Принцип работы полевого транзистора: Биполярный транзистор и принцип его работы, режимы и схемы, особенности переходов

Содержание

Биполярный транзистор и принцип его работы, режимы и схемы, особенности переходов

На определённом этапе времени всем привычные электронные лампы были заменены транзисторами. И это не удивительно, поскольку они имеют гораздо меньший размер, более надёжные и затрачивают гораздо меньше энергии. Такое большое количество положительных сторон привело к тому, что на сегодняшний день биполярные транзисторы являются главными элементами практически всех усилительных схем.

Составные части устройства

Биполярный транзистор разделяется на три основные части:

  1. Эммитер – это один из слоёв полупроводника, его задача заключается в инжектировании носителей заряда в базу (её слой).
  2. База – это один из слоёв полупроводника, считается главным в транзисторе.
  3. Коллектор – слой полупроводника, задачей которого является собрать все заряды, которые прошли через базу.

Как правило, область эммитера немного уже, чем у коллектора.

Поскольку изготовление базы происходит из слаболегированного полупроводника, то она является очень тонкой. В результате того, что площадь контакта между эммитером и базой гораздо уже, чем между базой и коллектором, то произвести замену коллектора и эмиттера просто невозможно, даже при большом желании. Подобная ситуация приводит к тому, что биполярный транзистор считается устройством, в котором отсутствует симметрия.

Биполярный транзистор — принцип работы

Принцип действия биполярного транзистора представлен ниже.

Когда транзистор включают в режиме усиления, открывается эммитерный переход, и закрывается переход коллектора. Это происходит в результате подключения источников питания.

Из-за того, что переход эммитера находится в открытом положении, через него происходит переход эммитерного тока, он образуется в результате перехода дырок из базового слоя транзистора в эммитер и аналогичного перехода электронов из эммитера в базовый слой.

В результате этого эммитерный ток состоит из двух основных частей – дырочной и электронной.

Чтобы определить коэффициент инжекции, следует разобраться с уровнем эффективности эммитера.

Инжекция зарядов – это перемещение элементов, содержащих в себе заряд из зоны, где они играли основную роль, в зону, где они стали неосновными.

В базовом слое транзистора происходит рекомбинация электронов, а восполнение их концентрации происходит за счёт плюса источника ЭГ. В итоге электрическая цепь базового слоя биполярного транзистора содержит в себе достаточно слабый ток.

А те электроны, которые попросту не успели поддаться процессу рекомбинации в базовом слое, с помощью разгоняющего воздействия закрытого коллекторного перехода перемещаются в него, и происходит образование коллекторного тока. В результате этого наблюдается экстракция электрических зарядов (переход элементов, которые содержат в себе заряд из зоны, где они играли второстепенную роль в зону, где они играют главную роль).

Вот и весь принцип работы биполярного транзистора.

Режимы функционирования устройства

На этом этапе времени выделяют следующие режимы работы биполярного транзистора:

  1. Активный инверсный режим. В этом случае открыт переход между базовым и коллекторным слоями, а переход между базой и эммитером закрыт. Усилительные свойства в данном режиме очень плохие, поэтому в таком состоянии транзисторы используют в редчайших ситуациях.
  2. Насыщение. Оба вышеуказанных перехода находятся в открытом состоянии. В результате этого элементы коллектора и эммитера, которые содержат в себе заряд, перемещаются в базовый слой, где происходит их активная рекомбинация с основными элементами базы. Из-за чрезмерного количества зарядов происходит снижение сопротивляемости базы, наблюдается уменьшение p — n переходов. В режиме насыщения, цепь транзистора имеет вид короткозамкнутой, а данный элемент представлен в роли эквипотенциальной точки.
  3. Режим отсечки. Оба перехода в биполярном транзисторе закрыты, соответственно, происходит прекращение тока основных носителей заряда между коллекторным и эммитерным слоями. Потоки второстепенных зарядов способны только создавать неуправляемые и малые токи. В результате скудности базового слоя и перемещения носителей зарядов сопротивление вышеуказанных токов в значительной мере возрастает. Из-за подобной работы достаточно часто бытует мнение, что устройство, работающее в таком режиме, являет собой разрыв цепи.
  4. Барьерный режим. В данном режиме базовый слой прямо или с помощью малого сопротивления замыкается с коллекторным слоем. В этом случае, в цепь коллектора или эммитера необходимо включить резистор, который через транзистор начинает задавать ток. В результате такой работы происходит образование эквивалента схемы диода, которая имеет последовательно включённое сопротивление. В подобном состоянии устройства схема способна работать при различных температурных режимах и при разнообразных параметрах транзистора.

Схемы включения транзисторов биполярного типа

Из-за того, что транзистор имеет три контакта, то питание на него следует подавать из 2 источников, сумма которых образует четыре вывода. Подобное действие приводит к тому, что в один из контактов устройства происходит подача напряжения одного знака из различных источников.

С учётом того, в какой контакт производится подача напряжения, выделяют три типа схем включения биполярных транзисторов:

  • с эммитерным слоем;
  • с коллекторным слоем;
  • с базовым слоем.

Каждая из вышеуказанных схем имеет свои преимущества и недостатки.

Схема включения с общим эммитерным слоем

Данная схема создаёт самое большое усиление по току и напряжению. Благодаря таким её свойствам она и является самой распространённой. В данном случае присутствует прямой переход между эммитерным и базовым слоями и обратный переход между базой и коллектором. А тот факт, что на них осуществляется подача напряжения одного знака, способствует тому, что схему можно напитать с помощью одного источника.

Среди отрицательных сторон схемы можно выделить то, что возрастание частоты и температурного режима способствует значительному снижению усилительных свойств устройства. В результате этого следует отметить, что если необходима работа транзистора на высоких частотах, то от использования этой схемы желательно отказаться.

Схема включения с общим базовым слоем

Данная схема создаёт среднее усиление сигнала, но зато она прекрасно подходит для работы на высоких частотах. Если одно и то же устройство будет сначала

функционировать по первой схеме, а затем по этой, то можно будет наблюдать значительный рост граничной частоты усиления. Из-за того, что в этой схеме заниженное сопротивление входа и среднее сопротивление выхода, то её лучше использовать в случае наличия антенных усилителей, в которых волновое сопротивление кабелей составляет не более ста Ом.

Среди минусов можно выделить тот момент, что для того, чтобы напитать устройство, требуется использовать 2 источника питания.

Схема включения с общим коллекторным слоем

Среди других схем выделяется тем, что наблюдается полная передача напряжения обратно на вход – это указывает на сильнейшую отрицательную обратную связь.

Уровень усиления по току практически равен значению, присутствующему в первой схеме. Но вот уровень усиления по напряжению очень маленький, что является одним из главных недостатков данной схемы.

Разобраться в особенностях работы биполярного транзистора и его схем достаточно просто, главное — постараться вникнуть.

Принцип работы полевого транзистора

Принцип работы полевого транзистора

Транзисторами  называют полупроводниковые триоды, у которых расположено три выхода.

Их основным свойством является возможность посредством сравнительно низких входных сигналов осуществлять управление высоким током на выходах цепи.

Для радиодеталей, которые используются в современных сложных электроприборах, применяются полевые транзисторы.

Благодаря свойствам этих элементов выполняется включение или выключение тока в электрических цепях печатных плат, или его усиление.

Что представляет собой полевой транзистор

Полевые транзисторы — это трех или четырех контактные устройства, в которых ток, идущий на два контакта, может регулироваться посредством напряжения электрополя  третьего контакта.  На двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. В результате этого подобные транзисторы называются полевыми.

Название расположенных на устройстве контактов и их функции:

  • Истоки – контакты с входящим электрическим током, которые находится на участке n;
  • Стоки – контакты с исходящим, обработанным током, которые находятся  на участке n;
  • Затворы – контакты, находящиеся на участке р, посредством изменения напряжения на котором, выполняется регулировка пропускной способности на устройстве.

Видео «Подробно о полевых транзисторах»

//www.youtube.com/embed/WKx_3fUtcSk?autohide=2&autoplay=0&mute=0&controls=1&fs=1&loop=0&modestbranding=0&playlist=&rel=1&showinfo=1&theme=dark&wmode=&playsinline=0

Виды полевых транзисторов

Полевой транзистор с n-р переходами подразделяется на несколько классов в зависимости:

  1. От типа каналов проводников: n или р. Каналы воздействую на знаки, полярности, сигналы управления. Они должны быть противоположны по знакам n-участку.
  2. От структуры приборов: диффузных, сплавных по р -n — переходам, с затворами Шоттки, тонкопленочными.
  3. От общего числа контактов: могут быть трех или четырех контактными. Для четырех контактных приборов, подложки также являются затворами.
  4. От используемых материалов: германия, кремния, арсенид галлия.

В свою очередь разделение классов происходит в зависимости от принципа работы транзистора:

  • устройства под управлениями р-n переходов;
  • устройства с изолированными затворами или с барьерами Шоттки.

Принцип работы полевого транзистора

Радиодетали состоят из двух участков: p-переходов и n-переходов.

По участку n проходит электроток.

Участок р является перекрывающей зоной, неким вентилем. 

Если оказывать определенное давление на нее, то она будет перекрывать участок и препятствовать прохождению тока.

Либо, же наоборот, при снижении давления количество проходящего тока возрастет.

В результате такого давления осуществляется увеличение напряжения на контактах затворов, находящихся на участке р.

Приборы с управляющими p-n канальными переходами — это полупроводниковые пластины, имеющие электропроводность с одним из данных типов. К торцевым сторонам пластин выполняется подсоединение контактов: стока и истока, в середину — контакты затвора.

Принцип работы прибора основан на изменении пространственных толщин p-n переходов. Так как в запирающих областях практически отсутствуют подвижные носители заряда, их проводимость равняется нулю. В полупроводниковых пластинах, на участках которых не воздействует запирающий слой, создаются проводящие ток каналы. Если подается отрицательное напряжение в отношении истока, на затворе образуется поток, через который протекают носителя заряда.

Для изолированных затворов, характерно расположение на них тонкого слоя диэлектрика. Такое устройство работает по принципу электрических полей.  Для его разрушения понадобится всего лишь небольшое электричество. В связи с этим, чтобы предотвратить статическое напряжение, которое может превышать 1000 В, необходимо создание специальных корпусов для приборов, которые минимизируют эффект от воздействия вирусных типов электричества.

Для чего нужен полевой транзистор

При рассмотрении работы сложных видов электротехники, стоит рассмотреть работу такого важного компонента интегральной схемы, как полевой транзистор.

Основная задача от использования данного элемента заключается в пяти ключевых направлениях, в связи с чем транзистор применяется для:

  1. Усиления высокой частоты.
  2. Усиления низкой частоты.
  3. Модуляции.
  4. Усиления постоянного тока.
  5. Ключевых устройств (выключателей).

В качестве простого примера работа транзистора-выключателя, может быть представлена как микрофон и лампочка в одной компановке.  Благодаря микрофону улавливаются звуковые колебания, что влияет на появление электрического тока, поступающего на участок запертого устройства. Присутствие тока влияет на включение устройства и включение электрической цепи, к которой подключаются лампочки. Последние загораются после того как микрофон уловил звук, но горят они за счет источников питания не связанных с микрофоном и более мощных.

Модуляцию применяют с целью управления информационными сигналами. Сигналы управляют частотами колебаний. Модуляцию применяют для качественных звуковых радиосигналов, для передачи звуковых частот в телевизионные передачи, для трансляции цветовых изображений и телевизионных сигналов с высоким качеством. Модуляцию применяют повсеместно, где нужно проводить работу с высококачественными материалами.

Как усилители полевые транзисторы в упрощенном виде работают по такому принципу: графически любые сигналы, в частности, звукового ряда, могут быть представлены как ломаная линия, где ее длиной является временной промежуток, а высотой изломов – звуковая частотность. Чтобы усилить звук к радиодетали подается поток мощного напряжения, приобретаемого нужную частотность, но с более большим значением, из-за подачи слабых сигналов на управляющие контакты. Иначе говоря, благодаря устройству происходит пропорциональная перерисовка изначальной линии, но с более высоким пиковым значением.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Что такое полевой транзистор и как его проверить

Добрый день, друзья!

Недавно мы с вами начали плотнее знакомились с тем, как устроено компьютерное «железо». И познакомились одним из его «кирпичиков» — полупроводниковым диодом. Компьютер – это сложная система, состоящая из отдельных частей. Разбирая, как работают эти отдельные части (большие и малые), мы приобретаем знание.

Обретая знание, мы получаем шанс помочь своему железному другу-компьютеру, если он вдруг забарахлит. Мы же ведь в ответе за тех, кого приручили, не правда ли?

Сегодня мы продолжим это интересное дело, и попробуем разобраться, как работает самый, пожалуй, главный «кирпичик» электроники – транзистор. Из всех видов транзисторов (их немало) мы ограничимся сейчас рассмотрением работы полевых транзисторов.

Почему транзистор – полевой?

Слово «транзистор» образовано от двух английских слов translate и resistor, то есть, иными словами, это преобразователь сопротивления.

Среди всего многообразия транзисторов есть и полевые, т.е. такие, которые управляются электрическим полем.

Электрическое поле создается напряжением. Таким образом, полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, управляемый напряжением.

В англоязычной литературе используется термин MOSFET (MOS Field Effect Transistor). Есть другие типы полупроводниковых транзисторов, в частности, биполярные, которые управляются током. При этом на управление затрачивается и некоторая мощность, так как к входным электродам необходимо прикладывать некоторое напряжение.

Канал полевого транзистора может быть открыт только напряжением, без протекания тока через входные электроды (за исключением очень небольшого тока утечки). Т.е. мощность на управление не затрачивается. На практике, однако, полевые транзисторы используются большей частью не в статическом режиме, а переключаются с некоторой частотой.

Конструкция полевого транзистора обуславливает наличие в нем внутренней переходной емкости, через которую при переключении протекает некоторый ток, зависящий от частоты (чем больше частота, тем больше ток). Так что, строго говоря, некоторая мощность на управление все-таки затрачивается.

Где используются полевые транзисторы?

Настоящий уровень технологии позволяет сделать сопротивление открытого канала мощного полевого транзистора (ПТ) достаточно малым – в несколько сотых или тысячных долей Ома!

И это является большим преимуществом, так как при протекании тока даже в десяток ампер рассеиваемая на ПТ мощность не превысит десятых или сотых долей Ватта.

Таким образом, можно отказаться от громоздких радиаторов или сильно уменьшить их размеры.

ПТ широко используются в компьютерных блоках питания и низковольтных импульсных стабилизаторах на материнской плате компьютера.

Из всего многообразия типов ПТ для этих целей используются ПТ с индуцированным каналом.

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,

Как проверить полевой транзистор?

В норме сопротивление между любыми выводами ПТ бесконечно велико.

И, если тестер показывает какое-то небольшое сопротивление, то ПТ, скорее всего, пробит и подлежит замене.

Во многих ПТ имеется встроенный диод между стоком и истоком для защиты канала от обратного напряжения (напряжения обратной полярности).

Таким образом, если поставить «+» тестера (красный щуп, соединенный с «красным» входом тестера) на исток, а «-» (черный щуп, соединенный с черным входом тестера) на сток, то канал будет «звониться», как обычный диод в прямом направлении.

Это справедливо для ПТ с n-каналом. Для ПТ с p-каналом полярность щупов будет обратной.

Как проверить диод с помощью цифрового тестера, описано в соответствующей статье. Т.е. на участке «сток — исток» будет падать напряжение 500-600 мВ.

Если поменять полярность щупов, к диоду будет приложено обратное напряжение, он будет закрыт и тестер это зафиксирует.

Однако исправность защитного диода еще не говорит об исправности транзистора в целом. Более того, если «прозванивать» ПТ, не выпаивая из схемы, то из-за параллельно подключенных цепей не всегда можно сделать однозначный вывод даже об исправности защитного диода.

В таких случаях можно выпаять транзистор, и, используя небольшую схему для тестирования, однозначно ответить на вопрос – исправен ли ПТ или нет.

В исходном состоянии кнопка S1 разомкнута, напряжение на затворе относительно стока равно нулю. ПТ закрыт, и светодиод HL1 не светится.

При замыкании кнопки на резисторе R3 появляется падение напряжения (около 4 В), приложенное между истоком и затвором. ПТ открывается, и светодиод HL1 светится.

Эту схему можно собрать в виде модуля с разъемом для ПТ. Транзисторы в корпусе D2 pack (который предназначен для монтажа на печатную плату) в разъем не вставишь, но можно припаять к его электродам проводники, и уже их вставить в разъем. Для проверки ПТ с p-каналом полярность питания и светодиода нужно изменить на обратную.

Иногда полупроводниковые приборы выходят из строя бурно, с пиротехническими, дымовыми и световыми эффектами.

В этом случае на корпусе образуются дыры, он трескается или разлетается на куски. И можно сделать однозначный вывод об их неисправности, не прибегая к приборам.

В заключение скажем, что буквы MOS в аббревиатуре MOSFET расшифровываются как Metal — Oxide — Semiconductor (металл – оксид – полупроводник). Такова структура ПТ – металлический затвор («кран») отделен от канала из полупроводника слоем диэлектрика (оксида кремния).

Надеюсь, с «трубами», «кранами» и прочей «сантехникой» вы сегодня разобрались.

Однако, теория, как известно, без практики мертва! Надо обязательно поэкспериментировать с полевиками, поковыряться, повозиться с их проверкой, пощупать, так сказать.


Какие бывают типы полевых транзисторов

Группа полевых транзисторов

Полевой транзистор или полевой транзистор — это транзистор, в котором выходной ток регулируется электрическим полем. Полевой транзистор иногда называют униполярным транзистором, поскольку он предполагает работу с одной несущей. Основные типы полевых транзисторов полностью отличаются от основных типов транзисторов BJT. FET — это трехконтактные полупроводниковые устройства с выводами истока, стока и затвора.

Заряды переносятся электронами или дырками, которые текут от истока к стоку через активный канал.Этот поток электронов от истока к стоку контролируется напряжением, приложенным к клеммам затвора и истока.


Типы полевых транзисторов

Полевые транзисторы бывают двух типов — полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы.

Junction FET

A Junction FET

Junction FET транзистор — это тип полевого транзистора, который может использоваться в качестве переключателя с электрическим управлением. Электрическая энергия течет по активному каналу между источниками к выводам стока. При приложении напряжения обратного смещения к клемме затвора канал напрягается, поэтому электрический ток полностью отключается.

Соединительный полевой транзистор доступен в двух полярностях:

N-канал JFET


N-канал JFET

N-канал JFET состоит из стержня n-типа, по бокам которого легированы два слоя p-типа. Канал электронов составляет N-канал устройства. На обоих концах N-канального устройства имеются два омических контакта, которые соединены вместе, образуя вывод затвора.

Клеммы истока и стока взяты с двух других сторон шины.Разность потенциалов между выводами истока и стока обозначается как Vdd, а разность потенциалов между выводами истока и затвора обозначается как Vgs. Поток заряда происходит из-за потока электронов от истока к стоку.

Когда на выводы стока и истока подается положительное напряжение, электроны текут от истока «S» к выводу «D», тогда как обычный ток стока Id течет через сток к истоку. Поскольку ток течет через устройство, оно находится в одном состоянии.

Когда на вывод затвора подается напряжение отрицательной полярности, в канале создается область обеднения. Ширина канала уменьшается, следовательно, увеличивается сопротивление канала между истоком и стоком. Поскольку переход затвор-исток имеет обратное смещение и в устройстве не течет ток, оно находится в выключенном состоянии.

Таким образом, если напряжение, приложенное к выводу затвора, увеличивается, меньшее количество тока будет течь от истока к стоку.

JFET с N каналом имеет большую проводимость, чем JFET с каналом P.Таким образом, JFET с N каналом является более эффективным проводником по сравнению с JFET с каналом P.

P-Channel JFET

P-канал JFET состоит из стержня P-типа, с двух сторон которого легированы слои n-типа. Клемма затвора формируется путем соединения омических контактов с обеих сторон. Как и в N-канальном JFET, выводы истока и стока взяты с двух других сторон шины. Канал P-типа, состоящий из дырок в качестве носителей заряда, образован между выводами истока и стока.Шина JFET с каналом P

Отрицательное напряжение, приложенное к выводам стока и истока, обеспечивает прохождение тока от истока к выводам стока, и устройство работает в омической области. Положительное напряжение, приложенное к выводу затвора, обеспечивает уменьшение ширины канала, тем самым увеличивая сопротивление канала. Более положительным является напряжение затвора; меньше ток, протекающий через устройство.

Характеристики полевого транзистора с p-канальным переходом

Ниже приведены характеристики полевого транзистора с p-канальным переходом и различные режимы работы транзистора.

Характеристики полевого транзистора с p-переходом

Область отсечки : Когда напряжение, приложенное к выводу затвора, достаточно положительное, чтобы ширина канала была минимальной, ток не течет. Это приводит к тому, что устройство оказывается в отключенной области.

Омическая область : Ток, протекающий через устройство, линейно пропорционален приложенному напряжению до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение пробоя. В этой области транзистор показывает некоторое сопротивление протеканию тока.

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 область насыщения.

Область пробоя : Когда напряжение сток-исток достигает значения, которое вызывает пробой в области истощения, вызывая резкое увеличение тока стока, устройство считается находящимся в области пробоя.Эта область пробоя достигается раньше при более низком значении напряжения сток-исток, когда напряжение затвор-исток более положительное.

MOSFET-транзистор

MOSFET-транзистор

MOSFET-транзистор, как следует из названия, представляет собой полупроводниковую пластину p-типа (n-типа) (с двумя сильно легированными областями n-типа, рассеянными в ней) со слоем оксида металла, нанесенным на ее поверхность, и отверстиями взяты из слоя, чтобы сформировать выводы истока и стока. На оксидный слой нанесен металлический слой, образующий вывод затвора.Одно из основных применений полевых транзисторов — использование полевого МОП-транзистора в качестве переключателя.

Этот тип полевого транзистора имеет три вывода: исток, сток и затвор. Напряжение, приложенное к клемме затвора, управляет потоком тока от истока к стоку. Наличие изолирующего слоя из оксида металла приводит к тому, что устройство имеет высокое входное сопротивление.

Типы полевых МОП-транзисторов в зависимости от режимов работы

МОП-транзисторы являются наиболее часто используемыми типами полевых транзисторов.Работа MOSFET осуществляется в двух режимах, на основе которых классифицируются транзисторы MOSFET. Работа полевого МОП-транзистора в режиме расширения состоит из постепенного формирования канала, тогда как в режиме истощения полевого МОП-транзистора он состоит из уже рассредоточенного канала. Расширенное применение MOSFET — это CMOS.

Расширенный полевой МОП-транзистор

Когда отрицательное напряжение прикладывается к выводу затвора полевого МОП-транзистора, носители или дырки, несущие положительный заряд, накапливаются больше около оксидного слоя.Канал формируется от истока до вывода стока.

Расширенный MOSFET-транзистор

По мере того, как напряжение становится более отрицательным, ширина канала увеличивается, и ток течет от истока к клемме стока. Таким образом, когда поток тока «усиливается» с приложенным напряжением затвора, это устройство называется MOSFET улучшенного типа.

МОП-транзистор в режиме истощения

МОП-транзистор в режиме истощения состоит из канала, рассеянного между стоком и выводом истока. При отсутствии напряжения на затворе ток течет от истока к стоку из-за канала.

MOSFET-транзистор в режиме истощения

Когда это напряжение затвора становится отрицательным, в канале накапливаются положительные заряды.
Это вызывает истощение области или области неподвижных зарядов в канале и препятствует прохождению тока. Таким образом, поскольку на протекание тока влияет образование обедненной области, это устройство называется MOSFET режима обеднения.

Приложения, использующие MOSFET в качестве переключателя

Управление скоростью двигателя BLDC

MOSFET может использоваться в качестве переключателя для управления двигателем постоянного тока. Здесь транзистор используется для запуска полевого МОП-транзистора. ШИМ-сигналы от микроконтроллера используются для включения или выключения транзистора.

Управление скоростью двигателя BLDC

Низкий логический сигнал с вывода микроконтроллера приводит к срабатыванию блока сопряжения OPTO, генерируя на его выходе высокий логический сигнал. Транзистор PNP отключен, и, соответственно, MOSFET срабатывает и включается. Клеммы стока и истока закорочены, и ток течет к обмоткам двигателя, так что он начинает вращаться.Сигналы ШИМ обеспечивают управление скоростью двигателя.

Управление массивом светодиодов:

Управление массивом светодиодов

Работа полевого МОП-транзистора в качестве переключателя включает в себя применение управления яркостью массива светодиодов. Здесь транзистор, управляемый сигналами от внешних источников, таких как микроконтроллер, используется для управления MOSFET. Когда транзистор выключен, MOSFET получает питание и включается, тем самым обеспечивая правильное смещение для светодиодной матрицы.

Переключение лампы с использованием MOSFET:

Переключение лампы с использованием MOSFET

MOSFET может использоваться в качестве переключателя для управления переключением ламп.Здесь также MOSFET запускается с помощью транзисторного переключателя. ШИМ-сигналы от внешнего источника, такого как микроконтроллер, используются для управления проводимостью транзистора, и, соответственно, полевой МОП-транзистор включается или выключается, таким образом управляя переключением лампы.

Мы надеемся, что нам удалось предоставить читателям самые лучшие знания по теме полевых транзисторов. Мы хотели бы, чтобы читатели ответили на простой вопрос — чем полевые транзисторы отличаются от биполярных транзисторов и почему они более широко используются в сравнении.

Пожалуйста, ваши ответы вместе с вашими отзывами в разделе комментариев ниже.

Фото:

Кластер полевого транзистора от alibaba
N-канальный JFET от ebaying
P-канальный JFET от solarbotics
P-канальный JFET-бар от wikimedia
Кривая характеристик P-канала JFET от изученияaboutehancement
MOSFET транзистор
от компании Imimimim транзистор по схемам сегодня

Соединительный полевой транзистор, работающий с характеристиками

Как правило, используются различные типы электрических и электронных компонентов, такие как транзисторы, интегральные схемы, микроконтроллеры, трансформаторы, регуляторы, двигатели, устройства сопряжения, модули и базовые компоненты ( согласно требованиям) для разработки различных проектов в области электрики и электроники. Важно знать о работе каждого компонента, прежде чем использовать его практически в схемных приложениях. Обсудить подробно обо всех важных компонентах электроники в одной статье очень сложно. Поэтому давайте подробно обсудим переходный полевой транзистор, характеристики JFET и его работу. Но, прежде всего, мы должны знать, что такое полевые транзисторы.

Полевые транзисторы

В твердотельной электронике с изобретением транзистора произошли революционные изменения, которые выражаются в словах «резистор передачи».Из самого названия мы можем понять принцип работы транзистора, то есть передаточного резистора. Транзисторы подразделяются на разные типы, такие как полевой транзистор, транзистор с биполярным переходом и так далее.


Полевые транзисторы

Полевые транзисторы (полевые транзисторы) обычно называют униполярными транзисторами, потому что эти полевые транзисторы связаны с типом с одной несущей. Полевые транзисторы подразделяются на различные типы, такие как MOSFET, JFET, DGMOSFET, FREDFET, HIGFET, QFET и так далее.Но в большинстве приложений обычно используются только полевые МОП-транзисторы (металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы) и полевые полевые транзисторы (переходные полевые транзисторы). Итак, прежде чем подробно обсуждать переходные полевые транзисторы, в первую очередь мы должны знать, что такое JFET.

Полевой транзистор с переходным эффектом

Полевой транзистор с переходным эффектом

Как мы обсуждали ранее, полевой транзистор с переходным эффектом является одним из типов полевых транзисторов, которые используются в качестве переключателя, которым можно управлять электрически.Через активный канал электрическая энергия будет течь между выводом истока и выводом стока. Если на клемму затвора подается напряжение обратного смещения, то ток будет полностью отключен, и канал станет напряженным. Полевой транзистор с переходом, как правило, делится на два типа в зависимости от их полярности:

  • Полевой транзистор с N-каналом
  • Полевой транзистор с P-каналом
Полевой транзистор с N-каналом
N -Канальный JFET

JFET, в котором электроны в основном состоят в качестве носителя заряда, называется N-канальным JFET.Следовательно, если транзистор включен, то можно сказать, что ток в основном связан с движением электронов.

Полевой транзистор с P-каналом
JFET с P-каналом

JFET, в котором дырки в основном состоят из носителей заряда, называется JFET с P-каналом. Следовательно, если транзистор включен, то можно сказать, что ток протекает в первую очередь из-за отверстий.


Работа JFET

Работа JFET может быть изучена отдельно как для N-канала, так и для P-канала.

N-канальная работа JFET

Работа JFET может быть объяснена путем обсуждения того, как включить N-канальный JFET и как отключить N-канальный JFET. Для включения N-канального JFET положительное напряжение VDD должно быть подано на вывод стока транзистора относительно вывода истока, так что вывод стока должен быть более положительным, чем вывод истока. Таким образом, ток может течь через сток в канал истока. Если напряжение на выводе затвора, VGG, равно 0 В, то на выводе стока будет максимальный ток, и говорят, что N-канальный JFET находится в состоянии ВКЛ.

Работа JFET с N-каналом

Для отключения N-канального JFET можно отключить положительное напряжение смещения или подать отрицательное напряжение на клемму затвора. Таким образом, изменяя полярность напряжения затвора, можно уменьшить ток стока, и тогда N-канальный полевой транзистор считается выключенным.

Работа JFET с P-каналом

Для включения полевого транзистора с P-каналом можно подать отрицательное напряжение на вывод стока транзистора относительно вывода истока, так что вывод стока должен быть соответственно более отрицательным, чем вывод истока.Таким образом, ток пропускается через сток в канал истока. Если напряжение на выводе затвора, VGG, равно 0 В, то на выводе стока будет максимальный ток, и говорят, что P-канальный JFET находится в состоянии ВКЛ.

Работа JFET с P-каналом

Для выключения P-канала JFET можно отключить отрицательное напряжение смещения или подать положительное напряжение на клемму затвора. Если на клемму затвора подается положительное напряжение, то токи стока начинают уменьшаться (до отключения), и, таким образом, P-канальный JFET считается выключенным.

Характеристики JFET

Характеристики JFET могут быть изучены как для N-канала, так и для P-канала, как описано ниже:

Характеристики N-канала JFET

Характеристики N-канального JFET или кривая крутизны показаны на рисунке ниже которая отображается между током стока и напряжением затвор-исток. На кривой крутизны есть несколько областей: омические области, области насыщения, отсечки и пробоя.

Характеристики N-канального JFET

Омическая область
Единственная область, в которой кривая крутизны показывает линейный отклик, а ток стока встречает сопротивление JFET-транзистора, называется омической областью.
Область насыщения
В области насыщения полевой транзистор с N-канальным переходом находится в состоянии ВКЛ и активен, так как максимальный ток течет из-за приложенного напряжения затвор-исток.
Область отсечки
В этой области отсечки не будет протекать ток стока, и, таким образом, N-канальный JFET находится в состоянии ВЫКЛ.
Область пробоя
Если напряжение VDD, приложенное к выводу стока, превышает максимально необходимое напряжение, то транзистор не может противостоять току и, таким образом, ток течет от вывода стока к выводу истока.Следовательно, транзистор попадает в область пробоя.

Характеристики полевого транзистора с P-каналом

Характеристики полевого транзистора с P-каналом или кривая крутизны показаны на рисунке ниже, где показан график между током стока и напряжением затвор-исток. На кривой крутизны есть несколько областей: омические области, области насыщения, отсечки и пробоя.

Характеристики полевого транзистора с P-каналом

Омическая область
Единственная область, в которой кривая крутизны показывает линейный отклик, а ток стока встречает сопротивление полевого транзистора, называется омической областью.
Область насыщения
В области насыщения полевой транзистор с N-канальным переходом находится в состоянии ВКЛ и активен, так как максимальный ток течет из-за приложенного напряжения затвор-исток.
Область отсечки
В этой области отсечки не будет протекать ток стока, и, таким образом, N-канальный JFET находится в состоянии ВЫКЛ.
Область пробоя
Если напряжение VDD, приложенное к выводу стока, превышает максимально необходимое напряжение, тогда транзистор не сможет противостоять току и, таким образом, ток будет течь от вывода стока к выводу истока.Следовательно, транзистор попадает в область пробоя.

Вы хотите знать о практическом применении переходных полевых транзисторов при разработке проектов электроники? Затем разместите свои комментарии в разделе комментариев ниже для получения дополнительной технической помощи.

Полевые транзисторы

— JFET

Теперь есть обновленные и расширенные версии наших страниц FET по адресу https://learnabout-electronics.org/Semiconductors/fet_01a.php.

Нажмите зеленую кнопку, чтобы перейти к новым версиям

Перейти на новую страницу

JFET (переходные полевые транзисторы)

Хотя существует множество запутанных названий полевых транзисторов (FET), в основном есть два основных типа:

1.Типы PN-перехода с обратным смещением, JFET или Junction FET (также называемые JUGFET или Junction Unipolar Gate FET).

2. Устройства на полевых транзисторах с изолированным затвором (IGFET).

Все полевые транзисторы могут называться УНИПОЛЯРНЫМИ устройствами, потому что носители заряда, которые переносят ток через устройство, все одного типа, то есть либо дырки, либо электроны, но не то и другое вместе. Это отличает полевые транзисторы от биполярных устройств, в которых и дырки, и электроны ответственны за ток в любом одном устройстве.

JFET

Это было первое доступное устройство на полевых транзисторах. Это устройство, управляемое напряжением, в котором ток течет от вывода SOURCE (эквивалент эмиттера в биполярном транзисторе) к DRAIN (эквивалент коллектору). Напряжение, приложенное между выводом истока и выводом GATE (эквивалентным базе), используется для управления током истока-стока. Основное различие между JFET и биполярным транзистором заключается в том, что в JFET ток затвора не течет, ток через устройство управляется электрическим полем, отсюда и «полевой транзистор».Конструкция полевого транзистора и символы схем показаны на рисунках 1, 2 и 3.

Конструкция JFET

Конструкция JFET может быть теоретически довольно простой, но на самом деле сложной, требуя очень чистых материалов и методов чистых помещений. Полевые транзисторы JFET изготавливаются в различных формах, некоторые из которых выполнены в виде дискретных (одиночных) компонентов, а другие — с использованием планарной технологии в качестве интегральных схем.

Рис. 1.1 Конструкция диффузионного полевого транзистора

На рис. 1.1 показана (теоретически) простейшая форма конструкции Junction FET (JFET) с использованием методов диффузии.В нем используется небольшая пластина из полупроводника N-типа, в которую вливаются две области P-типа, образующие затвор. Ток в форме электронов течет через устройство от истока к стоку по кремниевому каналу N-типа. Поскольку только один тип носителей заряда (электроны) переносит ток в полевых транзисторах с N каналом, эти транзисторы также называют «униполярными» устройствами.

Посмотрите, как работает интерактивная диаграмма

Рис. 1.2 Планарная конструкция JFET

На рис. 1.2 показано поперечное сечение N-канального полевого транзистора с плоским переходом (JFET). Ток нагрузки протекает через устройство от истока к стоку по каналу, сделанному из кремния N-типа.В планарном устройстве вторая часть затвора образована подложкой P-типа.

Также доступны полевые транзисторы с P-каналом

, принцип работы такой же, как и для типа N-канала, описанного здесь, но полярности напряжений, конечно, обратные, а носителями заряда являются дырки.

Рис. 1.3 Обозначения цепей JFET

Обновлено 14 июля 2010 г.

Начало страницы След.

Принципы работы транзистора

Транзистор — это устройство, работающее на полупроводниках с электронной начинкой.Он предназначен для преобразования и усиления электрических сигналов. Есть два типа инструментов: биполярный транзистор и униполярный транзистор, или полевой.

Если в транзисторе одновременно работают два типа носителей заряда — дырки и электроны, то это называется биполярным. Если в транзисторе работает только один тип заряда, то он униполярный.

Представьте себе работу обычного гидрокрана. Повернули болт — поток воды увеличился, повернул в другую сторону — поток уменьшился или остановился.Практически это принцип работы транзистора. Только вместо воды через нее протекает поток электронов. Принцип работы транзистора биполярного типа характеризуется тем, что через это электронное устройство протекает ток двух типов. Они делятся на большие, или главные, и маленькие, или управляющие. Причем мощность управляющего тока влияет на мощность основного тока. Рассмотрим полевой транзистор. Принцип его работы отличается от других. В нем протекает только один ток, мощность которого зависит от окружающего электромагнитного поля.

Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника и, что наиболее важно, двух PN переходов. Следует различать переходы PNP и NPN, а значит, и транзисторы. В этих полупроводниках происходит чередование электронной и дырочной проводимости.


Биполярный транзистор имеет три контакта. Это база, выходящий из центрального слоя контакт, и два электрода по краям — эмиттер и коллектор. По сравнению с этими крайними электродами прослойка основания очень тонкая.На краях транзистора полупроводниковая область не симметрична. Для правильной работы этого устройства слой полупроводника, расположенный на стороне коллектора, должен быть немного толще, чем сторона эмиттера.

Принцип работы транзистора основан на физических процессах. Будем работать с моделью PNP. Работа модели NPN будет аналогичной, за исключением полярности напряжения между такими базовыми элементами, как коллектор и эмиттер. Он будет направлен в обратном направлении.

Вещество P-типа содержит дырки или положительно заряженные ионы. Вещество N-типа состоит из отрицательно заряженных электронов. В рассматриваемом нами транзисторе количество дырок в области P намного больше, чем количество электронов в области N.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.