Felt-effekt transistorer er ryggraden i moderne mikroelektronikk. Uten dem ville det ikke være VLSI, ingen FPGA, ingen MK. Alle moderne datamaskiner, mobiltelefoner, bærbare datamaskiner er bygget på felt-effekt transistorer, og de har ennå ikke et verdig alternativ.

Utgangene til MK-porter er kaskader med felt-effekt transistorer. Det virker som å koble til dem enda et felt "navnebror" - er enkelt. Imidlertid faller det ny-radio amatør inn i en tilstand av sjokk for å vite at det finnes mange varianter av felteffekttransistorer med forskjellig ledningsevne struktur, porten isolerende forskjellige topologier, forskjellige kanal doping teknologi forskjellige varemerker og merker og forskjellige grafiske bilder på konvensjonelle elektriske kretser.

Heldigvis brukes i den digitale, puls- og omformerteknologien feltet MOS-transistorer med en isolert gate som har n- eller ledningsevne av kanalen. Dette er en ganske smal klasse av elektroniske enheter, godt undersøkt og lett å lære.

For direkte konjugasjon med MK passer til de FET som har en lav sperrespenning "gate - source" (para Gate Theshold spenning innenfor 0.5... 2.5). Teknologiske prestasjoner i det siste tiåret har gjort slike transistorer små og billige. Kraftige felt effekt transistorer er vanligvis koblet til MK via buffertrinn.

Hvis vi sammenligner felt- og bipolare transistorer, er basis-kollektor-emitterterminaler i den første tilnærmingen tilsvarende Gate-Drain-Source-terminaler. Følgelig vil ordningene i nøkkelkaskadeene være svært like for dem. Av forskjellene styres felt effekt transistorene av spenning, ikke strøm. De har høy inngang og lav utgangsbestandighet, noe som øker effektiviteten. På den annen side, med høy kapasitet transfer "gate - source" 100... 3000 pF reduserer ytelsen og betydelig teknologisk variasjon av parametrene gjør konstruksjonen av ordningen med trygghet og med en margin på "bare i tilfelle brann."

På fig. 2,69, a... og fig. 2,70, a... r er diagrammer av nøkkelstrinnene, henholdsvis med en og to felt-effekt-transistorer. På fig. 2,71, a... r er muligheter for felles inkludering av felt og bipolare transistorer.

Tabell 2.11. Felt effekt transistorer

I tabell. 2.11 viser typiske parametere av felt-effekt transistorer med forskjellig effekt. Transistorer med en i-kanal er analoge med transistorer av n-p-n-strukturen, og transistorer med a-kanal er transistorer av p-p-p-strukturen. Bare her har pilene på det betingede bildet av felt-effekt-transistorer en retning rett motsatt deres bipolare motstykker.

Fig. 2.69. Systemer for tilkobling av en felt-effekt transistor til MK (start):

a) den klassiske inverteringsnøkkelen på n-kanal transistoren VT1. Hovedparameteren når du velger en transistor er gateavstengningsspenningen, som ved driftsbelastningen strøm R_H må ikke overstige forsyningsspenningen MK. Motstanden R3 (R1) motstand 51... 510 kOhm satt til transistoren VT1 ble lukket i følgende tilfeller: ved omstart MK, når den utløses leder overtrekk strømbrudd når en spenning på +5 V, oversettelsen av MK i Z-line tilstand. Motstand R3 akselererer lukkekapasiteten til lukkeren. Motstand R2 beskytter MK-linjen mot høy amplitudeoverskridelser gjennom portkretsen fra dreneringssiden når du bytter tung belastning. Det er obligatorisk ved høy spenning i lasten og et høyt nivå av forstyrrelser. Motstandene R1, R3 kan ikke settes hvis lasten ikke er kritisk for utilsiktet inneslutning. I stor grad kan porten til felt-effekt transistoren VT1 i denne kretsen "henge i luften", siden den er beskyttet mot statisk elektrisitet med interne dioder MK;

b) VD1, VD2-dioder brukes til å beskytte VT1-felt-effekt-transistoren fra spenningsspenninger i den induktive belastningen og for å redusere interferens i strømkretsen. Moderne felt effekt transistorer av MOSFET serien har innebygde kraftige dioder, ligner VD2. Motstandene R1, R2 kan ikke stilles til lave spenninger og resistive belastninger;

c) galvanisk isolert slå på / av transistor VT1. Ved utgangen av MK genereres et RF-signal som korrigeres og filtreres av elementene VD1... VD4, C3, R2. Zener VD5 beskytter porten til transistoren VT1. Transformatoren T1 er viklet på en ring av ferrit N30, viklingen I inneholder 15, og viklingen II - 30 omdreininger av PEV-0,2 tråd;

d) nøkkelen på feltkanaltransistoren VT1 er ekvivalent med nøkkelen på den bipolare transistoren pn. På høyt nivå ved utgangen av MK-transistoren er VT1 lukket, og når du bytter til Z-tilstands inngangsmodus, blir transistoren åpnet på grunn av tilstedeværelsen av en motstand R1 O

Om Fig. 2.69. Ordninger for tilkobling av en felt-effekt transistor til MK (terminering):

e) sikringen FU1 er aktivert med en nødstrøm i belastningen R_H;

f) En del av den elektroniske dørklokkekretsen. Beskyttelse av transistoren VT1 er produsert av curlers RU1, RU2n av kondensator C1. Indikatoren for ankomst av besøkende - LED HL1

g) Dioden VD1 beskytter MC-linjen fra høyspenning ved nedbrytning av transistor VT1 og fra indusert støy med en kraftig induktiv belastning R_H.

a) sekvensiell omkobling av n- og kanalkanaltransistorene VT1, VT2 for kommutasjon av "høyspenningslast" R_H. Dioden VD1 akselererer utladningen av portkapasitansen til transistoren VT1

b) parallell tilkobling av to felt-effekt transistorer for å øke belastningsstrømmen;

c) DA1 er en spesialisert driver (firma International Rectifier), som serverer kraftige felt effekt transistorer VT1, VT2 (nåværende opptil 1,5 A). Dioden VD1 øker påliteligheten; Oh

Om Fig. 2,70. Tilkoblinger av to felt effekt transistorer til MK (terminering):

d) en omformer med en direkte spenning på 12 V til en vekselstrøm på 220 V (DC / AC). Den totakts-kaskade på transistorene K77, VT2 styres av bufferlogikk-chip DD1. Signalene fra utgangene av MC må motfase, men med en liten "strømløs" pause lik 10% av periodevarigheten (for å eliminere skvoznyhtokov og forbedre effektiviteten). Kondensatoren C / kompenserer for reaktansen av viklingen av transformatoren T1 og tilnærmer formen på utgangssignalet 50 Hz til sinusformet.

Fig. 2.71. Ordninger for tilkobling av ett felt og en bipolar transistor til MK

a) buffer bipolar transistor VT1 styrer den kraftige felt effekt transistoren VT2. Ved å velge motstanden R4, er det mulig å redusere spenningsfallet over dreneringen av transistoren VT2 som forekommer i øyeblikket av signalbryteren;

b) Bipolar nøkkel på transistor VT1 (mulig erstatning av KT503) akselererer utladningen av kapasitansen til porten til den kraftige felt-effekt transistoren VT2. Kondensatoren C1 øker hellingen av signalfronten som kommer fra MK-utgangen. Motstanden R1 gir en åpen tilstand av transistoren VT1 og den lukkede tilstanden til transistoren VT2 når du starter MK igjen; Oh

Om Fig. 2.71. Ordninger for tilkobling av ett felt og en bipolar transistor til MK

c) motstandene R1, R2 samtidig tillater ikke "å henge i luft" -bunnen av transistoren VT1 og porten til transistoren VT2npu omstart MK;

g) en laveffekts bipolar transistor VT1, vanligvis billigere analog felt, og en felteffekttransistor VT2 gir et lavere spenningsfall når den er åpen, enn en bipolar analog.

Kilde: Ryumik, SM, 1000 og en mikrokontroller krets. Vol. 2 / SM Ryumik. - M.: LR Dodeca-ХХ1, 2011. - 400 s.: Syke. + CD. - (Serie "Programmerbare systemer").

Transistornøkkel av vekselstrøm

For kommutasjon av belastninger i vekselstrømskretser har bruken av høyfrekvente felt-effekt-transistorer blitt stadig mer vanlig. Denne klassen av instrumenter er representert av to grupper. Den første kategorien inkluderer bipolare transistorer med en isolert gate - IGBT. Vestlig forkortelse er IGBT.

Den andre, den mest tallrike inkluderte tradisjonelle feltkanaltransistorer. Denne gruppen inkluderer KP707-transistorene (se tabell 1), hvor lastbryteren for 220 volt-nettverket er montert.

Det primære nettverket er en veldig farlig ting i alle henseender. Derfor er det mange kretsløsninger som lar deg unngå å håndtere belastninger på nettverket direkte. Tidligere ble separasjonstransformatorer brukt til disse formål, nå erstattes de av en rekke optokopplere.

Transistornøkkel med optisk isolasjon

Ordningen, som allerede er blitt en modell, er vist i figur 1.

Hele ordningen er laget i form av en funksjonelt komplett blokk. Kretselementene er montert på et lite U-formet trykt kretskort, vist i figur 2.

FET Transistor Key

Nøkler felteffekttransistor som benyttes for kopling både analoge og digitale signaler, de analoge bryterne opererer typisk ved en styre FET knutepunkt eller MOS-transistorer med en indusert kanal. I digitale kretser brukes bare MOSFETer med en indusert kanal.

For FET-brytere er det typisk: 1) En liten gjenværende spenning på nøkkelen, som er i ledende tilstand; 2) høy motstand i en ikke-ledende tilstand og som en konsekvens en liten strøm som strømmer gjennom en transistor hvis kanal er blokkert; 3) Lav strømforbruket fra kilden til styrespenningen; 4) god elektrisk isolasjon mellom styrekretsen og kretsen av det svarte signalet, som gjør det mulig å gjøre uten transformator i styrekretsen;

Fig. 7.21. Nøkkelkretser på felt effekt transistorer med indusert kanal (a, b, c, d)

5) muligheten for å bytte elektriske signaler på et svært lite nivå (av rekkefølgen).

Av hastighet er tastene på feltet vanligvis dårligere enn tastene på bipolare transistorer. I tillegg observerer de inntrengning i den vekslede kretsen av ekstra pulser, hvis parametere er avhengige av styresignalet. Årsaken til utseendet er tilstedeværelsen av beholdere.

De enkleste skjemaer med nøkler på felt effekt transistorer med en kontroll-kryss og MOS transistorer med en indusert kanal er vist i fig. 7,21, a,

For å låse tastene anordnet på styre FET krysset og MOS-transistorer teknologisk integrerte kanal, må deres lukkeanordninger brukes blokkerer spenning som overstiger spenningen på sluket og kilden verdi som er større enn spenningen avskjæringen. Siden i spesifikasjonen for transistoren er indikert for en viss verdi av kanalstrømmen, bør lukkespenningen være høyere med 1-3 V.

Når du velger en sperringsspenning, bør du huske at det med stor verdi i p-n-krysskretsen kan skje avløp forekomme. Derfor må ulikhetene alltid være tilfredsstillende

hvor - maksimal tillatelig gate-drain spenning og gate-kilde spenning.

For MOSFET-transistorer er spenningen begrenset av dielektriske styrken til dielektriske under porten.

MOSFET med en indusert kanal lukkes til spenningen mellom porten og kilde- eller dreneringselektroder er mindre enn effektiv terskelspenning (se § 2.10).

Den effektive terskelspenningen er bare forskjellig fra terskelspenningen hvis det er en ekstra spenning på substratet som kan fungere som en andre kontrollelektrode:

Hvor er påvirkningskoeffisienten på substratet.

Strømmen i gate-kretsen av felt-effekt-transistoren med kontrollovergangen er lik revers-strømmen av p-n-krysset og varierer avhengig av transistorens temperatur. Det er normalisert som den totale portstrømmen. En del av denne strømmen strømmer gjennom dreneringselektroden, og en del gjennom kildeelektroden.

I gatekretsene til MOSFET er det bare lekkasjestrømmer av lav viktighetstrøm.

Inngangsimpedansen (langs gatekretsen) på FET-bryteren med kontroll p-n-krysset ved lav omkoblingsfrekvens nær Ohm, i MOS-transistorene Ohm. Med en økning i frekvensen avtar den som følge av kapasitans påvirkning.

Elektrisk kraft, brukt på kontroll av TC, er relativt liten. Derfor kan det i mange tilfeller ignoreres.

Motstanden til den lukkede nøkkelen på felt-effekt transistoren er stor nok og kjennetegnes av gjenværende avløpsstrøm (avløpstrøm av lukket transistor). En felt-effekt-transistor med en krysskontroll styrer kanalmotstanden og p-n-kryssstrømmen forskjøvet i motsatt retning:

hvor er motstanden til den lukkede kanalen; - port-dreneringsovergangsstrømmen skiftet i motsatt retning; spenning mellom drenering og kilde.

I spesifikasjonen for FETs er gjeldende verdi vanligvis ikke angitt, bare den totale portstrømmen inkludert strømmen er indikert. Forutsatt at du kan grove estimere av forholdet

På grunn av den lille portens nåværende og høye motstand, er motstanden til den lukkede nøkkelen vanligvis ikke mindre enn Om i lavfrekvensområdet. I MOSFETer avhenger gjenværende strøm av omvendt strøm av overgangen mellom drenering og substrat:

hvor er reversstrømmen av overgangen mellom dreneringen og substratet.

På grunn av den lille verdien kan den motsvarende motstanden til den låste nøkkelen på MOSFET nå verdien av Ohm.

Med en økning i frekvensen av endringen i spenningen E (når tastene drives med vekselstrøm), reduseres deres motstand i låst tilstand på grunn av kapasitansens påvirkning. Dette er viktig for enheter der analoge signaler slås på.

Når amplituden av vekselspenningen E det bør være slik at den spenning som til enhver tid overskrider utkoblingsspenning av transistorer (i tilfelle av MOS-transistorer, og kanalinduserte kontroll kryss) eller mindre (for MOS transistorer med en indusert kanal). Ellers vil nøkkelen åpne for en tidsperiode der denne tilstanden ikke er oppfylt.

I tillegg må potensialet til MOS-transistorsubstratet velges slik at for enhver verdi av vekslingsspenningen er E-overgangen mellom substratet og avløpet forspent i motsatt retning. Ellers vil kilden til det svitsjede signalet via substratkretsen være koblet til andre kretser, noe som vil føre til forstyrrelser og forvrengning.

Disse betingelser pålegge restriksjoner på den maksimale amplitude for den svitsjede nettspenningen og bruke stor kraft for å låse tasten portspenning på MOSFET teknologi med innebygde kanaler og kontroll. I MOS-transistorer med induserte kanaler er substratet koblet til en spenningskilde, som i tillegg låser overgangen mellom substratet og avløpet. Følgelig øker det som gjør det mulig å øke amplituden til spenningen.

I praksis er substratet vanligvis koblet til strømkilden til ønsket polaritet [substratspenningskilde].

I låst tilstand er kapasitansen mellom styrekretsen og den svitsjede signalkretsen ca.

For å låse opp TC fullt ut med kontroll p-n-krysset, må spenningen reduseres til null. I MOSFETer med induserte og teknologisk integrerte kanaler, bør spenningen tas så stor som mulig i modulen for å oppnå minimumkanalmotstanden og den lille avhengigheten av svingninger i gatespenningen.

Motstanden til den offentlige nøkkelen og spenningen kan lett bestemmes av transistorens utgangskarakteristikker. En lastlinje er konstruert på dem (Figur 1. Ved krysspunktet for denne kurven med kurven bestemt av spenningen, er nøkkelverdien og dens strøm lokalisert, og posisjonen til dette punktet bestemmer også motstanden.

Fig. 7,22. Den strøm-spenningskarakteristikkene med en belastningslinjen for tastene på styre FET kobling (a) MOS-transistor med den induserte (B) og teknologisk integrert (i) kanaler

Med en liten strøm av bryteren er spenningen liten, og det kan antas at drenerings- og kildepotensialene er likte hverandre :. Med en stor spenning E og en liten motstand kan spenningen nå en verdi på flere V. Derfor, når du velger transistorer for kraftige nøkkelkretser, er det gitt preferanser til de typer som har lavkanalmotstand i åpen tilstand.

Fra egenskapene til fig. 7,22, b, c viser at for små spenningsverdier forandrer små svingninger spenningen og motstanden til kanalen litt.

Det er to hovedordninger for å levere en styrespenning. I det første skjemaet er spenningen uavhengig av laststrømmen og nivået på inngangssignalet (figur 7.21, b, d). Det er typisk for digitale brytere der strømmen som genereres av konstant spenningskilden E. blir byttet.

I kretsen i fig. 7,21, a, c spenningen varierer avhengig av nivået og polariteten til inngangssignalet. Et lignende styresignal brukes til brytere som bytter analoge signaler.

For nøkler som stabiliteten av motstanden er viktig for, observeres dermed forandringen avhengig av størrelsen og polariteten til inngangssignalet. Dette skyldes at spenningsfallet over lastmotstanden, som gjentar inngangssignalet E, trekkes (summeres) fra styrespenningen. Følgelig endres spenningen og motstanden til transistorens kanal.

Fig. 7.23. Nøkler med flytende låser på felt-effekt-transistorer med kontrollovergang (a) og MOS-type med indusert kanal (b); parametrisk kompensasjon for endringen i motstand R på grunn av bruk av et komplementært transistorpar (c)

Når lastmotstanden endres, observeres også motstanden til kanalen fordi spenningen er en funksjon av motstanden, selv om inngangssignalet er uendret.

Siden i de analoge tastene varierer spenningen E stort, og lastmotstanden kan være ikke-lineær, denne ustabiliteten til parametrene er deres vesentlige ulempe.

For å eliminere det, er det nødvendig å introdusere ekstra kretser som sikrer vedlikehold av uendret spenningsverdi, eller å utføre parametrisk kompensasjon for ustabiliteten til motstanden.

I en FET-transistor TC med en kontroll-kryss, brukes spenningsstabilisering vanligvis. Derfor ser utgangspotensialet ut til å være "flytende". En mulig ordning for å inkorporere en TC med et flytende portpotensial er vist på fig. 7,23, a. I den er porten koblet til dreneringen gjennom en motstand R som har en stor betegnelse. Hvis styrespenningen expr har et positivt potensial, er dioden VD låst. I dette tilfellet strømmer portstrømmen gjennom motstanden, hvis verdi er tilstrekkelig liten. Spenningsfallet over motstanden R er nær null og kanalmotstanden, bestemt fra ligningen

har en minimumsverdi:

og verdien av denne motstanden er ikke avhengig av tegnet eller verdien av inngangsspenningen.

Når spenningens polaritet endres, åpnes dioden VD, og ​​portpotensialet bestemmes av spenningen, som er større i størrelsesorden enn avspenningen. Forbindelsen mellom kretsene til det svarte signalet og kontrollen er liten og avhenger av verdien av motstanden.

Dermed gir denne ordningen et flytende portpotensial ved den offentlige nøkkel, både som og den minste stabile motstandsverdien. Egenskapene til TC er praktisk talt uendret når byspenningen endres.

Ved nøkler MOSFET kan oppnås induseres kanal flytende portpotensial via emitterfølgetransistor (Fig. 7,23, b). Dens potensialpotensial er nesten lik potensialet til kilden til transistoren. Kretsparametrene er valgt slik at zenerdioden brytes når portspenningen påføres. Siden spenningsfallet over zener boret har en konstant verdi, og potensialet for emitteren av transistoren lik potensial av kilden -, vil porten potensialet har en konstant verdi i forhold til kanalkapasiteten for alle verdier av spenningen E. Derfor vil det ikke være noen feil fra ikke-linearitet av motstand.

Gode ​​resultater på stabilisering er gitt ved parametrisk kompensasjon (figur 7.23, c). I dette tilfellet brukes vanligvis et komplementært par transistorer (transistorer med kanaler av forskjellige typer, men identiske i parametere). De kobles parallelt og styres av like spenninger av motsatt polaritet til åpen tilstand, når potensialene påføres - er motstandene til transistorene koblet parallelt. Total motstand.

Når inngangsspenningen E påføres og spenningen til en transistor vises, er den lik den andre. I dette tilfellet reduseres motstanden til en transistor med, og den andre øker med.

Hvis parameteridentiteten er god, er motstanden uavhengig av inngangsspenningen. I praksis endres det vanligvis til tiere - to eller tre hundre ohm med en åpen nøkkelresistens på 200-500 ohm.

Dermed har organisasjonen av kontrollen av bryterne på FETene som pendler de analoge signalene sine egne særegenheter.

Vi er interessert i spenningsnivåene for de åpne og lukkede tilstandene til transistoren. Det er lik (for kretsene i figur 7.21, b, d).

hvor er motstanden koblet til utgangsterminaler på nøkkelen.

I (7.64) blir ikke spenningsfallet som er opprettet på motstanden av gjenværende avløpsstrøm, tatt i betraktning. Ved små verdier av motstand, dvs. vesentlig mindre enn den spenning E, reduksjon motstand, ønskelig fra standpunktet om økningen fører til en økning i forbrukt strøm og strøm fra strømkilden når den er åpen TC.

Derfor, for å øke økonomien og forbedre stabiliteten til utgangsspenningsnivåene, noe som er ganske viktig for digitale enheter, er taster på komplementære transistorer mye brukt (figur 7.24, a). I dem, når en styrespenning av en polaritet påføres, for eksempel - åpnes en transistor og motstanden R er koblet til strømforsyningen gjennom en motstand som er relativt liten. Med den andre polariteten er transistoren lukket, og transistoren har minimal motstand. I dette tilfellet er motstanden R forbundet via en motstand mot fellesbussen. Spenningsfallet på det er nesten null. Med denne polariteten forbrukes ingen strøm fra strømkilden. Med en stor verdi på R, er strømmen slettet liten selv når transistoren er åpen. Lavt strømforbruk og stabilitet av utgangsspenningsnivåer nær null og forsyningsspenning gjør disse nøklene lovende for å bygge kostnadseffektive digitale enheter til forskjellige formål.

Fig. 7.24. Nøkkelkjede på komplementære transistorer (a) ekvivalent krets av åpne (b) og lukkede (c, d) TCs

På grunnlag av dette har forskjellige CMOS-kretser i serie 176, 561, 564 og andre blitt opprettet.

Ekvivalente ordninger av TC er vist i fig.. På en offentlig nøkkel er det vanligvis nødvendig å ta hensyn til kapasitanser og motstand (figur 7.24, b). Ekvivalente kretser av en lukket TC med en kontroll p-n kryss (Fig. 7.24, c) og en MOS transistor (Fig. 7.24, d) er forskjellige. I praksis blir denne forskjellen imidlertid ofte forsømt, og bare de viktigste bestemmende faktorene blir tatt i betraktning. Digitale nøkler er en del av alle digitale MOS-serier.

Analog nøkler utstedes i form av separate mikrokretser. I IC i brikken er det flere MOS transistorer med induserte kanaler. Når du bruker dem, må du opprette en ekstern kontrollkrets, med fokus på materialet som presenteres.

I den nye utviklingen av analoge nøkler i brikken er plassert og styrekretser, for eksempel tastene serie 590, 543, 591, 733, 1104, 564, 176.

1.1. Nøkkelen på felt-effekt transistoren med kontroll p-n-krysset

Kretsen av nøkkelen på felt-effekt transistoren med kontroll p-n-krysset er vist i figur 1.2.

At nøkkelen ble lukket, dvs. Transistoren er åpen, spenningen mellom porten og kilden må være 0 V. Denne tilstanden er imidlertid ikke så enkelt å observere. Faktum er at spenningen ved inngangen til nøkkelen (ved transistorens kilde) varierer, for eksempel i størrelsesorden  10 V. Dermed må portspenningen overvåke spenningen ved kilden. For at transistoren skal kunne stenges pålitelig, er det nødvendig at styrespenningen er minst mindre enn den minimale inngangspenningen med verdien av avspenningen U_o.

For å styre nøkkelen, kan kretsen vist i figur 1.3 brukes. La inngangssignalet endres innen ± 10 V, og kontroll diskret signalet ± 15 V. Hvis U_trening= + 15V, da er dioden lukket. Siden inngangsstrømmen til felt-effekt-transistoren er praktisk talt lik 0, vil portspenningen være lik spenningen ved kilden, det vil si U_i= 0. Følgelig vil transistoren bli åpnet og U_O= U_Rin. Hvis u_trening= -15 V, og diodVDotkryt, selv i det verste tilfellet, når inngangsspenningen er lik den minste verdi på - 10 V H apryazhenie på transistorens gate ca - 15 V, 5 V som er mindre enn den minste spenning på kilden. Transistoren vil være forsvarlig lukket. I denne modusen, gjennom motstanden R₁strømmen strømmer fra inngangskilden. Dette forstyrrer ikke normal drift av kretsen; Utgangsspenningen til nøkkelen er 0. Verdien av motstanden R₁kan være ganske stor, for eksempel 1 MΩ. Mengden R₁bør være slik at når transistoren er åpen, oppretter ikke portlekkestrømmene og den omvendte diodestrømmen en merkbar sperring av transistoren på den.

N skade på normal drift av kretsen kan oppstå hvis inngangskilden inneholder en separasjonskondensator som når transistoren er lukket, blir ladet til et negativt nivå på styrespenningen. I dette tilfellet er spenningen U_iblir lik 0 og transistoren åpnes. Substitusjonsskjemaet som illustrerer denne saken er vist i figur 1.4. Kapasitetsladningen til den negative styrespenningen vurderes hensiktsmessig ved en inngangsspenning på 0.

1.2. Analog taster på transistoren

slike problemer ikke oppstår, hvis bryteren å bruke MOS - transistor indusert kanal. Det kan omdannes til en åpen tilstand ved å påtrykke en styrespenning som er større enn den maksimale positive inngangsspenning, og hvor det i denne driftsmodusen den aktuelle port - kanalen vil være lik 0. Således, i dette skjema, eliminerer bryteren behovet for en diode og en motstand R.

For å oppnå den størst mulige utvalg av inngangsspenningene i den positive og i den negative området, i stedet for en PMOS - transistor ved hjelp av CMOS - krets som består av to komplementære MOS - transistorer koblet i parallell. Skjemaet med en slik nøkkel er vist i fig. 1.5.

I nøkkelordet betegner en trekant en digital omformer. Hvis inverteren til omformeren er + 15 V, er utgangsspenningen - 15 V, og per omdreining. For å sette nøkkelen i "on" -tilstanden, til gate-kanal transistoren VT₁Det er nødvendig å bruke en styrespenning på minst 2U_deretter., men til porten til p-kanal transistoren VT₂- samme spenning av motsatt tegn. Således er n-kanal transistoren VT₁sender et signal fra -15V til + (15V -U_deretter), og p er kanaltransistoren VT₂- fra + 15 V til (-15 V + U_deretter). Ved lave inngangsspenninger er begge transistorene åpne. Modstanden til transistoren avhenger av verdien av inngangsspenningen. spenningen U endres_i. Men i denne ordningen er det ikke viktig. Så hvis inngangspenningen øker, så spenningen U_in-kanal transistor VT₁Motstanden vil øke. Samtidig vil spenningen U_ip-kanal transistor VT₂Øk, og motstanden minker og kompenserer for nedgangen i motstanden til transistoren VT₁. Med negative inngangsspenninger, transistorer VT₁ og VT₂ endre steder.

Nøkkelen lukkes ved en styrespenning på -15 V.

CMOS-tastene er implementert med en innebygd styresignalnivåkonverter som er kompatibel med utgangssignaler fra digitale kretser.

Byttetiden for nøklene avhengig av typen kan være fra ti til flere hundre nS, motstanden til nøkkelen fra enheter til tiotal ohm, svitsjbare spenninger U_n.

FET brytere, kretser, applikasjoner, typer

Taster på FETs brukes mye for å bytte analoge og digitale signaler.

Analoge brytere bruker vanligvis transistorer med en p-n-krysskontroll eller en indusert kanal MIS-transistor. I digitale taster brukes MDA-transistorer med en indusert kanal. Nylig er felt-effekt transistorer i stadig større grad brukt i kraftpulselektronikk.

Bryterne på FET-ene varierer med en liten gjenværende spenning. De kan pendle svake signaler (i enheter med mikrovolt og mindre). Dette er en konsekvens av at utgangskarakteristikkene til felteffekt-transistorene passerer gjennom opprinnelsen.

Som et eksempel, viser vi utgangskarakteristikkene til en transistor med en kontrollovergang og en p-type kanal i regionen ved siden av opprinnelsen (figur 3.17). Merk at egenskapene i den tredje kvadranten tilsvarer de spesifiserte spenningene mellom porten og avløpet.

Imidlertid er den minimale motstandsaktiveringsbryter FET kan være større enn nøkkelen til en bipolar transistor (t. E. Skråningen av de sterkt stigende karakteristikk av FET kan være mindre enn stigningen av de tilsvarende karakteristika for en bipolar transistor). Derfor, ved en signifikant strøm kan spenningsfallet over felt-effekt-transistoren være større enn spenningsfallet over den bipolare transistoren.

Noen ganger kan restspenningen på nøkkelen ikke er kalt den spenning som svarer til null strøm, og det som svarer til en betydelig strøm nøkkel. Det må tas i betraktning for å forstå betydningen av tilsynelatende paradoksale utsagn, som forekommer i noen av forfatterne og består i det faktum at rest stresset av nøkler Fet mer enn tastene på bipolare transistorer, og så "felteffekttransistoren er dårligere sentrale egenskaper i sammenligning med bipolar ". For øvrig å si at tilstedeværelsen av slike tilsynelatende motstridende påstander tatt som et nyttig tegn på at valget av en bestemt løsning (i dette tilfellet, er valget av feltet eller bytte bipolar transistor) bør være basert på en omfattende analyse.

I statisk tilstand bruker nøkkelen på FET en meget liten styrestrøm. Imidlertid øker denne strømmen med økende byttefrekvens. Den meget høye inngangsimpedansen til FET-brytere gir faktisk galvanisk isolasjon av inngangs- og utgangskretsene. Dette gjør at du kan gjøre uten transformatorer i kontrollkretsene. Taster på felt-effekt transistorer er ofte mindre raske i forhold til tastene på bipolare transistorer.

Digital nøkkelkrets på M-transistor med en indusert n-type kanal

Vi viser kretsen av den digitale nøkkelen på M-transistoren med den induserte n-typen kanal og motstandsbelastningen og de tilsvarende tidsdiagrammer (figur 3.18).

Diagrammet viser lastkapasiteten C_n, Modelleringskapasitet til enheter koblet til transistornøkkelen. Tydeligvis, med null inngangssignal er transistoren låst og u_B= E_med. Hvis spenningen u_Rin større enn terskelspenningen U_vinterbrygge transistor, den åpner og spenningen u_B avtar.

Taster på felt-effekt transistorer med kontroll p-n-kryss er inkludert i forskjellige sjetonger av 284, 504 og andre serier.

Spenningen på nøkkelen i slått tilstand U_Inc. Avhenger av dreneringsmotstanden R_c, størrelsen på inngangssignalet og egenskapene til dreneringsegenskapene til transistoren. Endringshastigheten i utgangsspenningen bestemmes av motstanden R_c, kapasitet C_n og frekvensegenskapene til transistoren.

Digital nøkkel krets på en MOS transistor med en MOS transistor

La oss tegne et diagram på en digital nøkkel på en MOS transistor med en MOS transistor (med dynamisk belastning) (Figur 3.19). Merk at ved bruk av integrert teknologi, er en slik nøkkel, merkelig nok ved første øyekast, lettere å fremstille i sammenligning med den som er vurdert ovenfor (REFERENCE) med en opptrekksmotstand. Transistor T₁ kalt aktiv, og transistor T₂ - Last inn.

Først, la oss se på den lukkede tilstanden til nøkkelen. Videre, u_Rin u_vinterpier1. Transistor T₁ åpne og spenning u_Si1 nær null, og spenningen over transistoren T₂ nær spenningen. I den vurderte tilstand, transistoren T₂ er også åpen, med deg_zi2= u_cm2= E_med. Men transistorene er utformet på en slik måte at den spesielle brattheten til transistoren T₂ var mye mindre enn den spesifikke hellingen til transistoren T₁.Det er derfor når du er åpen_Si1 = 0 (ofte ligger denne spenningen i området 50... 100 mV). Siden den spesielle hellingen til transistoren T₂ er liten, strømmen som strømmer gjennom den åpne nøkkelen, er relativt liten.

Digital nøkkelkrets på komplementære MIS-transistorer

La oss skildre digitalnøkkelordningen på komplementære MIS-transistorer (komplementær MIS-nøkkel, CMOS-nøkkel) (figur 3.20).

Her benyttes gjensidig komplementære (komplementære) transistorer: transistor T, med n-type kanal og transistor T₂ med en p-type kanal. Vi betegner U_vinterpier1 og u_{vinter p2} Terskelspenninger for henholdsvis transistorer, T₁ og T₂. Det er verdt å merke seg at hver av disse terskelspenningene er positiv.

Anta at du_Rin= 0, så, åpenbart, transistoren T₁ lukket, og transistoren T₂ åpnet. Videre, u_CH1= E_med, u_IS2= 0. Hvis du_Rin> U_zi.porogl, så transistoren T₁ åpnet. Anta, i tillegg, du_Rin> E_med - U_{vinter p2}, så transistoren T₂ lukket. Videre, u_Si1= 0, u_IS2= E_med.

Det skal bemerkes at hvis E_med

Denne kretsen er oppnådd fra den forrige når transistoren T₁ motstandsbelastning og strømkilde - kilden til inngangssignalet.

Substratet på transistoren er koblet til den positive pol av strømkilden, det vil si. E. Til et punkt med størst potensial for p-n-overganger mellom underlaget og source og drain og underlaget ikke er åpnet.

Transistoren til denne analognøkkelen fungerer akkurat som transistoren T₂ av den komplementære nøkkelen som vurderes. For eksempel, for å låse opp en transistor, er det nødvendig at spenningen u_trening var liten.

Bryteren kan bytte både positive og negative inngangsspenninger.

Bi-retnings-analog nøkkel (overføringsport) på komplementære transistorer

La oss nå vurdere en toveis analog nøkkel (overføringsport) på komplementære transistorer (figur 3.22).
Nøkkelen er beregnet for overføring av spenning u_ogfra utgang A til terminal B eller spenning u_b fra pin B til pin A. Det antas at disse spenningene varierer fra 0 til + E_n. Transistorer T₁ og T₂ danner den komplementære nøkkelen som er vurdert ovenfor. En toveis nøkkel er åpen når du_trening= + E_n. I dette tilfelle er minst én av transistorene T₃ og T₄ åpnet. Nøkkelen er stengt når du_trening= 0.

Hvis kretsen er endret til porten til transistorene T₃ og T₄ For å levere ikke bare positive, men også negative spenninger, vil nøkkelen kunne fungere ikke bare med positive, men også negative spenninger u_og og du_b.

Nøkler felteffekttransistor med isolert port som inngår i rekken av chips 168, 547, etc., og de komplementære transistorer -. I serien av spon 590, 591, 176, 561, 1564.

FET-brytere i mikrokontroller kretser

Felt-effekt transistorer er ryggraden i moderne mikroelektronikk. Uten dem ville det ikke være VLSI, ingen FPGA, ingen MK. Alle moderne datamaskiner, mobiltelefoner, bærbare datamaskiner er bygget på felt-effekt transistorer, og de har ennå ikke et verdig alternativ.

Utgangene til MK-porter er kaskader med felt-effekt transistorer. Det virker som å koble til dem enda et felt "navnebror" - er enkelt. Imidlertid faller det ny-radio amatør inn i en tilstand av sjokk for å vite at det finnes mange varianter av felteffekttransistorer med forskjellig ledningsevne struktur, porten isolerende forskjellige topologier, forskjellige kanal doping teknologi forskjellige varemerker og merker og forskjellige grafiske bilder på konvensjonelle elektriske kretser.

Heldigvis brukes i den digitale, puls- og omformerteknologien feltet MOS-transistorer med en isolert gate som har n- eller ledningsevne av kanalen. Dette er en ganske smal klasse av elektroniske enheter, godt undersøkt og lett å lære.

For direkte konjugasjon med MK passer til de FET som har en lav sperrespenning "gate - source" (para Gate Theshold spenning innenfor 0.5... 2.5). Teknologiske prestasjoner i det siste tiåret har gjort slike transistorer små og billige. Kraftige felt effekt transistorer er vanligvis koblet til MK via buffertrinn.

Hvis vi sammenligner felt- og bipolare transistorer, er basis-kollektor-emitterterminaler i den første tilnærmingen tilsvarende Gate-Drain-Source-terminaler. Følgelig vil ordningene i nøkkelkaskadeene være svært like for dem. Av forskjellene styres felt effekt transistorene av spenning, ikke strøm. De har høy inngang og lav utgangsbestandighet, noe som øker effektiviteten. På den annen side, med høy kapasitet transfer "gate - source" 100... 3000 pF reduserer ytelsen og betydelig teknologisk variasjon av parametrene gjør konstruksjonen av ordningen med trygghet og med en margin på "bare i tilfelle brann."

På fig. 2,69, a... og fig. 2,70, a... r er diagrammer av nøkkelstrinnene, henholdsvis med en og to felt-effekt-transistorer. På fig. 2,71, a... r er muligheter for felles inkludering av felt og bipolare transistorer.

Tabell 2.11. Felt effekt transistorer

I tabell. 2.11 viser typiske parametere av felt-effekt transistorer med forskjellig effekt. Transistorer med en i-kanal er analoge med transistorer av n-p-n-strukturen, og transistorer med a-kanal er transistorer av p-p-p-strukturen. Bare her har pilene på det betingede bildet av felt-effekt-transistorer en retning rett motsatt deres bipolare motstykker.

Fig. 2.69. Systemer for tilkobling av en felt-effekt transistor til MK (start):

a) den klassiske inverteringsnøkkelen på n-kanal transistoren VT1. Hovedparameteren når du velger en transistor er gateavstengningsspenningen, som ved driftsbelastningen strøm R_H må ikke overstige forsyningsspenningen MK. Motstanden R3 (R1) motstand 51... 510 kOhm satt til transistoren VT1 ble lukket i følgende tilfeller: ved omstart MK, når den utløses leder overtrekk strømbrudd når en spenning på +5 V, oversettelsen av MK i Z-line tilstand. Motstand R3 akselererer lukkekapasiteten til lukkeren. Motstand R2 beskytter MK-linjen mot høy amplitudeoverskridelser gjennom portkretsen fra dreneringssiden når du bytter tung belastning. Det er obligatorisk ved høy spenning i lasten og et høyt nivå av forstyrrelser. Motstandene R1, R3 kan ikke settes hvis lasten ikke er kritisk for utilsiktet inneslutning. I stor grad kan porten til felt-effekt transistoren VT1 i denne kretsen "henge i luften", siden den er beskyttet mot statisk elektrisitet med interne dioder MK;

b) VD1, VD2-dioder brukes til å beskytte VT1-felt-effekt-transistoren fra spenningsspenninger i den induktive belastningen og for å redusere interferens i strømkretsen. Moderne felt effekt transistorer av MOSFET serien har innebygde kraftige dioder, ligner VD2. Motstandene R1, R2 kan ikke stilles til lave spenninger og resistive belastninger;

c) galvanisk isolert slå på / av transistor VT1. Ved utgangen av MK genereres et RF-signal som korrigeres og filtreres av elementene VD1... VD4, C3, R2. Zener VD5 beskytter porten til transistoren VT1. Transformatoren T1 er viklet på en ring av ferrit N30, viklingen I inneholder 15, og viklingen II - 30 omdreininger av PEV-0,2 tråd;

d) nøkkelen på feltkanaltransistoren VT1 er ekvivalent med nøkkelen på den bipolare transistoren pn. På høyt nivå ved utgangen av MK-transistoren er VT1 lukket, og når du bytter til Z-tilstands inngangsmodus, blir transistoren åpnet på grunn av tilstedeværelsen av en motstand R1 O

Om Fig. 2.69. Ordninger for tilkobling av en felt-effekt transistor til MK (terminering):

e) sikringen FU1 er aktivert med en nødstrøm i belastningen R_H;

f) En del av den elektroniske dørklokkekretsen. Beskyttelse av transistoren VT1 er produsert av curlers RU1, RU2n av kondensator C1. Indikatoren for ankomst av besøkende - LED HL1

g) Dioden VD1 beskytter MC-linjen fra høyspenning ved nedbrytning av transistor VT1 og fra indusert støy med en kraftig induktiv belastning R_H.

a) sekvensiell omkobling av n- og kanalkanaltransistorene VT1, VT2 for kommutasjon av "høyspenningslast" R_H. Dioden VD1 akselererer utladningen av portkapasitansen til transistoren VT1

b) parallell tilkobling av to felt-effekt transistorer for å øke belastningsstrømmen;

c) DA1 er en spesialisert driver (firma International Rectifier), som serverer kraftige felt effekt transistorer VT1, VT2 (nåværende opptil 1,5 A). Dioden VD1 øker påliteligheten; Oh

Om Fig. 2,70. Tilkoblinger av to felt effekt transistorer til MK (terminering):

d) en omformer med en direkte spenning på 12 V til en vekselstrøm på 220 V (DC / AC). Den totakts-kaskade på transistorene K77, VT2 styres av bufferlogikk-chip DD1. Signalene fra utgangene av MC må motfase, men med en liten "strømløs" pause lik 10% av periodevarigheten (for å eliminere skvoznyhtokov og forbedre effektiviteten). Kondensatoren C / kompenserer for reaktansen av viklingen av transformatoren T1 og tilnærmer formen på utgangssignalet 50 Hz til sinusformet.

Fig. 2.71. Ordninger for tilkobling av ett felt og en bipolar transistor til MK

a) buffer bipolar transistor VT1 styrer den kraftige felt effekt transistoren VT2. Ved å velge motstanden R4, er det mulig å redusere spenningsfallet over dreneringen av transistoren VT2 som forekommer i øyeblikket av signalbryteren;

b) Bipolar nøkkel på transistor VT1 (mulig erstatning av KT503) akselererer utladningen av kapasitansen til porten til den kraftige felt-effekt transistoren VT2. Kondensatoren C1 øker hellingen av signalfronten som kommer fra MK-utgangen. Motstanden R1 gir en åpen tilstand av transistoren VT1 og den lukkede tilstanden til transistoren VT2 når du starter MK igjen; Oh

Om Fig. 2.71. Ordninger for tilkobling av ett felt og en bipolar transistor til MK

c) motstandene R1, R2 samtidig tillater ikke "å henge i luft" -bunnen av transistoren VT1 og porten til transistoren VT2npu omstart MK;

g) en laveffekts bipolar transistor VT1, vanligvis billigere analog felt, og en felteffekttransistor VT2 gir et lavere spenningsfall når den er åpen, enn en bipolar analog.

Kilde: Ryumik, SM, 1000 og en mikrokontroller krets. Vol. 2 / SM Ryumik. - M.: LR Dodeca-ХХ1, 2011. - 400 s.: Syke. + CD. - (Serie "Programmerbare systemer").

Felt effekt transistorer: driftsprinsipp, kretser, driftsmoduser og simulering

Vi har allerede vurdert utformingen av bipolare transistorer og deres arbeid, nå la oss finne ut hva slags felt-effekt transistorer er. Felt-effekt transistorer er svært vanlige både i gamle kretser og i moderne kretser. Nå brukes enheter med en isolert port i større grad, vi vil snakke om typer felt-effekt transistorer og deres funksjoner i dag. I artikkelen vil jeg gjøre en sammenligning med bipolare transistorer, noen steder.

definisjon

En felt effekt transistor er en halvleder full kontrollert nøkkel styrt av et elektrisk felt. Dette er hovedforskjellen fra det synspunktet fra praksis fra bipolare transistorer, som styres av strømmen. Det elektriske feltet er opprettet av spenningen på porten i forhold til kilden. Polariteten til styrespenningen avhenger av transistorens kanaltype. Det er en god analogi med elektroniske vakuumlamper.

Et annet navn for felt-effekt transistorer er unipolar. "UNO" betyr en. I felt effekt transistorer, avhengig av type kanal, gjenspeiles strømmen bare av en type bærerhull eller ved elektroner. I bipolare transistorer ble strømmen dannet av to typer ladningsbærere - elektroner og hull, uavhengig av type instrumenter. Felt-effekt transistorer i det generelle tilfellet kan deles inn i:

transistorer med kontroll p-n-kryss;

transistorer med isolert port.

Begge kan være n-kanal og p-kanal, den positive styrespenningen må påføres porten til den første for å åpne nøkkelen, og for den sistnevnte - negativ med hensyn til kilden.

Alle typer FET har tre utganger (noen ganger 4, men sjelden, jeg møtte bare på sovjetisk og det var knyttet til saken).

1. Kilde (kilde til ladetransportører, analog av emitteren på bipolar).

2. Stoke (en mottaker av ladebærere fra kilden, en analog av bipolar transistor kollektor).

3. Lukker (kontrollelektrode, analogt rutenett på lamper og baser på bipolare transistorer).

Transistor med pn krysskontroll

Transistoren består av følgende områder:

På bildet ser du den skjematiske strukturen til en slik transistor, pinnene er koblet til metalliserte deler av porten, kilden og dreneringen. Spesielt skjema (dette p-kanalanordning) en port - et n-lag har mindre motstand enn kanalområdet (p-lag), og det område p-n-overgang i stor grad befinner seg i p-området på grunn av dette.

Betinget grafisk betegnelse:

a-n-feltfelt-transistor, b-p-feltfelt-effekt transistor

For å være lettere å huske, husk diodebetegnelsen, hvor pilen peker fra p-området til n-området. Også her.

Første tilstand - bruk ekstern spenning.

Hvis en spenning påføres en slik transistor, blir et pluss lagt til dreneringsplussen til kilden minus, vil en strøm av stor størrelse strømme gjennom den, det vil kun være begrenset av kanalmotstanden, ytre motstandene og den interne motstanden til strømkilden. Du kan tegne en analogi med en normalt lukket nøkkel. Denne strømmen refereres til som avløp eller den første dreneringsstrømmen ved Uci = 0.

En felt-effekt transistor med en kontroll p-n kryss, uten den påførte styrespenningen til porten, er maksimalt åpen.

Spenningen til avløpet og kilden påføres på denne måten:

Gjennom kilden er introdusert hovedladetransportørene!

Dette betyr at hvis transistoren er p-kanal, er den positive terminalen til strømforsyningen koblet til kilden. De viktigste transportørene er hull (positive ladere) - dette er den såkalte hullledningsevnen. Hvis n-kanal transistoren er koblet til kilden, kobler du den negative terminalen til strømforsyningen, siden I det er hovedladningsbærerne elektroner (negative ladestyrere).

Kilden er kilden til hovedladetransportørene.

Her er resultatene av modellering av denne situasjonen. Til venstre er p-kanalen, og til høyre er n-kanal transistoren.

Andre tilstand - bruk spenning til porten

Når en positiv spenning påføres porten i forhold til kilden (Uzy) for p-kanalen og negativ for n-kanalen, skiftes den i motsatt retning, p-n-kryssområdet strekker seg ut mot kanalen. I resultatet av hvilken kanalbredden minker, senker strømmen. Portspenningen som strømmen gjennom nøkkelen slutter å strømme, kalles cutoff spenningen.

Nøkkelen begynner å lukke.

Avspenningsspenningen er nådd og nøkkelen er helt lukket. I simuleringsbildet vises denne tilstanden for p-kanal (venstre) og n-kanal (høyre) -tastene. Forresten på engelsk, så kalles transistor JFET.

Driftsformer

Transistorens driftsmodus ved en spenning Ui er enten null eller omvendt. På grunn av bakspenningen er det mulig å "dekke transistoren", den brukes i klasse A forsterkere og andre kretser hvor det er nødvendig med jevn kontroll.

Avskjæringsmodusen oppstår når Uuss = U cutoffs for hver transistor er den egen, men i alle fall påføres i motsatt retning.

Egenskaper, IV egenskaper

Utgangskarakteristikken er en graf som viser avstanden til avløpsstrømmen på Uci (påført til drenering og kildeterminaler) ved forskjellige portspenninger.

Kan deles inn i tre områder. I begynnelsen (i den venstre side av figuren) ser vi den ohmske region - i dette intervallet transistor oppfører seg som en motstand, strømmen øker nesten lineært, og nådde et visst nivå, går i metning region (i midten av diagrammet).

I høyre del av grafen ser vi at strømmen igjen begynner å stige, dette er området for nedbrytning, her transistoren ikke skal være. Den øverste grenen som er avbildet i figuren, er gjeldende ved null Uzz, vi ser at gjeldende her er den største.

Jo høyere spenningen er, jo lavere er strømmen. Hver av grenene adskiller seg med 0,5 volt ved porten. Det vi har bekreftet ved modellering.

Her er en dreneringsgate karakteristisk, dvs. avhengighet av den drenstrømmene på portspenningen på samme drain-source-spenning (10V i dette eksemplet), er gitteravstanden også 0,5V, vi igjen se at jo nærmere til 0 Uzi spenningen er, desto større er drenstrømmene.

I bipolare transistorer var det en slik parameter som den nåværende overføringskoeffisienten eller forsterkningsfaktoren, den ble betegnet som B eller H21e eller Hfe. I feltet er imidlertid skråningen angitt med bokstaven S for evnen til å forsterke spenningen

Det vil si at brattheten viser hvor mye mA (eller Ampere) øker avløpstrømmen når spenningen i gatekilden økes med mengden volt ved en uforandret drenekilde spenning. Det kan beregnes ut fra gate-and-gate karakteristikken, i eksempelet ovenfor er hellingen i størrelsesorden 8 mA / V.

Inkluderingsordninger

Som med bipolare transistorer er det tre typiske brytere:

1. Med en felles kilde (a). Brukt oftest, gir en økning i strøm og strøm.

2. Med en felles port (b). Sjelden brukt, lav inngangsbestandighet, ingen gevinst.

3. Med en felles avløp (i). Spenningsforsterkningen er nær 1, inngangsimpedansen er stor og utgangsimpedansen er lav. Et annet navn er kilde repeater.

Funksjoner, fordeler, ulemper

Hovedfordelen ved en felt-effekt-transistor er høy inngangsimpedans. Inngangsmotstanden er forholdet mellom strøm og gate-spenning. Operasjonsprinsippet ligger i kontrollen ved hjelp av et elektrisk felt, og det dannes når spenningen påføres. Det vil si at felt effekt transistorene styres av spenning.

Felt-effekt transistor bruker nesten ikke strømstyrke, det reduserer kontrolltap, signalforvrengning, nåværende overbelastning av signalkilde...

I gjennomsnitt, frakvenskarakteristikkene felteffekttransistorer er bedre enn bipolar, på grunn av det faktum at du trenger mindre tid til å "spre" av ladningsbærere i de områdene av bipolar transistor. Noen moderne bipolare transistorer kan og overskride feltene, dette skyldes bruk av mer avanserte teknologier, som reduserer bredden på basen og andre ting.

Det lave støynivået i felt-effekt transistorer skyldes mangelen på en ladning injeksjon prosess, som i bipolare seg.

Stabilitet under temperaturendringer.

Lavt strømforbruk i ledende tilstand - større effektivitet av enhetene.

Det enkleste eksempel på en høy inngangsimpedans til - dette aligner anordning for forbindelse av de elektroakustiske gitarer og elektriske gitarer med piezo pickups med elektromagnetiske pickups til linjeinnganger med lav inngangsimpedans.

En lav inngangsimpedans kan føre til en nedgang i inngangssignalet, forvrenger formen i varierende grad avhengig av frekvensen av signalet. Dette betyr at du må unngå dette ved å introdusere en kaskade med høy inngangsimpedans. Her er det enkleste diagrammet for en slik enhet. Passer for tilkobling av elektriske gitarer til linjeinngangen på datamaskinens lydkort. Med den blir lyden lysere, og timbre er rikere.

Den største ulempen er at slike transistorer er redd for statikk. Du kan ta et element med elektrifiserte hender, og det vil umiddelbart mislykkes, dette er konsekvensen av å kontrollere nøkkelen ved hjelp av feltet. De anbefale å arbeide i dielektriske hansker som er tilkoblet via en spesiell armbånd til jord, lav spenning loddespissen med isolerte og transistor konklusjoner kan binde en ledning for å kortslutte dem i installasjonstid.

Moderne enheter er praktisk talt ikke redde for dette fordi de ved inngangen til dem kan være innebygde beskyttelsesutstyr som zener-dioder, som fungerer når spenningen overskrides.

Noen ganger nybegynnere har frykt for absurditet, for eksempel å sette på hodet av folie caps. Alt som er beskrevet ovenfor, selv om det er obligatorisk for utførelse, men ikke overholdelse av noen betingelser, garanterer ikke enhetens feil.

FET med isolert port

Denne typen transistorer brukes aktivt som halvlederstyrte nøkler. Og de jobber ofte i nøkkelmodus (to stillinger "på" og "av"). De har flere navn:

1. MIS transistor (metallisolator-halvleder).

2. MOSFET (metall-oksid-halvleder).

3. MOSFET-transistor (metall-oksid-halvleder).

Husk - disse er bare variasjoner av ett navn. Den dielektriske, eller som det også kalles oksid, spiller rollen som en isolator for porten. I diagrammet nedenfor er isolatoren vist mellom n-området i nærheten av porten og porten i form av en hvit sone med prikker. Den er laget av silisiumdioksyd.

Dielektrisk eliminerer elektrisk kontakt mellom portelektroden og underlaget. I motsetning til kontroll pn-krysset virker det ikke på prinsippet om å utvide overgangen og kanaloverlappingen, men på prinsippet om å endre konsentrasjonen av ladningsbærere i en halvleder under virkningen av et eksternt elektrisk felt. MOSFET er av to typer:

1. Med innebygd kanal.

2. Med indusert kanal

Transistorer med integrert kanal

På diagrammet ser du en transistor med en innebygd kanal. Fra det kan du allerede gjette at prinsippet for operasjonen ligner en felt-effekt-transistor med en kontroll p-n-kryss, dvs. Når portspenningen er null, strømmer strømmen gjennom nøkkelen.

I nærheten av kilden og avløpet er to regioner med økt innhold av urenhetsladere (n +) med økt konduktivitet blitt opprettet. Underlaget kalles P-type base (i dette tilfellet).

Merk at krystallet (substratet) er koblet til kilden, det er tegnet i mange konvensjonelle grafiske symboler. Når spenningen på porten øker, vises et tverrfelt elektrisk felt i kanalen, avstøtter det ladestyrene (elektroner) og kanalen lukkes når terskelen UiS er nådd.

Driftsformer

Når en negativ gate-kilde spenning påføres, tømmes strømmen av avløp, transistoren begynner å lukke - dette kalles uttømmingsmodus.

Når en positiv spenning påføres gate-kilden, foregår omvendt prosess - elektronene er tiltrukket, strømmen øker. Dette er berikningsregimet.

Alt ovenfor gjelder for MOSFET med en innebygd N-kanal. Hvis p-typen kanal er alle ordene "elektroner" erstattet med "hull", reverseres polariteten til spenningen.

modellering

Transistor med innebygd n-kanal med null spenning på porten:

La oss gi porten -1B. Strømmen falt 20 ganger.

Ifølge dataarket for denne transistoren er terskel-gate-spenningen i vår region en volt, og dens typiske verdi er 1,2 V, vi vil bekrefte dette.

Strømmen ble i mikromer. Hvis spenningen er litt økt, vil den forsvinne helt.

Jeg valgte en transistor tilfeldig, og jeg fant meg selv ganske følsom. Jeg vil forsøke å endre spenningens polaritet, slik at porten har et positivt potensial, vi vil sjekke anrikningsregimet.

Med en spenning på 1V økte strømmen firefold, sammenlignet med det som var på 0V (det første bildet i denne delen). Det følger at i motsetning til den forrige typen transistorer og bipolare transistorer, kan den fungere uten å øke tilleggsbåndet både for å øke strømmen og å redusere. Denne uttalelsen er svært uhøflig, men i den første tilnærmingen har rett til å eksistere.

kjennetegn

Her er alt nesten det samme som i en transistor med en kontrollovergang, bortsett fra tilstedeværelsen av et anrikningsregime i utgangskarakteristikken.

På avløpskarakteristikken er det tydelig at negativ spenning forårsaker uttømming og nøkkelfunksjon, og den positive spenningen på porten er anrikning og større åpning av nøkkelen.

Transistorer med indusert kanal

MOSFETer med en indusert kanal utfører ikke strøm i fravær av spenning på porten, heller strømmen er, men den er ekstremt liten fordi Dette er omvendt strøm mellom substratet og de høyt dopede drenerings- og kildeområder.

En felt-effekt transistor med en isolert gate og en kanalinducert analog av en normalt åpen nøkkel, strømmen strømmer ikke.

Hvis det er en gate-kilde spenning, siden vi vurderer n-typen av den induserte kanalen, så spenningen er positiv, under påvirkning av feltet blir negative ladningsbærere tiltrukket av portområdet.

Så det er en "korridor" for elektroner fra kilden til avløpet, så en kanal vises, transistoren åpnes, og strømmen gjennom den begynner å strømme. Underlaget er p-type, hovedbærerne er positive ladningsbærere (hull), det er svært få negative bærere, men under feltets handling bryter de seg bort fra atomene, og bevegelsen begynner. Derav fravær av konduktivitet i fravær av spenning.

kjennetegn

Utgangskarakteristikken repeterer nøyaktig det samme i de forrige, den eneste forskjellen er at spenningen UiS blir positiv.

Dreneringsportens karakteristikk viser det samme, forskjellene er igjen i portspenningen.

Når man vurderer spenningsegenskaper, er det ekstremt viktig å se nøye på verdiene som foreskrives av aksene.

modellering

Spenningen ble påført på bryteren ved 12 V, og på porten har vi 0. Strømmen gjennom transistoren lekker ikke.

Legg 1 volt til lukkeren, men strømmen og tenkte ikke å lekke...

Ved å legge til en volt fant jeg ut at strømmen begynner å stige fra 4v.

Ved å legge til en annen 1 volt steg strømmen kraftig til 1,129 A.

I Dataark spesifisert terskelspenningen for transistoren åpning som ligger i området fra 2 til 4 volt, og den maksimale port-til historie -20 til 20 V, kan spenningen ytterligere økning produserte noen resultater og 20 volt (flere milliampere I Jeg tror, ​​i dette tilfellet).

Dette betyr at transistoren er helt åpen, hvis den ikke var der, ville strømmen i denne kretsen være 12/10 = 1,2 A. Senere studerte jeg hvordan denne transistoren fungerer, og fant ut at ved 4 volt begynner det å åpne.

Tilsetning av 0,1 V, lagt merke til at hver tiendedels volt strøm blir stadig mer og mer, og har en 4,6 volts transistor er nesten helt åpen, er forskjellen med portspenning på 20 V. i avløpsstrømmen er bare 41 mA ved 1,1 A - en tull.

Dette eksperimentet gjenspeiler det faktum at transistoren med den induserte kanalen åpnes bare når terskelspenningen er nådd, noe som gjør det mulig å fungere perfekt som en nøkkel i pulskretsene. Faktisk er IRF740 en av de vanligste i bytte strømforsyninger.

Resultatene av portens nåværende målinger viste at felt-effekt-transistorene ikke nesten bruker kontrollstrømmen. Ved en spenning på 4,6 volt var strømmen bare 888 nA (nano).

Ved en spenning på 20V var det 3,55 μA (mikro). I den bipolare transistor ville det være av størrelsesorden 10 mA, avhengig av den gevinst som titusener av ganger større enn den av feltet.

Ikke alle tastene åpnes av slike stammer, dette skyldes utformingen og egenskapene til kretsene til enhetene der de er påført.

Funksjoner ved bruk av nøkler med isolert gate

To ledere, og mellom dem en dielektrisk - hva er det? Dette er en transistor, faktisk lukkeren har en parasittisk kapasitans, det senker prosessen med å bytte transistoren. Dette kalles Miller-platået, generelt er dette spørsmålet verdt et separat seriøst materiale med presis modellering, ved hjelp av en annen programvare (ikke sjekket denne funksjonen i multisim).

Et utladet kapasitet på første gang krever en stor ladestrøm, og sjeldne kontrollinnretningen (PWM-kontroller og mikrokontrollere) er sterke utganger, så bruke drivere for felt port, som i FET, og den IGBT (bipolar isolert gate). Dette er en forsterker som konverterer inngangssignalet til en utgang av en slik størrelse og strøm som er tilstrekkelig til å slå transistoren av og på. Ladestrømmen er også begrenset av en seriemotstand koblet i serie med porten.

I dette tilfellet kan noen av lukkene styres fra mikrokontrollerens port gjennom en motstand (samme IRF740). Vi dekket dette emnet i en rekke materialer om arduino.

Betinget grafikk

De ligner FET til styreporten, men adskiller seg ved at i det ASB, som i transistoren porten er skilt fra substratet, og pilen i sentrum indikerer kanaltypen, men er rettet fra substratet til kanalen, dersom n-kanal MOSFET - mot lukkeren og omvendt.

For nøkler med indusert kanal:

Det kan se slik ut:

Vær oppmerksom på engelskspråklige navn på konklusjonene, i dataark og på ordninger de ofte er angitt.