Полевые транзисторы
Полевые транзисторы (FET, Field Effect Transistor) имеют то же назначение, но отличаются внутренним устройством. Частным видом этих компонентов являются транзисторы MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Они позволяют оперировать гораздо большими мощностями при тех же размерах. А управление самой «заслонкой» осуществляется исключительно при помощи напряжения: ток через затвор, в отличие от биполярных транзисторов, не идёт.
Полевые транзисторы обладают тремя контактами:
N-Channel и P-Channel
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.
Как отличить биполярный транзистор от полевого
- Активный режим работы биполярного транзистора
- Биполярные транзисторы. Принцип действия, статические и динамические параметры транзисторов.
- Динамические параметры полевого транзистора
- Дифференциальные параметры полевых транзисторов с управляющим p-n переходом. Температурные зависимости параметры полевого транзистора.
- Е. Коваленко: Полис они получают такой же, как у всех, он ничем не отличается от полиса любого домашнего человека.
- ИССЛЕДОВАНИЕ ТИПОВЫХ СХЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ
- КАСКАДА НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
- Малосигнальные модели и параметры МДП – транзисторов. Частотные характеристики. Схемы включения МДП транзистора с индуцированном каналом.
- Минеральный состав:полевой шпат и авгит
- Организация полевой практики
- Основные параметры каскада усилителя на полевом транзисторе
- Отчет по полевой практике
Какие параметры определяют свойства транзистора в его быстродействии
Транзисторы работают между активным режимом и отсечкой, в результате чего схема не входит в режим насыщения, что увеличивает ее быстродействие.
Быстродействие транзистора зависит только от скорости перезарядки барьерной емкости. Причиной инерционности биполярного транзистора являются конечное время переноса зарядов от эмиттерного перехода к коллекторному и паразитные емкости указанных переходов. А быстродействие, в свою очередь, зависит от того, насколько сильны инерционные свойства.
Быстродействие транзистора определяется временем переключения транзисторных ключей, а удельная проводимость(и быстродействие), зависит от концентрации носителей заряда и от их подвижности.
Быстродействие транзистора определяется временем переключения транзисторных ключей, или вентилей, которое обратно пропорционально потребляемой мощности Р:=А/Р. Здесь А – работа ключа на одно переключение. Повышение мощности в целях ускорения переключения, как правило, требует увеличения расстояния между отдельными элементами схемы для соблюдения необходимого теплового режима, что приводит к уменьшению плотности размещения элементов и увеличению задержки на распространение сигнала по линиям.
Мощность, рассеиваемая в кристалле в виде теплоты, должна быть меньше тепловой мощности, которая может быть отведена.
От биполярного транзистора полевой транзистор отличается, во-первых, принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе — входным напряжением или электрическим полем. Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные сопротивления, что связано с обратным смещением p-n-перехода затвора в рассматриваемом типе полевых транзисторов. В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора может быть отделен от поверхности полупроводникового кристалла. Процессы рекомбинации носителей в p-n переходе и в базе биполярного транзистора, а также генерационно-рекомбинационные процессы на поверхности кристалла полупроводника сопровождаются возникновением низкочастотных шумов.
| Рис. 4.4. Активный режим биполярного транзистора |
Дата добавления: 2015-04-24 ; ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Транзистор — повсеместный и важный компонент в современной микроэлектронике. Его назначение простое: он позволяет с помощью слабого сигнала управлять гораздо более сильным.
В частноти, его можно использовать как управляемую «заслонку»: отсутствием сигнала на «воротах» блокировать течение тока, подачей — разрешать. Иными словами: это кнопка, которая нажимается не пальцем, а подачей напряжения. В цифровой электронике такое применение наиболее распространено.
Транзисторы выпускаются в различных корпусах: один и тот же транзистор может внешне выглядеть совершенно по разному. В прототипировании чаще остальных встречаются корпусы:
Обозначение на схемах также варьируется в зависимости от типа транзистора и стандарта обозначений, который использовался при составлении. Но вне зависимости от вариации, его символ остаётся узнаваемым.
Отличия полевых транзисторов от биполярных. Области применения
Как уже было сказано выше, первое и главное отличие этих двух видов транзисторов в том, что вторые управляются с помощью изменения тока, а первые — напряжения. И из этого следуют прочие преимущества полевых транзисторов по сравнению с биполярными:
· высокое входное сопротивление по постоянному току и на высокой частоте, отсюда и малые потери на управление;
· высокое быстродействие (благодаря отсутствию накопления и рассасывания неосновных носителей);
· поскольку усилительные свойства полевых транзисторов обусловлены переносом основных носителей заряда, их верхняя граница эффективного усиления выше, чем у биполярных;
· высокая температурная стабильность;
· малый уровень шумов, так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда, которое и делает биполярные транзисторы «шумными»;
· малое потребление мощности.
Однако, при всем при этом у полевых транзисторов есть и недостаток — они «боятся» статического электричества, поэтому при работе с ними предъявляют особо жесткие требования по защите от этой напасти.
Где применяются полевые транзисторы? Да практически везде. Цифровые и аналоговые интегральные схемы, следящие и логические устройства, энергосберегающие схемы, флеш-память… Да что там, даже кварцевые часы и пульт управления телевизором работают на полевых транзисторах.
Полностью управляемые транзисторные ключи большой мощности
Ключ, собранный на транзисторе, называется транзисторным ключом. Транзисторный ключ выполняет только две операции: вКЛЮЧено и выКЛЮЧено, промежуточный режим между «включено» и «выключено» мы будем рассматривать в следующих главах. Электромагнитное реле выполняет ту же самую функцию, но его скорость переключения очень медленная с точки зрения современной электроники, да и коммутирующие контакты быстро изнашиваются.
Что из себя представляет транзисторный ключ? Давайте рассмотрим его поближе:
Знакомая схемка не так ли? Здесь все элементарно и просто: подаем на базу напряжение необходимого номинала и у нас начинает течь ток через цепь от плюсовой клеммы +Bat2—>лампочка—>коллектор—>эмиттер—>к минусовой клемме Bat2. Напряжение на Bat2 должно быть равно рабочему напряжению питания лампочки. Если все так, то лампочка испускает свет. Вместо лампочки может быть какая-либо другая нагрузка. Резистор «R» здесь требуется для того, чтобы ограничить значение управляющего тока на базе транзистора.
Но все ли так просто, как кажется на первый взгляд?
Итак, давайте вспомним, какие требования должны быть, чтобы полностью «открыть» транзистор? Читаем статью принцип усиления биполярного транзистора и вспоминаем:
1) Для того, чтобы полностью открыть транзистор, напряжение база-эмиттер должно быть больше 0,6-0,7 Вольт.
2) Сила тока, текущая через базу должна быть такой, чтобы электрический ток мог течь через коллектор-эмиттер абсолютно беспрепятственно.
В идеале, сопротивление через коллектор-эмиттер должно стать равным нулю, в реале же оно будет иметь доли Ома. Такой режим называется «
режимом насыщения«.
Этот рисунок — воображение моего разума. Здесь я нарисовал тот самый режим насыщения.
Как мы видим, коллектор и эмиттер в режиме насыщения соединяются накоротко, поэтому лампочка горит на всю мощь.
А что теперь надо сделать, чтобы лампочка вообще не горела? Отключить ее ручками? Зачем? Ведь у нас есть управляемый резистор: коллектор-эмиттер, сопротивление которого мы можем менять, прогоняя через базу определенную силу тока Итак, что нужно для того, чтобы лампочка вообще перестала гореть? Возможны два способа:
Первый способ. Полностью отключить питание от резистора базы, как на рисунке ниже.
В реальности вывод базы является своего рода маленькой антеннкой, которая может принимать различные наводки и помехи из окружающего пространства. От этих наводок в базе может начать течь ток малого номинала. А как вы помните, для того, чтобы открыть транзистор много и не надо. И может даже случится так, что лампочка будет даже очень тихонько светится! Как же выйти из этой ситуации? Да очень легко! Достаточно поставить резистор между базой и эмиттером, то есть сделать так, чтобы при отключении напряжения, на базе напряжение было равно нулю. А какой вывод транзистора у нас находится под нулем? Эмиттер! То есть научным языком, мы должны сделать так, чтобы потенциал на базе был равен потенциалу на эмиттере.
И что, теперь каждый раз при отключении заземлять базу? В идеале — да. Но есть более хитрое решение Достаточно поставить резистор между базой и эмиттером. Его номинал в основном берут примерно в 10 раз выше, чем номинал базового резистора.
Так как в схеме появился еще один резистор, то базовый резистор назовем RБ , а резистор между базой и эмиттером не будем придумывать и назовем RБЭ. Схема примет вот такой вид:
Как же ведет себя резистор RБЭ в схеме? Если ключ S замкнут, то этот резистор не оказывает никакого влияния на работу схемы, так как через него протекает и без того малая сила тока, которая управляет базой. Ну а если ключ S разомкнут, то, как я уже сказал, потенциал на базе будет равняться потенциалу эмиттера, то есть нулю.
Второй способ. Добиться того, чтобы UБЭ<0,6 Вольт или чтобы ток базы IБ = 0. Этот способ чаще всего используется в МК и других логических схемах.
Что в первом, что во втором случае транзистор у нас не пропускает ток через коллектор-эмиттер. В этом случае говорят, что транзистор находится в режиме «отсечки«.
Тиристоры
Структура тиристора
Тиристор — это четырёхслойный полупроводниковый прибор, слои расположены последовательно, их типы проводимости чередуются: p‑n‑p‑n. p‑n‑переходы, между слоями на рисунке обозначены как «П1», «П2» и «П3». Контакт, присоединенный к внешнему p‑слою называется анодом, к внешнему n‑слою — катодом. В принципе тиристор может иметь до двух управляющих электродов, присоединённых к внутренним слоям. Но обычно изготавливаются тиристоры с одним управляющим электродом, либо вообще без управляющих электродов (такой прибор называется динистором).
Для включения тиристора достаточно кратковременно подать сигнал на управляющий электрод — тиристор откроется и будет оставаться в этом состоянии пока ток через тиристор не станет меньше тока удержания.
Итак, главный принцип работы тиристора и схем на его основе — открываем тиристор подачей сигнала на управляющий электрод, закрываем снижая ток анод-катод.
Как и в биполярном транзистор главную роль в принципе действия играют неосновные носители заряда (ННЗ) и обратно-смещенный p-n- переход. Пока неосновных носителей мало переход закрыт, но стоит подкинуть ННЗ к переходу и он откроется. В тиристоре есть два основных способа добавить ННЗ: 1) закачать ток в управляющий электрод; 2) поднять напряжение настолько чтобы возник лавинный пробой.
10.5. Сравнение полевых и биполярных транзисторов
Полевые и биполярные транзисторы выполняют одинаковые функции: работают в схеме или в качестве линейного усилителя, или в качестве ключа. Ниже (табл. 10.4) приводится краткое обобщающее сравнение этих двух типов транзисторов.
Управляемый физический процесс – инжекция неосновных носителей заряда: изменяется ток управления – изменяется поток инжектированных носителей заряда, что приводит к изменению выходного тока
Управляемый физический процесс – эффект поля, вызывающий изменение концентрации носителей заряда в канале: изменяется управляющее напряжение – изменяется проводимость канала, что приводит к изменению выходного тока
Выходной ток обеспечивается носителями обоих знаков (дырками и электронами)
Выходной ток обеспечивается основными носителями одного знака (или дырками, или электронами)
Прибор управляется током, так как на входе имеется прямосмещенный pn
— переход и входное сопротивление мало
Прибор управляется напряжением; входное сопротивление очень большое, так как входная цепь от выходной изолирована обратносмещенным pn
— переходом или слоем диэлектрика
При управлении от интегральных схем требуется дополнительное усиление тока
Возможно непосредственное управление от интегральных схем
Относительно небольшой коэффициент усиления по току
Очень большой коэффициент усиления по току
Необходимость специальных мер по повышению помехоустойчивости
Низкая теплостойкость: с увеличением тока растет температура структуры, что приводит к большему увеличению тока
Высокая теплостойкость: рост температуры структуры приводит к увеличению сопротивления канала, и ток уменьшается
Высокая вероятность саморазогрева и вторичного пробоя
Низкая вероятность саморазогрева и вторичного пробоя
Высокая чувствительность к токовым перегрузкам
Низкая чувствительность к токовым перегрузкам
Необходимость выравнивания токов в параллельном соединении приборов
Равномерное распределение тока в параллельном соединении приборов
Проведенное сравнение показывает, что в дискретных электронных устройствах полевые транзисторы в ряде применений предпочтительнее биполярных. Во-первых, управляющая цепь полевых транзисторов потребляет ничтожную энергию, так как входное сопротивление этих приборов очень велико. Как правило, усиление мощности и тока в полевых транзисторах много больше, чем в биполярных. Во-вторых, вследствие того, что управляющая цепь изолирована от выходной цепи, значительно повышаются надежность работы и помехоустойчивость схем на полевых транзисторах. В-третьих, полевые транзисторы имеют низкий уровень собственных шумов, что связано с отсутствием инжекции и свойственных ей флюктуаций. Наконец, в-четвертых, полевые транзисторы, вообще говоря, обладают более высоким собственным быстродействием, так как в них нет инерционных процессов накопления и рассасывания носителей заряда.
Однако полевые транзисторы имеют и недостатки. Вследствие относительно высокого сопротивления канала в открытом состоянии падение напряжения на открытом полевом транзисторе заметно больше, чем падение напряжения на насыщенном биполярном транзисторе. Этот недостаток усугубляется еще и тем, что температурная зависимость сопротивления канала сильнее, чем зависимость от температуры напряжения насыщения биполярного транзистора.
Источник
