ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Цель: Ознакомить курсантов с принципом работы полевых транзисторов, конструктивными особенностями, схемами включения. План Полевой транзистор - прибор управляемый электрическим полем Устройство полевого транзистора с изолированным затвором Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом Вольтамперные характеристики полевых транзисторов Схемы включения полевых транзисторов 1. Полевой транзистор - прибор управляемый электрическим полем Униполярными или полевыми транзисторами называются трех электродные полупроводниковые приборы, в которых ток создают основные носители заряда под действием продольного электрического поля, а управление величиной тока осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным к управляющему электроду. Оба названия этих транзисторов достаточно точно отражают их основные особенности: Прохождение тока в канале обусловлено только одним типом зарядов – униполярный. Управление током канала осуществляется осуществляется при помощи электрического поля. Электроды, подключенные к каналу, называются стоком (Drain) и истоком (Source), а управляющий электрод называется затвор (Gate). Напряжение управления, которое создает поле в канале прикладывается между затвором и истоком. В зависимости от выполнения затвора полевые транзисторы делятся на две группы: с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором. 2. Устройство полевого транзистора с изолированным затвором Устройство полевого транзистора с изолированным затвором (ПТИЗ) приведено на рисунке 1, а, а полевого транзистора с управляющим переходом (ПТУП) – 1, б. Рис. 1. Устройство униполярного транзистора с изолированным затвором В полевых транзисторах с изолированным затвором электрод затвора изолирован от полупроводникового канала с помощью слоя диэлектрика из двуокиси кремния SiO. Электроды стока и истока располагаются по обе стороны затвора и имеют контакт с полупроводниковым каналом. Ток утечки затвора пренебрежительно мал даже при повышенных температурах. Полупроводниковый канал может быть обеднен носителями зарядов или обогащен ими. При обедненном канале электрическое поле затвора повышает его проводимость поэтому канал называется индуцированным. Если канал обогащен носителями зарядов, то он называется встроенным. Электрическое поле затвора в этом случае приводит к обеднению канала носителями зарядов. Проводимость канала может быть электронной или дырочной. Если канал имеет электронную проводимость, то он называется n-каналом. Канал с дырочной проводимостью называются p-каналом. В результате полевые транзисторы с изолированным затвором могут быть четырех типов: с каналом n или p-типа, каждый из которых может иметь индуцированный или встроенный канал. Условные схематические изображения этих транзисторов приведены на рисунке. индуцированный встроенный индуцированный встроенный n-типа p-типа Рис 2 Графическое обозначение транзисторов содержит максимальную информацию о его устройстве. Канал транзистора изображается вертикальной штриховой или сплошной линией. Штриховая линия обозначает индуцированный канал. Сплошная линия обозначает встроенный канал. Исток и сток действуют как невыпрямляющие контакты, поэтому изображаются под прямым углом к каналу. Подложка изображается как электрод со стрелкой, направление которой указывает тип проводимости канала. Затвор изображается вертикальной линией, параллельной каналу. Вывод затвора обращен к электроду истока. 3. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом Приведено на рис. 3. В таком транзисторе затвор выполнен ввиде обратно смещенного p-n перехода. Изменение обратного напряжения на затворе позволяет регулировать ток в канале. На рисунке приведен полевой транзистор с каналом p-типа и затвором выполненным из областей n-типа. Увеличение обратного напряжения на затворе приводит к снижению проводимости канала, поэтому полевые транзисторы с управляющим p-n переходом работают только на обеднение канала носителями зарядов. Рис. 3. Устройство униполярного транзистора с управляющим p-n переходом Условное схематическое изображение полевых транзисторов с управляющим p-n переходом приведено на рисунке. Поскольку ПТУП могут работать только с обеднением канала, то наличие встроенного канала показано на этом изображении сплошной линией, которая имеет контакты с электродами стока и истока. Направление стрелки на выводе затвора указывает тип проводимости канала. n-канал анал Условные обозначения полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом 4. Вольтамперные характеристики полевых транзисторов Таким образом полный набор полевых транзисторов, имеющихся в справочной литературе, исчерпывается шестью разновидностями. Их типовые передаточные характеристики приведены на рисунке 4. Рис. 4. Передаточные характеристики полевых транзисторов Пользуясь этими характеристиками, можно установить полярность управляющего напряжения, направление тока в канале и диапазон изменения управляющего напряжения. Рассмотрим некоторые особенности этих характеристик. Все характеристики ПТ с каналом n-типа расположены в верхней половине графика и, следовательно, имеют положительный ток, что соответствует положительному напряжению на стоке. Все характеристики ПТ с каналом р-типа расположены в нижней половине графика и, следовательно, имеют отрицательный ток, что соответствует отрицательному напряжению на стоке. Характеристики ПТУП при нулевом напряжении на затворе имеют максимальное значение тока, которое называется начальным Iс.нач. При увеличении запирающего напряжения ток стока уменьшается и при напряжении отсечки Uотс становиться близким к нулю. Характеристики ПТИЗ с индуцированным каналом при нулевом напряжении на затворе имеют нулевой ток. Появление тока стока в таких транзисторах происходит при напряжении на затворе больше порогового значения Uпор. Увеличение напряжения на затворе приводит к увеличению тока стока. Характеристики ПТИЗ со встроенным каналом при нулевом напряжении на затворе имеют начальное значение тока стока Iс.нач. Такие транзисторы могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения. При увеличении напряжения на затворе канал обогащается и ток стока растет, а при уменьшении напряжения на затворе канал обедняется, и ток стока снижается. На рисунке приведены выходные вольтамперные характеристики ПТУП с каналом n-типа. Характеристики других типов транзисторов имеют аналогичный вид, но отличаются напряжением на затворе и полярностью приложенных напряжений. На этих вольт амперных характеристиках можно выделить две области: линейную и насыщения. В линейной области ВАХ вплоть до точки перегиба представляют собой прямые линии, наклон которых зависит от напряжения на затворе. В области насыщения ВАХ идут практически горизонтально, что позволяет говорить о независимости тока стока от напряжения на стоке. Особенности этих характеристик обуславливают применение полевых транзисторов. В линейной области полевой транзистор используется как сопротивление, управляемое напряжением на затворе, а в области насыщения – как усилительный элемент. Схемы включения полевых транзисторов Полевые транзисторы применяются в трех схемах включения (рис. 13.8): с общим истоком (ОИ), с общим затвором (ОЗ) и с общим стоком (OС). Основным и наиболее распространенным является каскад с общим истоком. Принципиальная схема такого каскада приведена на рис. 13.9. Резистор RCв цепи стока выполняет функцию сопротивления нагрузки усилителя, цепочка RИСИ в цепи истока служит для получения напряжения автоматического смещения и выбора рабочей точки на стоко-затворной характеристике полевого транзистора (рис. 7.24). Резистор RЗ в цепи затвора позволяет подать постоянное напряжение смещения на участок затвор — исток. Что же касается разделительных конденсаторов СР1 и СР2, то их назначение ничем не отличается от аналогичных элементов в схеме на биполярном транзисторе (см. рис. 13.4). studfiles.net Включение ПТ с управляющим p-n переходом и каналом n типа в схемы усилительных каскадов с общим истоком и общим стоком показано на рис.8.5, а, б. Рис.8.5. Включение ПТ в схемы: Постоянное напряжение Е1 обеспечивает получение определенного значения тока стока IС=E/(rСИ +RН) в зависимости от сопротивления канала rСИ. При подаче входного усиливаемого напряжения UВХ потенциал затвора меняется, а соответственно меняются и токи стока и истока, а также падение напряжения на резисторе RН. Приращение падения напряжения на резисторе RН при большом его значении гораздо больше приращений входного напряжения. За счет этого осуществляется усиление сигнала. Ввиду малой распространенности включение с общим затвором не показано. При изменении типа проводимости канала меняются только полярности приложенных напряжений и направления токов. Включение МОП транзисторов в схемах показано на рис.8.6. Рис.8.6. Включение МОП транзисторов с каналом n-типа: audioakustika.ru Полевой транзистор — это устройство с тремя или четырьмя контактами, в котором ток на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. Поэтому их называют полевыми. Контакты: Полевой транзистор с п – р переходом – особый вид транзисторов, которые служат для управления током. Он отличается от простого обычного тем, что ток в нем проходит, не пересекая зоны р — n перехода, зоны, образующейся на границы этих двух зон. Размер р — n зоны регулируется. Полевые транзисторы с п – р переходом делят на классы: Классы делятся по принципу работы: По-простому, как работает полевой транзистор с управляющим р-п переходом, можно сказать так: радиодеталь состоит из двух зон: р — перехода и п — перехода. По зоне п течет электрический ток. Зона р – перекрывающая зона своего рода вентиль. Если на нее сильно надавить, она перекрывает зону для прохождения тока и его проходит меньше. Или, если давление снизить пройдет больше. Такое давление осуществляют увеличением напряжения на контакте затвора, находящегося в зоне р. В случае изолированного затвора, на нем расположен тонкий слой диэлектрика. Этот вид устройства работает на принципе электрического поля. Чтобы разрушить его достаточно небольшого электричества. Поэтому для защиты от статического напряжения, которое может достигать тысяч вольт, создают специальные корпуса приборов — они позволяют минимизировать воздействие вирусного электричества. Рассматривая работу сложной электронной техники, как работу полевого транзистора (как одного из компонентов интегральной схемы) сложно представить, что основных направления его работы пять: Модуляция применяется для управления информационным сигналом. Сигнал управляет частотой колебания. Модуляция применяется для качественного звукового сигнала в радио, для передачи звукового ряда в телевизионных передачах, трансляции цвета и телевизионного сигнала высокого качества. Она применяется везде, где требуется работа с материалом высокого качества. Как усилитель полевой транзистор упрощенно работает так: графически любой сигнал, в частности, звуковой ряд, можно представить в виде ломаной линии, где ее длина – это время, а высота изломов частота звука. Для усиления звука на радиодеталь подают мощное напряжение, которое приобретает необходимые частоты, но с более большими значениями, за счет подачи слабого сигнала на управляющий контакт. Другими словами, устройство пропорционально перерисовывает изначальную линию, но с более высокими пиковыми значениями. Первым прибором, поступившим в продажу, где использовался полевой транзистор с управляющим p-n переходом, был слуховой аппарат. Его появление зафиксировано в пятидесятых годах прошлого века. В промышленных масштабах их применяли в телефонных станциях. На заводах транзисторное оборудование применяется для регуляторов мощности станков. В транспорте от работы оборудования на поездах и локомотивов, до системы впрыска топлива частных автомобилей. В ЖКХ от систем диспетчеризации, до систем управления уличным освещением. Одна из важнейших областей применения транзисторов – производство процессоров. По сути, весь процессор состоит из множества миниатюрных радиодеталей. Но при переходе на частоту работы выше 1,5 ГГц, они лавинообразно начинают потреблять энергию. Поэтому производители процессоров пошли по пути многоядерности, а не путем увеличения тактовых частот. Полевые транзисторы своими характеристиками оставили далеко позади другие виды устройства. Широкое применение они нашли в интегральных схемах в роли выключателей. Плюсы: Минусы: Характеристики полупроводниковых материалов, взятых за основу полевых транзисторов, позволили применять устройства в быту и производстве. На основе плевых транзисторов создали бытовую технику в привычном для современного человека виде. Обработка высококачественных сигналов, производство процессоров и других высокоточных компонентов невозможна без достижений современной науки. instrument.guru Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, ток в котором создаётся основными носителями зарядов (только электронами или только дырками). Заряды перемещаются в области, которая называется канал. Электрод, через который ток втекает в транзистор, называетсяисток(И). Прошедшие через канал заряды выходят из него через электрод, который называетсясток(С). Движением зарядов управляет электрод, который называетсязатвор(З). Классификация. В зависимости от типа проводимости канала различают полевые транзисторы с каналом типаpи типаn, а в зависимости от способа выполнения затвора – с управляющимp-nпереходом и с изолированным затвором. Условное графическое обозначение полевых транзисторов представлено на рис. 12.1. Стрелка показывает направление от слояpк слоюn. Тип затвора Канал n-типа Канал p-типа С управляющим p-n переходом С изолированным затвором и встроенным каналом С изолированным затвором и индуцированным каналом Рис. 12.1. Условное графическое обозначение полевых транзисторов В 1926 году был открыт полевой эффект и указан его недостаток - поверхностные волны в металле не позволяли проникать полю затвора в канал. Однако в 1952 году Уильям Шокли исследовал влияние управляющего p-nперехода на ток в канале, а в 1959 году Джон Аталла и Дэвон Канг из Bell Labs изготовили полевой транзистор с изолированным затвором по технологии МОП металлический (Al) затвор, изолятор оксид кремния (SiO2) и канал-полупроводник (Si). Система обозначений транзисторов была рассмотрена в лекции 6, и для полевых транзисторов, как и для биполярных, установлена отраслевым стандартом ОСТ 11336.919 – 81 и его последующими редакциями. Рассмотрим физические процессы, происходящие в полевом транзисторе с управляющим p-nпереходом и каналомn-типа, схематичное изображение которого представлено на рис. 12.2. Рис. 12.2. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом и каналом n-типа Такая конструкция, в которой электроды расположены в одной плоскости, называется планарной. В исходном полупроводниковом материале методом диффузии создаётся легированная область n– канал. Затем на поверхности образуют сток, исток и затвор таким образом, что канал получается под затвором. Нижняя область исходного полупроводника – подложка – обычно соединяется с затвором. Исток подключают к общей точке источников питания, и напряжения на стоке и затворе измеряют относительно истока. Изменение проводимости канала осуществляется изменением напряжения, прикладываемого к p-n переходам затвора и подложки. На рис. 12.3. представлены графики статических характеристик. Поскольку ток затвора не зависит от напряжения UЗИ, входная характеристика отсутствует. Вместо неё применяется сток - затворная характеристика передачи. Выходная характеристика – это зависимость тока стока от напряжения на стоке при фиксированном напряжении на затворе. Рис. 12.3. Статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-nпереходом При UЗИ= 0 толщинаp-n – переходов затвора и подложки минимальна, канал «широкий» и проводимость его наибольшая. Под действием напряжения UСИпо каналу будет проходить ток, создаваемый основными носителями зарядов – электронами. На участке напряжений от 0 доUСИ.НАСток будет нарастать и достигнет величиныIС.нач– начального тока стока. Дальнейшее увеличение напряжения на стоке повышает напряжённость поля в запорном слоеp-n переходов затвора и подложки, но не увеличивает ток стока. Когда напряжение на стоке достигнет UСИ.макс, может наступить электрический пробой по цепи сток – затвор, что показывает вертикальная линия роста тока на выходной характеристике. Если отрицательное напряжение на затворе увеличивать, то, в соответствии с эффектом Эрли, толщина p-n – переходов затвора и подложки начнёт увеличиваться за счёт канала, сечение канала будет уменьшаться. Ток стока будет ограничен на меньшем уровне. Если и дальше увеличивать отрицательное напряжение на затворе, то, при некоторой его величине, называемой напряжением отсечки UЗИотс,p-n переходы затвора и подложки сомкнутся и перекроют канал. Движение электронов в канале прекратится, ток стока будет равен нулю, и не будет зависеть от напряжения на стоке. Следовательно, полевой транзистор с управляющим p-n–переходом до напряжения на стоке UСИ.НАС работает как регулируемое сопротивление, а на горизонтальных участках выходных характеристик может использоваться для усиления сигналов в режиме нагрузки. studfiles.net канал n – типа канал p – типа Тепловые параметры полевого транзистора характеризуют его устойчивость при работе в диапазоне температур. При изменении температуры свойства полупроводниковых материалов изменяются. Это приводит к изменению параметров полевого транзистора, в первую очередь , тока стока, крутизны и тока утечки затвора. Зависимость изменения тока стока от температуры определяется двумя факторами: контактной разностью потенциалов р-п перехода и изменением подвижности основных носителей заряда в канале. При повышении температуры контактная разность потенциалов уменьшается, сопротивление канала падает, а ток увеличивается. Но повышение температуры приводит к уменьшению подвижности носителей заряда в канале и тока стока. При определенных условиях действие этих факторов взаимнокомпенсируется и ток полевого транзистора перестает зависеть от температуры. На рис. 5. приведены стокозатворные характеристики при различных температурах окружающей среды и указано положение термостабильной точки. Зависимость крутизны характеристики от температуры у полевых транзисторов такая же как и у тока стока. С ростом температуры ток утечки затвора увеличивается. Хотя абсолютное изменение тока незначительно , его надо учитывать при больших сопротивлениях в цепи затвора. В этом случае изменение тока утечки затвора может вызвать существенное изменение напряжения на затворе полевого транзистора и режима его работы. Температурная зависимость тока утечки затвора полевого транзистора с р-п переходом приведена на рис. 6 . В полевом транзисторе с изолированным затвором ток затвора практически не зависит от температуры. Рис. 5. Сток - затворные характеристики полевого транзистора при разных температурах. Этот транзистор имеет структуру металл - диэлектрик - полупроводник и может быть двух типов: с индуцированным каналом (рисунок 4.4, а) и с встроенным каналом (рисунок 4.4, б). Если основой транзистора является кремний, то диэлектриком может быть слой окиси кремния, поэтому такую структуру чаще всего называют МОП-транзистор (металл - окисел - полупроводник). Транзистор с индуцированным каналом имеет области истока n+ и стока n+, выводы от которых выполнены путем металлизации через отверстия в двуокиси кремния. На слой двуокиси окиси кремния напыляют слой алюминия, служащий затвором. Можно считать, что алюминиевый затвор и полупроводниковый материал p-типа образуют плоский конденсатор с окисным диэлектриком. а)б) Рис. 4.4. Структура МДП ПТ с индуцированным (а) и встроенным (б) каналами. Если на затвор подать положительное напряжение, то положительный заряд обкладки затвора индуцирует соответствующий отрицательный заряд в полупроводниковой области канала. С возрастанием положительного напряжения этот заряд, созданный притянутыми из глубины p-области проводника электронами, которые являются неосновными носителями, превращает поверхностны слой полупроводника p-типа в проводящий канал n-типа, соединяющий исходные n+-области истока и стока. Поэтому уменьшается сопротивление материала между истоком и стоком, что ведет к увеличению тока стока. Таким образом, благодаря электростатической индукции между истоком и стоком при достижении напряжения UЗИ ПОР происходит инверсия типа проводимости полупроводника. Слой полупроводника p-типа превращается в полупроводник n-типа. До инверсии сопротивление между истоком и стоком определяется сопротивлением закрытого перехода, так как до инверсии имеет место структура n+-р-n+. После инверсии образуется n-проводимость и структура становится n+-n-n+. Меняя напряжение на затворе, можно управлять током стока. Если взять подложку n-типа, то можно построить МДП-транзистор с индуцированным p-каналом, который управляется отрицательным напряжением на затворе. Транзистор с встроенным каналом имеет конструкцию, подобную предыдущей. Между истоком и стоком методом диффузии создают слаболегированный канал c проводимостью n--типа при проводимости подложки p-типа. Возможно другое сочетание. Канал имеет проводимость p-типа, а подложка — проводимость n-типа. В отсутствие напряжения на затворе (рис. 4.4, б) ток между истоком и стоком определяется сопротивлением n--канала. При отрицательном напряжении на затворе концентрация носителей заряда в канале уменьшится (канал обедняется носителями) и в нем появляется обедненный слой. Сопротивление между истоком и стоком увеличивается и ток уменьшается. При положительном напряжении на затворе в канале индуцируется дополнительный отрицательный заряд (канал обогащается носителями) и ток стока увеличивается, потому что, увеличивается его проводимость. Полевой транзистор как 4-хполюсник g11 – водная проводимость g12 – коэф выходной передачи g21 – коэф входной передачи g22 – выходная проводимость studfiles.net Полевые транзисторы служат опорой современной микроэлектроники. Без них не было бы ни СБИС, ни ПЛИС, ни MK. Все современные компьютеры, мобильные телефоны, ноутбуки построены на полевых транзисторах, и достойной альтернативы им пока не видно. На выходах портов MK находятся каскады с полевыми транзисторами. Казалось бы, что подключить к ним ещё одного полевого «тёзку» — проще простого. Однако новичок-радиолюбитель впадает в шоковое состояние, узнав, что существуют десятки разновидностей полевых транзисторов с разной структурой проводимости, разной топологией изоляции затвора, разной технологией легирования канала, разными фирменными названиями и брэндами, а также разными условными графическими изображениями на электрических схемах. К счастью, в цифровой, импульсной и преобразовательной технике, как правило, используются полевые МДП-транзисторы с изолированным затвором, имеющие n- или -проводимость канала. Это достаточно узкий класс электронных приборов, хорошо исследованный и легко поддающийся изучению. Для прямого сопряжения с MK подойдут те полевые транзисторы, которые имеют низкое напряжение отсечки «затвор — исток» (параметр Gate Theshold Voltage в пределах 0.5…2.5 В). Технологические достижения последнего десятилетия сделали такие транзисторы малогабаритными и дешёвыми. Мощные полевые транзисторы обычно подключаются к MK через буферные каскады. Если сравнивать полевые и биполярные транзисторы, то выводы «база — коллектор — эмиттер» (Base — Collector — Emitter) в первом приближении эквивалентны выводам «затвор — сток — исток» (Gate — Drain — Source). Соответственно, схемы ключевых каскадов у них будут очень похожими. Из отличий — полевые транзисторы управляются напряжением, а не током. Они имеют высокое входное и низкое выходное сопротивление, что улучшает экономичность. С другой стороны, большая ёмкость перехода «затвор — исток» 100…3000 пФ снижает быстродействие, а значительный технологический разброс параметров заставляет проектировать схемы с перестраховкой и с запасом «на всякий пожарный случай». На Рис. 2.69, а…ж и Рис. 2.70, a…r приведены схемы ключевых каскадов соответственно с одним и двумя полевыми транзисторами. На Рис. 2.71, a…r представлены варианты совместного включения полевых и биполярных транзисторов. Таблица 2.11. Параметры полевых транзисторов В Табл. 2.11 приведены типовые параметры полевых транзисторов разной мощности. Транзисторы с я-каналом аналогичны транзисторам структуры п—р—п, а транзисторы с -каналом — транзисторам структуры р—п—р. Только вот стрелки на условном изображении полевых транзисторов имеют направление, прямо противоположное своим биполярным аналогам. Рис. 2.69. Схемы подключения одного полевого транзистора к MK (начало): а) классический инвертирующий ключ на л-канальном транзисторе VT1. Главным параметром при выборе транзистора является напряжение отсечки затвора, которое при рабочем токе нагрузки RH не должно превышать напряжение питания MK. Резистор R3 (R1) сопротивлением 51…510 кОм ставят, чтобы транзистор VT1 был закрыт в следующих случаях: при рестарте MK, при срабатывании супервизора просадок питания, при пропадании напряжения +5 В, при переводе линии MK в Z-состояние. Резистор R3 ускоряет разряд ёмкости затвора. Резистор R2 защищает линию MK от наводок большой амплитуды через цепь затвора со стороны стока при коммутации мощных нагрузок. Он обязателен при высоких напряжениях в нагрузке и большом уровне помех. Резисторы R1, R3 допускается не ставить, если нагрузка не критична к случайным включениям. По большому счёту затвор полевого транзистора VT1 в данной схеме может «висеть в воздухе», поскольку его защищают от статического электричества внутренние диоды MK; б) диоды VD1, VD2 ставят для защиты полевого транзистора VT1 от выбросов напряжения в индуктивной нагрузке и для снижения помех в цепи питания. Современные полевые транзисторы серии MOSFET имеют встроенные мощные диоды, аналогичные VD2. Резисторы R1, R2 можно не ставить при низких напряжениях и резистивной нагрузке; в) гальванически изолированое включение/выключение транзистора VT1. На выходе MK генерируется ВЧ-сигнал, который выпрямляется и фильтруется элементами VD1…VD4, C3, R2. Стабилитрон VD5 защищает затвор транзистора VT1. Трансформатор T1 наматывается на кольце из феррита N30, обмотка I содержит 15, а обмотка II — 30 витков провода ПЭВ-0.2; г) ключ на полевом -канальном транзисторе VT1 эквивалентен ключу на биполярном транзисторе р—п—р. При ВЫСОКОМ уровне на выходе МК транзистор VT1 закрыт, а при переводе в режим входа с Z-состоянием транзистор открывается из-за наличия резистора R1\ О О Рис. 2.69. Схемы подключения одного полевого транзистора к MK (окончание): д) предохранитель FU1 срабатывает при аварийном токе в нагрузке RH; е) часть схемы электронного дверного звонка. Защита транзистора VT1 производится варторами RU1, RU2n конденсатором C1. Индикатор прихода гостей — светодиод HL1\ ж) диод VD1 защищает линию МК от высокого напряжения при пробое транзистора VT1 и от наведенных помех при наличие мощной индуктивной нагрузки RH. а) последовательное включение n- и -канальных транзисторов VT1, VT2 для коммутации «высоковольтной» нагрузки RH. Диод VD1 ускоряет разряд ёмкости затвора транзистора VT1\ б) параллельное включение двух полевых транзисторов для увеличения тока нагрузки; в) DA1 — это специализированный драйвер (фирма International Rectifier), обслуживающий мощные полевые транзисторы VT1, VT2 (ток до 1.5 А). Диод VD1 повышает надёжность; О О Рис. 2.70. Схемы подключения двух полевых транзисторов к MK (окончание): г) преобразователь постоянного напряжения 12 В в переменное напряжение 220 В (DC/AC). Двухтактный каскад на транзисторах K77, VT2 управляется буферной логической микросхемой DD1. Сигналы с выходов МК должны быть противофазными, но с небольшой «бестоковой» паузой, равной 10% от длительности периода (для устранения сквозныхтоков и повышения КПД). Конденсатор С/ компенсирует реактивность обмотки трансформатора T1 и приближает форму выходного сигнала 50 Гц к синусоиде. Рис. 2.71. Схемы подключения одного полевого и одного биполярного транзисторов к MK (начало): а) буферный биполярный транзистор VT1 управляет мощным полевым транзистором VT2. Подбором резистора R4 можно уменьшить выбросы напряжения на стоке транзистора VT2, возникающие в момент переключения сигнала; б) биполярный ключ на транзисторе VT1 (возможная замена KT503) ускоряет разряд ёмкости затвора мощного полевого транзистора VT2. Конденсатор C1 увеличивает крутизну фронта сигнала, поступающего с выхода MK. Резистор R1 обеспечивает открытое состояние транзистора VT1 и закрытое состояние транзистора VT2 при рестарте MK; О О Рис. 2.71. Схемы подключения одного полевого и одного биполярного транзисторов к MK (окончание): в) резисторы R1, R2 одновременно не дают «висеть в воздухе» базе транзистора VT1 и затвору транзистора VT2npu рестарте MK; г) маломощный биполярный транзистор VT1, как правило, дешевле полевого аналога, а полевой транзистор VT2 обеспечивает более низкое падение напряжения в открытом состоянии, чем биполярный аналог. Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»). nauchebe.net Для всего большого количества разнообразных полевых транзисторов (ПТ) характерно наличие трёх основных электродов, сопоставимых с соответствующими электродами биполярного транзистора (исток-эмиттер,затвор-база,сток-коллектор).Основные типы ПТ, отличающиеся технологией изготовления, полярностью напряжения питания и параметрами, а также их входные и выходные характеристики представлены на рис. 3.16, а – ж. Основное деление полевых транзисторов осуществляется по типу проводимости канала. Различают ПТ с каналомn-типаир-типа.Тип канала определяет полярность напряжения питания цепи стока. На рис. 3.16, а – б представлены транзисторы с затвором в виде управляемого p-n-переходас каналами n- иp-типасоответственно. 82 Рабочая область напряжений между затвором и истоком для транзистора (см. рис. 3.16, а) находится в промежутке от UЗ = 0 до–UOTC.Для транзисторов сp-каналом(рис. 3.16, б) эта область лежит справа от UЗ = 0. Рис. 3.16, в – е относятся к ПТ с изолированным затвором и с встроенным каналом (рис. 3.16, в – каналn-типа;рис. 3.16, г – каналp-типа).Постоянное напряжение на затворах этих транзисторов может быть как положительным так и отрицательным. На рис. 3.16, д – е представлены ПТ с изолированным затвором и с индуцированным каналом (рис. 3.16, д – каналn-типа;рис. 3.16, е - каналp-типа).Их рабочие области находятся соответственно справа и слева от UЗ = 0. Выходные характеристики для всех типов транзисторов имеют одинаковую форму (рис. 3.16, ж), но при этом следует учитывать, что на сток транзисторов с n- каналом подается положительное напряжение, а сp-каналом– отрицательное. Существующие различия между типами ПТ, технологиями их изготовления, полярностями напряжений на электродах и т.д. не оказывают заметного влияния на вид эквивалентной схемы, применяемой для описания работы усилительных устройств, собранных на этих транзисторах. Это обстоятельство позволяет использовать для дальнейшего анализа только один тип транзистора (с управляемымp-n-переходоми каналомn-типа).При этом проведенный анализ в равной мере будет относиться и ко всем остальным типам ПТ. Принципиальная схема каскада с общим истоком представлена на рис. 3.17. CЗС R1 ССИ u2=uСИ R2 СЗИ E1 u1=uЗИ I0C E0З E0C iC Рис. 3.17 Переход затвор-истоквсегда включается в обратном направлении, следовательно, постоянный ток в цепи затвора не протекает. Постоянный ток стока I0C течёт от +E0C через R1, от стока к истоку и возвращается к–Е0C.Приложенное к затвору в настоящий момент положительное мгновенное значение напряжения источника сигнала приводит к увеличению тока стока. Это означает, что переменная составляющая тока стока iC в рассматриваемый момент времени протекает в ту же сторону, что и постоянная составляющая. Переменный ток стока, протекая по сопротивлению R2, создаёт на нём падение напряжения u2 с плюсом внизу и минусом вверху. Таким образом, схема с общим истоком меняет фазу усиливаемого сигнала на 1800. Эквивалентная схема каскада представлена на рис. 3.18, а. На этой схеме крутизна транзистора S определяется как отношение приращения тока стока ∆iC к приращению напряжения на затворе ∆uЗ при постоянном напряжении на сто- ке uC = const: S = ∆iC . ∆uЗ З С R1 CЗС Е1 u1 = uЗ SuЗ Ri u2 = uC R2 RЗ CЗИ ССИ а И И З С R1 E1 u1 = uЗ С0 u2 = uC R2 б RЗ SuЗ Ri CCИ И И Рис. 3.18 Крутизну полевого транзистора можно определить из аналитического выражения для его вольтамперной характеристики. Такая характеристика приведена на рис. 3.16, а, а ее аналитическое выражение имеет вид IC = ICH (1− uЗ )2 . (3.33) UOTC Для этого надо взять производную от выражения (3.33) по напряжению на затворе при uЗ, соответствующему положению рабочей точки: S =dIC =2 ICH ( uЗ −1) . (3.34) UOCT duЗ UOTC Внутреннее сопротивление полевого транзистора Ri можно определить по выходным характеристикам, найдя отношение приращения напряжения на стоке к приращению тока стока при постоянном напряжении на затворе: Ri = ∆uC . (3.35) ∆iC Величины междуэлектродных емкостей СЗИ, СЗС и ССИ обычно приводятся в справочнике. Сопротивление закрытого переходазатвор-истокRЗ стремится к бесконечности и обычно его влиянием на работу каскада пренебрегают, так как ток через него стремится к нулю. Сквозной коэффициент усиления на низких частотах равен КЕ= u2 = uЗ u2 = RЗ SRiR2 . (3.36) E E R + R u З 1 З Ri + R 2 1 1 Обычно сопротивление RЗ имеет очень большую величину, особенно у транзисторов с изолированным затвором, поэтому первая дробь в выражении (3.36) практически всегда равна единице. Вторая дробь этого выражения также существенно упрощается, если учесть, что Ri>R2. С учётом этих замечаний выражение для КЕ принимает совсем простой вид: Увеличение сопротивления нагрузки до определённой величины ведёт к пропорциональному увеличению коэффициента усиления. Однако далее этот рост замедляется, а затем коэффициент усиления даже начнёт уменьшаться, так как с ростом R2 ухудшаются условия питания канала транзистора (уменьшается напряжение на стоке), что приводит к снижению крутизны и появлению заметных нелинейных искажений. Для анализа частотных свойств необходимо определить входную динамическую ёмкость каскада С0 (см. рис. 3.18, б). Методика её определения для полевого транзистора является такой же, как и при выводе выражения (3.20) для динамической ёмкости биполярного транзистора. Однако в данном случае необходимо учитывать также ёмкость монтажа, так как её величина оказывается соизмерима с динамической ёмкостью полевого транзистора. Таким образом, входная динамическая ёмкость каскада на ПТ, включенном по схеме с общим истоком, описывается следующим выражением: С0 = СЗИ + СЗС(1+ SR2 ) + CM . (3.37) Из рис. 3.18, б видно, что частотный диапазон каскада в области верхних частот зависит от входной и выходной цепи. Однако, как правило, выходную ёмкость CCИ включают во входную динамическую ёмкость следующего транзистора и учитывают её влияние при расчёте частотных свойств следующего каскада. На высоких частотах сопротивление ёмкости C0 уменьшается, а это ведёт к уменьшению входного напряжения и к снижению коэффициента усиления. Верхняя граничная частота зависит от C0 и сопротивлений R1, RЗИ и определяется выражением f B = R1+RЗ ≈ 1 . (3.38) 2πС R 2πC R R З 1 0 1 0 Упрощенный вариант формулы для fВоснован на том, что, как правило, R1<< RЗИ. Входное сопротивление полевого транзистора, включённого по схеме с ОИ, на низких частотах очень велико и для рассматриваемого типа транзисторов задаётся величиной сопротивления закрытого p-n-переходаRЗ. С ростом studfiles.netКлючи на полевых транзисторах в схемах на микроконтроллере. Полевые транзисторы схемы включения
полевые транзисторы
Схемы включения Полевых Транзисторов | Основы электроакустики
Принцип работы полевого транзистора для чайников
Транзистор (transistor, англ.) – триод, из полупроводниковых материалов, с тремя выходами, основное свойство которого – сравнительно низким входным сигналом управлять значительным током на выходе цепи. В радиодеталях, из которых собирают современные сложные электроприборы, используются полевые транзисторы. Их свойства позволяют решать задачи по выключению или включению тока в электрической цепи печатной платы, или его усилению.Что такое полевой транзистор
исток – контакт входящего электрического тока, находящийся в зоне n;Полевые транзисторы, их виды
Полевой транзистор, принцип работы
Прибор с управляющим р — п канальным переходом — это полупроводниковая пластина с электропроводностью одного из этих типов. К торцам пластины подсоединены контакты: сток и исток, в середине — контакт затвора. Действие устройства основано на изменяемости толщины пространства р-п перехода. Поскольку в запирающей области почти нет подвижных носителей заряда, ее проводимость равна нулю. В полупроводниковой пластине, в области не под воздействием запирающего слоя, создается проводящий ток канал. При подаче отрицательного напряжения по отношению к истоку, на затвор создается поток, по которому истекают носители заряда.Зачем нужен полевой транзистор
На простом примере работу транзистора, как выключателя, можно представить как компоновку микрофона с лампочкой. Микрофон улавливает звук, от этого появляется электрический ток. Он поступает на запертый полевой транзистор. Своим присутствием ток включает устройство, включает электрическую цепь, к которой подключена лампочка. Лампочка загорается при улавливании звука микрофоном, но горит за счет источника питания, не связанного с микрофоном и более мощного.Применение полевых транзисторов
В современном мире, устройства применяют во всей электротехнике. Благодаря маленьким размерам и разнообразию характеристик полевого транзистора, встретить его можно в кухонной технике, аудио и телевизионной технике, компьютерах и электронных детских игрушках. Их применяются в системах сигнализации как охранных механизмов, так и пожарной сигнализации.Плюсы и минусы полевых транзисторов
Лекция 12. Полевые транзисторы. Классификация, принцип действия, основные параметры, схемы включения и режимы работы
12.1. Классификация полевых транзисторов
12.2. Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющимp-n переходом
Основные схемы включения полевого транзистора
Зависимость параметров полевого транзистора с управляющим p-n переходом от температуры
Моп-транзисторы: структура и принцип действия
Ключи на полевых транзисторах в схемах на микроконтроллере
3.2. Схемы включения полевых транзисторов
3.2.1.Общие сведения
3.2.2. Включение полевого транзистора по схеме с общим истоком
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: