Виды полевых транзисторов: МДП, схемы, характеристики ВАХ
Пример HTML-страницыСодержание
- Полевые транзисторы с изолированным затвором.
- МДП-транзистор со встроенным каналом.
- МДП-транзистор с индуцированным (наведенным) каналом.
Полевые транзисторы с изолированным затвором.
В транзисторах этого типа затвор отделен от полупроводника слоем диэлектрика, в качестве которого в кремниевых приборах обычно используется двуокись кремния. Эти транзисторы обозначают аббревиатурой МОП (металл-окисел-полупроводник) и МДП (металл-диэлектрик-полупроводник). В англоязычной литературе их обычно обозначают аббревиатурой MOSFET или MISFET (Metal-Oxide (Insulator) —Semiconductor FET).
В свою очередь МДП-транзисторы делят на два типа.
В так называемых транзисторах со встроенным (собственным) каналом (транзистор обедненного типа) и до подачи напряжения на затвор имеется канал, соединяющий исток и сток.
В так называемых транзисторах с индуцированным каналом (транзистор обогащенного типа) указанный выше канал отсутствует.
МДП-транзисторы характеризуются очень большим входным сопротивлением. При работе с такими транзисторами надо предпринимать особые меры защиты от статического электричества. Например, при пайке все выводы необходимо закоротить.
МДП-транзистор со встроенным каналом.
Канал может иметь проводимость как p-типа, так и n-типа. Для определенности обратимся к транзистору с каналом p -типа. Дадим схематическое изображение структуры транзистора (рис. 1.97), условное графическое обозначение транзистора с каналом p-типа (рис. 1.98, а) и с каналом n-типа (рис. 1.98, б). Стрелка, как обычно, указывает направление от слоя p к слою n.
Рассматриваемый транзистор (см. рис. 1.97) может работать в двух режимах: обеднения и обогащения.
Режиму обеднения соответствует положительное напряжение uзи. При увеличении этого напряжения концентрация дырок в канале уменьшается (так как потенциал затвора больше потенциала истока), что приводит к уменьшению тока стока.
Если напряжение uзи больше напряжения отсечки, т. е. если u зи>uзиотс, то канал не существует и ток между истоком и стоком равен нулю.
Режиму обогащения соответствует отрицательное напряжение uзи. При этом, чем больше модуль указанного напряжения, тем больше проводимость канала и тем больше ток стока.
Приведем схему включения транзистора (рис. 1.99).
На ток стока влияет не только напряжение uзи, но и напряжение между подложкой и истоком uпи. Однако управление по затвору всегда предпочтительнее, так как при этом входные токи намного меньше. Кроме того, наличие напряжения на подложке уменьшает крутизну.
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Подложка образует с истоком, стоком и каналом p-n-переход. При использовании транзистора необходимо следить за тем, чтобы напряжение на этом переходе не смещало его в прямом направлении. На практике подложку подключают к истоку (как показано на схеме) или к точке схемы, имеющей потенциал, больший потенциала истока (потенциал стока в приведенной выше схеме меньше потенциала истока).
Изобразим выходные характеристики МДП-транзистора (встроенный p-канал) типа КП201Л (рис. 1.100) и его стокозатворную характеристику (рис. 1.101).
МДП-транзистор с индуцированным (наведенным) каналом.
Канал может иметь проводимость как p-типа, так и n-типа. Для определенности обратимся к транзистору с каналом p-типа. Дадим схематическое изображение структуры транзистора (рис. 1.102), условное графическое обозначение транзистора с индуцированным каналом p -типа (рис. 1.103, а) и каналом n-типа (рис. 1.103, б).
При нулевом напряжении uзи канал отсутствует (рис. 1.102) и ток стока равен нулю. Транзистор может работать только в режиме обогащения, которому соответствует отрицательное напряжение uзи. При этом uиз > 0.Если выполняется неравенство uиз>u из порог, где u из порог — так называемое пороговое напряжение, то между истоком и стоком возникает канал p-типа, по которому может протекать ток.
Канал p-типа возникает из-за того, что концентрация дырок под затвором увеличивается, а концентрация электронов уменьшается, в результате чего концентрация дырок оказывается больше концентрации электронов.
Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Описанное явление изменения типа проводимости называют инверсией типа проводимости, а слой полупроводника, в котором оно имеет место (и который является каналом), — инверсным (инверсионным). Непосредственно под инверсным слоем образуется слой, обедненный подвижными носителями заряда. Инверсный слой значительно тоньше обедненного (толщина инверсного слоя 1 · 10 – 9…5 · 10– 9 м, а толщина обедненного слоя больше в 10 и более раз).
Изобразим схему включения транзистора (рис. 1.104), выходные характеристики (рис. 1.105) и стокозатворную характеристику (рис. 1.106) для МДП-транзистора с индуцированным p-каналом КП301Б.
Полезно отметить, что в пакете программ Micro-Cap II для моделирования полевых транзисторов всех типов используется одна и та же математическая модель (но, естественно, с различными параметрами).
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.
Что такое FET: Руководство по FET | Дизайн электроники на полевых транзисторах
Дэйв из DesignSpark
Как вы относитесь к этой статье? Помогите нам предоставить лучший контент для вас.
Дэйв из DesignSpark
Спасибо! Ваш отзыв получен.
Дэйв из DesignSpark
Не удалось отправить отзыв. Повторите попытку позже.
Дэйв из DesignSpark
Что вы думаете об этой статье?
Я подробно расскажу вам о FET (полевых транзисторах) и расскажу обо всем, что связано с FET, включая определение FET, символ, работу, характеристики, типы и области применения.
Начнем.
Определение:Полевой транзистор (FET) представляет собой трехвыводное электронное устройство, используемое для управления потоком тока с помощью напряжения, подаваемого на его вывод затвора. Три клеммы в этом устройстве называются стоком, истоком и затвором.
- Источник: Это терминал, через который носители заряда попадают в канал.
- Слив: Это терминал, через который носители заряда покидают канал.
-
FET также известны как униполярные транзисторы, в отличие от BJT, которые являются биполярными транзисторами. В полевых транзисторах для процесса проводимости используются либо дырки, либо электроны. Но в процессе проводимости не участвуют оба носителя заряда одновременно. Полевые транзисторы обычно имеют высокий входной импеданс на низких частотах и демонстрируют мгновенную работу, высокую производительность, надежны и дешевы и используются во многих электрических цепях. Низкое энергопотребление и малое рассеивание мощности делают это устройство идеальным для интегральных схем.
Символ:На следующем рисунке показаны символы MOSFET и JFET транзисторов, которые являются двумя основными типами FET транзисторов.
Рабочий:
Полевой транзистор — это электронное устройство, содержащее носители заряда, электроны или дырки, которые текут от клемм истока к стоку через активный канал.
Процесс проводимости управляется подачей входного напряжения на клемму затвора.
Путь тока, который существует между клеммами истока и стока, известен как «канал», который может состоять из полупроводникового материала N-типа или P-типа.
Работу N-канального полевого транзистора можно описать следующим образом, взяв два различных случая:
Случай 1:В случае 1 напряжение на выводе затвора равно нулю, а напряжение Vds приложено между стоком и терминал источника, как показано на рисунке ниже.
В этом случае два pn-перехода по сторонам стержня создают обедненную область. В результате электроны перетекают от истока к стоку через канал, расположенный между обедненными слоями. Ширина канала и проводимость тока через стержень определяются размером обедненных слоев.
Случай 2: Ширина обедненного слоя увеличивается, когда обратное напряжение прикладывается к клеммам затвора и истока Vgs. Это приводит к уменьшению ширины канала проводимости и увеличивает сопротивление стержня n-типа.
Следовательно, ток от клемм истока к стоку уменьшается. Однако, когда напряжение обратного смещения на выводе затвора уменьшается, это также уменьшает ширину обедненного слоя и, как следствие, увеличивает ширину проводящего канала.
Это работа N-Channel JFET, которая работает аналогично P-Channel JFET. Разница только в носителях заряда. В случае N-канального JFET носителями заряда являются электроны, а в случае P-канального JFET — дырки.
Характеристики:
На следующем рисунке показаны кривые характеристики JFET:
A: Омическая область:в области OHMIC, когда vgs = 0 jfte as will will withrtage as vgs = 0 jfte as withrtage as vgs = 0 jfte as will will will will will will will will will will will will will will withr vtrtage as vgs = 0. -управляемый резистор и несет в себе очень малое обеднение слоя канала.
B: Область отсечки: Область отсечки также называется областью отсечки, где напряжения на затворе Vgs достаточно, чтобы JFET вел себя как разомкнутая цепь, поскольку сопротивление канала максимум.
Область насыщения также называется активной областью, где проводимость устройства очень высока, что контролируется приложенным напряжением на клеммах затвора и истока Vgs. В этом случае напряжение сток-исток Vds практически не влияет.
D: Область пробоя:В этой области напряжение на клеммах истока и стока Vds очень высокое, что приводит к пробою резистивного канала JFET и позволяет протекать неконтролируемому максимальному току.
Ток стока Id увеличивается линейно с напряжением на клеммах истока и стока Vds. По мере увеличения Id омическое падение напряжения в области канала и на выводе истока будет смещать переход в обратном направлении, и в результате проводимость канала остается постоянной. Напряжение Vds в этом положении известно как напряжение «отсечки».
Types:The FET transistors are divided into two main types:
1: JFET
2: MOSFET
1: JFET JFET (Junction Field Effect Transistor) is a three-terminal electronic устройство и представляет собой тип полевого транзистора, который в основном используется для разработки усилителей и используется в качестве переключателей с электрическим управлением.
JFET находится во включенном состоянии, когда между клеммами истока и затвора отсутствует напряжение. Однако, когда напряжение подается на клеммы истока и затвора, это устройство будет оказывать сопротивление потоку тока и пропускает только ограниченный ток между клеммами истока и стока.
JFET делятся на два типа:
- N-канальные JFET, в которых проводимость осуществляется движением электронов.
- P-Channel JFET, в котором проводимость осуществляется за счет движения отверстий.
N-канальные JEFT предпочтительнее P-канальных JFET во многих электронных приложениях, поскольку подвижность электронов лучше, чем подвижность дырок.
2: МОП-транзистор МОП-транзистор (полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника) представляет собой полупроводниковое устройство, в основном используемое для усиления и переключения в электронных устройствах.
МОП-транзистор — это устройство, управляемое напряжением, поскольку входное напряжение на клемме затвора определяет проводимость между клеммами истока и стока.
МОП-транзисторы подразделяются на два основных типа:
- N-канальные МОП-транзисторы, в которых проводимость осуществляется за счет движения электронов. Этот транзистор обладает высокой эффективностью, имеет низкое сопротивление и занимает меньшую площадь.
- P-Channel MOSFET, в котором проводимость осуществляется за счет движения отверстий. Этот транзистор менее эффективен, обладает большим сопротивлением и занимает большую площадь.
Приложения:
Полевые транзисторы используются в следующих приложениях.
- Аналоговый переключатель
- Ограничитель тока
- Каскодный усилитель
- Измельчитель
- Генераторы фазового сдвига
- Мультиплексор
- Буферный усилитель
Надеюсь, эта статья оказалась для вас полезной.
Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете связаться со мной в разделе ниже. Я хотел бы помочь вам как можно лучше. Спасибо за прочтение статьи.
Поделиться этой записью
thumb_upLike star_borderПодписаться на статью
Привет, я студент электротехнического факультета. Сейчас работаю в магазине электроники. Я работаю там на электрических компонентах. Там я узнаю много полезных практических концепций. С другой стороны, я даю онлайн-обучение некоторым старшеклассникам. Я люблю электрические и электронные устройства и планирую получить степень магистра в области электроники.
Рекомендуемые статьи
Графеновый полевой транзистор как зонд электронной структуры и переноса заряда на границах раздела органическая молекула–графен
Графеновый полевой транзистор как зонд электронной структуры и переноса заряда на границах раздела органическая молекула–графен†
Иржи
Червенка* и Похожий
Буди, ‡ и Николай
Дончук, и Аластер
Стейси, и Антон
Тадич, до н.
э. Кевин Дж.
Ритвик, § с Алекс
Шенк, с Марк Т.
Эдмондс, cd Юйфэн
Инь, и Нихил
Медхекар, и Мартин
Калбак ф а также
Крис И.
Пакес с
Принадлежности автора
* Соответствующие авторы
и Школа физики Мельбурнского университета, Виктория 3010, Австралия
Электронная почта: jiri.
б Австралийский синхротрон, 800 Клейтон, Виктория 3168, Австралия
в Факультет физики, Университет Ла Троб, Виктория 3086, Австралия
д Школа физики Университета Монаша, Виктория 3800, Австралия
и Департамент материаловедения, Университет Монаш, Виктория 3800, Австралия
ф Институт физической химии имени Дж.
Гейровского АНКИ, т. в. и., Прага, Чехия
Аннотация
Электронная структура физисорбированных молекул, содержащих гетероциклы ароматического азота (триазин и меламин) на графене, изучена с использованием комбинации методов электронного транспорта, рентгеновской фотоэмиссионной спектроскопии и расчетов по теории функционала плотности. Было обнаружено, что межфазная электронная структура и перенос заряда слабосвязанных молекул на графене определяются различиями в работе выхода, молекулярными дипольными моментами и эффектами поляризации. Мы показываем, что молекулярная деполяризация играет существенную роль в этих механизмах переноса заряда даже при субмонослойном покрытии, особенно для молекул, обладающих сильными диполями. Измерения электронного транспорта показывают снижение проводимости графена и подвижности носителей заряда при адсорбции физико-сорбированных молекул.