала. Когато използвате транзистор, трябва да се внимава да не се измества в посока напред в това кръстовище. На практика субстратът е свързан към източника (както е показано на диаграмата) или към точка във веригата, която има потенциал, по-голям от потенциала на източника (потенциалът на източване в горната верига е по-малък от потенциала на източника).

Нека изобразим изходните характеристики на MOS транзистор (вграден p-канал) от типа KP201L (фиг. 1.100) и неговата характеристика на изтичане (фиг. 1.101).

MIS транзистор с индуциран (индуциран) канал.

Каналът може да бъде p-тип или n-тип. За категоричност се обръщаме към транзистор с p-тип канал. Нека да дадем схематично представяне на структурата на транзистор (фиг. 1.102), конвенционално графично обозначение на транзистор с индуциран p-тип канал (фиг. 1.103, а) и n-тип канал (фиг. 1.103, b ).

При нулево напрежение uzi каналът отсъства (фиг. 1.102) и дренажът е нула. Транзисторът може да работи само в режим на обогатяване, което съответства на отрицателен uzi. В този случай ufrom > 0. Ако неравенството ufrom>u от прага е изпълнено, където u от прага е така нареченото прагово напрежение, тогава между източника и изтичането се появява p-тип канал, през който ток може да тече.

Каналът от p-тип възниква, защото концентрацията на дупки под затвора се увеличава и електронната плътност намалява, което води до концентрация на дупки, по-голяма от концентрацията на електрони.

Описаното явление на промяна на типа проводимост се нарича инверсия на типа проводимост, а полупроводниковият слой, в който се извършва (и който е канал), се нарича инверсия (инверсия). Директно под обратния слой се образува слой, обеднен от мобилни носители на заряд. Обратният слой е много по-тънък от обеднения (дебелината на обратния слой е 1 · 10–9 …5 · 10 – 9 m, а дебелината на обеднения слой е 10 или повече пъти по-голяма).

Нека изобразим веригата за превключване на транзистора (фиг. 1.104), изходните характеристики (фиг. 1.105) и характеристиката на изтичане (фиг. 1.106) за MIS транзистор с индуциран p-канал KP301B.

Полезно е да се отбележи, че софтуерният пакет Micro-Cap II използва един и същ математически модел (но, разбира се, с различни параметри) за симулиране на транзистори с полеви ефекти от всички видове.

Добър ден приятели!

Напоследък вие и аз започнахме да се запознаваме по-отблизо с това как работи компютърният хардуер. И срещнахме една от неговите "тухли" - полупроводников диод. е сложна система, състояща се от отделни части. Разбирайки как работят тези отделни части (големи и малки), ние придобиваме знания.

Получавайки знания, получаваме шанс да помогнем на нашия железен приятел-компютър, ако той внезапно се обърка. Все пак ние сме отговорни за тези, които сме опитомили, нали?

Днес ще продължим този интересен бизнес и ще се опитаме да разберем как работи най-, може би, основната „тухла“ на електрониката, транзисторът. От всички видове транзистори (има много от тях), сега ще се ограничим до разглеждане на работата на полеви транзистори.

Защо транзисторът е транзистор с полеви ефекти?

Думата "транзистор" се формира от две английски думи превод и резистор, тоест, с други думи, това е преобразувател на съпротивление.

Сред разнообразието от транзистори има и транзистори с полеви ефекти, т.е. тези, които се управляват от електрическо поле.

Електрическото поле се създава от напрежение. По този начин транзисторът с полеви ефекти е полупроводниково устройство с контролирано напрежение.

В англоезичната литература се използва терминът MOSFET (MOS Field Effect Transistor). Има и други видове полупроводникови транзистори, по-специално биполярни, които се управляват от ток. В този случай малко мощност се изразходва и за управление, тъй като към входните електроди трябва да се приложи определено напрежение.

FET каналът може да бъде отворен само чрез напрежение, без ток, протичащ през входните електроди (с изключение на много малък ток на утечка). Тези. контролната мощност не се използва. На практика обаче полевите транзистори се използват в по-голямата си част не в статичен режим, а се превключват на определена честота.

Конструкцията на полевия транзистор определя наличието на вътрешен преходен капацитет в него, през който при превключване протича определен ток в зависимост от честотата (колкото по-висока е честотата, толкова по-голям е токът). Така че, строго погледнато, все още се изразходва известна контролна мощност.

Къде се използват полеви транзистори?

Сегашното ниво на технологията прави възможно съпротивлението на отворения канал на мощен полеви транзистор (FET) да бъде достатъчно малко - в няколко стотни или хилядни от ома!

И това е голямо предимство, тъй като дори при ток от десет ампера, мощността, разсейвана в FET, няма да надвишава десети или стотни от вата.

По този начин обемистите радиатори могат да бъдат изоставени или техните размери могат да бъдат значително намалени.

FETs се използват широко в компютри и превключващи регулатори за ниско напрежение за компютри.

От цялото разнообразие от видове FET за тези цели се използват FET с индуциран канал.

Как работи полевият транзистор?

FET с индуциран канал съдържа три електрода - сорс (source), дрейн (drain) и гейт (gate).

Принципът на работа на PT е наполовина ясен от графичното обозначение и името на електродите.

PT каналът е „водопровод“, в който „вода“ (поток от заредени частици, които образуват електрически ток) тече през „източник“ (източник).

„Водата“ тече от другия край на „тръбата“ през „дренажа“ (дренажа). Портата е "кран", който отваря или затваря потока. За да може "водата" да премине през "тръбата", е необходимо да се създаде "налягане" в нея, т.е. приложете напрежение между изтичане и източник.

Ако не се приложи напрежение („няма налягане в системата“), няма да има ток в канала.

Ако се приложи напрежение, тогава "отворете крана" може да се приложи чрез прилагане на напрежение към портата спрямо източника.

Колкото по-голямо напрежение е приложено, толкова повече "кранът" е отворен, толкова по-голям е токът в канала "отвод-източник" и толкова по-малко е съпротивлението на канала.

В захранващите устройства FET се използва в ключовия режим, т.е. каналът е или напълно отворен, или напълно затворен.

Честно казано, принципите на PT са много по-сложни, може да работи не само в ключов режим. Работата му е описана с много сложни формули, но ние няма да описваме всичко това тук, а ще се ограничим до тези прости аналогии.

Ще кажем само, че FETs могат да бъдат с n-канал (в този случай токът в канала се създава от отрицателно заредени частици) и p-канал (токът се създава от положително заредени частици). В графичното изображение за PT с n-канал стрелката сочи навътре, за PT с p-канал тя сочи навън.

Всъщност „тръбата“ е част от полупроводник (най-често силиций) с примеси химически елементи различни видове, което определя наличието на положителни или отрицателни заряди в канала.

Сега нека преминем към практика и да говорим за

Как да тествам полеви транзистор?

Обикновено съпротивлението между всички FET терминали е безкрайно голямо.

И ако тестерът покаже някакво леко съпротивление, тогава PT най-вероятно е счупен и трябва да бъде сменен.

Много FET имат вграден диод между дрейна и източника за защита на канала от обратно напрежение (напрежение с обратна полярност).

По този начин, ако поставите „+“ на тестера (червена сонда, свързана към „червения“ вход на тестера) към източника и „-“ (черна сонда, свързана към черния вход на тестера) към дренажа, тогава каналът ще „звъни“, като обикновен диодв посока напред.

Това важи за n-каналните FET. За p-канални FETs полярността на сондите ще бъде обратен.

Как да тествате диод с цифров тестер е описано в съответното. Тези. в секцията "източване - източник" ще падне напрежение от 500-600 mV.

Ако промените полярността на сондите, към диода ще бъде приложено обратно напрежение, той ще бъде затворен и тестерът ще поправи това.

Въпреки това, здравето на защитния диод все още не показва здравето на транзистора като цяло. Освен това, ако „звъните“ на PT, без да го запоявате от веригата, тогава поради паралелно свързаните вериги не винаги е възможно да се направи недвусмислено заключение дори за здравето на защитния диод.

В такива случаи можете да разпоите транзистора и, използвайки малка схема за тестване, недвусмислено отговорете на въпроса- дали PT работи или не.

IN първоначално състояниебутон S1 е отворен, напрежението на затвора спрямо изтичането е нула. PT е затворен и светодиодът HL1 е изключен.

Когато бутонът е затворен, се появява спад на напрежението (около 4 V) на резистора R3, приложен между източника и портата. PT се отваря и светодиодът HL1 светва.

Тази схема може да бъде сглобена като модул с FET конектор. Транзистори в пакет D2 (който е предназначен за монтаж на печатна електронна платка) не можете да поставите в конектора, но можете да поставите проводници към неговите електроди и вече да ги поставите в конектора. За да тествате FET с p-канал, полярността на захранването и светодиода трябва да бъдат обърнати.

Понякога полупроводникови устройстваразбиват жестоко, с пиротехнически, димни и светлинни ефекти.

В този случай по корпуса се образуват дупки, той се напуква или се разбива на парчета. И можете да направите недвусмислено заключение за тяхната неизправност, без да прибягвате до устройства.

В заключение казваме, че буквите MOS в съкращението MOSFET означават Metal - Oxide - Semiconductor (метал - оксид - полупроводник). Това е структурата на FET - метална порта ("кран") е отделена от полупроводниковия канал чрез слой диелектрик (силициев оксид).

Надявам се, че разбрахте „тръбите“, „крановете“ и другите „водопроводни инсталации“ днес.

Теорията обаче, както знаете, без практика е мъртва! Необходимо е да експериментирате с полеви работници, да копаете по-дълбоко, да ги проверявате, да усещате, така да се каже.

Между другото, Купувавъзможни са полеви транзистори.