Что такое полевой транзистор и как его проверить

Однако хороший защитный диод не означает, что транзистор в целом исправен. Более того, если вам приходится проверять ТС без выпаивания их из схемы, то из-за параллельно соединенных цепей не всегда можно сделать однозначный вывод даже о здоровье защитного диода.

Содержание

Недавно мы начали больше узнавать о том, как производится компьютерное оборудование. И мы познакомились с одним из его “строительных блоков”. – полупроводниковый диод. Компьютер – это сложная система, состоящая из отдельных частей. Изучая, как работают эти отдельные части (большие и маленькие), мы получаем знания.

Получение знаний дает нам шанс помочь нашему железному другу – компьютеру, когда он внезапно сломается.. Мы несем ответственность за то, что приручили, не так ли?

Сегодня мы продолжим эту интересную работу и попытаемся понять, как работает самый важный “строительный блок” электроники – транзистор. Из всех типов транзисторов (а их довольно много) мы ограничимся рассмотрением работы полевых транзисторов.

Мы знаем, что каждый конденсатор изготавливается для работы при определенном напряжении. При превышении этого напряжения происходит пробой изоляции. Для повреждения оксидного слоя в полевом транзисторе обычно достаточно нескольких вольт или даже меньше.

Принципы работы полевых транзисторов в электронных схемах: упрощение

Все сложные электронные процессы удобно иллюстрировать на примере обычного водопроводного крана с ручкой, которая позволяет выключить воду или отрегулировать ее напор от очень тонкой струйки (потока) до максимально сильного потока.

Я показал это на примере примитивной картинки, на которой:

Входное отверстие с напором называется выходом;
Выход (отток) воды называется источником;
Ручка управления или клапан со штоком называется затвором.

Схема полевого транзистора, которую мы рассматриваем, работает аналогичным образом. Только между стоком и истоком приложено основное постоянное напряжение. Эта область называется каналом. Он изготовлен из полупроводника с определенной структурой:

n-типа (доминируют электроны – носители отрицательного заряда);
p-типа – с избытком положительных дырок.

На чертежах эти проводники показаны одним из следующих способов.

На обозначении ворот нужно обратить внимание на направление стрелки. В полупроводниках n-типа он направлен к затвору, в то время как в В проводниках P-типа она направлена в противоположную сторону.

Все полевые транзисторы являются полупроводниковыми и управляемыми. Это означает, что он позволяет заряду проходить через него только в одном направлении, в то время как противоположное движение электрических зарядов всегда блокируется.

На этот затвор возлагается функция закрытия или открытия этого клапана (затвора), а также роль регулирования потока электрических зарядов. Здесь действует хорошо известный закон Ома:

Сопротивление среды канала приводит в движение заряд, а приложенный извне потенциал действует на него.

Другими словами: энергия электрического поля, приложенного к затвору, изменяет сопротивление внутренних полупроводниковых переходов и влияет на величину тока в выходной цепи.

Слово “поле” здесь подписать. Он определяет ряд транзисторных изделий, которые работают на этом принципе управления.

Потенциал электрического поля управляет величиной сопротивления в силовом полупроводниковом слое (канале), закрывая/открывая транзистор или изменяя протекающий через него ток.

Биполярные транзисторы (БТ), о которых я писал в предыдущей статье на своем блоге, управляются аналогичным образом.

Только у них цепь питания формируется между коллектором и эмиттером, а цепь управления работает на токе, формируемом приложением напряжения между базой и эмиттером. BT имеют разное назначение выводов, но одинаковые две внутренние схемы (схема питания и схема управления).

И это происходит по одному из заранее определенных сценариев. Далее я буду обсуждать их по очереди.

Основное преимущество полевого транзистора высокий входной импеданс. Входное сопротивление – это отношение тока к напряжению затвор-исток. Принцип работы – управление с помощью электрического поля, которое создается при подаче напряжения. Другими словами Полевые транзисторы управляются напряжением..

Полевые транзисторы: Принцип действия, схемы, режим работы и моделирование

Мы уже обсудили устройство и работу биполярных транзисторов, теперь давайте выясним, что такое полевые транзисторы. Полевые транзисторы очень часто встречаются как в старых, так и в современных схемах. В настоящее время все чаще используются приборы с изолированным затвором, и сегодня мы поговорим о типах полевых транзисторов и их особенностях. В статье я сделаю сравнение с биполярными транзисторами, в некоторых местах.

Оглавление

Определение

Полевой транзистор – это полупроводник, полностью управляемый электрическим полем. В этом заключается главное практическое отличие от биполярных транзисторов, которые управляются током. Электрическое поле генерируется напряжением, приложенным к затвору относительно источника. Полярность управляющего напряжения зависит от типа канала транзистора. Здесь прослеживается хорошая аналогия с электронно-вакуумными трубками.

Другое название полевых транзисторов – униполярные. UNO” означает один. В полевых транзисторах, в зависимости от типа канала, ток переносится только одним типом носителей – дырками или электронами.

В биполярных транзисторах ток генерируется двумя типами носителей заряда, электронами и дырками, независимо от типа устройства. Полевые транзисторы можно разделить на:

управляющие транзисторы с p-n переходом;

Транзисторы с изолированным затвором.

Оба могут быть n-канальными и p-канальными, для первых положительное управляющее напряжение должно быть приложено к затвору, чтобы открыть переключатель, для вторых отрицательное управляющее напряжение должно быть приложено к истоку.

Все типы FET имеют три вывода (иногда 4, но редко, я нашел один только на советской конструкции, и он был соединен с корпусом).

1) Источник (источник носителей заряда, эквивалент эмиттера в биполярных элементах).

2. сток (приемник носителей заряда от источника, аналог коллектора биполярного транзистора).

3. Затвор (управляющий электрод, аналог сетки в лампах и базы в биполярных транзисторах).

Транзистор с управляющим pn-переходом

Транзистор состоит из этих областей:

На рисунке показана схематическая структура такого транзистора, выводы подключены к металлизированным областям затвора, истока и стока. В приведенной схеме (это p-канальный прибор) затвор является n-слоем и имеет меньшее удельное сопротивление, чем область канала (p-слой), и по этой причине площадь p-n-перехода больше в p-слое.

Обычные графические обозначения:

a – полевой транзистор n-типа, b – полевой транзистор p-типа

Для удобства запомните обозначение диода, где стрелка указывает от p- к n- области. Здесь также.

Первое состояние – подача внешнего напряжения.

Если подать на такой транзистор напряжение, плюс на сток и минус на исток, то через него потечет большой ток, ограниченный только сопротивлением канала, внешними сопротивлениями и внутренним сопротивлением источника питания. Аналогию можно провести с нормально замкнутым выключателем. Этот ток называется Isnatch или начальный ток стока при Uzi=0.

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, к затвору которого не приложено управляющее напряжение, максимально открыт.

Таким образом, напряжения прикладываются к стоку и истоку:

Основные носители заряда вводятся источником!

Это означает, что если транзистор является p-канальным, то положительный вывод питания подключается к истоку, поскольку основными носителями являются дырки (носители положительного заряда) – это называется дырочной проводимостью. Если транзистор является n-канальным, то отрицательный вывод источника питания подключается к истоку. в которых электроны (носители отрицательного заряда) являются основными носителями заряда.

Источник – это источник основных носителей заряда.

Вот результаты моделирования этой ситуации. Слева – p-канальный транзистор, справа – n-канальный транзистор.

Второе состояние – подача напряжения на затвор

Приложение положительного напряжения к затвору относительно источника (Uzi) для p-канала и отрицательного напряжения для n-канала вызывает сдвиг в противоположном направлении, область p-n-перехода расширяется в сторону канала. В результате ширина канала уменьшается, и ток снижается. Напряжение на затворе, при котором ток перестает протекать через ключ, называется напряжением отсечки.

Ключ начинает закрываться.

Напряжение отключения достигнуто, и ключ полностью закрыт. На рисунке результатов моделирования показано это условие для p-канального ключа (слева) и n-канального ключа (справа). Кстати, на английском языке этот транзистор называется JFET.

Режимы работы

Режим работы транзистора, когда напряжение Uзи равно нулю или обратному значению. Обратное напряжение может быть использовано для “прикрытия транзистора”, это используется в усилителях класса А и других схемах, где требуется плавное регулирование.

Режим отсечки возникает, когда Uzi=U отсечка различна для каждого транзистора, но в каждом случае она применяется в обратном направлении.

Характеристики, В переменного тока

Выходная характеристика представляет собой график, показывающий зависимость тока стока от напряжения Uci (приложенного к контактам стока и истока) при различных напряжениях на затворе.

Его можно разделить на три области. Первая – омическая область, где транзистор ведет себя как резистор, и ток увеличивается почти линейно, пока не достигнет определенного уровня и не перейдет в насыщение (в центре графика).

В правой части графика мы видим, что ток снова начинает расти, это и есть зона повреждения, в которой транзистор не должен находиться. Верхняя ветвь, показанная на рисунке, – это ток при нулевом значении Ui, мы видим, что ток здесь наибольший.

Чем выше напряжение Uzi, тем меньше ток стока. Каждая ветвь изменяется на 0,5 В на затворе. Что мы и подтвердили с помощью моделирования.

Здесь мы видим характеристики стока и затвора, то есть зависимость тока стока от напряжения на затворе при одинаковом напряжении стока и стока (10 В в данном примере), здесь шаг сетки также составляет 0,5 В, опять же мы видим, что чем ближе Uzi к 0, тем выше ток стока.

В биполярных транзисторах существует параметр, называемый коэффициентом передачи тока или коэффициентом усиления и обозначаемый как B или H21e или Hfe. Полевые транзисторы используют наклон в качестве показателя своей способности усиливать напряжение, и он обозначается S

То есть, наклон показывает, на сколько миллиампер (или ампер) увеличивается ток стока при увеличении напряжения затвор-исток на несколько вольт, при этом напряжение сток-исток остается неизменным. Это можно рассчитать по характеристике сток-затвор, и в приведенном примере наклон составляет примерно 8 мА/В.

Схемы подключения

Как и в случае с биполярными транзисторами, существуют три типичные схемы переключения:

1. схема общего источника (a). Это наиболее распространенная схема, дающая наилучший прирост тока и мощности.

2. общие ворота (b). Редко используется, низкий входной импеданс, без усиления.

3. общий слив (c). Коэффициент усиления по напряжению близок к 1, высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление. Альтернативно известен как усилитель источника.

Особенности, преимущества, недостатки

Основное преимущество полевого транзистора заключается в следующем высокий входной импеданс. Входное сопротивление – это отношение тока к напряжению затвор-исток. Принцип работы заключается в приведении в движение с помощью электрического поля, которое генерируется при подаче напряжения. Другими словами Полевые транзисторы управляются напряжением.

Полевой транзистор практически не потребляют ток управления, то есть уменьшает потери при управлении, искажения сигнала, источник сигнала перегрузки по току…

В среднем, частота Производительность полевых транзисторов выше, чем у биполярных транзисторовЭто происходит потому, что носителям заряда требуется меньше времени, чтобы “рассеяться” на участках биполярного транзистора. Некоторые современные биполярные транзисторы могут превосходить полевые транзисторы благодаря усовершенствованной технологии, более узким базам и т.д.

Низкий уровень шума в полевых транзисторах обусловлен отсутствием процесса инжекции заряда, как в биполярных транзисторах.

Стабильность при изменении температуры.

Низкое энергопотребление в рабочем состоянии – более высокая эффективность устройства.

Простейшим примером использования высокого входного импеданса является применение согласующих устройств для подключения акустических гитар с пьезозвукоснимателями и электрогитар с электромагнитными звукоснимателями к линейным входам с низким входным импедансом.

Низкий входной импеданс может вызвать спад входного сигнала, искажая его форму в различной степени в зависимости от частоты сигнала. Это означает, что его следует избегать, вводя каскад с высоким входным сопротивлением. Вот простейшая схема для такого устройства. Он подходит для подключения электрогитары к линейному входу звуковой карты компьютера. Это делает звук ярче, а тембр богаче.

Главный недостаток заключается в том, что такие транзисторы боятся статического электричества. Вы можете взять компонент наэлектризованными руками, и он тут же выйдет из строя, это следствие управления ключом с помощью поля. Работать с ними желательно в диэлектрических перчатках, соединив через специальный браслет с землей, используя низковольтный паяльник с изолированным жалом, а выводы транзисторов можно перевязать проволокой, чтобы закоротить их при сборке.

Современное оборудование практически не боится этого, поскольку во входные устройства могут быть встроены защитные устройства, такие как стабилизаторы, которые срабатывают при скачках напряжения.

Иногда заботы начинающих радиооператоров доходят до абсурда, например, ношение на голове шапочки из алюминиевой фольги. Все вышеперечисленные условия являются обязательными, но невыполнение любого из них не гарантирует выход устройства из строя.

Полевые транзисторы с изолированным затвором

Этот тип транзистора активно используется в качестве полупроводникового управляемого переключателя. И работают они в основном в ключевом режиме (два положения “включено” и “выключено”). Они имеют несколько названий:

1. МДП-транзистор (металл-диэлектрик-полупроводник).

2. транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET).

3. MOSFET (металл-оксид-полупроводник) транзистор.

Помните – это всего лишь вариации одного и того же названия. Диэлектрик, или оксид, как его еще называют, действует как изолятор для затвора. На схеме ниже изолятор показан между областью n вблизи затвора и затвором в виде белой области с точками. Он изготовлен из диоксида кремния.

Диэлектрик устраняет электрический контакт между электродом затвора и подложкой. В отличие от управляющего p-n-перехода, он работает за счет изменения концентрации носителей заряда в полупроводнике под воздействием внешнего электрического поля, а не за счет расширения переходов и каналирования. МОП-транзисторы бывают двух типов:

1. со встроенным каналом.

2. с индуцированным каналом.

Транзисторы со встроенным каналом

На схеме показан транзистор с интегрированным каналом. Из этого уже можно догадаться, что принцип его работы напоминает полевой транзистор с управляющим p-n переходом, т.е. когда напряжение на затворе равно нулю, через ключ течет ток.

Вблизи истока и стока формируются две области с повышенным содержанием носителей заряда (n+) и повышенной проводимостью. Подложка представляет собой основу P-типа (в данном случае).

Обратите внимание, что кристалл (подложка) подключен к источнику, именно так он рисуется во многих схемах. По мере увеличения напряжения на затворе в канале генерируется поперечное электрическое поле, которое отталкивает носители заряда (электроны), и канал закрывается при достижении порогового значения Uzi.

Режимы работы

При подаче отрицательного напряжения затвор-исток ток стока уменьшается, и транзистор начинает закрываться, это называется режимом истощения.

При подаче положительного напряжения на затвор-исток происходит обратный процесс – электроны притягиваются, и ток увеличивается. Это режим обогащения.

Все вышеприведенные утверждения верны для МОП-транзисторов со встроенным каналом N-типа. Если все электроны заменяются дырками в канале p-типа, полярности напряжения меняются на противоположные.

Моделирование

Транзистор со встроенным каналом n-типа с нулевым напряжением на затворе:

Подайте напряжение -1 В на затвор. Ток уменьшился в 20 раз.

Согласно даташиту на этот транзистор, пороговое напряжение затвор-исток у нас составляет около одного вольта, а его типичное значение – 1,2 В, давайте проверим это.

Ток выражается в микроамперах. Если еще немного увеличить напряжение, он полностью исчезает.

Я выбрал транзистор наугад и получил довольно чувствительное устройство. Я попробую изменить полярность напряжения так, чтобы затвор имел положительный потенциал, проверю режим обогащения.

При напряжении на затворе 1 В ток увеличился в четыре раза по сравнению с 0 В (первое изображение в этом разделе). Это показывает, что, в отличие от транзисторов предыдущего типа и биполярных транзисторов, он может работать как с восходящим, так и с нисходящим током, без каких-либо дополнительных сплайнов. Это очень грубое утверждение, но в качестве первого приближения оно имеет некоторые достоинства.

Характеристики

По сути, это то же самое, что и транзистор с переходом, за исключением наличия режима обогащения в выходных характеристиках.

Характеристика сток/затвор четко показывает, что отрицательное напряжение делает ключ более вялым и закрытым, а положительное напряжение на затворе делает ключ более богатым и более открытым.

Индуцированные канальные транзисторы

МОП-транзисторы с индуцированным каналом не проводят ток в отсутствие напряжения на затворе, ток проводится, но он очень мал, поскольку это обратный ток между подложкой и высоколегированными частями стока и истока.

Полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом аналогичен нормально открытому ключу, ток в нем не течет.

При наличии напряжения затвор-исток, поскольку мы рассматриваем индуцированный канал n-типа, напряжение положительное, отрицательные носители заряда притягиваются полем к области затвора.

Это создает “коридор” для электронов от истока к стоку, поэтому образуется канал, транзистор открывается и через него начинает течь ток. Подложка p-типа, преобладают положительные носители заряда (дырки), отрицательных носителей очень мало, но под воздействием поля они отскакивают от своих атомов и начинают двигаться. Поэтому в отсутствие напряжения проводимость отсутствует.

Характеристики

Выходная характеристика точно такая же, как и у предыдущих, за исключением того, что напряжение Uzi становится положительным.

Волновая характеристика затвора показывает то же самое, разница заключается в напряжениях затвора.

Рассматривая вольт-токовую характеристику, обратите внимание на значения, нанесенные на оси.

Моделирование

Мы подали на переключатель напряжение 12 В и имеем напряжение на затворе 0. Через транзистор не протекает ток.

Добавьте 1 В к затвору, но ток не уменьшается до потока…..

Добавляя по одному вольту за раз, я обнаружил, что ток начинает расти с 4 В.

Если добавить еще 1 вольт, ток резко увеличился до 1,129 ампера.

В техническом паспорте пороговое напряжение открытия этого транзистора указано от 2 до 4 вольт, а максимальное напряжение затвор-затвор от -20, до +20 вольт, далее приращения напряжения проваливаются даже при 20 вольтах (несколько миллиампер я не считаю, в данном случае).

Это означает, что транзистор полностью открыт, если бы это было не так, то ток в этой цепи был бы 12/10=1,2 А. Позже я изучил, как работает этот транзистор, и выяснил, что при напряжении 4 В он начинает открываться.

Добавляя 0,1 В, я заметил, что с каждой десятой вольта ток увеличивается все больше и больше и при 4,6 В транзистор почти полностью открыт, разница при напряжении на затворе 20 В в токе стока составляет всего 41 мА, при 1,1 А – нонсенс.

Этот эксперимент показывает, что транзистор с индуцированным каналом открывается только при достижении порогового напряжения, что делает его отличным переключателем в импульсных схемах. Фактически, IRF740 является одним из наиболее часто используемых в импульсных источниках питания.

Измерения тока затвора показали, что на самом деле полевые транзисторы практически не потребляют ток управления. При напряжении 4,6 В ток составлял всего 888 нА (нано. ).

При напряжении 20 В он составлял 3,55 мкА (микро). Для биполярного транзистора это около 10 мА, в зависимости от коэффициента усиления, что в десятки тысяч раз больше, чем для полевого транзистора.

Не все выключатели размыкаются при таких напряжениях, это связано с конструкцией и схемой устройств, в которых они используются.

Свойства переключателей с изолированным затвором

Два провода с диэлектриком между ними – что это такое? Это транзистор, сам затвор имеет паразитную емкость, она замедляет процесс переключения транзистора. Это называется плато Миллера, вообще этот вопрос стоит отдельного серьезного материала с детальным моделированием, с использованием разных программ (я не проверял эту функцию в multisim).

Разряженная емкость изначально требует большого зарядного тока, и да, редкие устройства управления (шим-контроллеры и микроконтроллеры) имеют сильные выходы, поэтому используются драйверы полевого затвора, как в FET, так и в IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором). Это усилитель, который преобразует входной сигнал в выходной сигнал достаточной величины и тока, чтобы включить или выключить транзистор. Ток заряда также ограничивается резистором, подключенным последовательно с затвором.

Некоторые затворы также могут управляться с порта микроконтроллера через резистор (тот же IRF740). Мы уже затрагивали эту тему в нашей серии статей об arduino.

Следующие диаграммы приведены для справки

Они напоминают полевые транзисторы с управляющим затвором, но отличаются тем, что на УГО, как и в самом транзисторе, затвор отделен от подложки, а стрелка в центре указывает на тип канала, но направлена от подложки к каналу, если это n-канальный мосфет – к затвору, и наоборот.

Для ключей с индуцированным каналом:

Это может выглядеть следующим образом:

Обратите внимание на английские названия выводов, в даташитах и схемах они часто даются на английском языке.

Для ключей с индуктивным каналом:

Вы любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом по Интернету вещей и создайте сеть умных гаджетов!

Запишитесь в онлайн-университет с GeekBrains:

Изучите язык C, механизмы отладки и программирование микроконтроллеров;

Получите опыт работы в реальных проектах, в команде и самостоятельно;

Получите сертификат и свидетельство, подтверждающее приобретенные вами знания.

Стартовая коробка для ваших первых экспериментов в подарок!

По окончании курса ваше портфолио будет включать: методическую станцию с функцией таймера и встроенной игрой, сеть распределенных устройств, устройства контроля температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности, интеллектуальную систему полива растений и устройство контроля утечки воды.

Вы получите диплом о переподготовке и электронный сертификат, который вы сможете добавить в свое портфолио и показать работодателю.

Полевые транзисторы – это трех- или четырехконтактные устройства, в которых ток, поступающий на два контакта, может регулироваться напряжением электрического поля третьего контакта. Эти два вывода регулируются напряжением электрического поля на третьем выводе. Поэтому такие транзисторы называются полевыми транзисторами.

Принцип работы полевого транзистора

Полевой транзистор состоит из двух переходов – p-перехода и n-перехода.

В n-переходе протекает электрический ток.

Р-переход – это зона перекрытия, своего рода клапан.

Если к нему приложить определенное давление, он закроет область и предотвратит протекание тока.

Или, в качестве альтернативы, если давление уменьшается, количество протекающего тока увеличивается.

Результатом этого давления является увеличение напряжения на контактах p-затвора.

Устройства с управляемым p-n-переходом представляют собой полупроводниковые пластины, обладающие одним из этих типов электропроводности. Они имеют контакты стока и истока на торцах пластин и контакты затвора в центре.

Принцип работы основан на изменении пространственной толщины p-n-переходов. Поскольку в затворных областях практически нет подвижных носителей заряда, их проводимость равна нулю. Токопроводящие каналы создаются в полупроводниковых пластинах, поверхность которых не затронута ограничивающим слоем. Если к источнику прикладывается отрицательное напряжение, на затворе создается поток, через который протекают носители заряда.

Изолированный затвор характеризуется наличием тонкого диэлектрического слоя на затворе. Такое устройство работает по принципу электрического поля. Для его разрушения достаточно небольшой силы тока. Поэтому для предотвращения статического напряжения, которое может превышать 1000 В, для устройств должны быть созданы специальные корпуса, чтобы минимизировать воздействие вирулентных видов электричества.

При подаче напряжения на затвор возникает электрическое поле, которое изменяет ширину p-n-перехода и влияет на величину тока, протекающего от истока к стоку. В отсутствие управляющего напряжения ничто не препятствует потоку носителей заряда. По мере увеличения управляющего напряжения канал, по которому движутся электроны или дырки, сужается, а при достижении определенного предела он полностью закрывается, и ПТ переходит в состояние, известное как “p-n-переход”. Режим OFF. Именно это свойство полевых транзисторов позволяет использовать их в качестве переключателей.

Полевой транзистор (ПТ) – это полупроводниковый радиочастотный элемент, используемый для усиления электрического сигнала. В цифровых устройствах схемы на основе FET работают как переключатели, управляющие переключающими логическими элементами. В последнем случае использование полевых транзисторов чрезвычайно выгодно с точки зрения миниатюризации. Это связано с тем, что схемы, управляющие этими радиочастотными элементами, требуют малой мощности, поэтому на одном полупроводниковом чипе можно разместить десятки тысяч транзисторов.

Полупроводниковое сырье, используемое для производства полевых транзисторов, выглядит следующим образом:

карбид кремния;
Арсенид галлия;
Нитрид галлия;
фосфид индия.

Структура и принцип работы полевого транзистора.

Схема ПТ состоит из трех элементов – истока, стока и затвора. Функции первых двух очевидны и заключаются, соответственно, в генерации и приеме носителей электрического заряда, т.е. электронов или дырок. Функция затвора заключается в управлении током, протекающим через полевой транзистор. В результате получается классический триод с катодом, анодом и управляющим электродом.

При подаче напряжения на затвор возникает электрическое поле, которое изменяет ширину p-n-перехода и влияет на величину тока, протекающего от истока к стоку. В отсутствие управляющего напряжения ничто не препятствует потоку носителей заряда. По мере увеличения управляющего напряжения канал, по которому движутся электроны или дырки, сужается, и при достижении определенного предела он полностью закрывается, и ПТ переходит в так называемый “выключенный режим”. Именно это свойство полевых транзисторов позволяет использовать их в качестве переключателей.

Усилительные свойства ВЧ-элемента обусловлены тем, что сильный электрический ток, протекающий от истока к стоку, следует за динамикой напряжения, приложенного к затвору. Другими словами, на выходе усилителя получается тот же сигнал, что и на управляющем электроде, только гораздо сильнее.

Схемы подключения полевых транзисторов.

В зависимости от того, как ПТ включен в усилительный каскад, существует три схемы – с общим источником, с общим стоком и с общим затвором. Эти методы различаются тем, на какие электроды подается питание и к каким цепям подключены источник сигнала и нагрузка.

Технология общего источника является наиболее часто используемым методом, поскольку она позволяет максимально усилить входной сигнал. Методы с общим стоком в основном используются в согласующих устройствах, поскольку коэффициент усиления низкий, но входной и выходной сигналы согласованы по фазе. Наконец, схема с общим затвором в основном используется в усилителях высокой частоты. Частотная характеристика у полевого транзистора этого типа гораздо шире, чем у других схем.

Именно благодаря управлению полем эти транзисторы влияют на величину напряжения, приложенного к их затвору. Это отличает их от биполярных транзисторов, которые управляются током, протекающим через их базу. ПТ потребляют гораздо меньше энергии, что привело к их использованию в устройствах ожидания и слежения, а также в ИС с низким энергопотреблением (для приложений спящего режима).

Как подключиться

Это зависит от того, как именно полевой транзистор будет включен в усилительный каскад. Существует три таких метода:

С общим источником;
Общий слив;
Общие ворота.

Их различия заключаются в том, как используются разные электроды для подачи напряжения питания и к каким электромагнитным цепям подключены источник сигнала и его нагрузка.

Общий источник чаще всего используется для максимального усиления входного сигнала. Общий затвор используется в согласующих устройствах, поскольку коэффициент усиления в них невелик, но входной и выходной сигналы близки по фазе. Схема с общим затвором чаще всего используется в усилителях высокой частоты. При таком способе подключения пропускная способность значительно выше, чем при других способах.

Конструкция полевого транзистора с p-n переходом и каналом n-типа

Поэтому полевой транзистор является очень важным радиочастотным полупроводниковым элементом, способным управлять сопротивлением канала электрического тока путем приложения к нему поперечного электрического поля, создаваемого напряжением на затворе.

Читайте далее:

Что такое полевой транзистор и как его проверить