Транзисторы являются активными компонентами и используются повсеместно в электронных цепях в качестве усилителей и коммутационных устройств (транзисторных ключей). Как усилительные приборы они применяются в приборах высокой и низкой частоты, генераторах сигналов, модуляторах, детекторах и многих других цепях. В цифровых схемах, в импульсных блоках питания и управляемых электроприводах они служат в качестве ключей. Так называется наиболее распространенный тип транзистора. Они делятся на npn и pnp типы. Материалом для них наиболее часто является кремний или германий. Поначалу транзисторы делались из германия, но они были очень чувствительны к температуре. Кремниевые приборы гораздо более стойки к ее колебаниям и дешевле в производстве. Различные биполярные транзисторы показаны на фото ниже. Маломощные приборы расположены в небольших пластиковых прямоугольных или металлический цилиндрических корпусах. Они имеют три вывода: для базы (Б), эмиттер (Э) и коллектор (К). Каждый из них подключен к одному из трех слоев кремния с проводимостью либо n- (ток образуют свободные электроны), либо p-типа (ток образуют так называемые положительно заряженные «дырки»), из которых и состоит структура транзистора. Принципы работы транзистора нужно изучать, начиная с его устройства. Рассмотрим структуру npn-транзистора, которая изображена на рис.ниже. Как видим, он содержит три слоя: два с проводимостью n-типа и один – p-типа. Тип проводимости слоев определяется степенью легирования специальными примесями различных частей кремниевого кристалла. Эмиттер n-типа очень сильно легирован, чтобы получить множество свободных электронов как основных носителей тока. Очень тонкая база p-типа слегка легирована примесями и имеет высокое сопротивление, а коллектор n- типа очень сильно легирован, чтобы придать ему низкое сопротивление. Лучшим способом познакомиться с ними является экспериментальный путь. Ниже приведена схема простой цепи. Она использует силовой транзистор для управления свечением лампочки. Вам также понадобится батарейка, небольшаю лампочка от фонарика примерно 4,5 В/0,3 А, потенциометр в виде переменного резистора (5К) и резистор 470 Ом. Эти компоненты должны быть соединены, как показано на рисунке справа от схемы. Поверните движок потенциометра в крайнее нижнее положение. Это понизит напряжение на базе (между базой и землёй) до нуля вольт (UBE = 0). Лампа не светится, что означает отсутствие тока через транзистор. Если теперь поворачивать рукоятку от ее нижней позиции, то UBE постепенно увеличивается. Когда оно достигает 0,6 В, ток начинает втекать в базу транзистора, и лампа начинает светиться. Когда рукоятка сдвигается дальше, напряжение UBE остается на уровне 0,6 В, но ток базы увеличивается и это увеличивает ток через цепь коллектор-эмиттер. Если рукоятка сдвинута в верхнее положение, напряжение на базе будет немного увеличено до 0,75 В, но ток значительно возрастет и лампа будет светиться ярко. Если мы включим амперметр между коллектором (C) и лампой (для измерения IC), другой амперметр между базой (B) и потенциометром (для измерения IB), а также вольтметр между общим проводом и базой и повторим весь эксперимент, мы сможем получить некоторые интересные данные. Когда рукоятка потенциометра находится в его низшей позиции, UBE равно 0 В, также как и токи IC и IB. Когда рукоятку сдвигают, эти значения растут до тех пор, пока лампочка не начинает светиться, когда они равны: UBE = 0.6 В, IB = 0,8 мА и IC = 36 мА. В итоге мы получаем от этого эксперимента следующие принципы работы транзистора: при отсутствии положительного (для npn-типа) напряжения смещения на базе токи через его выводы равны нулю, а при наличии напряжения и тока базы их изменения влияют на ток в цепи коллектор - эмиттер. Во время нормальной работы, напряжение, приложенное к переходу база-эмиттер, распределяется так, что потенциал базы (p-типа) приблизительно на 0,6 В выше, чем у эмиттера (n-типа). При этом к данному переходу приложено прямое напряжение, он смещен в прямом направлении и открыт для протекания тока из базы в эмиттер. Гораздо более высокое напряжение приложено к переходу база-коллектор, причем потенциал коллектора (n-типа) оказывается более высоким, чем у базы (p-типа). Так что к переходу приложено обратное напряжение и он смещен в обратном направлении. Это приводит к образованию довольно толстого обедненного электронами слоя в коллекторе вблизи базы, когда к транзистору прикладывается напряжение питания. В результате ток через цепь коллектор-эмиттер не проходит. Распределение зарядов в зонах переходов npn-транзистора показан на рисунке ниже. Как же заставить работать наш электронный прибор? Принцип действия транзистора заключается во влиянии тока базы на состояние закрытого перехода база-коллектор. Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, небольшой ток будет поступать в базу. Здесь его носителями являются положительно заряженные дырки. Они комбинируются с электронами, поступающими из эмиттера, обеспечивая ток IBE. Однако вследствие того, что эмиттер очень сильно легирован, гораздо больше электронов поступает из него в базу, чем способно соединиться с дырками. Это означает, что возникает большая концентрация электронов в базе, и большинство из них пересекает ее и попадает в обедненный электронами слой коллектора. Здесь они попадают под влияние сильного электрического поля, приложенного к переходу база-коллектор, проходят через обедненный электронами слой и основной объем коллектора к его выводу. Изменения тока, втекающего в базу, влияют на количество привлеченных от эмиттера электронов. Таким образом, принципы работы транзистора могут быть дополнены следующим утверждением: очень небольшие изменения в базовом токе вызывают очень большие изменения в токе, протекающем от эмиттера к коллектору, т.е. происходит усиление тока. По английски они обозначаются FETs - Field Effect Transistors, что можно перевести как «транзисторы с полевым эффектом». Хотя есть много путаницы в названиях для них, но встречаются в основном два основных их типа: 1. С управляющим pn-переходом. В англоязычной литературе они обозначаются JFET или Junction FET, что можно перевести как «переходный полевой транзистор». Иначе они именуются JUGFET или Junction Unipolar Gate FET. 2. С изолированным затвором (иначе МОП- или МДП-транзисторы). По английски они обозначаются IGFET или Insulated Gate FET. Внешне они очень похожи на биполярные, что подтверждает фото ниже. Все полевые транзисторы могут быть названы УНИПОЛЯРНЫМИ приборами, потому что носители заряда, которые образуют ток через них, относятся к единственному для данного транзистора типу – либо электроны, либо «дырки», но не оба одновременно. Это отличает принцип работы транзистора полевого от биполярного, в котором ток образуется одновременно обоими этими типами носителей. Носители тока протекают в полевых транзисторах с управляющим pn-переходом по слою кремния без pn-переходов, называемому каналом, с проводимостью либо n-, либо p-типа между двумя выводами, именуемыми «истоком» и «стоком» – аналогами эмиттера и коллектора или, точнее ,катода и анода вакуумного триода. Третий вывод – затвор (аналог сетки триода) – присоединен к слою кремния с другим типом проводимости, чем у канала исток-сток. Структура такого прибора показана на рисунке ниже. Как же работает полевой транзистор? Принцип работы его заключается в управлении поперечным сечением канала путем приложения напряжения к переходу затвор-канал. Его всегда смещают в обратном направлении, поэтому транзистор практически не потребляет тока по цепи затвора, тогда как биполярному прибору для работы нужен определенный ток базы. При изменении входного напряжения область затвора может расширяться, перекрывая канал исток-сток вплоть до полного его закрытия, управляя таким образом током стока. www.syl.ru Входные ВАХ транзистора с общей базой: Входные характеристики здесь в значительной степени определяются характеристикой открытого эмиттерного p - n -перехода, поэтому они аналогичны ВАХ диода, смещенного в прямом направлении. Сдвиг характеристик влево при увеличении напряжения uКБ обусловлен так называемым эффектом Эрли (эффектом модуляции толщины базы), заключающимся в том, что при увеличении обратного напряжения uКБ коллекторный переход расширяется, причем в основном за счет базы. При этом толщина базы как бы уменьшается, уменьшается ее сопротивление, что приводит к уменьшению падения напряжения uБЭ при неизменном входном токе. Выходные ВАХ транзистора с общей базой: Из рисунка видно, что ток коллектора становится равным нулю только при uКБ < 0, то есть только тогда, когда коллекторный переход смещен в прямом направлении. При этом начинается инжекция электронов из коллектора в базу. Эта инжекция компенсирует переход из базы в коллектор электронов эмиттера. Данный режим называют режимом насыщения. Линии в области uКБ < 0, называются линиями насыщения. Ток коллектора становится равным нулю при uКБ < -0,75 В. При uКБ >0 и токе эмиттера, равном нулю, транзистор находится в режиме отсечки, который характеризуется очень малым выходным током, равным обратному току коллектора IК0, то есть график ВАХ, соответствующий iЭ = 0, практически сливается с осью напряжений. Входные ВАХ транзистора с общим эмиттером: Выходные ВАХ транзистора с общим эмиттером: Проанализируем, почему малые изменения тока базы Iбвызывают значительные изменения коллекторного тока Iк. Значение коэффициента β, существенно большее единицы, означает, что коэффициент передачи α близок к единице. В этом случае коллекторный ток близок к эмиттерному току, а ток базы (по физической природе рекомбинационный) существенно меньше и коллекторного и эмиттерного тока. При значении коэффициента α = 0,99 из 100 дырок, инжектированных через эмиттерный переход, 99 экстрагируются через коллекторный переход, и лишь одна прорекомбинирует с электронами в базе и даст вклад в базовый ток. Увеличение базового тока в два раза (должны прорекомбинировать две дырки) вызовет в два раза большую инжекцию через эмиттерный переход (должно инжектироваться 200 дырок) и соответственно экстракцию через коллекторный (экстрагируется 198 дырок). Таким образом, малое изменение базового тока, например, с 5 до 10 мкА, вызывает большие изменения коллекторного тока, соответственно с 500 мкА до 1000 мкА. Особенности применения полевых транзисторов: Есть область, для которой полевые транзисторы подходят практически идеально. Это силовые устройства, где необходимо замыкать и размыкать силовые цепи постоянного тока. Это импульсные источники питания, регуляторы мощности потребителей постоянного тока, автоматика. Полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление постоянному току, что является неоспоримым преимуществом при относительно редком переключении. Расход энергии на управление полевиком в этом случае минимален. Если переключаться надо часто, то в дело вступают емкости затвор - исток и затвор - сток. На их зарядку нужно тратить энергию. Так что по мере роста частоты переключений расход энергии растет, и у полевого транзистора появляются конкуренты, например, биполярные. Но есть еще одно ключевое преимущество - отрицательный температурный коэффициент при большом токе нагрузки. Этот эффект проявляется в том, что по мере нагрева при большом токе стока сопротивление полевого транзистора нарастает. С одной стороны это позволяет соединять полевые транзисторы параллельно без всяких проблем. Токи в них быстро выравниваются самостоятельно, без всякого нашего участия. С другой стороны цельный мощный полевой транзистор можно представить, как соединенные параллельно маломощные (такие полосочки токопроводящего канала полевика). Сила тока в этих полосочках при прогреве выравнивается, так что полевой транзистор проводит ток по всему сечению канала равномерно. Это обуславливает способность полевых транзисторов работать при больших токах. Например, биполярный транзистор имеет положительный температурный коэффициент. Если в какой-то части кристалла появляется большая проводимость, чем вокруг, то это место прогревается сильнее, туда устремляется все больший ток. Итак до прогорания. Полевые транзисторы с изолированным затвором следует хранить с закороченными выводами. При включении транзисторов в схему должны быть приняты все меры для снятия зарядов статического электричества. Необходимую пайку производить на заземленном металлическом листе, заземлить жало паяльника, а так же руки монтажника при помощи специального металлического браслета. Не следует применять одежду из синтетических тканей. Целесообразно подсоединять полевой транзистор к схеме, предварительно закоротив его выводы. Особенности применения биполярных транзисторов: Основная области применения Биполярных транзисторов, как дискретных, так и в составе ИС,— генерирование, усиление или преобразование электрических сигналов. К оснновным параметрам Биполярных транзисторов относят коэффициент передачи по току (от нескольких единиц до нескольких сотен), граничную частоту (от сотен кГц до 8—10 ГГц), отдаваемую мощность (от мВт до сотен Вт), коэффициент шума (в малошумящих Б. т. 1,5—2,0 дБ), время переключения (от сотен пс для транзисторов-элементов СБИС до десятков мкс), а также предельные параметры эксплуатации: максимально допустимые значения напряжений коллектор — база (коллектор — эмиттер) и эмиттер — база, тока коллектора, допустимой мощности рассеяния. Максимально допустимые значения токов в Биполярных транзисторах лежат в пределах от десятков мкА до сотен А, напряжений коллектора — от нескольких В (в ИС) до нескольких кВ, допустимая мощность рассеяния — от единиц мкВт (в составе ИС) до 1 кВт и более. В Биполярном транзисторе режим работы определяется полярностью напряжений, прикладываемых к эмиттерному и коллекторному переходам. Если к выводам коллектора и базы или коллектора и эмиттера прикладывают напряжение такой полярности, что коллекторный переход смещается в обратном направлении, то при прямом смещении на эмиттерном переходе Биполярного транзистора находится в активном режиме, или режиме усиления, а при обратном смещении — в режиме отсечки. При прямом смещении на обоих переходах Биполярного транзистора находится в режиме насыщения. В активном режиме из эмиттерной области Биполярного транзистора в базовую область инжектируются неосновные носители заряда, которые, частично рекомбинируя, переносятся к коллекторному переходу и через коллекторную область попадают в коллекторный вывод, образуя ток коллектора. Базовый ток во много раз меньше эмиттерного (и коллекторного токов и равен их разности. Напряжением, прикладываемым к эмиттерному переходу, регулируют количество неосновных носителей заряда, инжектируемых в базовую область, т. е. протекающий через Биполярный транзистор ток. При прямом смещении эмиттерного перехода токи через транзистор также могут сохранять малые значения, пока приложенное напряжение не превышает порогового значения (для кремниевых транзисторов около 0,6 В; для германиевых — около 0,3 В). Схема Дарлингтона: Если соединить транзисторы, как показано на рисунке, то полученная схема будет работать как один транзистор, причем его коэффициент будет равен произведению коэффициентов составляющих транзисторов. Этот прием полезен для схем, работающих с большими токами (например, для стабилизаторов напряжения или выходных каскадов усилителей мощности) или для входных каскадов усилителей, если необходимо обеспечить большой входной импеданс. Составной транзистор Дарлингтона. Повышение скорости выключения в составном транзисторе Дарлингтона: В транзисторе Дарлингтона падение напряжения между базой и эмиттером в два раза больше обычного, а напряжение насыщения равно по крайней мере падению напряжения на диоде (так как потенциал эмиттера транзистора должен превышать потенциал эмиттера транзистора на величину падения напряжения на диоде). Кроме того, соединенные таким образом транзисторы ведут себя как один транзистор с достаточно малым быстродействием, так как транзистор не может быстро выключить транзистор . С учетом этого свойства обычно между базой и эмиттером транзистора включают резистор. Резистор R предотвращает смещение транзистора в область проводимости за счет токов утечки транзисторов. Сопротивление резистора выбирают так, чтобы токи утечки (измеряемые в наноамперах для малосигнальных транзисторов и в сотнях микроампер для мощных транзисторов) создавали на нем падение напряжения, не превышающее падения напряжения на диоде, и вместе с тем, чтобы через него протекал ток, малый по сравнению с базовым током транзистора. Обычно сопротивление R составляет несколько сотен ом в мощном транзисторе Дарлингтона и несколько тысяч ом в малосигнальном транзисторе Дарлингтона. studfiles.net Полевые транзисторы (униполярные)- п/п приборы, в которых прохождение тока обусловлено дрейфом носителей заряда одного знака под действием продольного электрического поля. С точки зрения носителя заряда их называют униполярные (одной полярности). С точки зрения управления электрическим полем - полевыми. Различают схемы включения: - с общим истоком (подобно общему эмиттеру) которые позволяют получить усиление тока и напряжения и инвертирование фаз напряжения при усилении, имеют очень высокое входное и выходное сопротивления; - с общим стоком (подобно общему коллектору и эмиттерному повторителю и может быть назван истоковым повторителем) имеет коэффициент усиления по напряжению, стремящийся к единице, выходное напряжение по значению и фазе повторяют входное, имеют очень высокое входное и низкое выходное сопротивления; - с общим затвором (подобно общей базе)не дает усиления тока и поэтому усиление мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме с ОИ, входное сопротивление мало, в усилителях не используются, применяется в качестве линейных ключей и электронных потенциометров. Схемы включений ПТ. 1. Схема с общим истоком Схема обладает высоким входным сопротивлением, которое ограничивается сопротивлением затвора (КП303Г – утечка 0,1нА), и достаточно высоким выходным сопротивлением, также, как и в схемах с ОЭ. Фаза инвертируется. С целью увеличения Кu включаем Сu и Ru’. Для обеспечения максимального Кu можно принять Ru’ равное 0. Однако, из-за нелинейности выходной характеристики возникают большие нелинейные искажения, особенно для большого сигнала. (Кu=S*Rc). Используются для согласования между собой высокоомного генератора и усилителя, также в качестве ключевого каскада в импульсных блоках питания (благодаря отсутствия у них явления вторичного пробоя, характерного для БПТ). 2.Схема с общим стоком. Выходное сопротивление уменьшается за счёт введения последовательной ООС по напряжению с помощью Ru. Используется для согласования высокого сопротивления генератора с низким сопротивлением усилителя, высокого выходного сопротивления источника тока усилителя напряжения с низким сопротивлением нагрузки, особенно в выходных каскадах сверхкачественных усилителей мощности относительно низкой стоимости. 3.Схема с общим затвором. Используется в качестве оттенюаторов (ослабителей) сигналов, “переменных резисторов”, переключателей. В отличие от БПТ сопротивление канала ПТ является линейной, т.е. не вносит нелинейных искажений. БТИЗ (IGBT) – биполярный транзистор с изолированным затвором. Достоинства по сравнению с МОП. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT - InsulatedGateBipolarTransistors) - полностью управляемый полупроводниковый прибор, в основе которого трёхслойная структура. Его включение и выключение осуществляются подачей и снятием положительного напряжения между затвором и истоком. На рис.1 приведено условное обозначение IGBT. Коммерческое использование IGBT началось с 80-х годов и уже претерпела четыре стадии своего развития. IGBT являются продуктом развития технологии силовых транзисторов со структурой металл-оксид-полупроводник, управляемых электрическим полем и сочетают в себе два транзистора в одной полупроводниковой структуре: биполярный (образующий силовой канал) и полевой (образующий канал управления). Эквивалентная схема включения двух транзисторов приведена на рис. 2. Прибор введён в силовую цепь выводами биполярного транзистора E (эмиттер) и C (коллектор), а в цепь управления - выводом G (затвор). Таким образом, IGBT имеет три внешних вывода: эмиттер, коллектор, затвор. Соединения эмиттера и стока (D), базы и истока (S) являются внутренними. Сочетание двух приборов в одной структуре позволило объединить достоинства полевых и биполярных транзисторов: высокое входное сопротивление с высокой токовой нагрузкой и малым сопротивлением во включённом состоянии. 23. В общем случае обратную связь (ОС) можно определить как связь выходной цепи усилителя или каскада усиления с его входной цепью. Она образуется тогда, когда усиленный сигнал с выхода отдельного каскада усилителя или усилителя в целом передается на его вход через цепи, дополнительно вводимые для этого (внешняя ОС) или уже имеющиеся в нем для выполнения других функций (внутренняя ОС). К последним, например, относятся общая цепь источника питания усилителя, межэлектродные емкости в электронных приборах. На рисунке приведена структурная схема усилителя с коэффициентом усиления К, охваченного внешней цепью ОС с коэффициентом передачи β. Цепь вместе с усилителем, к которому она подключена, образует замкнутый контур, называемый петлей ОС. Стрелками показаны направления прохождения сигнала. Часть усиленного внешнего сигнала с выхода усилителя (прямая цепь передачи сигналов) поступает по цепи ОС на его вход и складывается там с внешним сигналом. При таком сложении амплитуд сигналов (внешнего и ОС) на входе усилителя возможны два принципиально отличных по конечному действию случая: либо сумма амплитуд сигналов больше амплитуды внешнего сигнала (фазы колебаний с одинаковой частотой на выходе цепи ОС и входной сигнала совпадают, сдвиг фаз равен 0°), либо меньше его (их фазы противоположны, сдвиг фаз равен 180°). В первом случае говорят о ПОС (положительной обратной связи), во втором – о ООС (отрицательной ОС). В большинстве случаев ПОС паразитная. Обратная связь (ОС), охватывающая один каскад, называется местной, несколько - общей. Если во входной цепи усилителя вычитается ток в цепи ОС из тока входного сигнала, то такую ООС называют параллельной. Если во входной цепи вычитается напряжение входного сигнала из сигнала ОС, то такую ООС называют последовательной. По способу получения (снятия) сигнала ООС с выхода усилителя различают ООС по напряжению (когда сигнал ООС пропорционален UВЫХ усилителя) и по току (сигнал ООС пропорционален току через нагрузку). infopedia.su Транзистор Транзистор — полупроводниковый прибор позволяющий с помощью слабого сигнала управлять более сильным сигналом. Из-за такого свойства часто говорят о способности транзистора усиливать сигнал. Хотя фактически, он ничего не усиливает, а просто позволяет включать и выключать большой ток гораздо более слабыми токами. Транзисторы весьма распространены в электронике, ведь вывод любого контроллера редко может выдавать ток более 40 мА, поэтому, даже 2-3 маломощных светодиода уже не получится питать напрямую от микроконтроллера. Тут на помощь и приходят транзисторы. В статье рассматриваются основные типы транзисторов, отличия P-N-P от N-P-N биполярных транзисторов, P-channel от N-channel полевых транзисторов, рассматриваются основные тонкости подключения транзисторов и раскрываются сферы их применения. Не стоит путать транзистор с реле. Реле — простой выключатель. Суть его работы в замыкании и размыкании металлических контактов. Транзистор устроен сложнее и в основе его работы лежит электронно-дырочный переход. Если вам интересно узнать об этом больше, вы можете посмотреть прекрасное видео, которое описывает работу транзистора от простого к сложному. Пусть вас не смущает год производства ролика — законы физики с тех пор не изменились, а более нового видео, в котором так качественно преподносится материал, найти не удалось: Биполярный транзисто предназначен для управления слабыми нагрузками (например, маломощные моторы и сервоприводы). У него всегда есть три вывода: Коллектор (англ. collector) — подаётся высокое напряжение, которым транзистор управляет Эмиттер (англ. emitter) — «выпускной» вывод транзистоа. Через него вытекает ток от коллектора и базы. Биполярный транзистор управляется током. Чем больший ток подаётся на базу, тем больший ток потечёт от коллектора к эмиттеру. Отношение тока, проходящего от эмиттера к коллектору к току на базе транзистора называется коэффициент усиления. Обозначается как hfe (в английской литературе называется gain). Например, если hfe = 150, и через базу проходит 0.2 мА, то транзистор пропустит через себя максимум 30 мА. Если подключен компонент, который потребляет 25 мА (например, светодиод), ему будет предоставлено 25 мА. Если же подключен компонент, который потребляет 150 мА, ему будут предоставлены только максимальные 30 мА. В документации к контакту указываются предельно допустимые значени токов и напряжений база->эмиттер и коллектор->эмиттер. Превышение этих значений ведёт к перегреву и выходу из строя транзистора. Весёлые картинки: Работа биполярного транзистора Различают 2 типа полярных транзисторов: NPN и PNP. Отличаются они чередованием слоёв. N (от negative — отрицательный) — это слой с избытком отрицательных переносчиков заряда (электронов), P (от positive — положительный) — слой с избытком положительных переносчиков заряда (дырок). Подробнее о электронах и дырках рассказано в видео, приведённом выше. От чередования слоёв зависит поведение транзисторов. На анимации выше представлен NPN транзистор. В PNP управление транзистором устроено наоборот — ток через транзистор течёт, когда база заземлена и блокируется, когда через базу пропускают ток. В отображении на схеме PNP и NPN отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает на переход от N к P: Обозначение NPN (слева) и PNP (справа) транзисторов на схеме NPN транзисторы более распространены в электронике, потому что являются более эффективными. Полевые транзисторы отличаются от биполярных внутренним устройством. Наиболее распространены в любительской электронике МОП транзисторы. МОП — это аббревиатура от металл-оксид-проводник. То-же самое по английски: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor сокращённо MOSFET. МОП транзисторы позволяют управлять большими мощностями при сравнительно небольших размерах самого транзистора. Управление транзистором обеспечивается напряжением, а не током. Поскольку транзистором управляет электрическое поле, транзистор и получил своё название — полевой. Полевые транзисторы имеют как минимум 3 вывода: Сток (англ. drain) — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять Затвор (англ. gate) — на него подаётся напряжение для управления транзистором Исток (англ. source) — через него проходит ток со стока, когда транзистор «открыт» Здесь должна быть анимация с полевым транзистором, но она ничем не будет отличаться от биполярного за исключением схематического отображения самих транзисторов, поэтому анимации не будет. N канальные и P канальные полевые транзисторы Полевые транзисторы тоже делятся на 2 типа в зависимости от устройства и поведения. N канальный (N channel) открывается, когда на затвор подаётся напряжение и закрывается. когда напряжения нет. P канальный (P channel) работает наоборот: пока напряжения на затворе нет, через транзистор протекает ток. При подаче напряжения на затвор, ток прекращается. На схеме полевые транзисторы изображаются несколько иначе: По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены. P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением. Обозначение N канальных (слева) и P канальных (справа) транзисторов на схеме Существует заблуждение, согласно которому полевой транзистор может управлять переменным током. Это не так. Для управления переменным током, используйте реле. Транзистора Дарлингтона не совсем корректно относить к отдельному типу транзисторов. Однако, не упомянуть из в этой статье нельзя. Транзистор Дарлингтона чаще всего встречается в виде микросхемы, включающей в себя несколько транзисторов. Например, ULN2003. Транзистора Дарлингтона характеризуется возможность быстро открываться и закрывать (а значит, позволяет работать с ШИМ) и при этом выдерживает большие токи. Он является разновидностью составного транзистора и представляет собой каскадное соединение двух или, редко, более транзисторов, включённых таким образом, что нагрузкой в эмиттере предыдущего каскада является переход база-эмиттер транзистора следующего каскада, то есть транзисторы соединяются коллекторами, а эмиттер входного транзистора соединяется с базой выходного. Кроме того, в составе схемы для ускорения закрывания может использоваться резистивная нагрузка эмиттера предыдущего транзистора. Такое соединение в целом рассматривают как один транзистор, коэффициент усиления по току которого, при работе транзисторов в активном режиме, приблизительно равен произведению коэффициентов усиления всех транзисторов. Схема составного транзистора дарлингтона Не секрет, что плата Ардуино способна подать на вывод напряжение 5 В с максимальным током до 40 мА. Этого тока не хватит для подключения мощной нагрузки. Например, при попытке подключить к выводу напрямую светодиодную ленту или моторчик, вы гарантированно повредите вывод Ардуино. Не исключено, что выйдет из строя всё плата. Кроме того, некоторые подключаемые компоненты могут требовать напряжения более 5 В для работы. Обе эти проблемы решает транзистор. Он поможет с помощью небольшого тока с вывода Ардуино управлять мощным током от отдельного блока питания или с помощью напряжения в 5 В управлять бОльшим напряжением (даже самые слабые транзисторы редко имеют предельное напряжение ниже 50 В). В качестве примера рассмотрим подключение мотора: Подключение мощного мотора с помощью транзистора На приведённой схеме мотор подключается к отдельному источнику питания. Между контактом мотора и источником питания для мотора мы поместили транзистора, который будет управляться с помощью любого цифрового пина Arduino. При подаче на вывод контроллера сигнала HIGH с вывода контроллера мы возьмём совсем небольшой ток для открытия транзистора, а большой ток потечёт через транзистор и не повредит контроллер. Обратите внимание на резистор, установленный между выводом Ардуино и базой транзистора. Он нужен для ограничения тока, протекающего по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля и предотвращения короткого замыкания. Как упоминалось ранее, максимальный ток, который можно взять с вывода Arduino — 40 мА. Поэтому, нам понадобится резистор не менее 125 Ом (5В/0,04А=125Ом). Можно без опаски использовать резистор на 220 Ом. На самом деле, резистор стоит подбирать с учётом тока, который необходимо подать на базу для получения необходимого тока через транзистор. Для правильного подбора резистора нужно учитывать коэффициент усиления (hfe). ВАЖНО!! Если вы подключаете мощную нагрузку от отдельного блока питания, то необходимо физически соединить между собой землю («минус») блока питания нагрузки и землю (пин «GND») Ардуино. Иначе управлять транзистором не получится. При использовании полевого транзистора, токоограничительный резистор на затворе не нужен. Транзистор управляется исключительно напряжением и ток через затвор не течёт. Схемы включения полевых транзисторов: общий исток, общий сток, общий затвор. Сток исток затвор на схеме база эмиттер коллектор
Поймем вместе принципы работы транзистора :: SYL.ru
Биполярные транзисторы
Принципы работы транзистора
А если измерить токи транзистора?
Что происходит при включении питания транзистора
Какова роль тока базы?
Типы полевых транзисторов
Устройство полевого транзистора
7. Биполярные транзисторы, вах транзистора включенного по схеме с общей базой:
8. Биполярные транзисторы, вах транзистора включенного по схеме с общим эмиттером:
9. Особенности применения полевых и биполярных транзисторов. Схема Дарлингтона:
общий исток, общий сток, общий затвор
Рис. 1. Условное обозначение IGBT
Рис. 2. Схема соединения транзисторов в единой структуре IGBT
В большинстве случаев внутренняя ОС и непреднамеренно возникшие цепи внешней ОС (например, из-за близкого расположения при монтаже деталей, соединительных проводов входных и выходных цепей усилителя) вызывают так называемую паразитную ОС. В реальных устройствах паразитная связь, как правило, приводит к изменению их свойств в худшую сторону и возникновению других нежелательных явлений (в частности, генерацию паразитных колебаний, частоты которых значительно выше или ниже частот усиливаемых колебаний), часто трудно поддающихся контролю и устранению.Транзистор | Электронные печеньки
Биполярный транзистор
NPN и PNP биполярные транзисторы
Полевый транзистор
Транзистор Дарлингтона
Поделиться ссылкой:
Похожее
uscr.ru
Полевые транзисторы разновидности | Техника и Программы
Типы полевых транзисторов гораздо более разнообразны, чем биполярных (к полевым, кстати, и принадлежал самый Первый прототип транзистора, изобретенный Шокли еще в 1946 году). Только основных разновидностей существует более десятка, но всем им присущи общие черты, которые мы сейчас кратко и рассмотрим.
Простейший полевой транзистор с /2-«-переходом показан на рис. 6.10, а— в данном случае с «-каналом. Аналогичные базе, коллектору и эмиттеру выводы называются затвор, сток и исток. Если потенциал затвора равен потенциалу истока (то есть имеется в виду аналог замыкания цепи база-эмиттер у биполярного), то, в отличие от биполярного, полевой транзистор с р-п-переходом открыт. Но есть и еще одно существенное отличие — если биполярный транзистор при полном открывании имеет почти нулевое сопротивление цепи коллектор-эмиттер, то полевой в этих условиях работает довольно стабильным источником тока: ток в цепи истока почти не зависит от напряжения на стоке. Сама величина тока зависит от конкретного экземпляра транзистора и называется начальный ток стока. Запереть его удается подачей отрицательного (порядка 7—10 В) напряжения на затвор относительно истока, а в промежутке полевик с w-каналом находится в активном режиме, когда ток стока зависит от напряжения на затворе.
Рис. 6.10. Полевые транзисторы: а — включение полевого транзистора с р-п-переходом и п-каналом; б — полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET) в режиме ключа; в — внутренняя структура IGBT-транзистора
Уникальной особенностью полевого транзистора является то, что в рабочем режиме он фактически не потребляет тока по входу затвора — достаточно иметь соответствующий потенциал, ведь диод затвор-исток в рабочем режиме смещен в обратном направлении и ток через него определяется только токами утечки, которые равны нано- и микроамперам, как говорилось ранее! В этом отношении полевой транзистор аналогичен электронной лампе. А если мы сместим этот переход в положительном направлении (когда потенциал затвора превысит потенциал истока и диод затвор-исток откроется), то полевой транзистор с /2-«-переходом уже перестанет работать как транзистор.
В различных типах полевых транзисторов с изолированным затвором (т. н. МОП-транзисторах, от «металл-окисел-полупроводник» или, по-английски, ‘ MOS, иначе их называют MOSFET), последний вообще изолирован от цепи сток-исток тонким слоем окисла кремния Si02, и там в принципе нет и не может быть никакого тока через цепь затвора. Правда, когда на затвор подается переменное напряжение или короткий импульс, в дело вступает конденсатор, образованный затвором и истоком. Как следует из главы 5, перезаряд этого конденсатора (его емкость может составлять десятки пикофарад) может приводить к значительному реактивному току в цепи затвора. На подобных транзисторах построены практически все современные логические микросхемы, отличающиеся практически нулевым потреблением тока в статическом режиме (см. главу 15).
Старые образцы MOSFET-транзисторов с «-каналом (например, отечественные КП305, КПЗ 13) требовали для полного запирания небольшого отрицательного смещения на затворе относительно истока (порядка 0,5—0,8 В). Современные MOSFET-транзисторы (рис. 6.10,6) управляются аналогично биполярному в схеме с общим эмиттером — при нулевом напряжении на затворе относительно истока транзистор заперт, при положительном напряжении порядка 8—20 В — полностью открыт, причем в открытом состоянии он представляет собой крайне малое сопротивление — у некоторых типов менее 0,01 Ом. Такие транзисторы выпускаются на мощности от единиц до сотен ватт и используются, например, для управления шаговыми двигателями или в импульсных источниках питания.
Вообще полевики гораздо ближе к той модели транзистора, когда промежуток коллектор-эмиттер или сток-исток представляются, как управляемое сопротивление — у полевых транзисторбв это действительно сопротивление. Условно говоря, со схемотехнической точки зрения биполярные транзисторы являются приборами для усиления тока, а полевые — для усиления напряжения.
Приведенные нами примеры не исчерпывают разнообразия типов полевых транзисторов. Например, т. н. ЮВТ-транзисторы (Insulated Gate Bipolar Transistors— биполярный транзистор с изолированным затвором), появившиеся в 1980-е годы, объединяют в себе полевую и биполярную структуры, отчего управляющий электрод в них зовется, как и в полевых, затвором, а два других, аналогично биполярным, — коллектором и эмиттером. На самом деле ЮВТ-транзистор представляет собой довольно сложную полупроводниковую структуру (рис. 6.10, в), с положительной обратной связью между разно-полярными «обычными» транзисторами и с управлением от полевого (ср. со структурой однопереходного транзистора на рис. 10.3).
ЮВТ-транзисторы используются в качестве мощных ключей (десятки-сотни ампер при напряжениях более 1000 вольт). Управляются они положительным напряжением на затвор? относительно эмиттера, причем у некоторых типов насыщение наступает уже при подаче 2,7—4 В на затвор, и такие транзисторы могут управляться непосредственно от логических схем. Платой за такую роскошь является довольно высокое напряжение насыщения между коллектором и эмиттером, характерное для биполярных транзисторов — от 1 В для относительно маломощных приборов (единицы ампер) до 2—3 В для более мощных (десятки и сотни ампер).
nauchebe.net
Что называетс затвором, а что стоком в транзисторе?
Транзистор транзистору рознь. Приведенные в вопросе термины относятся к т.наз. полевому транзистору - усилителю, управляемому потенциалом, а не током, как в обычных (биполярных) транзисторах. Затвор - управляющий электрод, потенциал на котором определяет интенсивность тока между истоком и стоком. Исток - аналог коллектора, сток - эмитера.
сток=эмиттер, затвор=база....если я не ошибаюсь<br>
На щет стока, думаю правельно, ну а затвор... даже незнаю....
<a rel="nofollow" href="http://ru.wikipedia.org/wiki/РџРѕР» евой_транзистор" target="_blank">http://ru.wikipedia.org/wiki/РџРѕР» евой_транзистор</a> читай. учи.
<img src="//foto.mail.ru/mail/safonovalexs/_answers/i-40.jpg" > Полевой транзистор с управляющим р-п- переходом - это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала р-п - переходом, смещенным в обратном направлении. Электрод, из которого в канал входят носители заряда, называют истоком; электрод, через который из канала уходят носители заряда, - стоком; электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, - затвором. При подключении к истоку отрицательного (для п-канала) , а к стоку положительного напряжения (рис. 1 ) в канале возникает электрический ток, создаваемый движением электронов от истока к стоку, т. е. основными носителями заряда.. . <a rel="nofollow" href="http://5ballov.ru/referats/preview/22849" target="_blank">http://5ballov.ru/referats/preview/22849</a> УДАЧИ !
Ваще-то сток = коллектор, если аналогию проводить.<br>Значит, фишка в чём. Затвор управляет проводимостью канала сток - исток. И есть некоторое напряжения на затворе (обычно относительно истока измеряется), при котором канал заперт, и транзистор ни фига тока не проводит. Оно называется пороговым напряжением Vt, и это и есть отсечка, в терминах лабы. Если напряжение выше порогового, то транзистор "открыт", как это называ.т, и от истока к стоку начинает течь ток, причём его величина зависит от напряжения затвор-исток квадратично. Если напряжение на стоке больше напряжения на затворе (строго говоря, Vd > Vg-Vt), то ток стока практически не зависит от напряжения на стоке, ровно как в биполярных транзисторах. Ну а остальное всё как в лампах - угол отсечки можно по таблицам Берга смотреть.
Эти точки есть у так называемого "полевого" транзистора. Все названия говорящие. Там сделан тонкий канал для тока, который начинается истоком и заканчивается стоком (по нему протекает основной ток). А затвор -- это третяя точка, которая управляет шириной канала (может его "затворять" и "отворять").<br><br>Ссылки уже привели.
touch.otvet.mail.ru
Полевые транзисторы
Добавлено 28 октября 2016 в 18:00
Сохранить или поделиться
Полевой транзистор был предложен Юлиусом Лилиенфельдом в патентное бюро США в 1926 и 1933 годах (1,900,018). Кроме того, Шокли, Браттейн и Бардин также исследовали полевой транзистор в 1947 году, но из-за трудностей отвлеклись на работу над биполярным транзистором. Теория полевого транзистора Шокли была опубликована в 1952 году. Тем не менее, технология обработки материалов достигла нужного уровня только в 1960 году, когда Джон Аталла создал работающий прибор.
Полевой транзистор (field effect transistor, FET) – это однополярное устройство, проводящее ток, используя только один тип носителей заряда. Если он построен на базе пластины полупроводника N-типа, носителями заряда являются электроны. И наоборот, прибор на базе полупроводника P-типа использует только дырки.
На уровне схемы работа полевого транзистора довольно проста. Напряжение, прикладываемое к затвору, входному выводу, управляет сопротивлением канала, однополярной области между областями затвора (рисунок ниже). В N-канальном приборе это слабо легированная пластина кремния N-типа с клеммами на концах. Выводы истока и стока аналогичны, соответственно, эмиттеру и коллектору биполярного транзистора. В N-канальном приборе сильнолегированная область P-типа с обеих сторон центра пластины служит в качестве управляющего вывода, затвора. Затвор аналогичен базе в биполярном транзисторе.
Для полевых транзисторов подходит фраза: «чистота находится рядом с благочестием». Если биполярный транзистор еще можно изготовить за пределами чистой комнаты, то для полевых транзисторов это обязательно. Даже в таких условиях, производство осложняется из-за проблем с контролем загрязнения. Однополярный полевой транзистор концептуально прост, но сложен в производстве. Большинство транзисторов сегодня представляют собой МОП-транзисторы (металл-оксид-полупроводник), разновидность полевых транзисторов, используемая в интегральных микросхемах. Однако, дискретные полевые транзисторы также доступны на рынке.
Полевой транзистор в поперечном сеченииНа рисунке выше показан N-канальный полевой транзистор с правильным смещением. Затвор образует P-N-переход к полупроводниковой пластине, идущей от истока к стоку. На затвор подано обратное смещение. Если приложить напряжение (или подключить омметр) между истоком и стоком, пластина N-типа из-за своего легирования будет проводить ток в любом направлении. Ни затвор, ни его смещение не требуются для проводимости тока. Если переход образован, как показано, то проводимостью можно управлять величиной обратного смещения.
Рисунок ниже (a) показывает обедненную область в переходе затвора. Она возникает из-за диффузии дырок из области затвора P-типа в канал N-типа, создавая разделение зарядов около перехода и непроводящую обедненную область в переходе. Обедненная область расширяется глубже в канал из-за сильного легирования затвора и слабого легирования канала.
N-канальный полевой транзистор: (a) Обедненная область у перехода затвора. (b) Обратное смещение перехода затвора увеличивает обедненную область. (c) Увеличение величины обратного смещения еще больше увеличивает обедненную область. (d) Увеличение величины обратного смещения окончательно пережимает канал исток-сток.Толщина обедненной области может увеличиваться (рисунок выше (b)) при прикладывании небольшого обратного смещения. Это увеличивает сопротивление канала между истоком и стоком за счет его сужения. Увеличение величины обратного смещения (рисунок (c)) увеличивает обедненную область, уменьшает ширину канала и увеличивает сопротивление канала. Еще большее увеличение напряжения обратного смещения VGS (рисунок (d)) полностью перекроет путь току через канал. Сопротивление канала станет очень высоким. Величина напряжения VGS, при котором происходит перекрытием канала, и ток через канал практически равен нулю, называется напряжением отсечки VP. Оно, как правило, составляет несколько вольт. Подводя итог, сопротивление канала может управляться величиной обратного смещения затвора.
Исток и сток взаимозаменяемы, а ток между истоком и стоком при низком напряжении батареи стока (< 0,6 В) может протекать в любом направлении. То есть, батарея стока может быть заменена низковольтным источником переменного тока. При источниках питания с высокими напряжениями (до десятков вольт для маломощных транзисторов) должна соблюдаться полярность, как показано на рисунке ниже (a). Этот источник питания стока, не показанный на предыдущих рисунках, искажает обедненную область, увеличивая ее со стороны затвора, ближайшей к стоку. Это более правильное представление для обычных источников постоянного тока стока, от нескольких единиц до десятков вольт. По мере увеличения напряжения стока VDS обедненная область затвора растягивается в сторону стока. Это увеличивает длину узкого канала, немного увеличивая его сопротивление. Мы можем говорить «немного» потому, что в основном изменение сопротивления зависит от изменения смещения затвора.
Рисунок ниже (b) показывает условное графическое обозначение N-канального полевого транзистора, соответствующее изображению поперечного сечения транзистора на рисунке (a). Стрелка затвора указывает в том же направлении, что и P-N-переход «диода» (в оригинале статьи так же, как и с диодом, предлагается алгоритм запоминания: «указывающая» («Pointing») стрелка соответствует полупроводнику P-типа, а «неуказывающая» («Non-pointing») полоса соответствует полупроводнику N-типа).
P-канальный полевой транзистор: (a) Затвор N-типа, канал P-типа, источники напряжения направлены в противоположные стороны по сравнению с N-канальным прибором. (b) Обратите внимание, на перевернутые направление стрелки и источники напряжения на схеме.По мере увеличения положительного напряжения смещения затвора, сопротивление P-канала увеличивается, уменьшая величину тока в цепи стока.
Дискретные устройства изготавливаются согласно поперечному сечению, показанному на рисунке ниже. Поперечное сечение, расположено так, что оно соответствует условному графическому обозначению, и поэтому полупроводниковая пластина перевернута вверх ногами. То есть, точки подключения затвора находятся наверху пластины. Затвор сильно легирован, P+, чтобы хорошо рассеивать дырки в канал для увеличения обедненной области. Места подключения истока и стока в N-канальном приборе сильно легированы, N+, для уменьшения сопротивления соединения. Тем не менее, канал поблизости с затвором легирован слабо, чтобы позволить дыркам из затвора проникать глубоко в канал. То есть, это область N-.
Полевой транзистор: (a) поперечное сечение дискретного прибора, (b) условное графическое обозначение, (c) поперечное сечение интегральной микросхемы.Все три вывода полевого транзистора доступны наверху кристалла интегральной микросхемы так, чтобы слой металлизации (не показан) мог соединять между собой несколько компонентов (рисунок выше (c)). Полевые транзисторы интегральных микросхем используются в аналоговых цепях из-за большого входного сопротивления затвора. Область N-канала под затвором должна быть очень тонкой так, чтобы внутренняя область около затвора могла управлять каналом и пережимать его. Таким образом, наличие областей затвора с обеих сторон канала не обязательно.
Полевой транзистор (со статической индукцией): (a) поперечное сечение, (b) условное графическое обозначениеПолевой транзистор со статической индукцией (SIT) – это прибор с коротким каналом и скрытым затвором (рисунок выше). В отличие от маломощных устройств это мощный прибор. Низкое сопротивление затвора и низкая емкость между затвором и истоком делают делают его быстродействующим коммутационным прибором. Такой транзистор может работать с токами в сотни ампер и напряжениями в тысячи вольт. И, как говорят, способен работать на невероятной частоте 10 ГГц.
Полевой транзистор со структурой металл-полупроводник (MESFET): (a) условное обозначение, (b) поперечное сечениеПолевой транзистор со структурой металл-полупроводник (MESFET) похож на обычный полевой транзистор, за исключением того, что в нем, вместо P-N перехода, используется переход Шоттки. Диод Шоттки использует выпрямляющий контакт металла с полупроводником, а не обычный омический контакт металла и полупроводника. На рисунке выше исток и сток сильно легированы (N+). Канал легирован слабо (N-). Полевые транзисторы со структурой металл-полупроводник отличаются большим быстродействием по сравнению с обычными полевыми транзисторами. Работа MESFET транзисторов основана на режиме обеднения, как и у обычных полевых транзисторов. Они используются в СВЧ усилителях мощности на частотах до 30 ГГц. MESFET транзисторы могут изготавливаться из кремния, арсенида галлия, фосфида индия, карбида кремния и алмазного аллотропа углерода.
Подведем итоги
- Однополярный полевой транзистор (FET или JFET) называется так потому, что проводимость в канале возникает только из-за одного типа носителей заряда
- Исток, затвор и сток полевого транзистора соответствуют эмиттеру, базе и коллектору биполярного транзистора, соответственно.
- Применение обратного смещения к затвору изменяет сопротивление канала за счет расширения обедненной области P-N перехода затвора.
Оригинал статьи:
Сохранить или поделиться
radioprog.ru
Поделиться с друзьями: