Классификация полевых транзисторов: Полевой транзистор: виды, устройство, особенности

Полевой транзистор: виды, устройство, особенности

Полевой транзистор – электрический полупроводниковый прибор, выходной ток которого управляется полем, следовательно, напряжением, одного знака. Формирующий сигнал подается на затвор, регулирует проводимость канала n или p-типа. В отличие от биполярных транзисторов, где сигнал переменной полярности. Вторым признаком назовем формирование тока исключительно основными носителями (одного знака).

Классификация полевых транзисторов

Начнём классификацией. Разновидности полевых транзисторов многочисленны, каждая работает сообразно алгоритму:

  1. Тип проводимости канала: n или р. Фактор определяет полярность управляющего напряжения.
  2. По структуре. С р-n-переходом сплавные, диффузионные, МДП (МОП), с барьером Шоттки, тонкопленочные.
  3. Число электродов – 3 или 4. В последнем случае подложка рассматривается обособленным субъектом, позволяя управлять протеканием тока по каналу (помимо затвора).
  4. Материал проводника. Сегодня распространены кремний, германий, арсенид галлия. Материал полупроводника маркируется условным обозначением буквами (К, Г, А) или (в изделиях военной промышленности) цифрами (1, 2, 3).
  5. Класс применения не входит в маркировку, указывается справочниками, дающими сведения, что полевой транзистор часто входит в состав усилителей, радиоприемных устройств. В мировой практике встречается деление по применяемости на следующие 5 групп: усилители высокой, низкой частоты, постоянного тока, модуляторы, ключевые. Полупроводниковые транзистор

    Полупроводниковый транзистор

  6. Диапазон электрических параметров определяет набор значений, в которых полевой транзистор сохраняет работоспособность. Напряжение, ток, частота.
  7. По конструктивным особенностям различают унитроны, алкатроны, текнетроны, гридисторы. Каждый прибор наделен ключевыми признаками. Электроды алкатрона выполнены концентрическими кольцами, увеличивая объем пропускаемого тока.
  8. Числом конструктивных элементов, вмещенных одной подложкой выделяют сдвоенные, комплементарные.

Помимо общей классификации придумана специализированная, определяющая принципы работы. Различают:

  1. Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом.
  2. Полевые транзисторы с барьером Шоттки.
  3. Полевые транзисторы с изолированным затвором:
  • С встроенным каналом.
  • С индуцированным каналом.

В литературе дополнительно упорядочивают структуры следующим образом: применять обозначение МОП нецелесообразно, конструкции на оксидах считают частным случаем МДП (металл, диэлектрик, полупроводник). Барьер Шоттки (МеП) следует отдельно выделять, поскольку это иная структура. Напоминает свойствами p-n-переход. Добавим, что конструктивно в состав транзистора способны входить одновременно диэлектрик (нитрид кремния), оксид (четырехвалентный кремния), как это случилось с КП305. Такие технические решения используются людьми, ищущими методы получения уникальных свойств изделия, удешевления.

FET устройства

FET устройства

Среди зарубежных аббревиатур для полевых транзисторов зарезервировано сочетание FET, иногда обозначает тип управления – с p-n-переходом. В последнем случае наравне с этим встретим JFET. Слова-синонимы. За рубежом принято отделять оксидные (MOSFET, MOS, MOST – синонимы), нитридные (MNS, MNSFET) полевые транзисторы. Наличие барьера Шоттки маркируется SBGT. По-видимому, материал значение, отечественная литература значение факта замалчивает.

Электроды полевых транзисторов на схемах обозначаются: D (drain) – сток, S (source) – исток, G (gate) – затвор. Подложку принято именовать substrate.

Устройство полевого транзистора

Управляющий электрод полевого транзистора называется затвором. Канал образован полупроводником произвольного типа проводимости. Сообразно полярность управляющего напряжения положительная или отрицательная. Поле соответствующего знака вытесняет свободные носители, пока перешеек под электродом затвора не опустеет вовсе. Достигается путем воздействия поля либо на p-n-переход, либо на однородный полупроводник. Ток становится равным нулю. Так работает полевой транзистор.

Ток протекает от истока к стоку, новичков традиционно мучает вопрос различения двух указанных электродов. Отсутствует разница, в каком направлении движутся заряды. Полевой транзистор обратим. Униполярность носителей заряда объясняет малый уровень шумов. Поэтому в технике полевые транзисторы занимают доминирующую позицию.

Конструкция транзистора

Конструкция транзистора

Ключевой особенностью приборов назовем большое входное сопротивление, в особенности, переменному току. Очевидный факт, проистекающий из управления обратно смещённым p-n-переходом (переходом Шоттки), либо емкости технологического конденсатора в районе изолированного затвора.

Подложки часто выступает нелегированный полупроводник. Для полевых транзисторов с затвором Шоттки – арсенид галлия. В чистом виде неплохой изолятор, к которому в составе изделия предъявляются требования:

  1. Отсутствие негативных явлений на стыке с каналом, истоком, стоком: светочувствительность, паразитное управление по подложке, гистерезис параметров.
  2. Термостабильность в процессе технологических циклов изготовления изделия: устойчивость к отжигу, эпитаксии. Отсутствие диффузии примесей в активные слои, вызванной этим деградации.
  3. Минимум примесей. Требование тесно связано с предыдущим.
  4. Качественная кристаллическая решетка, минимум дефектов.

Сложно создать значительной толщины слой, отвечающий перечню условий. Поэтому добавляется пятое требование, заключающееся в возможности постепенного наращивания подложки до нужных размеров.

Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом и МеП

В этом случае тип проводимости материала затвора отличается от используемого каналом. На практике встретите разные улучшения. Затвор составлен пятью областями, утопленными в канале. Меньшим напряжением удается управлять протеканием тока. Означая увеличение коэффициента усиления.

Устройство с p-n-переходом

Биполярный транзистор

В схемах используется обратное смещение p-n-перехода, чем сильнее, тем уже канал для протекания тока. При некотором значении напряжения транзистор запирается. Прямое смещение опасно использовать по той причине, что мощная управляемая цепь может повлиять на контур затвора. Если переход открыт, потечет большой ток, либо приложится высокое напряжение. Нормальный режим обеспечивается правильным подбором полярности и других характеристик источника питания, выбором рабочей точки транзистора.

Однако в некоторых случаях намеренно используются прямые токи затвора. Примечательно, что этот режим могут использовать те МДП-транзисторы, где подложка образует с каналом p-n-переход. Движущийся заряд истока делится между затвором и стоком. Можно найти область, где получается значительный коэффициент усиления по току. Управляется режим затвором. При росте тока iз (до 100 мкА) параметры схемы резко ухудшаются.

Аналогичное включение используется схемой так называемого затворного частотного детектора. Конструкция эксплуатирует выпрямительные свойства p-n-перехода между затвором и каналом. Прямое смещение мало или вовсе нулевое. Прибор по-прежнему управляется током затвора. В цепи стока получается значительное усиление сигнала. Выпрямленное напряжение для затвора является запирающим, изменяется по входному закону. Одновременно с детектированием достигается усиление сигнала. Напряжение цепи стока содержит компоненты:

  • Постоянная составляющая. Никак не используется.
  • Сигнал с частотой несущей. Заводится на землю путем использования фильтрующих емкостей.
  • Сигнал с частотой модулирующего сигнала. Обрабатывается для извлечения заложенной информации.

Недостатком затворного частотного детектора считают большой коэффициент нелинейных искажений. Причем результаты одинаково плохи для слабых (квадратичная зависимость рабочей характеристики) и сильных (выход в режим отсечки) сигналов. Несколько лучшие демонстрирует фазовый детектор на двухзатворном транзисторе. На один управляющий электрод подают опорный сигнал, на стоке образуется информационная составляющая, усиленная полевым транзистором.

Несмотря на большие линейные искажения эффект находит применение. Например, в избирательных усилителях мощности, дозировано пропускающих узкий спектр частот. Гармоники фильтруются, не оказывают большого влияния на итоговое качество работы схемы.

Транзисторы металл-полупроводник (МеП) с барьером Шоттки почти не отличаются от имеющих p-n-переход. По крайней мере, когда дело касается принципов работы. Но благодаря особым качествам перехода металл-полупроводник, изделия способны работать на повышенной частоте (десятки ГГц, граничные частоты в районе 100 ГГц). Одновременно МеП структура проще в реализации, когда дело касается производства и технологических процессов. Частотные характеристики определяются временем заряда затвора и подвижностью носителей (для GaAs свыше 10000 кв. см/В с).

МДП-транзисторы

В МДП-структурах затвор надежно изолирован от канала, управление происходит полностью за счет воздействия поля. Изоляция ведётся за счет оксида кремния или нитрида. Именно эти покрытия проще нанести на поверхности кристалла. Примечательно, что в этом случае также имеются переходы металл-полупроводник в районе истока и стока, как и в любом полярном транзисторе. Об этом факте забывают многие авторы, либо упоминают вскользь путем применения загадочного словосочетания омические контакты.

В теме про диод Шоттки поднимался этот вопрос. Не всегда на стыке металла и полупроводника возникает барьер. В некоторых случаях контакт омический. Это зависит по большей части от особенностей технологической обработки и геометрических размеров. Технические характеристики реальных приборов сильно зависят от различных дефектов оксидного (нитридного) слоя. Вот некоторые:

  1. Несовершенство кристаллической решетки в поверхностной области обусловлено разорванными связями на границе смены материалов. Влияние оказывают как свободные атомы полупроводника, там и примесей наподобие кислорода, который имеется в любом случае. Например, при использовании методов эпитаксии. В результате появляются энергетические уровни, лежащие в глубине запрещенной зоны.
  2. На границе оксида и полупроводника (толщиной 3 нм) образуется избыточный заряд, природа которого на сегодняшний день еще не объяснена. Предположительно, роль играют положительные свободные места (дырки) дефектных атомов самого полупроводника и кислорода.
  3. Дрейф ионизированных атомов натрия, калия и других щелочных металлов происходит при низких напряжениях на электроде. Это увеличивает заряд, скопившийся на границе слоев. Для блокировки этого эффекта в оксиде кремния используют окись фосфора (ангидрид).

Объемный положительный заряд в оксиде влияет на значение порогового напряжения, при котором отпирается канал. Параметр обусловливает скорость переключения и определяет ток утечки (ниже порога). Вдобавок, на срабатывание влияют материал затвора, толщина оксидного слоя, концентрация примесей. Таким образом, результат опять сводится к технологии. Чтобы получить заданный режим, подбирают материалы, геометрические размеры, процесс изготовления с пониженными температурами. Отдельные приемы позволят также уменьшить количество дефектов, что благоприятно сказывается на снижении паразитного заряда.

Полевые транзисторы. Характеристики. Основные типы.| Elektrolife

MOSFET — (Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor) использует изолятор обычно SiO2 между затвором и каналом. 

JFET — полевой транзисторе с управляющим p-n переходом
MESFET —  (Metal–Semiconductor Field-Effect Transistor) разновидность p-n перехода JFET с барьером Schottky; используются с GaAs и др. III-V полупроводниками. 
 ISFET — ion-sensitive field-effect transistor – ионно-чувствительный полевой транзистор. 
ChemFET —  chemical field-effect transistor — МОСФЕТ транзисторы, заряд на затворе которых определяется химическими процессами. 
EOSFET —  electrolyte-oxide-semiconductor field effect transistor вместо металла в качестве затвора используется электролит. 
CNTFET — Carbon nanotube field-effect transistor — полевой транзистор с углеродными нанотрубками.

DEPFET – полевой транзистор с полностью обедненной подложкой,  используются как сенсоры, усилители и ячейки памяти одновременно. Может быть использован как датчик фотонов. 

DGMOSFET — с двумя затворами. 
DNAFET — специальный FET используемый как биосенсор, с затвором из 1-й ДНК молекулы чтобы определять соответствующую нить ДНК. 
FREDFET (Fast Reverse or Fast Recovery Epitaxial Diode FET) специальный полевой транзистор, разработанный для обеспечения сверхбыстрого закрытия встроенного диода (is a specialized FET designed to provide a very fast recovery (turn-off) of the body diode)
HEMT(high electron mobility transistor) или HFET(heterostructure FET) полевой транзистор с высокой подвижностью зарядов, гетероструктурные (шестигранные) FET. Изолятор затвора формируется из полностью обедненного материала с большой шириной запрещенной зоны. 
HIGFET —  (heterostructure insulated gate field effect transisitor), гетероструктурные MISFET используются в основном в исследовательских целях.
MODFET —  (Modulation-Doped Field Effect Transistor) использует квантовую структуру, сформированную градиентным легированием активной области. 
 NOMFET – (Nanoparticle Organic Memory Field-Effect Transistor) — память на основе органических наночастиц. 
OFET – (Organic Field-Effect Transistor) — канал из органического полупроводника. 
GNRFET – (Field-Effect Transistor that uses a graphene nanoribbon for its channel). С каналом из графеновой пленки. 
VFET (Vertical Field-Effect Transistor), вертикальный полевой транзистор, полевой транзистор с вертикальной структурой, полевой транзистор с вертикальным каналом. 
VeSFET — (Vertical-Slit Field-Effect Transistor) is a square-shaped junction-less FET with a narrow slit connecting the source and drain at opposite corners. Two gates occupy the other corners, and control the current through the slit… полевой транзистор квадратной формы, без перехода с близким расположением истока и стока на противоположных углах. Два других входа, занимающие другие углы — затворы, которые контролируют переход. 
TFET — (Tunnel Field-Effect Transistor) — основан на эффекте тунеллирования … из полосы в полосу. 
IGBT (insulated-gate bipolar transistor) устройство для контроля мощности. Представляет из себя гибрид полевого транзистора с проводящим каналом, как у биполярного транзистора. Обычно используются для напряжений 200-3000V сток-исток. Мощные MOSFETs обычно используются до 200 V. 

Классификация и основные типы полевых транзисторов.

Продолжаем разбираться с полевыми транзисторами и в этой статье поговорим о том, какие вообще существуют типы полевиков, и чем они отличаются. И начнем с того, что наиболее распространенным типом полевых транзисторов являются транзисторы, имеющие МОП-структуру (металл – окисел – полупроводник). Поэтому зачастую полевые транзисторы называют просто МОП-транзисторами (или MOSFET).

Как уже упоминалось в предыдущей статье (вот), существуют n-канальные и p-канальные МОП-транзисторы. Их характеристики практически симметричны, но правда есть небольшое уточнение. В p-канальных, в отличие от n-канальных, носителями являются не электроны, а дырки, которые имеют меньшую подвижность. Из этого вытекает то, что характеристики p-канальных МОП-транзисторов хуже, чем соответствующие характеристики n-канальных ПТ (меньше ток насыщения, больше пороговое напряжение итд).

Давайте разберемся, откуда взялось название металл-окисел-полупроводник (МОП). Рассмотрим структуру МОП-транзистора:

Устройство полевого транзистора

Как видите, затвор (металл) изолирован от канала (полупроводник) тонким слоем диэлектрика (окисел). Собственно, поэтому такую структуру и называют МОП 🙂 Поскольку затвор надежно изолирован, то воздействует он на проводимость канала только посредством электрического поля, которое возникает, если подать на затвор напряжение. Ток при этом через затвор не течет.

Вот как обозначаются n и p-канальные транзисторы на схемах:

МОП-транзистор

Вывод подложки здесь указан, по большому счету, лишь для того, чтобы как то различать транзисторы разных типов (n или p) на принципиальных схемах.

Переходим к следующему классу – полевые транзисторы с p-n переходом. В них затвор образует с каналом p-n переход. Кстати, под каналом подразумевается область, включающая сток, исток и область p-типа между ними (для n-канального ПТ). Давайте все обсуждать применительно именно к n-канальному транзистору. Для p-канального все также, просто полярности противоположные.

Итак, затвор образует с каналом p-n переход, а значит для того, чтобы избежать прохождения тока через затвор, необходимо сместить затвор в противоположном направлении относительно канала. То есть p-n переход затвор-канал должен быть закрыт. А если вдруг напряжение на затворе превысит напряжение канала на 0.6 В или больше (прямое напряжение диода), то через затвор потечет ток.  Под напряжением канала здесь понимается напряжение его конца (стока или истока) с более отрицательным потенциалом (чаще всего это исток). Вот как обозначаются такие транзисторы на принципиальных схемах:

Полевые транзисторы с p-n переходом

Как вы помните, при рассмотрении работы полевых транзисторов мы считали, что транзистор начинает проводить ток, если к затвору приложено напряжение, превышающее напряжение истока. Такие транзисторы называют транзисторами обогащенного типа. Возможен и другой вариант исполнения полевого транзистора, а точнее n-канального МОП-транзистора. Полупроводник канала может быть легирован таким образом, что при нулевом смещении  затвора относительно истока через канал протекает ток стока. Такие устройства называют МОП-транзисторами обедненного типа. Для того, чтобы предотвратить протекание тока стока в транзисторах обедненного типа необходимо подать на затвор обратное смещение в пару вольт.

В МОП-транзисторах нет никакого p-n перехода затвор-канал, поэтому они могут быть как обедненного, так и обогащенного типа, в то время как полевые транзисторы с p-n переходом могут быть только обедненного типа. На самом деле МОП-транзисторы редко бывают обедненного типа, чаще всего они являются транзисторами обогащенного типа (за редким исключением). Из этого вытекает такая вот классификация полевых транзисторов:

Классификация полевых транзисторов

По большому счету, мы рассмотрели все возможные варианты исполнения полевых транзисторов, так что на этой схеме и закончим на сегодня 🙂 Встретимся очень скоро в новых статьях!

Виды полевых транзисторов: МДП, схемы, характеристики ВАХ

рис. 1.97Полевые транзисторы с изолированным затвором.

В транзисторах этого типа затвор отделен от полупроводника слоем диэлектрика, в качестве которого в кремниевых приборах обычно используется двуокись кремния. Эти транзисторы обозначают аббревиатурой МОП (металл-окисел-полупроводник) и МДП (металл-диэлектрик-полупроводник). В англоязычной литературе их обычно обозначают аббревиатурой MOSFET или MISFET (Metal-Oxide (Insulator) —Semiconductor FET).

В свою очередь МДП-транзисторы делят на два типа.

В так называемых транзисторах со встроенным (собственным) каналом (транзистор обедненного типа) и до подачи напряжения на затвор имеется канал, соединяющий исток и сток.

В так называемых транзисторах с индуцированным каналом (транзистор обогащенного типа) указанный выше канал отсутствует.

МДП-транзисторы характеризуются очень большим входным сопротивлением. При работе с такими транзисторами надо предпринимать особые меры защиты от статического электричества. Например, при пайке все выводы необходимо закоротить.

МДП-транзистор со встроенным каналом.

Канал может иметь проводимость как p-типа, так и n-типа. Для определенности обратимся к транзистору с каналом p -типа. Дадим схематическое изображение структуры транзистора (рис. 1.97), условное графическое обозначение транзистора с каналом p-типа (рис. 1.98, а) и с каналом n-типа (рис. 1.98, б). Стрелка, как обычно, указывает направление от слоя p к слою n.

рис. 1.98

Рассматриваемый транзистор (см. рис. 1.97) может работать в двух режимах: обеднения и обогащения.

Режиму обеднения соответствует положительное напряжение uзи. При увеличении этого напряжения концентрация дырок в канале уменьшается (так как потенциал затвора больше потенциала истока), что приводит к уменьшению тока стока.

Если напряжение uзи больше напряжения отсечки, т. е. если u зи>uзиотс, то канал не существует и ток между истоком и стоком равен нулю. 

Режиму обогащения соответствует отрицательное напряжение uзи. При этом, чем больше модуль указанного напряжения, тем больше проводимость канала и тем больше ток стока.

Приведем схему включения транзистора (рис. 1.99). рис. 1.99

На ток стока влияет не только напряжение uзи, но и напряжение между подложкой и истоком uпи. Однако управление по затвору всегда предпочтительнее, так как при этом входные токи намного меньше. Кроме того, наличие напряжения на подложке уменьшает крутизну.

Подложка образует с истоком, стоком и каналом p-n-переход. При использовании транзистора необходимо следить за тем, чтобы напряжение на этом переходе не смещало его в прямом направлении. На практике подложку подключают к истоку (как показано на схеме) или к точке схемы, имеющей потенциал, больший потенциала истока (потенциал стока в приведенной выше схеме меньше потенциала истока).

Изобразим выходные характеристики МДП-транзистора (встроенный p-канал) типа КП201Л (рис. 1.100) и его стокозатворную характеристику (рис. 1.101). рис. 1.100 рис. 1.101

МДП-транзистор с индуцированным (наведенным) каналом.

Канал может иметь проводимость как p-типа, так и n-типа. Для определенности обратимся к транзистору с каналом p-типа. Дадим схематическое изображение структуры транзистора (рис. 1.102), условное графическое обозначение транзистора с индуцированным каналом p -типа (рис. 1.103, а) и каналом n-типа (рис. 1.103, б). рис. 1.102 рис. 1.103

При нулевом напряжении uзи канал отсутствует (рис. 1.102) и ток стока равен нулю. Транзистор может работать только в режиме обогащения, которому соответствует отрицательное напряжение uзи. При этом uиз > 0.Если выполняется неравенство uиз>u из порог, где u из порог — так называемое пороговое напряжение, то между истоком и стоком возникает канал p-типа, по которому может протекать ток.

Канал p-типа возникает из-за того, что концентрация дырок под затвором увеличивается, а концентрация электронов уменьшается, в результате чего концентрация дырок оказывается больше концентрации электронов.

Описанное явление изменения типа проводимости называют инверсией типа проводимости, а слой полупроводника, в котором оно имеет место (и который является каналом), — инверсным (инверсионным). Непосредственно под инверсным слоем образуется слой, обедненный подвижными носителями заряда. Инверсный слой значительно тоньше обедненного (толщина инверсного слоя 1 · 10 – 9…5 · 10– 9 м, а толщина обедненного слоя больше в 10 и более раз).

Изобразим схему включения транзистора (рис. 1.104), выходные характеристики (рис. 1.105) и стокозатворную характеристику (рис. 1.106) для МДП-транзистора с индуцированным p-каналом КП301Б. рис. 1.104 рис. 1.105

рис. 1.106Полезно отметить, что в пакете программ Micro-Cap II для моделирования полевых транзисторов всех типов используется одна и та же математическая модель (но, естественно, с различными параметрами).

Лекция 12. Полевые транзисторы. Классификация, принцип действия, основные параметры, схемы включения и режимы работы

12.1. Классификация полевых транзисторов

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.

12.2. Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющимp-n переходом

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.

Полевые транзисторы (Униполярные)- принцип работы и устройство, обозначение на схеме

Полевые транзисторы это отдельный тип полупроводников, которые оснащены одновременно тремя электродами. Их называют истоком, затвором и стоком. В оснащенном стоком/истоком пространстве, находится особый канал токопровождения. В нем и протекает электрический ток. Он изготовлен из материалов, обладающих полупроводниковыми свойствами с переходом либо p либо n.

Управление осуществляется изменением величины проводимости канала, которая находится в прямой зависимости от напряжения заряда, проходящего между затвором и истоком. В биполярных транзисторах ток течет к коллектору от эмиттера, проходя через переходы p-n. В статье рассмотрены все вопросы строения, особенности, сферы использования полевых транзисторов. В качестве дополнения, статья содержит в себе несколько видеоматериалов и одну подробную научную статью.

Различные модели полевых резисторов

Различные модели полевых резисторов

Полевые транзисторы с изолированным затвором. Устройство и принцип действия

Полевой транзистор с изолированным затвором (МДП-транзистор, MOSFET) – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. МДП-транзисторы (структура: металл-диэлектрик-полупроводник) выполняют из кремния. В качестве диэлектрика используют окисел кремния SiO2. отсюда другое название этих транзисторов – МОП – транзисторы (структура: металл-окисел-полупроводник). Наличие диэлектрика обеспечивает высокое входное сопротивление рассматриваемых транзисторов (1012 … 1014Ом).

Полевые транзисторы  – это однополярные устройства, как и обычные полевые транзисторы. То есть управляемый ток не должен проходить через PN переход. В транзисторе имеется PN переход, но его единственное назначение – обеспечить непроводящую обедненную область, которая используется для ограничения тока через канал.

Принцип действия МДП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля. Приповерхностный слой полупроводника является токопроводящим каналом этих транзисторов. МДП-транзисторы выполняют двух типов – со встроенным и с индуцированным каналом.

Полевые транзисторы разных размеров

Полевые транзисторы разных размеров

Рассмотрим особенности МДП-транзисторов со встроенным каналом. Конструкция такого транзистора с каналом n-типа показана на рис. 4, а. В исходной пластинке кремния р- типа с относительно высоким удельным сопротивлением, которую называют подложкой, с помощью диффузионной технологии созданы две сильнолегированные области с противоположным типом электропроводности – n. На эти области нанесены металлические электроды – исток и сток. Между истоком и стоком имеется тонкий приповерхностный канал с электропроводностью n- типа. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. На слой диэлектрика нанесен металлический электрод – затвор. Наличие слоя диэлектрика позволяет в таком полевом транзисторе подавать на затвор управляющее напряжение обеих полярностей.

Характеристики полевых транзисторов

Основные характеристики полевых транзисторов.

Основные параметры полевых транзисторов:

  1. Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность;
  2. Максимально допустимая рабочая частота;
  3. Напряжение сток-исток;
  4. Напряжение затвор-сток;
  5. Напряжение затвор-исток;
  6. Максимально допустимый ток стока;
  7. Ток утечки затвора;
  8. Крутизна характеристики;
  9. Начальный ток стока;
  10. Емкость затвор-исток;
  11. Входная ёмкость;
  12. Выходная ёмкость;
  13. Проходная ёмкость;
  14. Выходная мощность;
  15. Коэффициент шума;
  16. Коэффициент усиления по мощности.
Полевые транзисторы разных размеров

Полевые транзисторы разных размеров

Полевые транзисторы с управляющим р-n-переходом

В полевых транзисторах с управляющим р-n-переходом управление током транзистора достигается путем изменения сечения канала за счет изменения области, занимаемой этим переходом. Управляющий р-n-переход образуется между каналом и затвором, которые выполняются из полупроводников противоположных типов проводимости. Так, если канал образован полупроводником η-типа, то затвор – полупроводником p-типа. Напряжение между затвором и истоком всегда подается обратной полярности, т.е. запирающей р-n-персход. Напомним, что при подаче напряжения обратной полярности область, занимаемая р-n-переходом, расширяется. При этом расширяется и область, обедненная носителями заряда, а значит, сужается область канала, через которую может течь ток. Причем, чем больше значение запирающего напряжения, тем шире область, занимаемая р-n-переходом, и тем меньше сечение и проводимость канала.

Материал в тему: устройство подстроечного резистора.

Так же, как и для биполярных транзисторов, для описания работы полевых транзисторов используют выходные характеристики. Выходная характеристика нолевого транзистора – это зависимость тока стока Iс от напряжения между стоком и истоком при фиксированном напряжении между затвором и истоком. В отличие от биполярного, работа нолевого транзистора может также описываться непосредственной зависимостью выходного параметра – тока стока от входного – управляющего напряжения между затвором и истоком. В зависимости от температуры, эти характеристики несколько изменяются. Напряжение UЗИ, при котором канал полностью перекрывается (IС = 0), называется напряжением отсечки Uотc. Управляющее действие затвора характеризуют крутизной, которая может быть определена по выходным характеристикам (см. рис. 1.15, г):

S = ΔIс/ΔUЗИ, при UСИ = const.

Так как управляющий p-n-переход всегда заперт, у полевых транзисторов практически отсутствует входной ток. Благодаря этому они имеют очень высокое входное сопротивление и практически не потребляют мощности от источника управляющего сигнала. Это свойство относится не только к транзисторам с управляющим р-n-переходом, но и ко всем полевым транзисторам, что выгодно отличает их от биполярных.

Распространённые типы полевых транзисторов

В настоящее время в радиоаппаратуре применяются ПТ двух основных типов – с управляющим p-n-переходом и с изолированным затвором. Опишем подробнее каждую модификацию.

Управляющий p-n-переход

Эти полевые транзисторы представляют собой удлинённый полупроводниковый кристалл, противоположные концы которого с металлическими выводами играют роль стока и истока. Функцию затвора исполняет небольшая область с обратной проводимостью, внедрённая в центральную часть кристалла. Так же, как сток и исток, затвор комплектуется металлическим выводом.

Электронно-дырочный p-n-переход в таких полевых транзисторах получил название управляющего, поскольку напрямую изменяет мощность потока носителей заряда, представляя собой физическое препятствие для электронов или дырок (в зависимости от типа проводимости основного кристалла).

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Изолированный затвор

Конструкция этих полевых транзисторов отличается от описанных выше ПТ с управляющим p-n-переходом. Здесь полупроводниковый кристалл играет роль подложки, в которую на некотором удалении друг от друга внедрены две области с обратной проводимостью. Это исток и сток соответственно. Функцию затвора исполняет металлический вывод, который отделяется от кристалла слоем диэлектрика и, таким образом, электрически с ним не контактирует.

Из-за того, что в конструкции этих полевых транзисторов используются три типа материалов – металл, диэлектрик и полупроводник, – данные радиокомпоненты часто именуют МДП-транзисторами. В элементах, которые формируются в кремниевых микросхемах планарно-эпитаксиальными методами, в качестве диэлектрического слоя используется оксид кремния, в связи с чем буква «Д» в аббревиатуре заменяется на «О», и такие компоненты получают название МОП-транзисторов.

Полевой транзистор на схеме.

Полевой транзистор на схеме.

Существует два вида этих полевых транзисторов – с индуцированным и встроенным каналом. В первых физический канал отсутствует и возникает только в результате воздействия электрического поля от затвора на подложку. Во-вторых канал между истоком и стоком физически внедрён в подложку, и напряжение на затворе требуется не для формирования канала, а лишь для управления его характеристиками. Схемотехническое преимущество ПТ с изолированным затвором перед транзисторами с управляющим p-n-переходом заключается в более высоком входном сопротивлении.

Это расширяет возможности применения данных элементов. К примеру, они используются в высокоточных устройствах и прочей аппаратуре, критичной к электрическим режимам. В силу конструктивных особенностей МОП-транзисторы чрезвычайно чувствительны к внешним электрическим полям. Это вынуждает соблюдать особые меры предосторожности при работе с этими радиодеталями. В частности, в процессе пайки необходимо использовать паяльную станцию с заземлением, а, кроме того, заземляться должен и человек, выполняющий пайку. Даже маломощное статическое электричество способно повредить полевой транзистор.

Классификация транзисторов.

Классификация транзисторов.

Выходные характеристики

Семейство выходных характеристик транзистора с управляющим рп-переходом в схеме с общим истоком показано на рис. 26.4. Они ана­логичны выходным характеристикам биполярного транзистора. Эти ха­рактеристики показывают зависимость выходного тока ID от выходного напряжения VDS(напряжения между стоком и истоком) для заданных Значений напряжения на затворе VGS(напряжения между затвором и истоком).

Диапазон изменения смещающего напряжения затвор-исток доволь­но велик (несколько вольт) в отличие от биполярного транзистора, где напряжение база-эмиттер практически постоянно. Видно, что при увеличении (по абсолютной величине) напряжения на затворе ток стока уменьшается. Это уменьшение происходит до тех пор, пока расширяющийся обедненный слой перехода затвор-канал не пере­кроет весь канал, останавливая протекание тока. В этом случае говорят, что полевой транзистор находится в состоянии отсечки.

Схема полевого транзистора.

Схема полевого транзистора.

Напряжение отсечки

рассмотрим выходную характеристику для VGS= 0. При уве­личении напряжения VDS(от нулевого значения) ток стока постепенно увеличивается, пока не достигает точки Р, после которой величина тока практически не изменяется. Напряжение в точке Р называется напря­жением отсечки. При этом напряжении обедненный слой, связанный с обратносмещенным переходом затвор-канал, почти полностью перекры­вает канал. Однако протекание тока IDв этой точке не прекращается, поскольку благодаря этому току как раз и создается обедненный слой. Все кривые семейства выходных характеристик имеют свои точки отсеч­ки: P1P2 и т. д. Если соединить эти точки друг с другом линией, то правее ее лежит область отсечки, являющаяся рабочей областью полевого транзистора.

Полевой транзистор.

Полевой транзистор.

Усилитель на полевом транзисторе с общим истоком

Схема типичного усилителя ЗЧ на полевом транзисторе показана на рис. 26.5. В этой схеме через резистор утечки R1 отводится на шасси очень малый ток утечки затвора. Резистор R3 обеспечивает необходимое обратное смещение, поднимая потенциал истока выше потенциала затво­ра. Кроме того, этот резистор обеспечивает также стабильность режима усилителя по постоянному току. R2 – нагрузочный резистор, который может иметь очень большое сопротивление (до 1,5 МОм). Развязыва­ющий конденсатор С2 в цепи истока устраняет отрицательную обратную связь по переменному току через резистор R3. Следует отметить, что раз­делительный конденсатор С1 может иметь небольшую емкость (0,1 мкФ) благодаря высокому входному сопротивлению полевого транзистора.

При подаче сигнала на вход усилителя изменяется ток стока, вызы­вая, в свою очередь, изменение выходного напряжения на стоке транзи­стора. Во время положительного полупериода входного сигнала напря­жение на затворе увеличивается в положительном направлении, обратное напряжение смещения перехода затвор-исток уменьшается и, следовательно, увеличивается ток IDполевого транзистора. Увеличение ID приводит к уменьшению выходного (стокового) напряжения, и на выходе воспроизводится отрицательный полупериод усиленного сигнала. И на­оборот, отрицательному полупериоду входного сигнала соответствует по­ложительный полупериод выходного сигнала. Таким образом, входной и выходной сигналы усилителя с общим истоком находятся в противофазе.

Расчет статического режима

Одно из преимуществ полевого транзистора – очень малый ток утечки затвора, величина которого не превышает нескольких пикоампер (10-12 A). Поэтому в схеме усилителя па рис. 26.5 затвор находится практически при нулевом потенциале. Ток полевого транзистора протекает от стока к истоку и обычно отождествляется с током стока ID (который, очевидно, равен току истока IS).

Рассмотрим схему на рис. 26.5. Полагая ID = 0,2 мА, вычисляем потенциал истока:

VS = 0,2 мА · 5 кОм = 1 В. Это величина напряжения обратного смещения управляющего    pn-перехода.

Падение напряжения на резисторе R2 = 0,2 мА · 30 кОм = 6 В.

Потенциал стока VD = 15 – 6 = 9 В.

Линия нагрузки

Линию нагрузки можно начертить точно так же, как для биполярного транзистора. Если ID = 0, то VDS= VDD = 15 В. Это точка Х на линии нагрузки. Если VDS= 0, то почти все напряжение VDDисточника питания па­дает на резисторе R2. Следовательно, ID = VDD / R2= 15 В / 30 кОм = 0,5 мА. Это точка Y на линии нагрузки. Рабочая точка Q выбирается таким образом, чтобы транзистор работал в области отсечки. Выбранная рабочая точка Q точка покоя определяется величинами: ID = 0,2 мА, VGS= – 1 В, VDS= 9 В.

Полевой транзистор.

Полевой транзистор.

МОП-транзистор

В полевом транзисторе этого типа роль затвора играет металлический электрод, электрически изолированный от полупроводника тонкой пленкой диэлектрика, в данном случае оксида. Отсюда и название транзистора «МОП» – сокращение от «металл-оксид-полупроводник». Канал п-типа в МОП-транзисторе формируется за счет притяже­ния электронов из подложки р-типа диэлектрическим слоем затвора (рис. 26.7). Ширину канала можно изменять, подавая на затвор электрический потенциал. Подача положительного (относительно подложки)

Заключение

Более подробную информацию об устройстве полевых транзисторов можно узнать в статье Лекция о полевых транзисторах. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.

Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.bourabai.ru

www.studme.org

www.radiolubitel.net

www.radioprog.ru

www.eandc.ru

Предыдущая

ПолупроводникиЧто такое NTC термисторы

Следующая

ПолупроводникиЧто такое SMD светодиоды

Полевые транзисторы. Виды и устройство. Применение и особенности

Полевые транзисторы являются полупроводниковыми приборами. Особенностью их является то, что ток выхода управляется электрическим полем и напряжением одной полярности. Регулирующий сигнал поступает на затвор и осуществляет регулировку проводимости перехода транзистора. Этим они отличаются от биполярных транзисторов, в которых сигнал возможен с разной полярностью. Другим отличительным свойством полевого транзистора является образование электрического тока основными носителями одной полярности.

Разновидности
Существует множество разных видов полевых транзисторов, действующих со своими особенностями.
  • Тип проводимости. От нее зависит полюсность напряжения управления.
  • Структура: диффузионные, сплавные, МДП, с барьером Шоттки.
  • Количество электродов: бывают транзисторы с 3-мя или 4-мя электродами. В варианте с 4-мя электродами подложка является отдельной частью, что дает возможность управлять прохождением тока по переходу.
  • Материал изготовления: наиболее популярными стали приборы на основе германия, кремния. В маркировке транзистора буква означает материал полупроводника. В транзисторах, производимых для военной техники, материал маркируется цифрами.
  • Тип применения: обозначается в справочниках, на маркировке не указан. На практике известно пять групп применения «полевиков»: в усилителях низкой и высокой частоты, в качестве электронных ключей, модуляторов, усилителей постоянного тока.
  • Интервал рабочих параметров: набор данных, при которых полевики могут работать.
  • Особенности устройства: унитроны, гридисторы, алкатроны. Все приборы имеют свои отличительные данные.
  • Количество элементов конструкции: комплементарные, сдвоенные и т. д.
Кроме основной классификации «полевиков», имеется специальная классификация, имеющая принцип действия:
  • Полевые транзисторы с р-n переходом, который осуществляет управление.
  • Полевые транзисторы с барьером Шоттки.
  • «Полевики» с изолированным затвором, которые делятся:
    — с индукционным переходом;
    — со встроенным переходом.

В научной литературе предлагается вспомогательная классификация. Там говорится, что полупроводник на основе барьера Шоттки необходимо выделить в отдельный класс, так как это отдельная структура. В один и тот же транзистор может входить сразу оксид и диэлектрик, как в транзисторе КП 305. Такие методы применяют для образования новых свойств полупроводника, либо для снижения их стоимости.

На схемах полевики имеют обозначения выводов: G – затвор, D – сток, S – исток. Подложку транзистора называют «substrate».

Конструктивные особенности

Электрод управления полевым транзистором в электронике получил название затвора. Его переход выполняют из полупроводника с любым видом проводимости. Полярность напряжения управления может быть с любым знаком. Электрическое поле определенной полярности выделяет свободные электроны до того момента, пока на переходе не закончатся свободные электроны. Это достигается воздействием электрического поля на полупроводник, после чего величина тока приближается к нулю. В этом заключается действие полевого транзистора.

Электрический ток проходит от истока к стоку. Разберем отличия этих двух выводов транзистора. Направление движения электронов не имеет значения. Полевые транзисторы обладают свойством обратимости. В радиотехнике полевые транзисторы нашли свою популярность, так как они не образуют шумов по причине униполярности носителей заряда.

Главной особенностью полевых транзисторов является значительная величина сопротивления входа. Это особенно заметно по переменному току. Эта ситуация получается по причине управления по обратному переходу Шоттки с определенным смещением, или по емкости конденсатора возле затвора.

Материалом подложки выступает нелегированный полупроводник. Для «полевиков» с переходом Шоттки вместо подложки закладывают арсенид галлия, который в чистом виде является хорошим изолятором.

К нему предъявляются требования:
  • Отсутствие отрицательных факторов в соединении с переходом, стоком и истоком: гистерезис свойств, паразитное управление, чувствительность к свету.
  • Устойчивость к температуре во время изготовления: невосприимчивость к эпитаксии, отжигу. Отсутствие различных примесей в активных слоях.
  • Минимальное количество примесей.
  • Качественная структура кристаллической решетки с наименьшим количеством дефектов.

На практике оказывается трудным создание структурного слоя со сложным составом, отвечающим необходимым условиям. Поэтому дополнительным требованием является возможность медленного наращивания подложки до необходимых размеров.

Полевые транзисторы с р-n переходом

В такой конструкции тип проводимости затвора имеет отличия от проводимости перехода. Практически применяются различные доработки. Затвор может быть изготовлен из нескольких областей. В итоге наименьшим напряжением можно осуществлять управление прохождением тока, что повышает коэффициент усиления.

В разных схемах применяется обратный вид перехода со смещением. Чем больше смещение, тем меньше ширина перехода для прохождения тока. При определенной величине напряжения транзистор закрывается. Применение прямого смещения не рекомендуется, так как мощная цепь управления может оказать влияние на затвор. Во время открытого перехода проходит значительный ток, или повышенное напряжение. Работа в нормальном режиме создается путем правильного выбора полюсов и других свойств источника питания, а также подбором точки работы транзистора.

Во многих случаях специально применяют непосредственные токи затвора. Такой режим могут применять и транзисторы, у которых подложка образует переход вида р-n. Заряд от истока разделяется на сток и затвор. Существует область с большим коэффициентом усиления тока. Этот режим управляется затвором. Однако, при возрастании тока эти параметры резко падают.

Подобное подключение применяется в схеме частотного затворного детектора. Он применяет свойства выпрямления перехода канала и затвора. В таком случае прямое смещение равно нулю. Транзистор также управляется затворным током. В цепи стока образуется большое усиление сигнала. Напряжение для затвора изменяется по закону входа и является запирающим для затвора.

Напряжение в стоковой цепи имеет элементы:
  • Постоянная величина. Не применяется.
  • Сигнал несущей частоты. Отводится на заземление с применением фильтров.
  • Сигнал с модулирующей частотой. Подвергается обработке для получения из него информации.

В качестве недостатка затворного детектора целесообразно выделить значительный коэффициент искажений. Результаты для него отрицательные для сильных и слабых сигналов. Немного лучший итог показывает фазовый детектор, выполненный на транзисторе с двумя затворами. Опорный сигнал подается на один их электродов управления, а информационный сигнал, усиленный «полевиком», появляется на стоке.

Несмотря на значительные искажения, этот эффект имеет свое назначение. В избирательных усилителях, которые пропускают определенную дозу некоторого спектра частот. Гармонические колебания фильтруются и не влияют на качество действия схемы.

Транзисторы МеП, что означает – металл-полупроводник, с переходом Шоттки практически не отличаются от транзисторов с р-n переходом. Так как переход МеП имеет особые свойства, эти транзисторы могут функционировать на повышенной частоте. А также, структура МеП простая в изготовлении. Характеристики по частоте зависят от времени заряда затворного элемента.

МДП-транзисторы

База элементов полупроводников постоянно расширяется. Каждая новая разработка изменяет электронные системы. На их базе появляются новые приборы и устройства. МДП-транзистор действует путем изменения проводимости полупроводникового слоя с помощью электрического поля. От этого и появилось название – полевой.

Обозначение МДП расшифровывается как металл-диэлектрик-полупроводник. Это дает характеристику состава прибора. Затвор изолирован от истока и стока тонким диэлектриком. МДП транзистор современного вида имеет размер затвора 0,6 мкм, через который может протекать только электромагнитное поле. Оно оказывает влияние на состояние полупроводника.

При возникновении нужного потенциала на затворе возникает электромагнитное поле, которое оказывает влияние на сопротивление участка стока-истока.

Достоинствами такого применения прибора является:
  • Повышенное сопротивление входа прибора. Это свойство актуально для применения в цепях со слабым током.
  • Небольшая емкость участка сток-исток дает возможность применять МДП-транзистор в устройствах высокой частоты. При передаче сигнала искажений не наблюдается.
  • Прогресс в новых технологиях производства полупроводников привел к разработке транзисторов IGBT, которые включают в себя положительные моменты биполярных и полевых приборов. Силовые модули на их основе широко применяются в приборах плавного запуска и преобразователях частоты.

При разработке таких элементов нужно учесть, что МДП-транзисторы имеют большую чувствительность к повышенному напряжению и статическому электричеству. Транзистор может сгореть при касании к его выводам управления. Следовательно, при их установке необходимо применять специальное заземление.

Такие полевые транзисторы обладают многими уникальными свойствами (например, управление электрическим полем), поэтому они популярны в составе электронной аппаратуры. Также следует отметить, что технологии изготовления транзисторов постоянно обновляется.

Похожие темы:

Что такое полевой транзистор? - Определение, конструкция и классификация

Определение: FET - это аббревиатура, используемая для «полевого транзистора ». Это трехполюсное униполярное устройство, в котором проводимость регулируется с помощью приложенного электрического поля . Само название дает краткое представление о принципе его работы, «эффект поля», эти два слова ясно указывают на то, что это транзистор, управляемый электрическим полем.

Таким образом, его также называют устройством, управляемым напряжением, в котором только основные носители заряда участвуют в механизме проводимости.Он состоит из трех выводов: истока, затвора и стока. Обозначение схемы, описанное на схеме ниже, ясно иллюстрирует три вывода полевого транзистора.

FET circuit symbol

История полевого транзистора

В 1926 году идею полевого транзистора (FET) представил Lilienfield. После этого, в 1935 году, компания Heil также осветила полевой транзистор. Но к этому времени полевые транзисторы не пользовались большой популярностью.Это было в 1940 году, когда значение полевых транзисторов стало расти. Это связано с тем, что в 1940-е годы исследования полупроводников проводились в лабораториях Bell .

Значение полевого транзистора

Прежде чем обсуждать значение полевого транзистора, я хотел бы поделиться ключевой концепцией, касающейся полевого транзистора. Транзистор в названии часто путают с биполярным транзистором. Но существует огромная разница между полевым транзистором и биполярным транзистором.

Хотя оба являются транзисторами, и оба связаны с проводимостью тока, и оба имеют три вывода, но на этом сходство заканчивается.BJT использует инжекцию и сбор неосновных носителей заряда, и этот процесс инжекции и сбора выполняется во время прямого смещения P-N перехода. Напротив, полевые транзисторы используют электрическое поле для изменения ширины обеднения во время обратного смещения перехода.

Таким образом, проводимость в BJT связана с основными носителями заряда, а также с неосновными носителями, но механизм проводимости в полевых транзисторах обусловлен только основными носителями заряда. Это причина того, что полевые транзисторы называют униполярными устройствами.

Водная аналогия для понимания концепции FET

Чтобы понять, как работает полевой транзистор, давайте воспользуемся аналогией. Аналогии часто упрощают понимание даже сложной концепции. Источник воды можно понимать как источник полевого транзистора, емкость, собирающая воду, аналогична дренажному выводу полевого транзистора. Давайте быстро взглянем на диаграмму ниже, после чего понимание концепции FET будет легкой прогулкой.

Water analogy

Теперь вы можете догадаться, чему аналогичен терминал ворот? Если вы думаете о водопроводном кране, то да, вы правы.Это не что иное, как регулирующий кран, который контролирует поток воды. Теперь, способ, которым управляющий кран регулирует количество воды, поступающей из выхода, точно так же, как напряжение на выводе затвора управляет потоком тока от истока к выводу стока.

Конструкция и работа полевого транзистора

Полупроводник - основа всех полевых транзисторов. В зависимости от того, какой канал мы используем, то есть N-канал или P-канал, будет использоваться образец полупроводника. Если мы проектируем полевые транзисторы с N-каналом, то канал будет из полупроводника N-типа.А в середине противоположных фаз образца будет рассеиваться полупроводник P-типа.

Field Effect transistor

Полупроводниковая шина P-типа будет действовать как вывод затвора. Противоположные концы полупроводника P-типа будут соединены вместе, чтобы сформировать общий вывод затвора. Таким образом, по обе стороны от затвора будет два P-N перехода, которые будут называться терминалами истока и стока.

Компоненты полевых транзисторов

  1. Канал: Это область, в которой течет большинство носителей заряда.Когда большинство носителей заряда вводятся в полевой транзистор, то только по этому каналу они перетекают от истока к стоку.
  2. Источник: Источник - это терминал, через который в полевой транзистор вводятся основные носители заряда.
  3. Дренаж: Дренаж - это приемный терминал, в который входят основные носители заряда и, таким образом, вносят свой вклад в процедуру проводимости.
  4. Gate: Терминал затвора сформирован путем диффузии одного типа полупроводника с другим типом полупроводника.Это в основном создает область с высоким содержанием примесей, которая контролирует поток носителя от истока к стоку.

Классификация полевых транзисторов

Классификацию полевых транзисторов можно понять с помощью диаграммы, представленной на изображении ниже. Полевые транзисторы в основном описаны в двух типах: JFET (Junction field effect transistor) и полевой транзистор с изолированным затвором.

chart

Полевой транзистор перехода: Полевой транзистор перехода - это не что иное, как полевой транзистор, в котором проводимость устанавливается путем изменения ширины обеднения при обратном смещении перехода.По конструкции он бывает двух типов: N-канал и P-канал.

Полевой транзистор с изолированным затвором: Полевой транзистор с изолированным затвором - это тот, в котором затвор изолирован от образца полупроводника изоляционным материалом. Это два типа MESFET (полевой транзистор с металлическим полупроводником), и MISFET (полевой транзистор с металлическим диэлектриком и полупроводником).

И MESFET, и MISFET используют переход металл-полупроводник, а не обычный P-N переход.Но особенность, которая отличает оба, - это использование изоляционного материала в случае MISFET, в то время как в MESFET изоляционного материала нет.

MOSFET - это подтип MISFET, в котором оксидный слой играет решающую роль в обеспечении изоляции между затвором и другими выводами. МОП-транзисторы работают в двух режимах: Depletion mode и Enhancement Mode . В режиме истощения существует физический канал, в то время как в режиме улучшения его нет.

Полевой МОП-транзистор с истощением и расширением может быть снова разработан двумя способами, используя N-канал или P-канал.Это было краткое описание полевых транзисторов.

.

Какие бывают типы полевых транзисторов

A cluster of field effect transistor A cluster of field effect transistor Кластер полевых транзисторов

Полевой транзистор или полевой транзистор - это транзистор, в котором выходной ток регулируется электрическим полем. Полевой транзистор иногда называют униполярным транзистором, поскольку он предполагает работу с одной несущей. Основные типы полевых транзисторов полностью отличаются от основных типов транзисторов BJT. FET - это трехконтактные полупроводниковые устройства с выводами истока, стока и затвора.

Заряды переносятся электронами или дырками, которые текут от истока к стоку через активный канал.Этот поток электронов от истока к стоку контролируется напряжением, приложенным к клеммам затвора и истока.


Типы полевых транзисторов

Полевые транзисторы бывают двух типов - полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы.

Junction FET

A Junction FET A Junction FET A Junction FET

Junction FET транзистор - это тип полевого транзистора, который может использоваться в качестве переключателя с электрическим управлением. Электроэнергия течет по активному каналу между источниками к выводам стока. При приложении напряжения обратного смещения к клемме затвора канал напрягается, поэтому электрический ток полностью отключается.

Соединительный полевой транзистор доступен в двух полярностях:

N-канал JFET

PCBWay PCBWay
N channel JFET N channel JFET N-канал JFET

N-канал JFET состоит из стержня n-типа, по бокам которого легированы два слоя p-типа. Канал электронов составляет N-канал устройства. На обоих концах N-канального устройства имеются два омических контакта, которые соединены вместе, образуя вывод затвора.

Клеммы истока и стока взяты с двух других сторон шины.Разность потенциалов между выводами истока и стока обозначается как Vdd, а разность потенциалов между выводами истока и затвора обозначается как Vgs. Поток заряда происходит из-за потока электронов от истока к стоку.

Всякий раз, когда на клеммы стока и истока подается положительное напряжение, электроны текут от истока «S» к клемме стока «D», тогда как обычный ток стока Id течет через сток к истоку. Поскольку ток течет через устройство, оно находится в одном состоянии.

Когда на вывод затвора подается напряжение отрицательной полярности, в канале создается область обеднения. Ширина канала уменьшается, следовательно, увеличивается сопротивление канала между истоком и стоком. Поскольку переход затвор-исток имеет обратное смещение и в устройстве не течет ток, оно находится в выключенном состоянии.

Таким образом, если напряжение, приложенное к выводу затвора, увеличивается, меньшее количество тока будет течь от истока к стоку.

JFET с N каналом имеет большую проводимость, чем JFET с каналом P.Таким образом, JFET с каналом N является более эффективным проводником по сравнению с JFET с каналом P.

P-Channel JFET

trzvp2106 trzvp2106 P-канал JFET состоит из стержня P-типа, с двух сторон которого легированы слои n-типа. Клемма затвора формируется путем соединения омических контактов с обеих сторон. Как и в N-канальном JFET, выводы истока и стока взяты с двух других сторон шины. Канал P-типа, состоящий из дырок в качестве носителей заряда, образован между выводами истока и стока.

P channel JFET bar P channel JFET bar P-канал JFET bar

Отрицательное напряжение, приложенное к клеммам стока и истока, обеспечивает прохождение тока от истока к клемме стока, и устройство работает в омической области. Положительное напряжение, приложенное к выводу затвора, обеспечивает уменьшение ширины канала, тем самым увеличивая сопротивление канала. Более положительным является напряжение затвора; меньше ток, протекающий через устройство.

Характеристики полевого транзистора с p-канальным переходом

Ниже приводится характеристика полевого транзистора с p-канальным переходом и различные режимы работы транзистора.

Characteristics of p channel junction FET transistor Characteristics of p channel junction FET transistor Характеристики полевого транзистора с p-переходом

Область отсечки : Когда напряжение, подаваемое на вывод затвора, достаточно положительное, чтобы ширина канала была минимальной, ток не течет. Это приводит к тому, что устройство оказывается в отключенной области.

Омическая область : Ток, протекающий через устройство, линейно пропорционален приложенному напряжению до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение пробоя. В этой области транзистор показывает некоторое сопротивление протеканию тока.

Область насыщения : Когда напряжение сток-исток достигает такого значения, что ток, протекающий через устройство, является постоянным с напряжением сток-исток и изменяется только с напряжением затвор-исток, устройство считается находящимся в область насыщения.

Область пробоя : Когда напряжение сток-исток достигает значения, которое вызывает пробой в области истощения, вызывая резкое увеличение тока стока, устройство считается находящимся в области пробоя.Эта область пробоя достигается раньше при более низком значении напряжения сток-исток, когда напряжение затвор-исток более положительное.

МОП-транзистор

MOSFET transistor MOSFET transistor МОП-транзистор

МОП-транзистор, как следует из названия, представляет собой полупроводниковую шину p-типа (n-типа) (с двумя сильно легированными областями n-типа, рассеянными в ней) со слоем оксида металла, нанесенным на ее поверхность и отверстия, вынутые из слоя для формирования выводов истока и стока. На оксидный слой нанесен металлический слой, образующий вывод затвора.Одно из основных применений полевых транзисторов - использование полевого МОП-транзистора в качестве переключателя.

Этот тип полевого транзистора имеет три вывода: исток, сток и затвор. Напряжение, приложенное к клемме затвора, управляет потоком тока от истока к стоку. Наличие изолирующего слоя оксида металла приводит к тому, что устройство имеет высокий входной импеданс.

Типы полевых МОП-транзисторов в зависимости от режимов работы

МОП-транзисторы являются наиболее часто используемыми типами полевых транзисторов.Работа MOSFET осуществляется в двух режимах, на основе которых классифицируются транзисторы MOSFET. Работа полевого МОП-транзистора в режиме расширения состоит из постепенного формирования канала, тогда как в режиме истощения полевого МОП-транзистора он состоит из уже рассредоточенного канала. Расширенное применение MOSFET - CMOS.

Расширенный полевой МОП-транзистор

Когда отрицательное напряжение подается на вывод затвора полевого МОП-транзистора, носители или дырки, несущие положительный заряд, накапливаются больше около оксидного слоя.Канал формируется от истока до вывода стока.

Enhancement MOSFET Transistor Enhancement MOSFET Transistor Расширенный МОП-транзистор

По мере того, как напряжение становится более отрицательным, ширина канала увеличивается, и ток течет от истока к клемме стока. Таким образом, когда поток тока «усиливается» с приложенным напряжением затвора, это устройство называется MOSFET расширенного типа.

МОП-транзистор в режиме истощения

МОП-транзистор в режиме истощения состоит из канала, рассеянного между стоком и выводом истока.При отсутствии напряжения на затворе ток течет от истока к стоку из-за канала.

Depletion mode MOSFET transistor Depletion mode MOSFET transistor МОП-транзистор в режиме истощения

Когда это напряжение затвора становится отрицательным, в канале накапливаются положительные заряды.
Это вызывает истощение области или области неподвижных зарядов в канале и препятствует прохождению тока. Таким образом, поскольку на протекание тока влияет формирование обедненной области, это устройство называется MOSFET режима обеднения.

Приложения, использующие MOSFET в качестве переключателя

Управление скоростью двигателя BLDC

MOSFET может использоваться в качестве переключателя для управления двигателем постоянного тока.Здесь транзистор используется для запуска полевого МОП-транзистора. ШИМ-сигналы от микроконтроллера используются для включения или выключения транзистора.

Controlling speed of BLDC motor Controlling speed of BLDC motor Управление скоростью двигателя BLDC

Низкий логический сигнал с вывода микроконтроллера приводит к срабатыванию блока сопряжения OPTO, генерируя высокий логический сигнал на его выходе. Транзистор PNP отключен, и, соответственно, MOSFET срабатывает и включается. Клеммы стока и истока закорочены, и ток течет к обмоткам двигателя, так что он начинает вращаться.ШИМ-сигналы обеспечивают управление скоростью двигателя.

Управление массивом светодиодов:

Driving an array of LEDs Driving an array of LEDs Управление массивом светодиодов

Работа полевого МОП-транзистора в качестве переключателя включает в себя применение управления яркостью массива светодиодов. Здесь транзистор, управляемый сигналами от внешних источников, таких как микроконтроллер, используется для управления MOSFET. Когда транзистор выключен, MOSFET получает питание и включается, тем самым обеспечивая правильное смещение для светодиодной матрицы.

Переключение лампы с использованием полевого МОП-транзистора:

Switching Lamp using MOSFET Switching Lamp using MOSFET Переключение лампы с использованием полевого МОП-транзистора

МОП-транзистор можно использовать в качестве переключателя для управления переключением ламп. Здесь также MOSFET запускается с помощью транзисторного переключателя. ШИМ-сигналы от внешнего источника, такого как микроконтроллер, используются для управления проводимостью транзистора, и, соответственно, полевой МОП-транзистор включается или выключается, таким образом управляя переключением лампы.

Мы надеемся, что нам удалось предоставить читателям самые лучшие знания по теме полевых транзисторов.Мы хотели бы, чтобы читатели ответили на простой вопрос - чем полевые транзисторы отличаются от биполярных транзисторов и почему они более широко используются в сравнении.

Пожалуйста, ваши ответы вместе с вашими отзывами в разделе комментариев ниже.

Photo Credits

Кластер полевого транзистора от alibaba
JFET с N-каналом от ebaying
P-канальный JFET от solarbotics
P-канальный JFET-бар от wikimedia
Кривая характеристик P-канала JFET от изученияaboutehancement
MOSFET-транзистор
от компании Imimimim Транзистор по схемам сегодня

.

Полевой транзистор (FET): работа и его применение

FET - полевой транзистор. Эти транзисторы предназначены для преодоления недостатков транзисторов с биполярным переходом. Поскольку базовые транзисторы имеют переход эмиттера в режиме прямого смещения, это заставляет устройство работать при низких уровнях импеданса. Это приводит к значительному уровню шума. Полевые транзисторы обладают всеми характеристиками, которые позволяют преодолеть недостатки биполярных переходных транзисторов и могут быть хорошей заменой как для электронных ламп, так и для биполярных транзисторов.Он также состоит из трех терминалов. Но эти клеммы называются истоком, стоком и затвором.

Эти полевые транзисторы известны своими униполярными характеристиками. Причина его характеристик заключается в том, что функционирование этого транзистора зависит от концентрации дырок или электронных носителей. Полевые транзисторы также могут использоваться в схемах переключения, схемах буферного усиления и в интегральных схемах.

Что такое полевой транзистор?

Транзистор, который способен передавать сигналы от высокого сопротивления к значениям низкого сопротивления, как и биполярные переходные транзисторы, но с однополярным преодолением его недостатков, определяется как полевой транзистор (FET).

Полевой транзистор спроектирован таким образом, что существует три вывода, которые известны как исток, затвор и сток. Эти клеммы отвечают за влияние на большинство носителей, подавая на них возможные источники напряжения. Это приводит к возникновению тока. Протекание тока можно контролировать путем приложения напряжения, подтверждающего характеристики устройства, управляемого напряжением.

Типы полевых транзисторов

В зависимости от конструкции полевые транзисторы классифицируются как

(1) Junction Field Effect Transistor (JFET)

Работа этих полевых транзисторов основана на каналах, сформированных между выводами.Канал может быть n-типа или p-типа. Из-за канала n-типа он упоминается как JFET с n-каналом, а из-за сформированного канала p-типа он упоминается как JFET с p-каналом.

Smbol of N-Channel JFET Smbol of N-Channel JFET

Обозначение N-канального JFET

JFET Рабочий

Конструкция JFET аналогична конструкции BJT, он может быть сформирован с использованием материалов n-типа и p-типа. N-тип помещается между p-типами или p-типы помещаются между n-типами. Подобно транзисторам N-P-N и P-N-P, сформированным в BJT, они также сформированы в FET.Эти JFET-транзисторы состоят из канала, который может быть n- или p-типа.

Symbol for P-Channel JFET Symbol for P-Channel JFET

Символ для P-канального JFET

  • В зависимости от канала он известен как n-канальный JFET или p-канальный JFET.
  • Для n-канального JFET положительная сторона подключена к клемме источника.
  • Вывод стока получает самый высокий потенциал по сравнению с затвором в этом n-канальном JFET.
  • Переход, образованный из-за взаимодействия стока и вывода затвора, будет иметь обратное смещение.
  • По этой причине ширина области истощения, которая присутствует рядом со стоком, больше по сравнению с истоком.
  • Из-за этого условия, большинство носителей заряда, которые представляют собой потоки электронов, можно увидеть от выводов стока к истоку.
  • Поскольку этот потенциал на стоке имеет тенденцию к увеличению, поток носителей увеличивается, поток тока также увеличивается.
  • Но при определенном приращении напряжений на стоке и истоке протекание тока прекращается.
  • JFET обычно известен своими характеристиками управления током путем приложения входных напряжений.
  • Значение входного сопротивления этого транзистора является пиковым.
  • Когда JFET находится в идеальном режиме, на клемме затвора нет текущих свидетельств.

Вот как работает n-канальный JFET. Только изменение полярности источников питания заставляет полевой транзистор работать как полевой транзистор с р-каналом.

(2) Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (МОП-транзистор)

В МОП-транзисторах функционирование основано на каналах, которые уже существуют или сформированы при приложении напряжения.На основе этих режимов работы полевые МОП-транзисторы далее классифицируются на режим истощения и режим расширения . В режиме улучшения канал создается из-за приложения напряжения на затворе, но в режиме истощения полевой МОП-транзистор работает из-за уже существующего в нем канала.

mosfet mosfet

MOSFET

Типы MOSFET:

Модель истощения MOSFET также подразделяется на ntype и ptype. Единственное различие между этим - нанесение подложек.Из-за концентрации носителей, которые предпочтительно большинство отвечает за формирование области, называемой истощением. Эта ширина истощения отвечает за эффект проводимости.

В режиме улучшения, когда напряжение, подаваемое на вывод затвора выше порогового напряжения, формируется канал. Это может быть n-тип для подсостояния P-типа и p-тип для подсостояния N-типа. На основе режима улучшения формирования канала классифицируется как MOSFET расширения типа N и MOSFET расширения типа P .MOSFET типа расширения используются чаще, чем тип истощения.

Смещение

Смещение полевого транзистора также выполняется как смещение транзистора. Это может быть фиксированное смещение, самосмещение и смещение делителя потенциала.

(1) Фиксированное смещение

Фиксированное смещение в полевом транзисторе может быть получено путем подачи напряжения батареи. Клеммный затвор должен подключаться к отрицательному источнику питания батареи, и ток через резистор не протекает.

(2) Self Bias

Как следует из названия, если внешний источник питания не предусмотрен для схемы.Этот тип предвзятости известен как предвзятость. Любые изменения значений крутизны, отражающие искажение рабочей точки. Этими параметрами можно управлять, и на них нелегко повлиять на самосмещение.

(3) Смещение делителя потенциала

Схема снабжена питанием на входе, но два резистора соединены таким образом, что напряжение на входе делится с помощью резисторов. Следовательно, эта схема называется делителем потенциала.
Эти методы смещения выбираются в зависимости от необходимости и увеличения значений проводимости.

Характеристики

Характеристики полевого транзистора в основном зависят от различных рабочих регионов. Это омическая область, область насыщения, отсечки и пробоя.

(1) Омическая область

Область, в которой крутизна показывает линейный отклик, а ток на клемме затвора противостоит сопротивлению, называется омической областью.

(2) Область насыщенности

В этой области устройство полностью включено.В этом состоянии через транзистор протекает максимальный ток в устойчивом состоянии.

(3) Область отсечки

В этой области нет очевидного протекания тока через транзистор. Следовательно, это устройство называется выключенным.

(4) Область пробоя

Когда приложенное напряжение превышает условие максимального значения напряжения, транзистор переходит в состояние пробоя, указывая на то, что транзистор сопротивляется протеканию тока.

Приложения

Применение полевого транзистора:

  1. Для таких приложений, как низкий уровень шума, эти типы транзисторов предпочтительны.
  2. полевые транзисторы предпочтительнее использовать при их применении в качестве буфера.
  3. Используются в каскадных усилителях.
  4. Основная особенность этого - низкая входная емкость.
  5. Для аналогового переключения предпочтительнее полевой транзистор.
  6. Предпочтительно при колебательных контурах.
  7. Для схем ограничения тока предпочтительны JFET.

Таким образом, полевые транзисторы находят множество применений. Это может быть JFET или MOSFET, у обоих есть много приложений, основанных на его высоко унифицированных характеристиках. Каждый из них является предпочтительным в качестве переключателей и может использоваться в усилителях и т. Д.

FET в качестве переключателя

FET может использоваться в качестве одного из приложений переключения, потому что он может работать как полностью включенным, так и полностью выключенным. Подобно BJT полевой транзистор также состоит из активной области, области отсечки и области насыщения, как упоминалось выше.

Поскольку напряжение, приложенное к стыку затвора и истока, равно нулю, рабочее состояние полевого транзистора находится в состоянии насыщения, поскольку через него проходит максимальное количество тока. Когда приложенное напряжение меньше напряжения включения или более отрицательное.

Тогда рабочая область полевого транзистора считается находящейся в режиме отсечки. Во время его работы в области отсечки нет явного протекания тока по цепи. Это причины, по которым полевой транзистор работает как переключатель.Когда полевой транзистор подключен к нагрузке параллельно, он действует как аналоговый переключатель. Полевые транзисторы также могут быть подключены последовательно, чтобы действовать как последовательный переключатель.

Таким образом, основная работа полевого транзистора, его типы и методы смещения обсуждались выше. Полевой транзистор с переходным эффектом - это первая классификация полевых транзисторов, которая классифицируется на основе переходов, образованных –типа или p-типа. Эта классификация полевых транзисторов, основанная на сформированных каналах, известна как полевые МОП-транзисторы.

Проанализировав типы полевых транзисторов, можете ли вы описать, какой из них лучше и наиболее предпочтителен среди полевых транзисторов JFET и MOSFET?

.

Полевые транзисторы (современные)


дюйм 1945 г. у Шокли появилась идея сделать твердотельное устройство. полупроводников. Он рассудил, что сильное электрическое поле может вызвать электрический ток внутри соседнего полупроводника. Он попытался построить один, затем Уолтер Браттейн попытался построить его, но это не сработало.

Три года спустя Браттейн и Бардин построили первый рабочий транзистор, германиевый точечный транзистор, который выпускался как серия "А".Шокли тогда разработан переходной (сэндвич) транзистор, который был изготовлен в течение нескольких лет после этого. Но в 1960 году ученый из Белла Джон Аталла разработал новый дизайн, основанный на первоначальных теориях Шокли о полевом эффекте. К концу 1960-х производители перешли из интегральные схемы переходного типа к полевым устройствам. Cегодня, большинство транзисторов являются полевыми транзисторами. Вы используете миллионы из них сейчас.

МОП-транзисторы

Большинство современных транзисторов являются "МОП-полевыми транзисторами", или металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы. Они были разработан в основном Bell Labs, Fairchild Semiconductor и сотнями Кремниевой долины, японских и других производителей электроники.

Полевые транзисторы названы так потому, что слабый электрический сигнал, проходящий через один электрод, создает электрическое поле через остальную часть транзистора. Это поле меняется с положительного на отрицательное, когда входящий сигнал делает и управляет вторым током, проходящим через остальные транзистора. Поле модулирует второй ток, чтобы имитировать первый - но он может быть существенно больше.

Как это работает

На дне транзистора расположена П-образная секция. (хотя он более плоский, чем истинная буква "U") полупроводника N-типа с избытком электронов.В центре буквы U находится секция, известная как «база», сделанная из P-типа (положительно заряженная) полупроводник со слишком малым количеством электронов. (Собственно, N- и P-типы можно перевернуть, и устройство будет работать точно так же, за исключением того, что дырки, а не электроны, вызывают ток.)

Три электрода прикреплены к верхней части этого полупроводниковый кристалл: один к средней положительной секции и по одному в каждое плечо U.Подавая напряжение на электроды на U ток будет течь через него. Сторона, где электроны входящий известен как источник, и сторона, где электроны выходит называется стоком.

Если больше ничего не произойдет, ток будет течь от с одной стороны на другую. Из-за того, как электроны ведут себя при переход между полупроводниками N- и P-типа, однако ток не будет течь особенно близко к базе.Он путешествует только через тонкий канал посередине U.

К основанию прикреплен электрод, клин из полупроводника P-типа посередине, отделенный от остальная часть транзистора тонким слоем оксида металла, например в виде диоксида кремния (играющего роль изолятора). Этот электрод называется «затвор». Слабый электрический сигнал, который мы хотим усилить, проходит через гейт.Если заряд, проходящий через ворота, отрицательный, он добавляет больше электронов к базе. Поскольку электроны отталкиваются друг от друга, электроны в U отойдите как можно дальше от базы. Это создает зона обеднения вокруг основания - целая область, где электроны не может путешествовать. Канал посередине U через который может течь, становится еще тоньше. Добавить достаточно отрицательный заряд к базе и канал полностью перещипнется, остановка всего тока.Это как наступить на садовый шланг чтобы остановить поток воды. (Раньше транзисторы управлялись эту зону истощения, используя то, как движутся электроны, когда два полупроводниковые пластины кладут рядом друг с другом, создавая то, что известен как соединение P-N. В MOS-FET переход P-N заменен оксидом металла, который оказалось, что массовое производство микрочипов проще.)

А теперь представьте, если заряд проходит через ворота положительный.Положительное основание притягивает много электронов - внезапно территория вокруг базы, которая раньше была нейтральной зоной открывается. Канал для тока через U становится больше, чем было изначально, и может течь гораздо больше электроэнергии через.

Переменный заряд на базе, следовательно, меняется сколько тока проходит через U. Входящий ток может использоваться как кран для включения или выключения тока по мере его прохождения остальной транзистор.

С другой стороны, транзистор можно использовать в и более сложным способом - в качестве усилителя. Текущий путешествие через U становится больше или меньше в идеальной синхронизации с зарядом, входящим в базу, что означает, что он имеет идентичный шаблон как исходный слабый сигнал. А со второй ток подключен к другому источнику напряжения, это может быть сделано, чтобы быть больше.Ток, проходящий через U-образный идеальная копия оригинала, только в усилении. Транзистор используется таким образом для стереоусиления в динамиках и микрофонах, а также для усиления телефонных сигналов при их перемещении по Мир.

Сноска на Шокли

Шокли наблюдал за ростом Кремниевой долины, но мог не похоже, чтобы войти в Землю Обетованную, которую он вообразил.Он никогда удалось сделать полевые транзисторы, в то время как другие компании проектировали, росли и процветали. Фред Зейтц назвал Шокли Моисей из Кремниевой долины ».

Другие типы транзисторов:
- Точечный Транзистор
- Переходный («Сэндвич»). Транзистор

Ресурсы:
- Как все работает Дэвида Маколея
- Научная энциклопедия Ван Ностранда
- The Полевой транзистор
- Интервью, Уолтер Браун, 3 мая 1999 г.


Авторские права 1999 г., ScienCentral, Inc. и Американский институт физики.Нет часть этого веб-сайта может воспроизводиться без письменного разрешения. Все права защищены.

.

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о