Полевые транзисторы для чайников: Как работает транзистор [ПРОСТО И КРАТКО] — Мир Антенн

Содержание

вид и обозначение, достоинства и недостатки, принцип работы для чайников

Описание и принцип работы

Транзистор Дарлингтона, названный в честь его изобретателя Сиднея Дарлингтона, состоит из двух стандартных NPN- или PNP-биполярных транзисторов, соединенных между собой. Эмиттер одного транзистора соединен с базой другого, чтобы создать более чувствительный транзистор с большим коэффициентом усиления по току, полезный в приложениях, где требуется усиление или переключение тока.

Пары транзисторов Дарлингтона могут быть изготовлены из двух индивидуально подключенных биполярных транзисторов или из одного устройства, имеющегося в продаже в одной упаковке со стандартом: соединительные провода базы, эмиттера и коллектора. Элементы доступны в широком разнообразии стилей корпуса и разных номиналов напряжения (и тока) и доступны в версиях NPN и PNP.

Биполярный переходный транзистор может работать как выключатель в режиме «вкл.-выкл.», как показано на рисунке.

Когда база NPN-транзистора заземлена (0 вольт) и ток базы Ib отсутствует — не течет от эмиттера к коллектору, и поэтому транзистор переключается в положение «выкл.». Если база смещена в прямом направлении более чем на 0,7 В, ток будет течь от эмиттера к коллектору, и транзистор, как говорят, будет включен «вкл.». При работе в этих двух режимах транзистор работает как переключатель.

Проблема здесь заключается в том, что транзисторная база должна переключаться между нулем и некоторым большим положительным значением, чтобы транзистор насыщался, и в этот момент повышенный базовый ток Ib протекает в устройство, в результате чего ток коллектора Ic становится большим, а напряжение Vce маленьким. Тогда мы можем видеть, что небольшой ток на базе может контролировать намного больший ток, протекающий между коллектором и эмиттером.

Отношение тока коллектора к базовому току (β) известно как коэффициент усиления тока транзистора. Типичное значение β для стандартного биполярного транзистора может находиться в диапазоне от 50 до 200 и варьируется даже между транзисторами с одинаковым номером детали. В некоторых случаях, когда коэффициент усиления по току одного транзистора слишком мал для прямого управления нагрузкой, одним из способов увеличения коэффициента усиления является использование пары Дарлингтона.

Конфигурация транзистора Дарлингтона, также известная как «Дарлингтона пара» или «суперальфа»-цепь, состоит из двух NPN- или PNP-транзисторов, соединенных между собой таким образом, что ток эмиттера первого транзистора TR1 становится базовым током второго транзистора TR2. Затем транзистор TR1 подключается как повторитель эмиттера, а TR2 — общий усилитель эмиттера, как показано ниже.

Также обратите внимание, что в этой конфигурации пары Дарлингтона ток коллектора ведомого или управляющего транзистора, TR1 «синфазен» с током главного переключающего транзистора TR2.

В чем разница между NPN и PNP транзисторами?

Существует два основных типа транзисторов – биполярные и полевые. Биполярные транзисторы изготавливаются из легированных материалов и могут быть двух типов – NPN и PNP. Транзистор имеет три вывода, известные как эмиттер (Э), база (Б) и коллектор (К). На рисунке, приведенном ниже, изображен NPN транзистор где, при основных режимах работы (активном, насыщении, отсечки) коллектор имеет положительный потенциал, эмиттер отрицательный, а база используется для управления состоянием транзистора.

Физика полупроводников в этой статье обсуждаться не будет, однако, стоит упомянуть, что биполярный транзистор состоит из трех отдельных частей, разделенных двумя p-n переходами. Транзистор PNP имеет одну N область, разделенную двумя P областями:

Транзистор NPN имеет одну P область, заключенную между двумя N областями:

Сочленения между N и P областями аналогичны переходам в диодах, и они также могут быть с прямым и обратным смещением p-n перехода. Данные устройства могут работать в разных режимах в зависимости от типа смещения:

Отсечка: работа в этом режиме тоже происходит при переключении. Между эмиттером и коллектором ток не протекает, практически «обрыв цепи», то еесть «контакт разомкнут».
Активный режим: транзистор работает в схемах усилителей. В данном режиме его характеристика практически линейна. Между эмиттером и коллектором протекает ток, величина которого зависит от значения напряжения смещения (управления) между эмиттером и базой.
Насыщение: работает при переключении. Между эмиттером и коллектором происходит практически «короткое замыкание» , то есть «контакт замкнут».
Инверсный активный режим: как и в активном, ток транзистора пропорционален базовому току, но течет в обратном направлении. Используется очень редко.

В транзисторе NPN положительное напряжение подается на коллектор для создания тока от коллектора к эмиттеру. В PNP транзисторе положительное напряжение подается на эмиттер для создания тока от эмиттера к коллектору. В NPN ток течет от коллектора (К) к эмиттеру (Э):

А в PNP ток протекает от эмиттера к коллектору:

Ясно, что направления тока и полярности напряжения в PNP и NPN всегда противоположны друг другу. Транзисторы NPN требуют питания с положительной полярностью относительно общих клемм, а PNP транзисторы требуют отрицательного питания.

PNP и NPN работают почти одинаково, но их режимы отличаются из-за полярностей. Например, чтобы перевести NPN в режим насыщения, UБ должно быть выше, чем UК и UЭ. Ниже приводится краткое описание режимов работы в зависимости от их напряжения:

Основным принципом работы любого биполярного транзистора является управление током базы для регулирования протекающего тока между эмиттером и коллектором. Принцип работы NPN и PNP транзисторов один и тот же. Единственное различие заключается в полярности напряжений, подаваемых на их N-P-N и P-N-P переходы, то есть на эмиттер-базу-коллектор.

Базовая конфигурация транзистора Дарлингтона

В паре NPN Дарлингтона в качестве примера коллекторы двух транзисторов соединены вместе, а эмиттер TR1 управляет основанием TR2. В этой конфигурации достигается умножение на β, потому что для базового тока i b ток коллектора равен β * i b, где коэффициент усиления по току больше единицы или равен единице, и это определяется как:

Но базовый ток I B2 равен току эмиттера транзистора TR1, I E1, поскольку эмиттер TR1 подключен к базе TR2. Следовательно:

Затем подставим в первое уравнение:

Где β 1 и β 2 — коэффициенты усиления тока отдельных транзисторов.

Это означает, что общее усиление тока β определяется коэффициентом усиления первого транзистора, умноженным на коэффициент усиления второго транзистора, когда коэффициенты усиления тока двух транзисторов умножаются. Другими словами, пара биполярных транзисторов, объединенных вместе для создания одной пары транзисторов Дарлингтона, может рассматриваться как один транзистор с очень высоким значением β и, следовательно, с высоким входным сопротивлением.

Транзисторы.

Трафарет Visio Транзисторы.

Каждой фигурой трафарета Транзисторы, представлены несколько условных обозначений схожих по функциональным особенностям транзисторов. Изменить условное обозначение, можно в контекстном меню фигуры:

Контекстное меню фигуры условного обозначения транзистора.

Некоторые примеры условных обозначений транзисторов, полученных изменение комбинаций команд в контекстном меню фигур: 1. Транзистор биполярный.

Транзистор биполярный PNP.

Транзистор биполярный NPN.

Транзистор биполярный NPN, коллектор соединен с корпусом.

Транзистор лавинный типа NPN.

2. Транзистор однопереходный.

Транзистор однопереходный с P-базой.

Транзистор однопереходный с N-базой.

3. Транзистор двухбазовый.

Транзистор двухбазовый типа PNP.

Транзистор двухбазовый типа NPN.

Транзистор двухбазовый типа PNIP с выводом от i-области.

Транзистор двухразовый типа PNIN с выводом от i-области.

4. Транзистор полевой.

Транзистор полевой с каналом типа N.

Транзистор полевой с каналом типа P.

5. Транзистор полевой с изолированным затвором.

Транзистор полевой с изолированным затвором обедненного типа с N-каналом, с внутренним соединением истока и подложки.

Транзистор полевой с изолированным затвором обедненного типа с Р-каналом, с внутренним соединением истока и подложки.

Транзистор полевой с изолированным затвором обогащенного типа с Р-каналом, с внутренним соединением истока и подложки.

Транзистор полевой с изолированным затвором обедненного типа с N-каналом.

Транзистор полевой с изолированным затвором обедненного типа с Р-каналом.

Транзистор полевой с изолированным затвором обогащенного типа с Р-каналом.

6. Транзистор полевой с двумя изолированными затворами.

Транзистор полевой с двумя изолированными затворами обедненного типа с Р-каналом с выводом от подложки.

Транзистор полевой с двумя изолированными затворами обедненного типа с N-каналом с выводом от подложки.

Транзистор полевой с двумя изолированными затворами обогащенного типа с Р-каналом с выводом от подложки.

7. Транзистор биполярный с изолированным затвором.

Транзистор биполярный с изолированным затвором обедненного типа с N-каналом.

Транзистор биполярный с изолированным затвором обедненного типа с Р-каналом.

Транзистор биполярный с изолированным затвором обогащенного типа с Р-каналом.

Дополнительно, в контекстном меню фигуры условного обозначения транзистора, можно поменять местами вывода как вертикально так и горизонтально, скрыть или показать маркировку выводов, скрыть символ корпуса.

Пример изменения условного обозначения полевого транзистора, видео:

Пример транзистора Дарлингтона

Два NPN-транзистора соединены вместе в виде пары Дарлингтона для переключения галогенной лампы 12 В 75 Вт. Коэффициент усиления прямого тока первого транзистора равен 25, а коэффициент усиления прямого тока (бета) второго транзистора равен 80. Игнорируя любые падения напряжения на двух транзисторах, рассчитайте максимальный базовый ток, необходимый для полного включения лампы.

Сначала ток, потребляемый лампой, будет равен току коллектора второго транзистора, затем:

Используя приведенное выше уравнение, базовый ток определяют как:

Затем мы видим, что очень маленький базовый ток, всего 3,0 мА, такой как ток, подаваемый цифровым логическим вентилем или выходным портом микроконтроллера, может использоваться для включения и выключения лампы мощностью 75 Вт.

Если два одинаковых биполярных транзистора используются для создания одного устройства Дарлингтона, то β1 равно β2, и общее усиление тока будет иметь вид:

Обычно значение β2 намного больше, чем значение 2β, и в этом случае его можно игнорировать, чтобы немного упростить математику. Тогда окончательное уравнение для двух идентичных транзисторов, сконфигурированных как пара Дарлингтона, можно записать в виде:

Тогда мы можем видеть, что для двух одинаковых транзисторов β 2 используется вместо р, действующей как один большой транзистор с огромным количеством выгоды. Легко доступны пары транзисторов Дарлингтона с усилением тока более тысячи с максимальными токами коллектора в несколько ампер. Например: NPN TIP120 и его PNP эквивалентны TIP125.

Преимущество использования такого устройства, заключается в том, что переключающий транзистор гораздо более чувствителен, поскольку для переключения значительно большего тока нагрузки требуется только небольшой базовый ток, так как типичное усиление конфигурации Дарлингтона может превышать 1 000, тогда как обычно одиночная ступень транзистора дает усиление от 50 до 200.

Затем мы видим, что пара Дарлингтона с коэффициентом усиления 1 000 : 1 может переключать выходной ток 1 А в цепи коллектор — эмиттер с входным базовым током всего 1 мА. Тогда это делает транзисторы Дарлингтона идеальными для взаимодействия с реле, лампами и двигателями с микроконтроллером малой мощности, компьютером или логическими контроллерами, как показано на рисунке.

Как работает

Принцип действия устройства похож на работу крана, регулирующего подачу воды, с той лишь разницей, что через него идет поток отрицательных частиц. Прибор пропускает через себя 2 тока:

основной «большой»;
управляющий «маленький».

Мощность первого зависит от мощности второго. Если изменить показатель малого тока, то изменится интенсивность образования «дырок» на базе: пропорционально изменится амплитуда напряжения на выходе, но частота сигнала сохранится. Поэтому, при подаче на базовую пластину слабого импульса, усиление на выходе не теряется, но значительно возрастает амплитуда.

Тип имеющегося биполярного транзистора можно легко распознать по схеме, основанной на принципе: ток течет от «плюса» к «минусу». В приборе N-P-N базовая плата представлена p-полупроводником (положительными «дырками»), на схеме это показано направлением к эмиттеру от базы. P-N-P-разновидность имеет «отрицательную» n-базу (стрелка на схеме направлена к ней).

Единственное отличие этих типов устройств заключается в том, что схема N-P-N начинается с «плюса», а P-N-P с «минуса» (так как на базовую плату подается минусовой потенциал). Т.е. для транзистора с N-полупроводником характерно «перевёрнутое» поведение: ток не останавливается при заземленной базе и сталкивается с преградой, когда через неё идет ток.

Даже при незначительном отличии типов NPN-устройства более эффективны и распространены в электронной промышленности. Это связано с тем, что носители тока в них представлены электронами, которые более мобильны чем положительные частицы. Поэтому приборы с P-полупроводником более высокочастотны.

Применение транзисторов Дарлингтона

База транзистора Дарлингтона достаточно чувствительна, чтобы реагировать на любой небольшой входной ток от коммутатора или непосредственно от логического элемента КМОП TTL или 5 В. Максимальный ток коллектора Ic (max) для любой пары Дарлингтона такой же, как и для основного переключающего транзистора TR 2, поэтому его можно использовать для управления реле, двигателями постоянного тока, соленоидами и лампами и т. д.

Одним из основных недостатков пары транзисторов Дарлингтона является минимальное падение напряжения между базой и эмиттером при полном насыщении. В отличие от одного транзистора, у которого падение напряжения насыщения составляет от 0,3 до 0,7 В при полном включении, устройство Дарлингтона имеет удвоенное падение напряжения базового эмиттера (1,2 В вместо 0,6 В), поскольку падение напряжения базового эмиттера — это сумма падений диодов базового эмиттера двух отдельных транзисторов, которая может составлять от 0,6 до 1,5 В в зависимости от тока, текущего через транзистор.

Такое высокое падение напряжения на базе эмиттера означает, что для данного тока нагрузки транзистор Дарлингтона может нагреваться сильнее, чем обычный биполярный транзистор, и, следовательно, требует хорошего отвода тепла. Кроме того, транзисторы Дарлингтона имеют более медленное время отклика «вкл.-выкл.», поскольку ведомому транзистору TR1 требуется больше времени, чтобы главный транзистор TR2 полностью включился.

Чтобы преодолеть медленный отклик, повышенное падение напряжения и тепловые недостатки стандартного транзисторного устройства Дарлингтона, дополнительные транзисторы NPN и PNP могут использоваться в одной и той же каскадной схеме для создания транзистора Дарлингтона другого типа, называемого конфигурацией Шиклаи.

Как работает полевой транзистор?

ПТ с индуцированным каналом содержит три электрода — исток (source), сток (drain), и затвор (gate).

Принцип работы ПТ наполовину понятен из графического обозначения и названия электродов.

Канал ПТ – это «водяная труба», в которую втекает «вода» (поток заряженных частиц, образующих электрический ток) через «источник» (исток).

«Вода» вытекает из другого конца «трубы» через «слив» (сток). Затвор – это «кран», который открывает или перекрывает поток. Чтобы «вода» пошла по «трубе», надо создать в ней «давление», т.е. приложить напряжение между стоком и истоком.

Если напряжение не приложено («давления в системе нет»), тока в канале не будет.

Если приложено напряжение, то «открыть кран» можно подачей напряжения на затвор относительно истока.

Чем большее подано напряжение, тем сильнее открыт «кран», больше ток в канале «сток-исток» и меньше сопротивление канала.

В источниках питания ПТ используется в ключевом режиме, т. е. канал или полностью открыт, или полностью закрыт.

Честно сказать, принципы действия ПТ гораздо более сложны, он может работать не только в ключевом режиме. Его работа описывается многими заумными формулами, но мы не будем здесь все это описывать, а ограничимся этими простыми аналогиями.

Скажем только, что ПТ могут быть с n-каналом (при этом ток в канале создается отрицательно заряженными частицами) и p-каналом (ток создается положительно заряженными частицами). На графическом изображении у ПТ с n-каналом стрелка направлена внутрь, у ПТ с p-каналом – наружу.

Собственно, «труба» — это кусочек полупроводника (чаще всего – кремния) с примесями химических элементов различного типа, что обуславливает наличие положительных или отрицательных зарядов в канале.

Теперь переходим к практике и поговорим о том,

Транзисторная пара Шиклаи (Sziklai)

Соединение транзисторов по схеме Шиклаи, названной в честь изобретателя Джорджи Шиклаи, представляет собой особый транзистор Дарлингтона, состоящий из отдельных NPN и PNP комплементарных транзисторов, соединенных между собой, как показано ниже.

Эта каскадная комбинация транзисторов NPN и PNP имеет то преимущество, что пара Шиклаи выполняет основную функцию пары Дарлингтона, за исключением того, что для ее включения требуется только 0,6 В, и, как и в стандартной конфигурации Дарлингтона, коэффициент усиления по току равен β 2 для одинаково согласованных транзисторов или задается произведением двух коэффициентов усиления тока для несогласованных отдельных транзисторов.

Конфигурация транзистора Шиклаи — Дарлингтон

Мы можем видеть, что падение напряжения базы-эмиттера устройства Шиклаи равно падению диода одного транзистора в тракте сигнала. Тем не менее конфигурация Шиклаи не может насытить менее одного полного падения напряжения на диоде, то есть 0,7 В вместо обычных 0,2 В.

Кроме того, как и в случае пары Дарлингтона, пара Шиклаи имеет более медленное время отклика, чем один транзистор. Комплементарные парные транзисторы Шиклаи обычно используются в двухтактных выходных каскадах аудиоустройства класса AB, допускающих только одну полярность выходного транзистора. Обе пары транзисторов Дарлингтона и Шиклаи доступны как в конфигурации NPN, так и в конфигурации PNP.

Транзисторные ИС Дарлингтона

В большинстве электронных приложений управляющей цепи достаточно для непосредственного переключения выходного напряжения или постоянного тока «вкл.» или «выкл.», поскольку для некоторых выходных устройств, таких как светодиоды или дисплеи, требуется лишь несколько миллиампер для работы при низких напряжениях постоянного тока. Как следствие, они могут управляться непосредственно выходом стандартного логического элемента.

Однако, как мы видели выше, иногда для работы устройства вывода, такого как двигатель постоянного тока, требуется больше энергии, чем может быть обеспечено обычным логическим вентилем или микроконтроллером. Если цифровое логическое устройство не может подавать достаточный ток, то для управления устройством потребуются дополнительные схемы.

Одним из таких широко используемых транзисторных чипов Дарлингтона является массив ULN2003. Семейство массивов Дарлингтона состоит из ULN2002A, ULN2003A и ULN2004A, которые представляют собой высоковольтные и сильноточные массивы Дарлингтона, каждый из которых содержит семь пар Дарлингтона с открытым коллектором в одном пакете ИС.

Каждый канал массива рассчитан на 500 мА и может выдерживать пиковые токи до 600 мА, что делает его идеальным для управления небольшими двигателями, лампами или затворами и базами мощных полупроводников. Дополнительные диоды подавления включены для индуктивного управления нагрузкой, а входы прикреплены напротив выходов, чтобы упростить соединения и расположение платы.

ULN2003A Дарлингтонский транзисторный массив

ULN2003A является недорогим однополярным массивом транзисторов Дарлингтона с высокой эффективностью и низким потреблением энергии, что делает его полезным для приведения в движение широкого диапазона нагрузок, включая электромагниты, реле постоянного тока двигателя и светодиодные дисплеи или лампы накаливания. ULN2003A содержит семь пар транзисторов Дарлингтона, каждая с входным контактом слева и выходным контактом справа от него, как показано ниже.

ULN2003A Транзисторная матрица Дарлингтона

Драйвер Дарлингтона ULN2003A имеет чрезвычайно высокий входной импеданс и коэффициент усиления по току, который может управляться напрямую от логического элемента CMOS TTL или + 5V. Для логики CMOS + 15 В используйте ULN2004A, а для более высоких коммутирующих напряжений до 100 В лучше использовать массив Дарлингтона SN75468.

Когда вход (контакты 1–7) переходит в режим «высокий», соответствующий выход переключит «низкий» ток утечки. Аналогично, когда вход приводится в действие «низкий», соответствующий выход переключается в состояние высокого импеданса. Это состояние с высоким импедансом «выкл.» блокирует ток нагрузки и снижает ток утечки через устройство, повышая эффективность.

Контакт 8 (GND) подключен к заземлению нагрузки или 0 вольт, а контакт 9 (Vcc) подключен к источнику питания нагрузки. Затем любая нагрузка должна быть подключена между + Vcc и выходным контактом, контактами 10–16. Для индуктивных нагрузок, таких как двигатели, реле, соленоиды и т. д. контакт 9 всегда должен быть подключен к Vcc.

ULN2003A способен коммутировать 500 мА (0,5 А) на канал, но если требуется больше возможностей переключения тока, то и входы, и выходы пар Дарлингтона могут быть параллельны друг другу для более высокой способности тока. Например, входные контакты 1 и 2 соединены вместе, и выходные контакты 16 и 15 также объединены для переключения нагрузки.

Резюме транзистора Дарлингтона

Дарлингтона транзистор — это полупроводниковое устройство наивысшей мощности, показывающий силу тока и напряжение во много раз выше, чем обычные небольшие плоскостные транзисторы сигнала.

Значения коэффициента усиления постоянного тока для стандартных транзисторов NPN или PNP большой мощности относительно низкие, вплоть до 20 или даже меньше по сравнению с транзисторами с малым сигналом переключения. Это означает, что для переключения данной нагрузки требуются большие базовые токи.

В схеме Дарлингтона используются два объединенных транзистора , один из которых является основным токонесущим транзистором, а другой, являющийся гораздо меньшим «переключающим» транзистором, обеспечивает базовый ток для управления главным транзистором. В результате меньший базовый ток может использоваться для переключения гораздо большего тока нагрузки, поскольку коэффициенты усиления постоянного тока двух транзисторов умножаются. Тогда комбинация из двух транзисторов может рассматриваться как один единственный транзистор с очень высоким значением β и, следовательно, с высоким входным сопротивлением.

Наряду со стандартными парами транзисторов PNP и NPN Дарлингтона имеются также дополнительные транзисторы Шиклаи — Дарлингтона, которые состоят из отдельных согласующих транзисторов NPN и PNP, соединенных вместе в одной и той же паре Дарлингтона для повышения эффективности.

Также доступны массивы Дарлингтона, например ULN2003A, которые позволяют безопасно управлять мощными или индуктивными нагрузками, такими как лампы, соленоиды и двигатели. Управление осуществляется с помощью микропроцессорных и микроконтроллерных устройств в роботизированных и мехатронных приложениях.

Общие сведения

FET или ПТ — полупроводниковый прибор, который при изменении управляющего U, регулирует I (силу тока). Этот тип транзистора называется еще униполярным. Появился он позже обычного транзистора (биполярного), но с ростом технологии получил широкое распространение среди цифровых устройств благодаря низкому энергопотреблению. Основное отличие заключается в методе регулирования I. В биполярном — регулирование I происходит при помощи управляющего I, а полевом — при помощи U (Рисунок 1).

Рисунок 1 — Отличие полевого от биполярного Т.

У ПТ нет I управления, и он обладает высоким входным сопротивлением (R), которое достигает несколько сотен ГОм (ГигаОм) или ТОм (ТерраОм). Для того чтобы узнать сферы применения ПТ, нужно внимательно изучить его. Носителями заряда являются электроны или дырки, а у биполярного — электроны и дырки.

Классификация и устройство

ПТ бывают нескольких видов, обладают различными характеристиками и устройством. Они делятся на 2 типа:

С управляющим p-n — переходом (JFET).
С изолированным затвором (MOSFET).

Кроме того, каждый из типов бывает с N и P каналами. У ПТ с N-каналом носителями заряда являются электроны, а у P-канального — дырки. Принцип работы для P и N аналогичен, отличие лишь в подаче U другой полярности в качестве управляющего.

Устройство JFET ПТ (рисунок 2) простое. Область N образовывает канал между зонами P. К концам канала N подключаются электроды, которые называются условно стоком (С) и истоком (И), так как все зависит от схемы подключения. Затвор (З) — тип электрода, который образовывается при закорачивании полупроводников P. Это обусловлено электрическим соединением при воздействии U. Возле С и И находится область повышенной концентрации или легирование (N+) электронов, что приводит к улучшению проводимости канала. Наличие зоны легирования значительно понижает образование паразитных p-n — переходов, образующихся при присоединении алюминия.

Рисунок 2 — Схематическое устройство ПТ типа JFET.

MOFSET называется МОП или МДП, также делятся на типы — со встроенным и индуцируемым каналами. В каждом из этих типов есть модели с P и N каналами. Полевой транзистор, обозначение которого представлено на рисунке 3, иногда обладает 4 выводами.

Рисунок 3 — Обозначение МДП-транзистора.

Устройство довольно простое и показано на рисунке 4. Для ПТ с N-каналом подложка (покрывается SiO2) обладает электропроводимостью P-типа. Через слой диэлектрика проводятся электроды стока и истока от зон с легированием, а также вывод, который закорачивается с истоком. Слой затвора находится над диэлектриком.

Рисунок 4 — Типичное устройство ПТ с индуцированным каналом.

Принцип работы JFET

JFET работает в 2 режимах. Эта особенность связана с тем, что подается на затвор напряжение положительной и отрицательной составляющей (рис. 5). При подключении U > 0 к стоку, а земли к истоку необходимо подсоединить затвор к земле (Uзи = 0). Во время постепенного повышения U между С и И (Uис) ПТ является обыкновенным проводником. При низких значениях Uис ширина канала является максимальной.

При высоких значениях Uис через канал протекают большие значения силы тока между истоком и стоком (Iис). Это состояние получило название омической области (ОО). В полупроводнике N-типа, а именно в зонах p-n — перехода происходит снижение концентрации свободных электронов. Несимметричное разрастание слоя снижения концентрации свободных электронов называется обедненным слоем. Разрастание случается со стороны подключенного источника питания. Происходит сильное сужение канала при повышении Uис, вследствие которого Iис растет незначительно. Работа ПТ в этом режиме называется насыщением.

Рисунок 5 — Схема работы JFET (Uзи = 0).

При подаче низкого отрицательного U на затворе происходит сильное сужение канала и уменьшение Iис. При уменьшении U произойдет закрытие канала, и ПТ будет работать в режиме отсечки, а U, при котором прекращается подача Iис, называется напряжением отсечки (Uотс). На рисунке 6 изображено графическое представление работы ПТ при Uзи < 0:

Рисунок 6 — Графическое представление принципа работы полевого транзистора типа JFET.

При использовании в режиме насыщения происходит усиление сигнала (рис. 7), так как при незначительных изменениях Uис происходит значительное изменение Iис:

Рисунок 7 — Пример S JFET.

Этот параметр является усилительной способностью JFET и называется крутизной стоко-затворной характеристики (S). Единица измерения — mA/В (милиАмпер/Вольт).

Особености работы MOFSET

При подключении U между электродами С и И любой полярности к MOFSET с индуцированным N-каналом ток не потечет, так как между легитивным слоем находится слой с проводимостью P, которая не пропускает электроны. Принцип работы с каналом P-типа такой же, только необходимо подавать отрицательное U. Если подать положительное Uзи на затвор, то возникнет электрическое поле, выталкивающее дырки из зоны P в направлении подложки (рис. 8).

Под затвором концентрация свободных носителей заряда начнет уменьшаться, а их место займут электроны, которые притягиваются положительным зарядом затвора. При достижении Uзи порогового значения концентрация электронов будет значительно больше концентрации дырок. В результате этого произойдет формирование между С и И канала с проводимостью N-типа, по которому потечет Iис. Можно сделать вывод о прямо пропорциональной зависимости Iис от Uзи: при повышении Uзи происходит расширение канала и увеличение Iис. Этот процесс является одним из режимов ПТ — обогащения.

Рисунок 8 — Иллюстрация работы ПТ с индуцированным каналом (тип N).

ВАХ ПТ с изолированным затвором примерно такой же, как и с управляющим переходом (рис. 9). Участок, на котором Iис растет прямо пропорционально росту Uис, является омической областью (насыщения). Участок при максимальном расширении канала, на котором Iис не растет, является активной областью.

При превышении порогового значения U переход типа p-n пробивается, и ПТ является обычным проводником. В этом случае радиодеталь выходит из строя.

Рисунок 9 — ВАХ ПТ с изолированным затвором.

Отличие между ПТ со встроенным и индуцируемым каналами заключается в наличии между С и И канала проводящего типа. Если к ПТ со встроенным каналом подключить между стоком и истоком U разной полярности и оставить затвор включенным (Uзи = 0), то через канал потечет Iис (поток свободных носителей заряда — электронов). При подключении к затвору U < 0 возникает электрическое поле, выталкивающее электроны в направлении подложки. Произойдет уменьшение концентрации свободных носителей заряда, а сопротивление увеличится, следовательно, Iис — уменьшится. Это состояние является режимом обеднения.

При подключении к затвору U > 0 возникает электромагнитное поле, которое будет притягивать электроны из стока, истока и подложки. В результате этого произойдет расширение канала и повышение его проводимости, а Iис увеличится. ПТ начнет работать в режиме обогащения. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 — ВАХ ПТ со встроенным каналом.

Несмотря на свою универсальность, ПТ обладают преимуществами и недостатками. Эти недостатки следуют из устройства, способа исполнения и ВАХ приборов.

Радиоэлектроника для чайников. Страница 98

Радиоэлектроника для чайников. Страница 98 (Этот термин, как и предыдущий, касается биполярного транзистора. Для полевого транзистора терминология незначительно отличается. — Примеч. ред.) > Максимальный ток коллектора. > Максимальная рассеиваемая мощность. > Максимальная рабочая частота. Я не бездушная железяка, я — транзистор! На сегодняшний день можно перечислить несколько тысяч различных транзисторов, выпускаемых более чем двумя дестяками производителей. Как же можно их различить? Каждый тип транзистора характеризуется его кодом: как, например, 2N2222 или MPS6519. По этой причине, если вам необходимо переделать схему, взятую из книги или с веб-сайта, используйте код транзистора, чтобы найти соответствующую замену.

Если замена отсутствует, то чаще всего можно найти близкий по характеристикам аналог. Производители транзисторов даже выпускают руководства и перечни замен, позволяющих подобрать близкий по параметрам аналог. Такое руководство есть, например, и у фирмы NTE, одного из основных реселлеров транзисторов, и использовать его можно, прямо находясь он-лайн по адресу www.nteinc.com. (В русскоязычном Интернете можно посетить сайт научно-технического портала (http://electroru.es/3na-log.shtml) или фирмы Платан (http://www.piatan.ru/crossref.html.-Примеч. ред.). Ни один из важнейших параметров транзистора вы не найдете прямо на корпусе — это было бы слишком просто, не правда ли? Чтобы определить характеристики, нужно тщательно изучить спецификацию элемента или обратиться к технической документации на веб-сайте фирмы-производителя. Однако для того, чтобы впаять транзистор в схему, совсем не обязательно в совершенстве владеть подобной информацией и даже понимать ее целиком; вероятно, вы без особых проблем подберете интересующий вас транзистор и успешно вставите в схему.

Предыдущая страница Следующая страница

Подборка документации

Паспорт на акустическую систему 35АС-015 с пассивным излучателем

Руководство по эксплуатации на электропроигрыватель Вега ЭП-122 С (со схемами)

Паспорт со схемой на немецкую магнитолу Intel, год выпуска 1970 +/- немного (никто точно не помнит)
из особенностей магнитолы можно указать часы/будильник с камертоновым тактированием и транзисторно-трансформаторный усилитель
звучала она по тем временам очень неплохо

Схема на Intel в jpg

Схема на магнитолу Sharp WF-T380H в jpg
магнитола ничем не примечательна, за исключением одного кассетоприемника на 2 кассеты.

Паспорт со схемой на магнитофон «Комета МГ-201м»
ламповый катушечный магнитофон, год выпуска 1972

Сигма-дельта АЦП и ЦАП

Очень рекомендую вместо задавания вопросов начального и среднего уровня в форумах скачать этот архив.

Вы найдете ответы на многие вопросы, такие как апгрейд колонок и усилителей произведенных в СССР, поиск схем ламповых усилителей, параметров динамиков, рекомендации по выбору резисторов/конденсаторов/трансформаторов, усилители на микросхемах TDA, вопросы по УМЗЧ ВВ Н.Сухова, вопросы по проигрывателям виниловых дисков, кабелям в звукотехнике… И это я перечислил лишь малую часть того, что вы можете найти.

Используются технологии uCoz

Транзистор IGBT-принцип работы, структура, основные характеристики

Силовой транзистор IGBT управляется с помощью напряжения, подаваемого на управляемый электрод-«затвор», который изолирован от силовой цепи. Полное название прибора: биполярный транзистор с изолированным затвором.

Характерная черта для этого транзистора – очень малое значение управляющей мощности, использованной для коммутационных операций существенных токовых значений силовых цепей.

Рис. №1. Эффективность использования технологий на основе мощных IGBT-транзисторов

Преобладающее значение приобрело его использование в цепях силового предназначения для частотных преобразователей, для двигателей переменного тока, мощность, которых может доходить до 1 МВт. По своим вольтамперным характеристикам он считается аналогом биполярному транзистору, однако качественные энергетические показатели и чистота коммутационных действий намного выше, чем качество работы других полупроводниковых элементов.

Постоянно совершенствующиеся технологии позволяют улучшить качественные характеристики транзисторов. Созданы элементы, рассчитанные на большую величину напряжения, выше 3 кВ и большие значения тока до нескольких сотен ампер.

Основные характеристики мощных IGBT-транзисторов

Напряжение управления – это разрешенная проводимость, которая отпирает или запирает прибор.
Открытое проводящее состояние характеризуется падением напряжения, определяемым пороговым напряжением и внутренним сопротивлением, величина максимально допустимого тока.

Для применения в конструкции регуляторов скорости используются транзисторы, рассчитанные на рабочие частоты в пределах до нескольких десятков килогерц.

Преимущества IGBT транзисторов

Высокая плотность тока.
Практически отсутствие потерь статического и динамического типа.
Отсутствие управляющего тока позволяет не прибегать к использованию гальванически изолированных схем для работы и управления с применением дискретных элементов и предоставляет возможность создания интегральных схем – драйверов.
Стойкость к воздействию короткого замыкания.
Относительная простота параллельного соединения.

При разработке схем включения с транзисторами IGBT необходимо обращать внимание на ограничение значения максимального тока. Для этой цели используются следующие методы – это: правильный выбор параметров тока защиты и подбор резистора затвора Rg, а также применение цепей, которые формируют траекторию переключения.

Структура IGBT

Закрытое состояние прибора характеризуется напряжением, приложенным к области n-, она находится между коллектором и эмиттером. Проводящий канал появляется при воздействии на затвор положительно заряженного потенциала в p-области, он обозначается как пунктирная линия. Ток из балласта идет из области n- (с минусом) в область n+. При этом происходит открытие МОП-транзистора, что делает возможным открытие биполярного транзистора с p-n-p перехода транзистора.

Рис. №2. Структура транзистора

IGBT.

Эквивалентом структуре транзистора IGBT можно считать схему подключения транзистора, где n-канальный полевой транзистор выполнит роль промежуточного звена (динамического сопротивления), уменьшаемого в открытом состоянии IGBT. Он пропускает через базовую область биполярного транзистора с p-n-p-переходом, при этом происходит уменьшение остаточного напряжения в области n-. Опасность для схемы может представлять так называемый «паразитный биполярный транзистор», он может перейти в открытое состояние, называемое эффектом защелкивания, что влечет потерю управляемости.

Рис. №3. Схема включения транзистора IGBT эквивалентная структуре транзистора.

Применение IGBT-транзистора

Одной из важных сфер использования солового транзистора – это использование в сетях с напряжением 6,5 кВ для создания безопасной и гарантированно надежной работы электроустановок в режиме короткого замыкания.

Для ограничения токов к. з. и приближению их к величине, которая не приведет к повреждениям оборудования. Они выполняют ограничение напряжения на затворе до уровня, не превышающем U = 15,3В. Это достигается с помощью применения следующих мер:

Ограничение величины напряжения на затворе с помощью привязки к фиксированному уровню напряжения. Это возможно в том случае, если драйвер затвора обладает источником стабильного напряжения. Основной способ -добавление в схему диода с малым падением напряжения, например, диод Шотки. Высокая эффективность меры достигается снижением индуктивности цепи между клеммами источника и затвора.
Ограничение значения напряжения на затворе с помощью присоединения в цепь между эмиттером и затвором — стабилитрона. Эффективность метода достигается максимально приближенным монтажом диодов к вспомогательным клеммам модуля. Для этой цели должны использоваться диоды с очень маленьким температурным дрейфом и разбросом, примером могут служить диоды ограничивающие переходные напряжения (диоды типа: 1,5КЕ6,8Са и 1,5КЕ7,5СА двунаправленные).
Включение в схему отрицательной эмиттерной обратной связи. Этот метод возможен после подключения эмиттера драйвера затвора к основным клеммам эмиттера модуля. Эмиттерная связь обратного действия способствует эффективному ограничению напряжения на затворе.

Примеры расчета IGBT-транзистора

Выбор транзистора производится по следующим условиям, например, для преобразователей напряжения с резонансным контуром.

Транзистор должен переключался при значении нулевого тока.
Форма токовой синусоиды относительно силовых ключей должна быть аналогична к собственной частоте контура и составляет 100 кГц.
Амплитуда тока должна соответствовать средней мощности, например, как 40 А к 2000 Вт.
Определение максимального значения напряжения и максимальной частоты переключения транзисторов при условии, что плечи транзисторов должны работать в противофазе.

Для подбора драйвера IGBT транзистора руководствуются параметрами управления затвора, необходимого для коммутирования отпиранием и запиранием силового полупроводника. Для определения мощности управления нужно знать величину заряда затвора Q gate, частоту коммутации (fin) и реальный замеренный размах напряжения на выходе драйвера ΔVgate

Формула заряда затвора:

где время интегрирования должно не превышать время на управление выходных напряжений драйвера до их окончательных показателей, или при достижении выходного токового значения драйвера близкого к нулю.

Выбор максимальной величины тока управления затвором определяется по упрощенной формуле:

Зависит от осцилляции величины тока на выходе. Если осцилляция тока управления затвором есть, то значение пикового тока должно быть очень большим, а его величина должна определяться исключительно с помощью измерения.

Не менее важны условия учета размаха выходного напряжения. Наихудший случай – это максимальное значение размаха на затворе, измеряется по реально существующей схеме.

Необходим учет максимальной рабочей температуры, руководствуются значением характерным для условия естественной конверсии без использования принудительного охлаждения.

Максимальная частота коммутации, она должна быть максимально-допустимая. На выбор оказывает влияние результирующая выходная мощность и рассеиваемая мощность резистора, используемого в цепи затвора.

Максимальный ток управления зависит от величины пикового тока, который может протекать через реальный контур управления затвором без появления осцилляций.

Проверка мощных IGBT-транзисторов

Проверка силового транзистора возникает при необходимости ревизии сгоревшего транзистора, например, при ремонте сгоревшего сварочного аппарата или с целью подбора пары для устройства, с тем, чтобы убедится, что это не «перемаркер». Проверку осуществляем с помощью мультиметра: прозваниваем вывода коллектора и эмиттера в обоих направлениях, так мы убедимся в отсутствии короткого замыкания. Входную емкость затвор-эмиттер заряжаем отрицательным напряжением. Осуществляется с помощью кратковременного и одновременного прикосновения щупом «СОМ» мультиметра затвора и щупом от гнезда «V/Ω/f» — эмиттера.

Рис. №4. Проверка транзистора IGBT.

Для проверки необходимо убедиться в рабочей функциональности транзистора. Заряжаем емкость на входе затвор-эмитер положительным напряжением. Это можно сделать, коротко прикоснувшись щупом мультиметра «V/Ω/f» — затвора, к щупу«СОМ» — эмиттера. Проверяем напряжение между коллектором и змиттером, оно должно быть не больше 1,5В, меньшая величина напряжения характерна для низковольтных транзисторов. Если напряжения мультиметра не хватает для открытия и проверки транзистора, входная емкость может заряжаться от источника постоянного напряжения со значением до 15 в.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Что такое полевой транзистор? — Блог Fusion 360

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

Полевые транзисторы

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

Психический обзор

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

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

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

Классификация полевых транзисторов

Полевые транзисторы

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

JFET (переходно-полевой транзистор)

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

N-канальный JFET

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

Как это работает?

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

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

P-канальный JFET

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

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

Характеристики

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

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

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

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

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

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

Как это работает?

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

Типы полевых МОП-транзисторов

Широко используются два полевых МОП-транзистора:

1.Истощение MOSFET:

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

2.Расширение MOSFET:

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

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

1. N-канальный полевой МОП-транзистор :

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

2.P-канальный полевой МОП-транзистор:

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

Характеристики

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

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

Приложения

МОП-транзистор

в качестве переключателя

Полевые МОП-транзисторы

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

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

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

Усилитель MOSFET

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

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

Драйвер мотора H-моста

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

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

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

_____

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

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

Полевые транзисторы

— обзор

4.05.8.3 Практическое управление работой

Полевые транзисторы работают за счет электрода затвора, сдвигающего поверхностный потенциал на Si-канале за счет его запрещенной энергии от одного края полосы к другому, загнать его в инверсию.Экспериментально, когда затворы из поли-Si применялись к оксидам затвора HfO ₂ и подвергались стандартному технологическому процессу, Hobbs et al. (2004a) обнаружил, что работа выхода затвора не может охватить запрещенную зону Si, но было обнаружено, что они сгруппированы вокруг энергии в верхней запрещенной зоне (, рис. 43, ). Этот эффект получил название пиннинга уровня Ферми.

Рис. 43. Схема сдвигов напряжения плоской полосы в зависимости от толщины слоя HfO ₂ на SiO ₂ на Si для электродов затвора из поли-Si n-типа и p-типа, обнаруженная Hobbs et al. (2003).

Затем Самаведам и др. (2003) заметил, что аналогичный эффект пиннинга уровня Ферми имел место и для металлических вентилей на HfO ₂. Металлические вентили были также испытаны на SiO ₂, и было замечено сужение EWF к середине зазора из-за химической реакции (Yu and Kwong, 2004).

Yeo et al. (2002b) использовал модель MIGS для предсказания смещения полос оксидов с высоким содержанием К на Si. Однако побочным продуктом этой модели является то, что она предсказывает степень собственного закрепления уровня Ферми затворного металла из

(17) ϕn = S (ΦM − ΦS) + (ΦS − χs)

Используя формулу для S дает S ∼ 0. 5 для HfO ₂. Это означает, что если работа выхода в вакууме затвора сместится на 2 эВ, то его EWF сместится только на 1 эВ. Это было бы серьезной проблемой, так как для электродов затвора потребовалось бы использовать экстремальные металлы.

Первая обширная компиляция EWF, выполненная Schaeffer et al. (2004) в Рисунок 44 ( a ) предполагает, что действительно существует проблема, поскольку они показали довольно низкое значение S .

Рис. 44. (a) Сравнение эффективных рабочих функций (EWF) металлов на HfO ₂ и SiO ₂ с индексом металла.(b) Данные представлены как EWF для HfO ₂ в зависимости от работы выхода на SiO ₂. Наклон S получен на основе данных в узком диапазоне 4,1–5,1. (a) Из Schaeffer JK, Capasso C, Fonseca L, et al. (2004) Tech Digest IEDM, p287.

На самом деле данные довольно сложные. Компиляция значений EWF была выполнена Yeo et al. (2002b) из данных CV и данных внутренней фотоэмиссии. Для ZrO ₂ данные о высоте барьера Афанасьева и др. (2007) дают наклон S ∼ 0.5, как видно на Рис. 45 ( a ). (Здесь высоты барьера были преобразованы в EWF путем подбора значения CNL.) Для HfO ₂ объединение данных внутренней фотоэмиссии (Афанасьев и Стесманс, 2007) и данных CV дает наклон S ∼ 0,7 дюйма Рисунок 45 ( b ), а не 0,5, как указывалось ранее. На рисунке 44 ( a ) показан исходный график Шеффера. Мы изменили график данных на рис. 44 ( b ), предполагая, что S = 1 для металлов на SiO ₂, чтобы получить S ∼ 0.2–0,5, в зависимости от того, в какой диапазон подходят данные. С другой стороны, Koyama et al. (2004) обнаружил S ∼ 1 и открепляющий уровень Ферми для CV-измерений высоты металлического барьера на HfO ₂. Обратите внимание, что металлические электроды в работах Афанасьева (2007) и Коямы и др. Образцы (2004) не подвергались отжигу, тогда как в случае Schaeffer стопки затворов подвергались полному технологическому процессу с отжигом до 1000 ° C. Таким образом, отжиг пакета перед измерениями является критическим фактором.

Рис. 45. (а) Эффективные работы выхода металлов на ZrO ₂, из данных внутренней фотоэмиссии (Афанасьев и др. , 2001), извлеченные Йео и др. (2002a). (b) Эффективные работы выхода металлов на HfO ₂, исходя из данных внутренней фотоэмиссии, а также из данных емкости-напряжения (CV), цитируемых Yeo et al. (2002b). Не отожженный. (c) Эффективные работы выхода трех тугоплавких металлов на HfO ₂ по сравнению с SiO ₂, по методу высоты барьера, по Zafar (2005b).

Зафар и др. (2005b) измерил высоту барьера металлов методом проводимости. Они также обнаружили, что изменение высоты трех тугоплавких металлов (TaSiN, W и Re) на HfO ₂ и SiO ₂ было одинаковым в Рисунок 45 ( c ), что соответствует наклону S = 1. Эти пленки прошли полную технологическую обработку.

Schaeffer et al. (2004b) затем показал, что EWF Pt очень зависит от содержания в ней кислорода и ее обработки в формовочном газе (восстановительный) или окислительных отжигах.Картье и др. (2005) показал, что работа выхода Re-электрода в значительной степени зависит от его отжига в восстановительных или окислительных условиях при отжиге до 500 ° C, как в рис. 46, ( a ). Pantisano et al. (2006) обнаружил аналогичный эффект с электродами из Ru. Эти данные указывают на то, что сдвиги ВФ на металлах p-типа являются внешним эффектом.

Рис. 46. (a) Зависимость напряжения плоской зоны от температуры отжига для стопок Re-HfO ₂, циклически отожженных в кислороде и формовочном газе.(b) Эффективная работа выхода (EWF) металлов p-типа на HfO ₂ в зависимости от эквивалентной толщины оксида (EOT), демонстрируя эффект спада V _T при низких значениях EOT. (а) Из Картье (2005). (b) Из материала Lee et al. (2006).

Majhi et al. (2005) и Wen et al. (2008) затем провел подробное исследование электродов из более тугоплавких металлов (обычно TiSiN, TaSiN и т. Д.). EWF был извлечен с помощью более надежного метода экстраполяции с использованием террасированного оксида или образцов свадебного торта (Jha et al., 2004). Данные на рис. 47 ( a ) показали, что измеренный диапазон EWF металлов на HfO ₂ был меньше, чем на SiO ₂, но не намного меньше, и, что более важно, они могли перекрывать запрещенную зону Si и инвертировать как NMOS, так и PMOS. Мы перенесли эти данные в Рисунок 47 ( b ). Предполагая, что S = 1 для SiO ₂, мы извлекаем значение S ∼0,82 для HfO ₂. Затем это привело к эре поиска комбинаций металлов для использования в качестве металлических вентилей NMOS и PMOS, в идеале в некоторых комбинациях, которые можно было бы изготовить.

Рис. 47. (a) Эффективные работы выхода (EWF) тугоплавких металлов на HfO ₂, HfSiO _x и SiO ₂ по данным Wen et al. (2008). (b) Данные представлены как EWF на HfO ₂ по сравнению с EWF на SiO ₂. Это дает наклон S ∼ 0,82.

В то время закрепление уровня Ферми на поли-Si приписывалось образованию связей Hf – Si на границе раздела HfO ₂ – Si (Hobbs и др. , 2004a, 2004b; Xiong et al. ., 2005b) из-за условий восстановления при нанесении поли-Si, и эти связи скреплены штифтами E _F. Chau et al. (2005) утверждал, что металлические ворота будут откреплены. Однако сейчас этот аргумент прекращен.

Последовали промышленные решения проблемы. Было два подхода. Во-первых, Tseng et al. (2004) и Schaeffer et al. (2007a, 2007b) обнаружил, что достаточно тугоплавкие карбиды металлов, такие как TaC _x, имеют низкую и стабильную EWF на HfO ₂ ∼4. 2 эВ, что вполне подходит для nFET-транзисторов. Schaeffer et al. (2007b) обнаружил, что EWFs можно оценить по групповой электроотрицательности.

Вторым направлением было наблюдение, что металлы на сплаве LaHfO _x имеют гораздо меньшее пиннинг, чем на самом HfO ₂ (Rittersma et al. , 2006; Wang et al. , 2006a, 2006b ). Даже довольно низкое содержание 20% La было достаточно, чтобы открепить оксид (, фиг. 48, ). Iwai et al. (2002) отметил, что La ₂ O ₃ также имеет меньшее закрепление. Причина до конца не выяснена. Ранее Ragnarsson et al. (2003a) наблюдали, что оксиды La, Y имеют большой отрицательный сдвиг напряжения плоской полосы, который они предположительно приписали захваченному заряду. Однако подробные графики Wang et al. (2006a, 2006b) обнаружил, что напряжение плоской зоны не зависит от толщины, что указывает на небольшой фиксированный заряд, но значительный дипольный сдвиг в сторону EWF.

Рисунок 48.Напряжение плоской полосы некоторых металлов на оксиде LaHfO _x в зависимости от содержания La и эквивалентной толщины оксида (EOT). Показывает малое значение плотности состояний интерфейса и значительное уменьшение пиннинга уровня Ферми.

Это привело к появлению двух промышленных решений: сначала ворота, а последние (, рис. 49, ). Процесс первого затвора следует стандартной последовательности операций, но металлический затвор заменяет затвор из поли-Si. Это осуществляется Альянсом IBM (Нараянан, и др. , 2006b).Технологически это сложнее, так как металл затвора должен выдерживать полную температуру процесса (1000 С). Это приводит к появлению кислородных вакансий, что особенно затрудняет управление пороговым напряжением затвора для pFET.

Рис. 49. Поперечное сечение стеков затворов в (а) последнем процессе затвора и (b) первом процессе затвора.

Процесс затвора последнего создает фиктивный поли-Si в стандартном процессе. Затем его удаляют, проводят отжиг после осаждения при 1000 ° C на оксиде затвора, а затем металл затвора помещают в пространство затвора (Mistry et al 2007, Packan et al, 2009).Затем он подвергается гораздо более низкотемпературному отжигу порядка 600 C. Этой последовательности придерживается Intel с 2008 года, а затем TSMC. В нем больше шагов процесса. Это оказывается более сложным и дорогостоящим. Однако, избегая высокотемпературного процесса для металлического затвора и оксида, на практике его легче реализовать, и это было выгодно.

Что такое полевой МОП-транзистор? | Основы, принцип работы и применение

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET, MOS-FET или MOS FET) — это полевой транзистор (полевой транзистор с изолированным затвором), напряжение в котором определяет проводимость устройства.Он используется для переключения или усиления сигналов. Возможность изменять проводимость в зависимости от приложенного напряжения может использоваться для усиления или переключения электронных сигналов. MOSFET сейчас даже более распространены, чем BJT (биполярные переходные транзисторы) в цифровых и аналоговых схемах.

Диоксид кремния образует затвор МОП-транзистора. Он используется для обеспечения изоляции путем предотвращения прямого попадания зарядов на затвор в проводящий канал.

Структура полевого МОП-транзистора

МОП-транзистор на сегодняшний день является наиболее распространенным транзистором в цифровых схемах, поскольку сотни тысяч или миллионы из них могут быть включены в микросхему памяти или микропроцессор.Поскольку они могут быть изготовлены из полупроводников p-типа или n-типа, дополнительные пары МОП-транзисторов могут использоваться для создания схем переключения с очень низким энергопотреблением в форме логики КМОП.

Почему MOSFET?

Полевые МОП-транзисторы

особенно полезны в усилителях из-за того, что их входной импеданс почти бесконечен, что позволяет усилителю улавливать почти весь входящий сигнал. Основное преимущество заключается в том, что он почти не требует входного тока для управления током нагрузки по сравнению с биполярными транзисторами. Ниже приведены различные типы полевых МОП-транзисторов:

Тип истощения: Транзистору требуется напряжение затвор-исток (VGS), чтобы выключить устройство. MOSFET в режиме истощения эквивалентен «нормально замкнутому» переключателю.
Тип расширения: Транзистору требуется напряжение затвор-исток (VGS) для включения устройства. MOSFET режима улучшения эквивалентен «нормально разомкнутому» переключателю.

Структура устройства MOSFET

Это четырехконтактное устройство с выводами истока (S), стока (D), затвора (G) и корпуса (B).Корпус часто подключается к клемме источника, что сокращает количество клемм до трех. Он работает, изменяя ширину канала, по которому текут носители заряда (электроны или дырки).

Носители заряда входят в канал у истока и выходят через сток. Ширина канала регулируется напряжением на электроде, называемом затвором, который расположен между истоком и стоком. Он изолирован от канала очень тонким слоем оксида металла. Полевой транзистор металл-изолятор-полупроводник или MISFET — это термин, почти синонимичный MOSFET.Другой синоним — IGFET для полевого транзистора с изолированным затвором.

Работа полевого МОП-транзистора

Работа полевого МОП-транзистора зависит от МОП-конденсатора. Конденсатор MOS является основной частью MOSFET. Поверхность полупроводника в нижнем оксидном слое, который расположен между выводами истока и стока. Его можно инвертировать из p-типа в n-тип, подав положительное или отрицательное напряжение затвора.

Когда мы прикладываем положительное напряжение затвора, дырки под оксидным слоем создают силу отталкивания, а дырки толкаются вниз вместе с подложкой.Область обеднения заселена связанными отрицательными зарядами, которые связаны с атомами акцептора. Электроны достигают сформированного канала. Положительное напряжение также притягивает электроны из n + областей истока и стока в канал. Теперь, если между стоком и истоком приложено напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение затвора управляет электронами в канале. Если приложить отрицательное напряжение, под слоем оксида образуется дырочный канал.

МОП-транзистор с P-каналом

Сток и исток представляют собой сильно легированную p + -область, а подложка — n-типа. Ток течет из-за потока положительно заряженных дырок, также известных как MOSFET с p-каналом. Когда мы прикладываем отрицательное напряжение затвора, электроны, находящиеся под оксидным слоем, испытывают силу отталкивания, и они толкаются вниз к подложке, область обеднения заполняется связанными положительными зарядами, которые связаны с донорными атомами.Отрицательное напряжение затвора также притягивает дырки из области p + истока и стока в область канала.

N-канальный полевой МОП-транзистор

Сток и исток имеют сильно легированную область n +, а подложка — p-типа. Ток течет из-за потока отрицательно заряженных электронов, также известного как n-канальный MOSFET. Когда мы прикладываем положительное напряжение затвора, дырки, находящиеся под оксидным слоем, испытывают силу отталкивания, и дырки толкаются вниз к связанным отрицательным зарядам, которые связаны с атомами акцептора. Положительное напряжение затвора также притягивает электроны из n + области истока и стока в канал, таким образом, образуется канал доступа электронов.

Дополнительные базовые статьи доступны в учебном уголке.

Статья была впервые опубликована 19 июля 2017 г. и обновлена 4 апреля 2019 г.

Полевой транзистор — Academic Kids

От академических детей

(Перенаправлен с полевого транзистора)

Полевой транзистор (FET) — это транзистор, который использует электрическое поле для управления формой и, следовательно, проводимостью «канала» в полупроводниковом материале.Полевые транзисторы, как и все транзисторы, можно рассматривать как резисторы с регулируемым напряжением.

Большинство полевых транзисторов изготавливаются с использованием обычных технологий обработки объемных полупроводников, использующих монокристаллическую полупроводниковую пластину в качестве активной области или канала. С другой стороны, канальная область TFT (тонкопленочных транзисторов) представляет собой тонкую пленку, которая наносится на подложку (часто на стекло, поскольку в основном TFT применяются в жидкокристаллических дисплеях). Для получения дополнительной информации о TFT см. Тонкопленочный транзистор; оставшаяся часть этой статьи посвящена транзисторам, наиболее часто используемым в интегральных схемах.В биологии потенциалзависимые ионные каналы работают аналогичным образом.

Клеммы полевого транзистора называются затвор , сток и исток . (Сравните их с терминологией, используемой для BJT: база , коллектор и эмиттер .) Напряжение, приложенное между выводами затвора и истока, модулирует ток между истоком и стоком.

Типы полевых транзисторов

Полевой транзистор проще по концепции, чем биполярный транзистор, и может быть изготовлен из самых разных материалов.Различные типы полевых транзисторов можно различить по способу изоляции между каналом и затвором:

MOSFET (Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) использует изолятор (обычно SiO ₂).
- Силовые полевые МОП-транзисторы становятся менее проводящими с повышением температуры, и поэтому по умолчанию их можно рассматривать как n-канальные устройства. Кремниевые устройства, которые используют электроны, а не дырки, поскольку большинство носителей заряда немного быстрее и могут пропускать больший ток, чем их аналоги P-типа.То же самое и в устройствах на основе GaAs.
JFET (Junction Field-Effect Transistor) использует p-n переход.
Замена p-n-перехода барьером Шоттки дает MESFET (полевой транзистор металл-полупроводник), используемый для GaAs и других полупроводниковых материалов III-V.
Использование технологии запрещенной зоны в тройном полупроводнике, таком как AlGaAs, дает HEMT (транзистор с высокой подвижностью электронов), также называемый HFET (гетероструктурный полевой транзистор). Полностью обедненный широкозонный материал образует изоляцию.
TFT (тонкопленочный транзистор) используют в качестве материала корпуса аморфный кремний, поликристаллический кремний или другие аморфные полупроводники.
Подгруппа TFT — это полевые транзисторы с органическим эффектом, которые основаны на органических полупроводниках и часто используют органические изоляторы затвора и электроды.
Область канала любого полевого транзистора либо легирована для получения полупроводника n-типа, что дает устройство с «N-каналом», либо имеет p-тип, чтобы получить устройство с «P-каналом». Легирование определяет полярность работы затвора.

Работа на полевом транзисторе

Форма проводящего канала в полевом транзисторе изменяется, когда на вывод затвора подается потенциал (потенциал относительно источника или стока). В N-канальном устройстве отрицательный потенциал затвора вызывает расширение изолирующей зоны истощения. размер и посягать на канал сбоку, сужая канал. Если зона истощения закрывает канал, сопротивление канала становится очень большим, и полевой транзистор полностью отключается.При низких напряжениях ширина канала остается большой, а небольшие изменения потенциала затвора изменяют сопротивление канала. Это режим работы полевого транзистора с переменным сопротивлением. Этот режим используется, но не используется в обычных схемах усилителя.

Если большая разность потенциалов применяется между клеммами Источника и Сток, это создает значительный ток в канале и создает плавный градиент потенциала, распределенного по каналу. Это также приводит к тому, что форма зоны истощения становится асимметричной, и одна часть канала становится узкой, а другая часть расширяется.Если напряжение достаточно велико, зона истощения начинает полностью закрывать канал. Затем происходит что-то необычное: возникает отрицательная обратная связь, поскольку закрытый канал приведет к плоскому градиенту потенциала и симметричной зоне истощения, которая откроет канал. Зона истощения не закрывается полностью, а формирует очень узкий канал переменной длины. Любая попытка увеличения тока канала изменит форму зоны истощения, удлиняя канал.Это увеличивает сопротивление канала и предотвращает увеличение значения тока. Этот режим работы называется «режим защемления». В этом режиме работы канал действует как источник постоянного тока, а не как резистор. Значение тока в канале относительно не зависит от напряжения, приложенного между источником и стоком. Значение напряжения затвора определяет значение постоянного тока в канале.

Использует

Наиболее распространенным применением сегодня полевых МОП-транзисторов является интегральная схема КМОП (дополнительный металлический оксидный полупроводник), которая является основой для большинства цифровых электронных устройств.В них используется схема с тотемными полюсами, при которой один транзистор (подтягивающий или понижающий) включен, а другой выключен. Следовательно, отсутствует сток постоянного тока, кроме как во время перехода из одного состояния в другое, которое очень короткое. Как уже упоминалось, затворы являются емкостными, и зарядка и разрядка затворов каждый раз, когда транзистор переключает состояния, является основной причиной утечки мощности.

C в CMOS означает «дополнительный». Подтягивание — это устройство с P-каналом (с использованием отверстий для мобильного носителя заряда), а подтягивание — это N-канал (носители электронов).Это позволяет подключать клеммы управления, но ограничивает скорость схемы до скорости более медленного P-устройства (в кремниевых устройствах). Биполярные решения для двухтактной схемы включают «каскодирование» с использованием источника тока для нагрузки. Цепи, в которых используются как униполярные, так и биполярные транзисторы, называются Bi-Fet. Недавняя разработка получила название «вертикальный П.». Раньше пользователям чипов BiFet приходилось довольствоваться относительно плохими (горизонтальными) полевыми транзисторами P-типа. Это уже не так и позволяет создавать более тихие и быстрые аналоговые схемы.

Полевые транзисторы

могут переключать сигналы любой полярности, если их амплитуда значительно меньше размаха затвора, поскольку устройства (особенно DFET без паразитных диодов) в основном симметричны. Это означает, что полевые транзисторы являются наиболее подходящим типом для аналогового мультиплексирования. Используя эту концепцию, можно, например, сконструировать твердотельную микшерную панель.

Силовой МОП-транзистор имеет «паразитный диод» (с обратным смещением), обычно шунтирующий канал проводимости, который имеет половину токовой емкости канала проводимости.Иногда это полезно при управлении двухкатушечными магнитными цепями (для защиты от всплесков напряжения), но в других случаях это вызывает проблемы.

Высокий импеданс затвора полевого транзистора делает его довольно уязвимым для электростатических повреждений, хотя обычно это не проблема после установки устройства.

Более новым устройством для управления мощностью является биполярный транзистор с изолированным затвором, или IGBT. Он имеет структуру управления, аналогичную МОП-транзистору, соединенному с биполярным основным проводящим каналом.Они стали довольно популярными.

Внешние ссылки

ca: лагерь Transistor d’efecte da: Felteffekttransistor de: Feldeffekttransistor id: Транзистор эфек медан nl: транзистор Veldeffect ja: 電界効果トランジスタ sl: Транзистор на польский пояс sv: Flteffekttransistor

вид и обозначение, достоинства и недостатки, принцип работы для чайников

Описание и принцип работы

В чем разница между NPN и PNP транзисторами?

Похожие материалы:

Базовая конфигурация транзистора Дарлингтона

Транзисторы.

Пример транзистора Дарлингтона

Как работает

Применение транзисторов Дарлингтона

Как работает полевой транзистор?

Транзисторная пара Шиклаи (Sziklai)

Конфигурация транзистора Шиклаи — Дарлингтон

Транзисторные ИС Дарлингтона

ULN2003A Дарлингтонский транзисторный массив

ULN2003A Транзисторная матрица Дарлингтона

Резюме транзистора Дарлингтона

Общие сведения

Классификация и устройство

Принцип работы JFET

Особености работы MOFSET

Радиоэлектроника для чайников. Страница 98

Транзистор IGBT-принцип работы, структура, основные характеристики

Основные характеристики мощных IGBT-транзисторов

Преимущества IGBT транзисторов

Применение IGBT-транзистора

Примеры расчета IGBT-транзистора

Проверка мощных IGBT-транзисторов

Что такое полевой транзистор? — Блог Fusion 360

Психический обзор

Классификация полевых транзисторов

JFET (переходно-полевой транзистор)

N-канальный JFET

Как это работает?

P-канальный JFET

Характеристики

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

Как это работает?

Типы полевых МОП-транзисторов

Характеристики

Приложения

в качестве переключателя

Усилитель MOSFET

Драйвер мотора H-моста

— обзор

4.05.8.3 Практическое управление работой

Что такое полевой МОП-транзистор? | Основы, принцип работы и применение

Почему MOSFET?

Структура устройства MOSFET

Работа полевого МОП-транзистора

МОП-транзистор с P-каналом

N-канальный полевой МОП-транзистор

Статья была впервые опубликована 19 июля 2017 г. и обновлена ​​4 апреля 2019 г.

Полевой транзистор — Academic Kids

От академических детей

Типы полевых транзисторов

Работа на полевом транзисторе

Использует

Внешние ссылки

Читайте также

Что делать, если грудничок не спит днем: советы по налаживанию режима сна

Антигистаминные препараты для новорожденных: лечение и профилактика аллергии у грудничков

Методика «Цветоник» М. Лазарева для музыкального развития детей

Добавить комментарий Отменить ответ

Статья была впервые опубликована 19 июля 2017 г. и обновлена 4 апреля 2019 г.