Kategori: Artikel Pilihan » Elektronik Praktikal
Bilangan pandangan: 174,150
Komen pada artikel: 6
Transistor kesan medan: prinsip operasi, litar, mod operasi dan pemodelan
Kami telah menyemak semula peranti transistor bipolar dan kerja merekaSekarang mari kita cari apa transistor kesan medan. Transistor kesan lapangan sangat biasa di kedua litar lama dan moden. Pada masa kini, peranti dengan pintu terlindung digunakan untuk tahap yang lebih tinggi, kami akan membincangkan jenis transistor kesan medan dan ciri mereka hari ini. Dalam artikel itu, saya akan membuat perbandingan dengan transistor bipolar di tempat yang berasingan.
Definisi
Transistor kesan medan adalah kunci terkawal semikonduktor yang dikawal oleh medan elektrik. Ini adalah perbezaan utama dari sudut pandangan amalan dari transistor bipolar, yang dikawal oleh semasa. Medan elektrik dicipta oleh voltan yang digunakan untuk pintu berbanding dengan sumbernya. Polaritas voltan kawalan bergantung kepada jenis saluran transistor. Terdapat analogi yang baik dengan tiub vakum elektronik.
Nama lain untuk transistor kesan medan adalah unipolar. "UNO" bermaksud satu. Dalam transistor kesan medan, bergantung kepada jenis saluran, arus dijalankan oleh hanya satu jenis pembawa dengan lubang atau elektron. Dalam transistor bipolar, arus dibentuk dari dua jenis pembawa caj - elektron dan lubang, tanpa mengira jenis peranti. Transistor kesan medan dalam kes umum boleh dibahagikan kepada:
-
transistor dengan simpang pn kawalan;
-
transistor pintu bertebat.
Kedua-duanya boleh n-channel dan p-channel, voltan kawalan positif mesti digunakan pada pintu yang terdahulu untuk membuka kunci, dan untuk yang kedua, negatif berkenaan dengan sumbernya.
Semua jenis transistor kesan medan mempunyai tiga output (kadang-kadang 4, tetapi jarang sekali, saya hanya bertemu di Soviet dan ia disambungkan ke kes itu).
1. Sumber (sumber pembawa, bipolar emitter analog).
2. Stoke (sumber pembawa caj dari sumber, analog pemungut transistor bipolar).
3. Pengatup (elektrod kawalan, analog grid pada lampu dan pangkalan pada transistor bipolar).
Transistor PN Transistor
Transistor terdiri daripada bidang-bidang berikut:
1. Saluran;
2. Stok;
3. Sumber;
4. Shutter.
Dalam imej yang anda lihat struktur skematik transistor sedemikian, penemuan itu disambungkan kepada bahagian-bahagian metallized pintu, sumber dan longkang. Dalam litar tertentu (ini adalah peranti p-saluran), pintu adalah n-lapisan, mempunyai ketahanan yang lebih kecil daripada kawasan saluran (p-lapisan), dan kawasan persimpangan p-n lebih terletak di kawasan p-sebab ini.
Jawatan graf bersyarat:
a - medan-kesan transistor n-jenis, b - kesan transistor p-jenis medan
Untuk menjadikannya lebih mudah diingat, ingatlah penunjuk diod, di mana anak panah menunjuk dari p-rantau ke rantau n. Di sini juga.
Negeri pertama ialah menggunakan voltan luaran.
Sekiranya voltan digunakan untuk transistor sedemikian, ditambah dengan longkang, dan tolak sumber, arus besar mengalir melaluinya, ia akan dihadkan hanya oleh rintangan saluran, rintangan luaran dan rintangan dalaman sumber kuasa. Anda boleh melukis analogi dengan kunci tertutup biasa. Arus ini dipanggil Istart atau arus saliran awal pada Us = 0.
Transistor kesan medan dengan kawalan simpang pn, tanpa voltan kawalan yang diguna pakai ke pintu masuk, adalah seperti yang mungkin.
Voltan ke saliran dan sumber digunakan dengan cara ini:
Pembawa caj utama diperkenalkan melalui sumber!
Ini bermakna jika transistor adalah p-channel, maka output positif sumber kuasa disambungkan kepada sumber, kerana pembawa utama adalah lubang (pembawa caj positif) - ini adalah kekonduksian lubang yang dipanggil.Jika transistor n-saluran disambungkan kepada sumber, output negatif sumber kuasa, kerana di dalamnya, pembawa caj utama adalah elektron (pembawa caj negatif).
Sumbernya adalah sumber pembawa caj utama.
Inilah hasil pemodelan situasi sedemikian. Di sebelah kiri ialah saluran p, dan di sebelah kanan adalah transistor n-channel.
Negeri kedua - menggunakan voltan pada pengatup
Apabila voltan positif diterapkan pada pintu berbanding dengan sumber (Us) untuk saluran p dan negatif untuk saluran n, ia beralih ke arah yang bertentangan, rantau persimpangan p-n mengembang ke arah saluran. Akibatnya penurunan lebar saluran, penurunan semasa. Voltan pintu di mana arus melalui kunci berhenti mengalir dipanggil voltan cut-off.
Kunci mula ditutup.
Voltan cut-off dicapai dan kunci ditutup sepenuhnya. Gambar dengan hasil simulasi menunjukkan keadaan sedemikian untuk kekunci p-channel (kiri) dan n-channel (kanan). Dengan cara ini, dalam bahasa Inggeris seperti transistor dipanggil JFET.
Mod operasi
Mod operasi transistor dengan voltan Uzi sama ada sifar atau terbalik. Kerana voltan terbalik, anda boleh "menutupi transistor", yang digunakan di kelas A penguat dan litar lain di mana peraturan lancar diperlukan.
Mod cutoff berlaku apabila pemotongan Uzi = U untuk setiap transistor berbeza, tetapi dalam mana-mana hal itu diterapkan ke arah yang bertentangan.
Ciri-ciri, CVC
Ciri output ialah graf yang menggambarkan pergantungan arus saliran pada Uci (digunakan pada terminal saliran dan sumber) di pelbagai voltan pintu.
Boleh dibahagikan kepada tiga bidang. Pada mulanya (di sebelah kiri graf) kita melihat rantau ohm - dalam selang ini transistor berkelakuan seperti perintang, arus meningkat hampir linear, mencapai tahap tertentu, masuk ke kawasan tepu (di tengah graf).
Di bahagian kanan graf yang kita lihat bahawa arus mula berkembang lagi, ini adalah kawasan pecahan, di sini transistor tidak seharusnya. Cawangan paling atas ditunjukkan dalam angka adalah semasa pada sifar Kami, kita melihat bahawa arus di sini adalah yang terbesar.
Semakin tinggi Uzi voltan, semakin rendah arus saliran. Setiap cawangan berbeza dengan 0.5 volt di pintu pagar. Apa yang kami disahkan oleh pemodelan.
Ciri longkang, i.e. kebergantungan arus saliran pada voltan gerbang pada voltan saliran-sumber yang sama (dalam contoh ini 10V), di sini padang grid juga 0.5V, kita sekali lagi melihat bahawa lebih dekat voltan Uzi adalah 0, lebih besar arus saliran.
Dalam transistor bipolar, terdapat parameter seperti koefisien atau keuntungan pemindahan semasa, ia telah dilambangkan sebagai B atau H21e atau Hfe. Di lapangan, kekasaran digunakan untuk memaparkan keupayaan untuk meningkatkan voltan. Ia ditunjukkan oleh huruf S
S = dIc / dU
Iaitu, kekasaran menunjukkan berapa banyak milliamp (atau amperes) arus saliran yang semakin meningkat dengan peningkatan voltan sumber pintu dengan bilangan voltan dengan voltan saliran-sumber tidak berubah. Ia boleh dikira atas dasar pintu gerbang ciri-ciri, dalam contoh di atas, cerun adalah kira-kira 8 mA / V.
Skim suis
Seperti transistor bipolar, terdapat tiga gambar pendawaian biasa:
1. Dengan sumber yang sama (a). Ia digunakan paling kerap, memberi keuntungan semasa dan kuasa.
2. Dengan pengatup umum (b). Jarang digunakan, impedans input rendah, tiada keuntungan.
3. Dengan jumlah longkang (c). Keuntungan voltan hampir kepada 1, impedans input adalah besar dan impedans keluaran adalah rendah. Nama lain ialah pengikut sumber.
Ciri-ciri, kebaikan, keburukan
-
Kelebihan utama transistor kesan medan impedans input yang tinggi. Rintangan input ialah nisbah arus ke voltan pintu-sumber. Prinsip operasi terletak pada kawalan menggunakan medan elektrik, dan terbentuk apabila voltan digunakan. Itulah transistor kesan medan.
-
Transistor kesan medan praktikal tidak menggunakan kawalan semasa, ia adalah mengurangkan kehilangan kawalan, herotan penyimpangan, beban semasa sumber isyarat ...
-
Kekerapan purata Transistor kesan medan lebih baik daripada bipolar, ini disebabkan oleh hakikat bahawa kurang masa diperlukan untuk "resorpsi" pembawa caj dalam bidang transistor bipolar. Beberapa transistor bipolar moden juga boleh melepasi bidang, ini disebabkan oleh penggunaan teknologi yang lebih canggih, mengurangkan lebar pangkalan, dan banyak lagi.
-
Tahap hingar yang rendah dari transistor kesan medan adalah disebabkan oleh ketiadaan proses suntikan caj, seperti pada bipolar.
-
Kestabilan dengan suhu.
-
Penggunaan kuasa yang rendah dalam keadaan konduktif - kecekapan peranti anda yang lebih tinggi.
Contoh paling mudah menggunakan impedans input tinggi ialah peranti yang sepadan untuk menyambung gitar elektro-akustik dengan piezo pickup dan gitar elektrik dengan pikap elektromagnet ke input baris dengan impedans input yang rendah.
Impedans input yang rendah boleh menyebabkan penurunan isyarat input, mengubah bentuknya kepada darjah yang berbeza-beza bergantung kepada kekerapan isyarat. Ini bermakna anda perlu mengelakkan ini dengan memperkenalkan cascade dengan impedans input yang tinggi. Inilah gambarajah paling mudah bagi peranti sedemikian. Sesuai untuk menyambung gitar elektrik ke input saluran kad audio komputer. Dengan itu, bunyi akan menjadi lebih terang, dan timbre akan menjadi lebih kaya.
Kelemahan utama adalah bahawa transistor sedemikian takut statik. Anda boleh mengambil elemen dengan tangan elektrik anda dan ia akan segera gagal, ini adalah akibat daripada menguruskan kunci menggunakan medan. Mereka disyorkan untuk bekerja dengan mereka dalam sarung tangan dielektrik, disambungkan melalui gelang khas ke tanah, dengan besi pematerian voltan rendah dengan hujung bertebat, dan petunjuk transistor boleh diikat dengan wayar ke litar pintas semasa pemasangan.
Peranti moden praktikalnya tidak takut ini, kerana di pintu masuk mereka peranti pelindung seperti zener diodes boleh dibina, yang beroperasi apabila voltan melebihi.
Kadang-kadang, bagi amatur radio pemula, kebimbangan mencapai titik kebodohan, seperti meletakkan topi foil di kepala. Segala sesuatu yang diterangkan di atas, walaupun wajib, namun tidak mematuhi syarat apa pun tidak menjamin kegagalan perangkat.
Transistor Kesan Pintu Tertebat
Jenis transistor ini digunakan secara aktif sebagai kunci terkawal semikonduktor. Selain itu, mereka bekerja paling kerap dalam mod utama (dua kedudukan "on" dan "off"). Mereka mempunyai beberapa nama:
1. MOS transistor (metal-dielectric-semiconductor).
2. MOS transistor (logam oksida semikonduktor).
3. Transistor MOSFET (logam-oksida-semikonduktor).
Ingat - ini hanyalah variasi nama yang sama. Dielektrik, atau kerana ia juga dipanggil oksida, memainkan peranan penebat untuk pintu. Dalam gambarajah di bawah ini, penebat ditunjukkan di antara n-rantau berhampiran pengatup dan pengatup dalam bentuk zon putih dengan titik-titik. Ia diperbuat daripada silikon dioksida.
Dielektrik menghilangkan hubungan elektrik antara elektrod pintu dan substrat. Berbeza dengan persimpangan pn kawalan, ia tidak berfungsi pada prinsip memperluaskan persimpangan dan bertindih saluran, tetapi pada prinsip mengubah kepekatan pengangkut caj di semikonduktor di bawah pengaruh medan elektrik luaran. MOSFET terdiri daripada dua jenis:
1. Dengan saluran bersepadu.
2. Dengan saluran teraruh
Transistor Terintegrasi Saluran
Dalam rajah anda melihat transistor dengan saluran bersepadu. Seseorang sudah boleh meneka daripadanya bahawa prinsip operasinya menyerupai transistor kesan medan dengan persimpangan p-n kawalan, iaitu. apabila voltan pintu adalah sifar, aliran semasa melalui suis.
Berhampiran sumber dan tenggelam, dua wilayah dengan kandungan tinggi pembawa caj pencemaran (n +) dengan peningkatan kekonduksian dicipta. Substrat adalah asas P-jenis (dalam kes ini).
Sila ambil perhatian bahawa kristal (substrat) disambungkan kepada sumber, ia ditarik pada banyak simbol grafik konvensional.Apabila voltan pintu bertambah, medan elektrik melintang timbul di saluran, ia menangkis pembawa caj (elektron), dan saluran ditutup apabila nilai ambang Uz dicapai.
Mod operasi
Apabila voltan sumber-sumber negatif digunakan, jatuh arus jatuh, transistor mula ditutup - ini dipanggil mod kurus.
Apabila voltan positif diterapkan pada sumber pintu, proses terbalik berlaku - elektron tertarik, peningkatan semasa. Ini adalah mod pengayaan.
Semua perkara di atas adalah benar untuk transistor MOS dengan saluran N-jenis terintegrasi. Jika saluran p-jenis menggantikan semua perkataan "elektron" dengan "lubang", polaritas voltan diterbalikkan.
Pemodelan
Transistor dengan terbina dalam saluran n-jenis dengan voltan pintu sifar:
Kami menggunakan -1V untuk pengatup. Semasa menurun sebanyak 20 kali.
Menurut datasheet untuk transistor ini, kita mempunyai ambang pintu tegangan-sumber di rantau satu volt, dan nilai tipikalnya ialah 1.2 V, periksa ini.
Arus ini telah menjadi dalam microamperes. Jika anda meningkatkan voltan lebih sedikit, ia akan hilang sepenuhnya.
Saya memilih transistor secara rawak, dan saya menjumpai peranti yang agak sensitif. Saya akan cuba menukar polaritas voltan supaya pintu mempunyai potensi positif, kita akan menyemak mod pengayaan.
Pada voltan pintu 1V, arus meningkat empat kali, berbanding dengan apa yang di 0 V (gambar pertama dalam bahagian ini). Ini bererti, tidak seperti jenis transistor dan transistor bipolar yang terdahulu, ia boleh berfungsi baik untuk meningkatkan semasa dan berkurang tanpa tambahan strapping. Kenyataan ini sangat kasar, tetapi dalam perkiraan pertama mempunyai hak untuk wujud.
Ciri-ciri
Di sini, semuanya hampir sama seperti transistor dengan peralihan kawalan, kecuali kehadiran mod pengayaan dalam ciri keluaran.
Pada ciri-ciri pintu saliran, jelas dilihat bahawa voltan negatif menyebabkan mod kekurangan dan penutupan kunci, dan voltan positif di pintu masuk menyebabkan pengayaan dan pembukaan kunci yang lebih besar.
Transistor Terjadi Channel
MOSFET dengan saluran teraruh tidak menjalankan semasa apabila tiada voltan di pintu masuk, atau sebaliknya, terdapat arus, tetapi ia sangat kecil, kerana ini adalah arus balik antara substrat dan kawasan alur tinggi alur dan sumber.
Transistor kesan medan dengan pintu terpencil dan saluran teraruh adalah analog suis biasanya terbuka, arus tidak mengalir.
Di hadapan voltan pintu-sumber, sebagai kita menganggap n-jenis saluran teraruh, voltan positif, pembawa negatif tertarik ke kawasan pintu gerbang oleh tindakan lapangan.
Jadi ada "koridor" untuk elektron dari sumber ke longkang, jadi saluran muncul, transistor terbuka, dan arus mula mengalir melaluinya. Kami mempunyai substrat p-jenis, yang utama di dalamnya adalah pembawa caj positif (lubang), terdapat sangat sedikit pembawa negatif, tetapi di bawah pengaruh medan mereka lepas dari atom mereka dan pergerakan mereka bermula. Oleh itu kekurangan kekonduksian dalam ketiadaan voltan.
Ciri-ciri
Ciri output tepat mengulangi perbezaan yang sama dari yang sebelumnya, hanya bahawa voltan Uz menjadi positif.
Ciri-ciri dekat pintu menunjukkan perkara yang sama, perbezaan sekali lagi dalam voltan pintu.
Apabila mempertimbangkan ciri-ciri voltan semasa, sangat penting untuk melihat dengan teliti nilai-nilai yang ditulis di sepanjang paksi.
Pemodelan
Voltan 12 V telah digunakan untuk kekunci, dan kami mempunyai 0. Di pintu, arus tidak mengalir melalui transistor.
Tambah 1 volt ke pintu gerbang, tetapi arus tidak berfikir untuk mengalir ...
Menambah satu volt, saya mendapati arus mula berkembang dari 4v.
Menambah 1 Volt lagi, arus meningkat dengan ketara kepada 1.129 A.
Datasheet menunjukkan voltan ambang untuk membuka transistor ini dalam satu bahagian dari 2 hingga 4 volt, dan maksimum pada gate-to-gate dari -20 hingga +20 V, kenaikan voltan lebih tidak memberi keputusan pada 20 volt (saya tidak beberapa milliamps Saya fikir dalam kes ini).
Ini bermakna transistor akan terbuka sepenuhnya, jika tidak, litar semasa akan menjadi 12/10 = 1.2 A. Kemudian saya mempelajari bagaimana transistor ini berfungsi, dan mendapati bahawa pada 4 volt ia mula dibuka.
Menambah setiap 0.1V, saya perhatikan bahawa dengan setiap seperseribu voltan, arus semakin meningkat dan dengan 4.6 volt transistor hampir terbuka sepenuhnya, perbezaan dengan voltan pintu 20V dalam arus longkang hanya 41 mA, pada 1.1 A ia tidak masuk akal.
Percubaan ini mencerminkan hakikat bahawa transistor dengan saluran teraruh hanya dibuka apabila voltan ambang dicapai, yang membolehkan ia berfungsi dengan sempurna sebagai kunci dalam litar denyut. Sebenarnya, IRF740 adalah salah satu yang paling biasa dalam bekalan kuasa suis.
Hasil pengukuran arus gerbang menunjukkan bahawa transistor kesan medan hampir tidak menggunakan arus kendali. Pada voltan 4.6 volt, arusnya hanya 888 nA (nano !!!).
Pada voltan 20V, ia adalah 3.55 μA (mikro). Untuk transistor bipolar, ia akan berada pada urutan 10 mA, bergantung kepada keuntungan, iaitu puluhan ribu kali lebih daripada satu kesan medan.
Tidak semua kunci dibuka dengan tegasan sedemikian, ini disebabkan oleh reka bentuk dan ciri litar peranti-peranti di mana ia digunakan.
Ciri-ciri menggunakan kekunci dengan pengatup terlindung
Dua konduktor, dan di antara mereka satu dielektrik - apa itu? Ini adalah transistor, pintu itu sendiri mempunyai kapasitansi parasit, ia melambatkan proses menukar transistor. Ini dipanggil Miller Plateau, secara amnya, soalan ini layak untuk bahan serius berasingan dengan pemodelan yang tepat, menggunakan perisian lain (tidak memeriksa ciri ini di multisim).
Kapasiti yang dilepaskan pada saat pertama kali memerlukan peranti pengecasan yang besar, dan peranti kawalan jarang (PWM pengawal dan mikrokontroler) mempunyai output yang kuat, sehingga mereka menggunakan pemandu untuk bidai lapangan, baik dalam transistor kesan medan dan dalam IGBT (bipolar dengan pengatup terpencil). Ini adalah penguat yang menukarkan isyarat masukan ke dalam output magnitud dan kekuatan semasa, yang mencukupi untuk menghidupkan dan mematikan transistor. Semasa cas ini juga terhad oleh resistor yang terhubung secara bersiri dengan pintu masuk.
Pada masa yang sama, sesetengah pintu boleh dikawal dari pelabuhan mikrokontroler melalui perintang (IRF740 yang sama). Kami menyentuh topik ini. dalam kitaran bahan arduino.
Grafik bersyarat
Mereka menyerupai transistor kesan padang dengan pintu kawalan, tetapi berbeza dengan UGO, seperti dalam transistor itu sendiri, pintu itu dipisahkan dari substrat, dan anak panah di tengah menunjukkan jenis saluran, tetapi diarahkan dari substrat ke saluran, jika ia adalah mosfet n-saluran - ke arah pengatup dan sebaliknya.
Untuk kekunci dengan saluran teraruh:
Mungkin kelihatan seperti ini:
Beri perhatian kepada nama-nama kesimpulan bahasa Inggeris, mereka sering ditunjukkan pada lembaran data dan pada gambar rajah.
Untuk kekunci dengan saluran terbina dalam:
Lihat juga di electro-ms.tomathouse.com
: