اینورترهای برق و بسیاری دیگر لوازم برقی، امروزه به ندرت بدون استفاده از ماسفت های قدرتمند (افکت میدانی) یا. این امر هم در مورد مبدل های فرکانس بالا مانند اینورترهای جوشکاری و هم برای انواع پروژه های خانگی که نمودارهای آنها در اینترنت کامل است صدق می کند.

پارامترهای نیمه هادی های قدرت فعلی تولید شده، امکان سوئیچ کردن جریان های ده ها و صدها آمپر را در ولتاژهای تا 1000 ولت فراهم می کند. انتخاب این قطعات در بازار الکترونیک مدرن بسیار گسترده است و انتخاب یک ترانزیستور اثر میدانی با پارامترهای مورد نیاز امروز به هیچ وجه مشکل ساز نیست، زیرا هر سازنده محترم از آن پشتیبانی می کند. مدل خاصمستندات فنی ترانزیستور اثر میدانی، که همیشه می توانید هم در وب سایت رسمی سازنده و هم از نمایندگی های رسمی پیدا کنید.

قبل از اینکه شروع به طراحی دستگاهی با استفاده از این اجزای قدرت کنید، همیشه باید دقیقاً بدانید که با چه چیزی سر و کار دارید، مخصوصاً هنگام انتخاب یک ترانزیستور اثر میدان خاص. برای این منظور به دیتاشیت مراجعه می کنند.دیتاشیت یک سند رسمی از سازنده قطعات الکترونیکی است که توضیحات، پارامترها، مشخصات محصول را ارائه می دهد. طرح های استانداردو غیره.

بیایید ببینیم سازنده چه پارامترهایی را در دیتاشیت نشان می دهد، معنی آنها چیست و برای چه چیزی مورد نیاز است. بیایید به مثال یک دیتاشیت برای ترانزیستور اثر میدان IRFP460LC نگاه کنیم. این یک ترانزیستور قدرت نسبتاً محبوب است که با استفاده از فناوری HEXFET ساخته شده است.

HEXFET به یک ساختار کریستالی اشاره دارد که در آن هزاران سلول ترانزیستور MOS شش ضلعی به هم متصل موازی در یک کریستال سازماندهی شده اند. این راه حل باعث کاهش قابل توجه مقاومت کانال باز Rds(on) شد و امکان سوئیچ کردن جریان های بالا را فراهم کرد. با این حال، اجازه دهید به بررسی پارامترهای نشان داده شده مستقیماً در برگه اطلاعات IRFP460LC از International Rectifier (IR) بپردازیم.

سانتی متر.

در همان ابتدای سند، یک تصویر شماتیک از ترانزیستور داده می شود، نام های الکترودهای آن آورده شده است: G-gate (دروازه)، D-drain (drain)، S-source (منبع) و همچنین آن پارامترهای اصلی و کیفیت های متمایز ذکر شده است. در این مورد، می بینیم که این ترانزیستور اثر میدانی کانال N برای حداکثر ولتاژ 500 ولت طراحی شده است، مقاومت کانال باز آن 0.27 اهم و حداکثر جریان آن 20 A است. کاهش شارژ گیت به این مولفه اجازه می دهد تا در مدارهای فرکانس بالا با انرژی کم برای کنترل سوئیچینگ استفاده می شود. در زیر جدولی (شکل 1) از حداکثر مقادیر مجاز پارامترهای مختلف در حالت های مختلف آورده شده است.

شناسه @ Tc = 25 درجه سانتی گراد; جریان تخلیه مداوم Vgs @ 10 ولت - حداکثر جریان تخلیه پیوسته، در دمای بدنه ترانزیستور اثر میدانی 25 درجه سانتیگراد، 20 A است. در ولتاژ منبع دروازه 10 ولت.

شناسه @ Tc = 100 درجه سانتیگراد؛ جریان تخلیه مداوم Vgs @ 10 ولت - حداکثر جریان تخلیه پیوسته، در دمای بدنه ترانزیستور اثر میدانی 100 درجه سانتیگراد، 12 آمپر است. در ولتاژ منبع دروازه 10 ولت.

Idm @ Tc = 25 درجه سانتی گراد; جریان تخلیه پالسی - حداکثر جریان تخلیه کوتاه مدت پالسی، در دمای بدنه ترانزیستور اثر میدانی 25 درجه سانتیگراد، 80 A است. مشروط بر اینکه دمای اتصال قابل قبولی حفظ شود. شکل 11 توضیحی از روابط مربوطه ارائه می دهد.

Pd @ Tc = 25 درجه سانتی گراد اتلاف توان - حداکثر توان تلف شده توسط بدنه ترانزیستور، در دمای بدن 25 درجه سانتی گراد، 280 وات است.

ضریب کاهش خطی - به ازای هر 1 درجه سانتیگراد افزایش دمای مورد، اتلاف توان 2.2 وات دیگر افزایش می یابد.

Vgs Gate-to-Source Voltage - حداکثر ولتاژ گیت به منبع نباید بیشتر از 30+ ولت یا کمتر از 30- ولت باشد.

Eas Single Pulse Avalanche Energy - حداکثر انرژی یک پالس در درن 960 میلی ژول است. توضیح در شکل 12 (شکل 12) ارائه شده است.

جریان بهمن ایار - حداکثر جریان قطعی 20 آمپر است.

انرژی تکراری گوش - حداکثر انرژی پالس های مکرر در درن نباید از 28 میلی ژول (برای هر پالس) تجاوز کند.

dv/dt پیک دیود بازیابی dv/dt - حداکثر سرعتافزایش ولتاژ در تخلیه 3.5 V/ns است.

Tj، Tstg اتصال عملیاتی و محدوده دمای ذخیره سازی - محدوده دمای ایمن از -55 درجه سانتیگراد تا +150 درجه سانتیگراد.

دمای لحیم کاری، به مدت 10 ثانیه - حداکثر دمای مجاز برای لحیم کاری 300 درجه سانتیگراد و در فاصله حداقل 1.6 میلی متر از بدنه است.

گشتاور نصب، پیچ 6-32 یا M3 - حداکثر گشتاور هنگام بستن محفظه نباید از 1.1 نیوتن متر تجاوز کند.

Rjc اتصال به کیس (تراشه به کیس) 0.45 درجه سانتی گراد/W.

Rcs Case-to-Sink، مسطح، سطح روغنی (محفظه رادیاتور) 0.24 درجه سانتی گراد/W.

Rja Junction-to-Ambient (کریستال به محیط) به رادیاتور و شرایط خارجی بستگی دارد.

جدول زیر شامل تمام موارد لازم است مشخصات الکتریکیترانزیستور اثر میدانی در دمای کریستال 25 درجه سانتیگراد (شکل 3 را ببینید).

V(br)dss ولتاژ خرابی تخلیه به منبع - ولتاژ تخلیه به منبع که در آن خرابی رخ می دهد 500 ولت است.

ΔV(br)dss/ΔTj Breakdown Voltage Temp.Coefficient - ضریب دما، ولتاژ شکست، در این مورد 0.59 V/°C.

Rds(on) Static Drain-to-Source On-Resistance - مقاومت تخلیه به منبع یک کانال باز در دمای 25 درجه سانتی گراد، در این مورد، 0.27 اهم است. این بستگی به دما دارد، اما بعداً بیشتر به آن بستگی دارد.

Vgs(th) Gate Threshold Voltage - ولتاژ آستانه برای روشن کردن ترانزیستور. اگر ولتاژ منبع دروازه کمتر باشد (در این مورد 2 - 4 ولت)، ترانزیستور بسته باقی می ماند.

gfs Forward Transconductance - شیب مشخصه انتقال برابر است با نسبت تغییر جریان تخلیه به تغییر ولتاژ دروازه. در این مورد، در ولتاژ منبع تخلیه 50 ولت و جریان تخلیه 20 آمپر اندازه گیری می شود. با آمپر/ولت یا زیمنس اندازه گیری می شود.

Idss Drain-to-Source Leakage Current - جریان نشتی تخلیه، به ولتاژ و دمای تخلیه به منبع بستگی دارد. در میکرو آمپر اندازه گیری می شود.

Igss Gate-to-Source Forward Leakage و Gate-to-Source Reverse Leakage - جریان نشتی دروازه. اندازه گیری شده در نانو آمپر

Qg Total Gate Charge - شارژی که باید به گیت داده شود تا ترانزیستور باز شود.

شارژ Qgs Gate-to-Source - شارژ ظرفیت گیت به منبع.

شارژ Qgd Gate-to-Drain ("Miller") - شارژ مربوط به دروازه به تخلیه (خازن های میلر)

در این مورد، این پارامترها در ولتاژ منبع تخلیه 400 ولت و جریان تخلیه 20 آمپر اندازه‌گیری می‌شوند. شکل 6 توضیحی درباره رابطه بین ولتاژ گیت منبع و شارژ کامل gate Qg Total Gate Charge، و شکل 13 a و b نمودار و نموداری از این اندازه گیری ها را نشان می دهد.

td(روشن) زمان تاخیر روشن - زمان باز شدن ترانزیستور.

tr Rise Time - زمان افزایش پالس باز (لبه پیشرو).

td(خاموش) زمان تاخیر خاموش شدن - زمان بسته شدن ترانزیستور.

tf Fall Time - زمان فروپاشی پالس (بسته شدن ترانزیستور، لبه انتهایی).

در این مورد، اندازه گیری ها در ولتاژ تغذیه 250 ولت، با جریان تخلیه 20 آمپر، با مقاومت دروازه 4.3 اهم و مقاومت تخلیه 20 اهم انجام شد. نمودار و نمودارها در شکل 10 a و b نشان داده شده است.

اندوکتانس تخلیه داخلی Ld - اندوکتانس تخلیه.

اندوکتانس منبع داخلی Ls - اندوکتانس منبع.

این پارامترها به طراحی محفظه ترانزیستور بستگی دارد. آنها هنگام طراحی یک درایور مهم هستند، زیرا مستقیماً با پارامترهای زمان بندی سوئیچ مرتبط هستند، این امر به ویژه در هنگام توسعه مدارهای فرکانس بالا صادق است.

Crss Reverse Transfer Capacitance - ظرفیت دریچه تخلیه (خازن میلر).

این اندازه‌گیری‌ها در فرکانس 1 مگاهرتز، با ولتاژ منبع تخلیه 25 ولت انجام شد. شکل 5 وابستگی این پارامترها به ولتاژ منبع تخلیه را نشان می‌دهد.

جدول زیر (نگاه کنید به شکل 4) ویژگی های دیود داخلی یکپارچه ترانزیستور اثر میدانی را که به طور معمول بین منبع و تخلیه قرار دارد، توضیح می دهد.

جریان منبع پیوسته (دیود بدنه) - حداکثر جریان پیوسته دیود.

جریان منبع پالسی Ism (دیود بدنه) - حداکثر مجاز جریان ضربه ایاز طریق یک دیود

Vsd Diode Forward Voltage عبارت است از افت ولتاژ رو به جلو در سرتاسر دیود در دمای 25 درجه سانتیگراد و جریان تخلیه 20 آمپر زمانی که گیت 0 ولت است.

trr Reverse Recovery Time - زمان بازیابی معکوس دیود.

شارژ بازیابی معکوس Qrr - شارژ بازیابی دیود.

تن زمان روشن شدن رو به جلو - زمان روشن شدن دیود عمدتاً توسط اندوکتانس های تخلیه و منبع تعیین می شود.

محدودیت های جریان تخلیه به عنوان تابعی از ولتاژ تخلیه به منبع و ولتاژ دروازه به منبع برای مدت زمان پالس 20 میکروثانیه داده شده است. تصویر اول برای دمای 25 درجه سانتیگراد است، تصویر دوم برای دمای 150 درجه سانتیگراد است. تأثیر دما بر قابلیت کنترل باز شدن کانال آشکار است.

شکل 6 به صورت گرافیکی مشخصه انتقال این ترانزیستور اثر میدانی را نشان می دهد. بدیهی است که هر چه ولتاژ منبع گیت به 10 ولت نزدیکتر باشد، ترانزیستور بهتر باز می شود. تأثیر دما نیز در اینجا کاملاً واضح است.

شکل 7 وابستگی مقاومت کانال باز را در جریان تخلیه 20 آمپر به دما نشان می دهد. بدیهی است که با افزایش دما، مقاومت کانال نیز افزایش می یابد.

شکل 9 وابستگی افت ولتاژ رو به جلو در دیود داخلی را به جریان تخلیه و دما نشان می دهد. شکل 8 منطقه را نشان می دهد کار ایمنترانزیستور بسته به مدت زمان حالت باز، مقدار جریان تخلیه و ولتاژ منبع تخلیه.

شکل 11 حداکثر جریان تخلیه را به عنوان تابعی از دمای مورد نشان می دهد.

شکل های a و b نمودار اندازه گیری و نموداری را نشان می دهد که نمودار زمان بندی باز شدن ترانزیستور را در طی فرآیند افزایش ولتاژ گیت و در طی فرآیند تخلیه ظرفیت گیت به صفر نشان می دهد.

شکل 14 وابستگی حداکثر انرژی پالس مجاز را به مقدار جریان و دمای قطع شده نشان می دهد.

شکل های a و b نمودار و نمودار اندازه گیری شارژ گیت را نشان می دهد.

شکل 16 یک نمودار اندازه گیری پارامتر و نموداری از گذراهای معمولی در دیود داخلی ترانزیستور را نشان می دهد.

شکل آخر بدنه ترانزیستور IRFP460LC، ابعاد آن، فاصله بین ترمینال ها، شماره گذاری آنها: 1-gate، 2-drain، 3-source را نشان می دهد.

بنابراین، پس از خواندن دیتاشیت، هر توسعه‌دهنده‌ای می‌تواند یک ترانزیستور توان مناسب یا نه، اثر میدانی یا IGBT را برای مبدل برق در حال طراحی یا تعمیر، چه مبدل پالس قدرت دیگری، انتخاب کند.

با دانستن پارامترهای ترانزیستور اثر میدانی، می توانید به درستی یک درایور ایجاد کنید، کنترلر را پیکربندی کنید، محاسبات حرارتی را انجام دهید و یک رادیاتور مناسب را بدون نیاز به نصب غیر ضروری انتخاب کنید.

ترانزیستور اثر میدانی وسیله ای نیمه هادی است که در آن جریان فقط توسط حامل های بار اصلی تحت اثر میدان الکتریکی طولی ایجاد می شود و این جریان توسط یک میدان الکتریکی عرضی کنترل می شود که توسط ولتاژ اعمال شده به ولتاژ ایجاد می شود. الکترود کنترل

چند تعریف:

ترمینال ترانزیستور اثر میدانی که حامل های بار اصلی از آن جریان می یابند منبع نامیده می شود.

ترمینال ترانزیستور اثر میدانی که حامل های بار اصلی به آن جریان دارند، تخلیه نامیده می شود.

ترمینال ترانزیستور اثر میدان که ولتاژ کنترلی به آن اعمال می شود و میدان الکتریکی عرضی ایجاد می کند گیت نامیده می شود.

بخشی از نیمه هادی که حامل های بار اصلی در طول آن حرکت می کنند، بین پیوند p-n، کانال ترانزیستور اثر میدان نامیده می شود.

بنابراین ترانزیستورهای اثر میدانی به ترانزیستورهای کانالی نوع p یا نوع n تقسیم می شوند.

بیایید اصل عملکرد را با استفاده از مثال یک ترانزیستور با کانال نوع n در نظر بگیریم.

1) Uzi = 0; IC1 = حداکثر;

2) |Uzi| > 0; IC2< Ic1

3) |Uzi| >> 0; IC3 = 0

ولتاژ همیشه به دروازه اعمال می شود تا اتصالات بسته شوند. ولتاژ بین تخلیه و منبع یک میدان الکتریکی طولی ایجاد می کند که به دلیل آن حامل های بار اصلی از طریق کانال حرکت می کنند و جریان تخلیه ایجاد می کنند.

1) در صورت عدم وجود ولتاژ در دروازه، اتصالات pn توسط میدان داخلی خود بسته می شوند، عرض آنها حداقل است و عرض کانال حداکثر و جریان تخلیه حداکثر خواهد بود.

2) هنگامی که ولتاژ مسدود کننده در دروازه افزایش می یابد عرض p-nانتقال افزایش می یابد و عرض کانال و جریان تخلیه کاهش می یابد.

3) در ولتاژ دروازه به اندازه کافی بالا، عرض اتصالات p-nمی تواند آنقدر افزایش یابد که ادغام شوند، جریان تخلیه برابر با صفر می شود.

ولتاژ دروازه ای که در آن جریان تخلیه صفر است، ولتاژ قطع نامیده می شود.

نتیجه گیری: ترانزیستور اثر میدان یک دستگاه نیمه هادی کنترل شده است، زیرا با تغییر ولتاژ در گیت می توان جریان تخلیه را کاهش داد و بنابراین مرسوم است که بگوییم ترانزیستورهای اثر میدانی با مدیران p-nانتقال ها فقط در حالت تخلیه کانال کار می کنند.

چگونه مقاومت ورودی بالای ترانزیستور اثر میدانی را توضیح دهیم؟

زیرا از آنجایی که ترانزیستور اثر میدان توسط یک میدان الکتریکی کنترل می شود، عملاً هیچ جریانی در الکترود کنترل وجود ندارد، به استثنای جریان نشتی. بنابراین، ترانزیستورهای اثر میدان مقاومت ورودی بالایی دارند، حدود 10 14 اهم.

چه چیزی جریان تخلیه ترانزیستور اثر میدانی را تعیین می کند؟

بستگی به ولتاژهای عرضه شده U si و U z دارد.

مدارهایی برای اتصال ترانزیستورهای اثر میدانی

یک ترانزیستور اثر میدانی را می توان در یکی از سه مدار اصلی متصل کرد: با یک منبع مشترک (CS)، یک تخلیه مشترک (OC) و یک دروازه مشترک (G).

در عمل، مداری با OE بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، مشابه مدار با ترانزیستور دوقطبی با OE. یک آبشار منبع مشترک جریان و توان بسیار زیادی را تقویت می کند. طرح با OZ مشابه طرح با OB است. تقویت جریان را ارائه نمی دهد و بنابراین تقویت توان در آن چندین برابر کمتر از مدار OI است. آبشار OZ امپدانس ورودی پایینی دارد و بنابراین کاربرد عملی محدودی در فناوری تقویت دارد.

تفاوت بین ترانزیستور اثر میدانی و ترانزیستور دوقطبی چیست؟

در یک ترانزیستور اثر میدان، کنترل جریان توسط میدان الکتریکی ایجاد شده توسط ولتاژ اعمال شده به جای جریان پایه انجام می شود. بنابراین، به استثنای جریان های نشتی، عملاً هیچ جریانی در الکترود کنترل وجود ندارد.

حالت سوئیچینگ استاتیک ترانزیستور. مشخصات استاتیکی ترانزیستورهای اثر میدانی

ویژگی های اصلی عبارتند از:

مشخصه درین گیت (شکل a) وابستگی جریان تخلیه (Ic) به ولتاژ گیت (Uс) برای ترانزیستورهای دارای کانال نوع n است.

مشخصه زهکشی (شکل b) وابستگی Ic به Uс at است ولتاژ ثابتروی دروازه Ic = f (Usi) در Uzi = Const.

پارامترهای اصلی:

ولتاژ قطع.

ویژگی شیب دروازه. این نشان می دهد که با تغییر ولتاژ گیت 1 ولت، جریان تخلیه چند میلی آمپر تغییر می کند.

مقاومت داخلی (یا خروجی) ترانزیستور اثر میدانی

امپدانس ورودی

تأثیر جریان تخلیه ولتاژ را توضیح دهید U zi و U si .

تأثیر ولتاژهای ورودی در ترانزیستور در ترانزیستور کنترل شده در شکل نشان داده شده است:

سه حالت اصلی کار ترانزیستور.

در انواع مختلف ترانزیستورهای اثر میدانی و در ولتاژهای خارجی مختلف، گیت می تواند دو نوع اثر بر روی کانال داشته باشد: در حالت اول (به عنوان مثال، در ترانزیستورهای اثر میدانی با اتصال p-n کنترلی در ولتاژهای روی الکترودهای مربوطه به شکل 2-1.5) از عبور جریان از کانال جلوگیری می کند و تعداد حامل های بار عبوری از آن را کاهش می دهد (این حالت نامیده می شود. حالت تخلیه کانالدر مورد دوم (به عنوان مثال، در ترانزیستورهای MOS با یک کانال القایی، متصل مطابق شکل 2-1.7)، دروازه، برعکس، جریان جریان را از طریق کانال تحریک می کند و تعداد شارژ را افزایش می دهد. حامل های در جریان ( حالت غنی سازی کانال). اغلب آنها فقط در مورد صحبت می کنند حالت لاغر و حالت غنی سازی . توجه داشته باشید که ترانزیستورهای MOS با کانال القایی فقط در حالت غنی‌سازی کانال می‌توانند در حالت فعال باشند و برای ترانزیستورهای MOS با کانال داخلی این می‌تواند هم حالت غنی‌سازی و هم حالت تخلیه باشد. در ترانزیستورهای اثر میدان اتصال pn، تلاش برای اعمال بایاس رو به جلو به محل اتصال باعث باز شدن آن و جریان قابل توجهی در مدار گیت می شود. فرآیندهای واقعی در ترانزیستور در این مورد به شدت به طراحی آن وابسته است، تقریبا هرگز مستند نیست و پیش بینی آن دشوار است. بنابراین، صحبت در مورد یک حالت غنی سازی برای ترانزیستورهای اثر میدانی با اتصال کنترل پذیرفته نمی شود و به سادگی بی معنی است.

حالت اشباع - وضعیت کل ترانزیستور را به عنوان یک کل مشخص نمی کند، همانطور که در مورد دستگاه های دوقطبی بود، بلکه فقط کانال حامل جریان بین منبع و تخلیه را مشخص می کند. این حالتمربوط به اشباع کانال با حامل های شارژ اصلی است. چنین پدیده ای مانند اشباعیکی از مهمترین خواص فیزیکی نیمه هادی ها است. به نظر می رسد که وقتی یک ولتاژ خارجی به یک کانال نیمه هادی اعمال می شود، جریان موجود در آن به صورت خطی فقط تا حد معینی به این ولتاژ بستگی دارد. ولتاژ اشباع) و با رسیدن به این حد تثبیت می شود و عملاً تا زمان خرابی سازه بدون تغییر باقی می ماند. هنگامی که بر روی ترانزیستورهای اثر میدان اعمال می شود، به این معنی است که وقتی ولتاژ منبع تخلیه از حد آستانه خاصی فراتر می رود، دیگر بر جریان در مدار تأثیر نمی گذارد. اگر برای ترانزیستورهای دوقطبی حالت اشباع به معنای از دست دادن کامل خواص تقویت کننده است، پس برای ترانزیستورهای میدانی این مورد نیست. در اینجا، برعکس، اشباع کانال منجر به افزایش بهره و کاهش اعوجاج غیرخطی می شود. تا زمانی که ولتاژ منبع تخلیه به حد اشباع برسد، جریان عبوری از کانال با افزایش ولتاژ به صورت خطی افزایش می‌یابد (یعنی مانند یک مقاومت معمولی رفتار می‌کند). نویسنده هیچ نام ثابتی برای این حالت ترانزیستور اثر میدانی نمی‌داند (زمانی که جریان از کانال عبور می‌کند، اما کانال غیراشباع است)، ما آن را نام می‌بریم. حالت کانال غیراشباع(در سوئیچ های آنالوگ در ترانزیستورهای اثر میدانی کاربرد پیدا می کند). حالت اشباع کانال معمولاً زمانی که یک ترانزیستور اثر میدانی به مدارهای تقویت کننده متصل می شود عادی است، بنابراین در آینده، هنگام در نظر گرفتن عملکرد ترانزیستورها در مدارها، تأکید زیادی روی این نخواهیم داشت، به این معنی که ولتاژی بین تخلیه وجود دارد. و منبع ترانزیستور برای اشباع کانال کافی است.

حالت عملکرد کلیدی ترانزیستور چیست؟

حالت کلیدی کار یک ترانزیستور حالتی است که در آن می تواند کاملاً باز یا کاملاً بسته باشد و در حالت ایده آل هیچ حالت میانی وجود ندارد که در آن جزء تا حدی باز باشد. توان آزاد شده در ترانزیستور در حالت استاتیک برابر است با حاصل ضرب جریان عبوری از پایانه های منبع تخلیه و ولتاژ اعمال شده بین این پایانه ها.

در حالت ایده آل، زمانی که ترانزیستور باز است، به عنوان مثال. در حالت اشباع، مقاومت آن بین پایانه‌های منبع تخلیه به صفر می‌رسد. تلفات برق در حالت باز حاصل ضرب ولتاژی برابر با صفر و مقدار مشخصی جریان است. بنابراین، اتلاف توان صفر است.

در حالت ایده آل، زمانی که ترانزیستور بسته است، یعنی. در حالت قطع، مقاومت آن بین پایانه های منبع تخلیه به بی نهایت می رسد. تلفات توان در حالت بسته حاصل ضرب مقدار ولتاژ معین و مقدار جریان برابر با صفر است. بنابراین تلفات برق صفر است.

به نظر می رسد که در حالت سوئیچینگ، در حالت ایده آل، اتلاف توان ترانزیستور صفر است.

مرحله تقویت کننده چیست؟

اتصال چند تقویت کننده طراحی شده برای افزایش پارامترهای یک سیگنال الکتریکی. آنها به مراحل پیش تقویت و مراحل خروجی تقسیم می شوند. اولین ها برای افزایش سطح ولتاژ سیگنال طراحی شده اند و مراحل خروجی برای به دست آوردن جریان یا قدرت سیگنال مورد نیاز طراحی شده اند.

علاقه به پارامترهای استاتیک یک ترانزیستور اثر میدانی با p-n- انتقال در دروازه، مانند جریان تخلیه اولیه و ولتاژ قطع، اغلب توسط مهندسان و آماتورهای رادیویی، یا به عنوان ویژگی هایی که در کتاب های مرجع برای مقایسه ترانزیستورها ارائه شده است، آشکار می شود. انواع مختلف، یا در ارتباط با انتخاب ترانزیستورهایی با پارامترهای مشابه برای مرحله دیفرانسیل. این مقاله در مورد استفاده از پارامترهای استاتیک در هنگام محاسبه مدارهای مبتنی بر ترانزیستورهای اثر میدان بحث خواهد کرد.

تعاریف

بر عکس. 1.یک نام گرافیکی معمولی ترانزیستور اثر میدانی با n-کانال و مدیر p-n-انتقال روی دروازه:

عکس. 1

بر این اساس، تعیین نتایج آن به شرح زیر است:

جی(دروازه) - کرکره؛
اس(منبع) - منبع;
D(زهکش) - تخلیه.

پارامترهای استاتیک اصلی ترانزیستور اثر میدانی با p-n- محل اتصال در دروازه، جریان تخلیه اولیه و ولتاژ قطع است. جریان تخلیه اولیه ترانزیستور اثر میدانی به عنوان جریانی است که از کانال آن در یک ولتاژ منبع تخلیه ثابت و ولتاژ منبع دروازه صفر مشخص می شود. در مستندات فنی انگلیسی این پارامتر به عنوان مشخص شده است من DSS.

ولتاژ قطع یک مقدار آستانه ولتاژ منبع دروازه است که با رسیدن به آن جریان عبوری از کانال ترانزیستور اثر میدان دیگر تغییر نمی کند و عملاً برابر با صفر است. همچنین با مقدار ثابتی از ولتاژ منبع تخلیه اندازه گیری می شود و در اسناد انگلیسی به عنوان V GS (خاموش)یا کمتر دوست دارم V ص.

به عنوان یک عنصر تقویت کننده، ترانزیستور اثر میدانی با ولتاژ منبع تخلیه به اندازه کافی بالا کار می کند. VDS- در نمودار خانواده مشخصات خروجی ترانزیستور، این مقدار ولتاژ در ناحیه اشباع قرار دارد. این بدان معناست که مقدار جریان عبوری از کانال ترانزیستور اثر میدان، جریان تخلیه است شناسه، - عمدتاً فقط به بزرگی ولتاژ منبع دروازه بستگی دارد VGS. این وابستگی جریان تخلیه ترانزیستور اثر میدانی است شناسهاز ولتاژ ورودی ورودی VGSبه اصطلاح مشخصه انتقال ترانزیستور را توصیف می کند. برای ترانزیستورهای با کنترل p-n-transition معمولاً با عبارت زیر تقریب می‌یابد:

بنابراین، جریان تخلیه ترانزیستور اثر میدانی با تغییر در ولتاژ در دروازه آن، طبق قانون درجه دوم تغییر می کند. به صورت گرافیکی این وابستگی در نشان داده شده است شکل 2نمودار:

شکل 2. نمونه ای از تقریب وابستگی جریان تخلیه I D به ولتاژ منبع دروازه V GS توسط یک تابع درجه دوم با جریان تخلیه اولیه I DSS = 9.5 میلی آمپر و ولتاژ قطع V GS (off) = -2.8 V.

در چنین تغییری در جریان تخلیه شناسهبا تغییر ولتاژ گیت منبع VGSو خواص تقویت کننده ترانزیستور اثر میدانی ظاهر می شود. از نظر کمی، این ویژگی ها با پارامتری مانند شیب مشخص می شوند که به صورت زیر تعریف می شود:

واضح است که مقدار شیب بر حسب پارامترهای استاتیک ترانزیستور اثر میدانی بیان شده است. من DSSو V GS (خاموش)، را می توان با تمایز عبارت برای مشخصه انتقال به دست آورد (1) توسط dV GS:

یعنی برای یک ترانزیستور با مقادیر مشخص جریان تخلیه اولیه من DSSو ولتاژ قطع V GS (خاموش)در یک ولتاژ منبع گیت معین VGSشیب مشخصه انتقال را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:

یا با توجه به برابری:

ما عبارت دیگری را برای رسانایی در جریان تخلیه معین به دست می آوریم شناسه:

تنظیم نقطه عملیاتی

بر شکل 3مدارهای اساسی برای اتصال ترانزیستور اثر میدان با کنترل را نشان می دهد p-n-انتقال روی دروازه:

الف) مرحله تقویت با منبع مشترک؛
ب) دنبال کننده منبع؛
ج) شبکه دو ترمینال - تثبیت کننده جریان.

شکل 3 مدارهای اساسی برای اتصال ترانزیستور اثر میدانی با اتصال p-n کنترل در گیت.

در تمام این مدارها، مقدار جریان تخلیه مورد نیاز را تنظیم کنید شناسهبه عنوان یک مقاومت موجود در مدار منبع عمل می کند آر اس. پتانسیل دروازه ترانزیستور اثر میدانی برابر با پتانسیل ترمینال پایینی این مقاومت است، بنابراین جریان تخلیه شناسه، ولتاژ منبع دروازه VGSو مقاومت آر اسابتدا با قانون اهم به هم مرتبط هستند:

محاسبه مقاومت آر اسبرای تنظیم جریان تخلیه مورد نیاز شناسهبرای یک ترانزیستور اثر میدانی با مقادیر مشخص جریان تخلیه اولیه من DSSو ولتاژ قطع V GS (خاموش)همچنین می توان بر اساس بیان مشخصه انتقال مشتق شد (1) :

از آنجا برابری را بدست می آوریم:

بیایید هر دو طرف برابری را تقسیم کنیم (6) بر آر اسو با در نظر گرفتن بیان (5) ، ما گرفتیم:

بر این اساس، عبارت برای مقدار مقاومت آر اسبه شکل زیر خواهد بود:

تئوری و عمل

بر اساس محاسبات ریاضی فوق، منطقی است که فرض کنیم با اندازه گیری مقادیر جریان تخلیه اولیه من DSSو ولتاژ قطع V GS (خاموش)- پارامترهای استاتیک اصلی یک ترانزیستور اثر میدانی با یک کنترل p-n- انتقال روی گیت - می توانید شیب مشخصه انتقال ترانزیستور را در یک نقطه کار معین تعیین کنید یا نقطه کار ترانزیستور را طوری تنظیم کنید که مقدار شیب مورد نیاز را بدست آورید، پارامترهای سایر عناصر مدار و غیره را محاسبه کنید. اما نتایج عملی اغلب با نتایج محاسبه شده فاصله زیادی دارد.

این اختلاف بین تئوری و عمل نیز در تعدادی از نشریات معتبر در مورد موضوع عملکرد ترانزیستور اثر میدانی ذکر شده است. بنابراین، برای مثال، همان پاراگراف همچنین حاوی این جمله است که مشخصه انتقال یک ترانزیستور اثر میدانی است "به طور کاملاً دقیق توسط یک وابستگی درجه دوم تعیین می شود"طبق فرمول (1) و هشداری که در عمل با استفاده از دستگاه، مقدار ولتاژ قطع مربوطه را ثابت می کند. V GS (خاموش)بسیار دشوار است و بنابراین ولتاژ منبع دروازه معمولاً در اندازه گیری می شود I D = 0.1·I DSSو سپس این مقادیر را در فرمول جایگزین کنید (1) ، مقدار ولتاژ قطع مربوطه را با استفاده از فرمول محاسبه کنید:

همچنین توجه شده است که مقدار اندازه گیری شده ولتاژ قطع است V GS (خاموش)، که در آن مقدار جریان تخلیه است شناسهصفر یا مساوی چند میکرو آمپر می شود، "همیشه برابری را برآورده نخواهد کرد (1) بنابراین راحت تر است که مقدار را به عنوان تابعی از V GS محاسبه کنیم و خط مستقیم حاصل را به مقدار فعلی I D = 0 برون یابی کنیم..

از آنجایی که ما در مورد بیشترین صحبت می کنیم تعریف دقیقمشخصه انتقال یک ترانزیستور اثر میدانی با یک کنترل p-n-انتقال روی دروازه، سپس مقدار ولتاژ قطع V GS (خاموش)ترانزیستور خاص فقط به عنوان یک پارامتر در عبارت مهم است (1) ، که در آن این عبارت بیشتر با مشخصه انتقال واقعی این ترانزیستور مطابقت دارد. همین را می توان در مورد مقدار جریان تخلیه اولیه نیز گفت من DSS. بنابراین، ممکن است معلوم شود که اندازه گیری مستقیم پارامترهای استاتیک یک ترانزیستور اثر میدانی معنای عملی زیادی ندارد، زیرا این پارامترها ویژگی انتقال ترانزیستور را با دقت کافی توصیف نمی کنند.

در عمل، هنگام طراحی مدارهای مراحل تقویت کننده بر اساس ترانزیستورهای اثر میدانی با کنترل p-n- با روشن کردن گیت، هیچ گاه حالت عملکرد آنها به گونه ای انتخاب نمی شود که ولتاژ منبع گیت انتخاب شود VGSنزدیک به ولتاژ قطع بود V GS (خاموش)یا به صفر برسد. بنابراین، نیازی به توصیف ویژگی انتقال نیست (1) در تمام طول آن از I D = 0قبل از I D = I DSS، کافی است این کار را برای یک منطقه کاری خاص از I D1 = I D (V GS1)قبل از I D2 = I D (V GS2). برای انجام این کار، اجازه دهید مشکل زیر را حل کنیم.

اجازه دهید مقادیر جریان تخلیه با اندازه گیری به دست آید من D1و من D2به ترتیب برای دو مقدار ولتاژ گیت منبع که از یکدیگر فاصله دارند VGS1و VGS2:

با حل کردن سیستم معادلات (9) با توجه به مقادیر جریان تخلیه اولیه و ولتاژ قطع، پارامترهای فرمولی را به دست خواهیم آورد که با مشخصه انتقال واقعی سازگارتر است. (1) .

ابتدا بیایید مقدار را تعیین کنیم. برای این کار، معادله دوم را بر معادله اول تقسیم می کنیم تا کاهش یابد و یک معادله با یک مجهول به دست می آوریم که حل می کنیم:

بنابراین، مقدار مورد نظر ولتاژ قطع برای فرمول (1) با عبارت مشخص می شود:

و مقدار متناظر جریان تخلیه اولیه با جایگزینی با فرمول بدست آمده محاسبه می شود (10) مقدار ولتاژ قطع به عبارت زیر که از فرمول بدست می آید (1) :

داده های تجربی

با فرمول محاسبه می شود (10) و (11) مقادیر ولتاژ قطع و جریان تخلیه اولیه پس از جایگزینی در فرمول (1) باید مطابقت دقیق تری از این فرمول با مشخصه انتقال یک ترانزیستور اثر میدان واقعی ارائه دهد. برای بررسی این، اندازه گیری های کنترلی پارامترهای دوازده ترانزیستور اثر میدانی از چهار نوع - سه ترانزیستور از هر نوع - انجام شد.

ترتیب اندازه گیری ها برای هر ترانزیستور به شرح زیر بود. ابتدا جریان تخلیه اولیه اندازه گیری شد من DSSو ولتاژ قطع V GS (خاموش)ترانزیستور اثر میدانی سپس ولتاژهای منبع گیت اندازه گیری شد VGS1و VGS2برای دو مقدار جریان تخلیه مربوطه من D1و من D2، تا حدودی از مقدار صفر در فاصله است V GS = V GS (خاموش)و جریان تخلیه اولیه من DSS. تعویض VGS1, VGS2, من D1و من D2به فرمول ها (10) و (11) مقادیر مورد نیاز و . برای اینکه بتوانیم جفت پارامترهای ترانزیستور اثر میدانی را با هم مقایسه کنیم - من DSSو V GS (خاموش)یا و، - پس از جایگزینی در فرمول (1) مطابقت دقیق تری از این فرمول با مشخصه انتقال یک ترانزیستور اثر میدان واقعی را نشان می دهد، جریان تخلیه ترانزیستور اثر میدان تقریباً برابر با نصف مقدار اندازه گیری شده جریان تخلیه اولیه آن تنظیم شده است. من DSS، یعنی جایی در وسط مشخصه انتقال ترانزیستور و به دنبال آن ولتاژ منبع دروازه مربوط به این جریان اندازه گیری می شود. مقادیر به دست آمده از این طریق من D0و VGS0مختصات یک نقطه عملیاتی انتخاب شده دلخواه ترانزیستور اثر میدان بر روی مشخصه انتقال آن است. اکنون تنها چیزی که باقی می ماند جایگزین کردن مقدار است VGS0به فرمول (1) ابتدا با چند پارامتر من DSSو V GS (خاموش)و سپس با و، و هر دو مقدار جریان تخلیه محاسبه شده را با مقدار اندازه گیری شده مقایسه کنید من D0.

نتایج اندازه گیری پارامترهای دوازده ترانزیستور اثر میدانی در جدول زیر نشان داده شده است.

№	ترانزیستور	مقادیر اندازه گیری شده پارامترهای استاتیک		مقادیر پارامترهای استاتیک با توجه به فرمول ها (10) و (11)		VGS0، که در	من D0، mA	تخلیه مقدار فعلی شناسه، با فرمول محاسبه می شود (1) با پارامترها من DSSو V GS (خاموش)		تخلیه مقدار فعلی شناسه، با فرمول محاسبه می شود (1) با پارامترها I'DSSو V' GS (خاموش)
		من DSS، mA	V GS (خاموش)، که در	I'DSS، mA	V' GS (خاموش)، که در			شناسه، mA	خطا، %	شناسه mA	خطا، %
1	KP303V	2,95	-1,23	2,98	-1,35	-0,40	1,52	1,33	-12,5	1,47	-3,6
2	KP303V	2,89	-1,20	2,95	-1,32	-0,40	1,48	1,28	-13,1	1,43	-3,2
3	KP303V	2,66	-1,16	2,70	-1,24	-0,36	1,41	1,26	-10,2	1,35	-3,8
4	2P303E	12,06	-4,26	12,73	-4,90	-1,49	6,49	5,09	-21,5	6,16	-5,2
5	2P303E	11,24	-3,94	11,69	-4,50	-1,37	6,06	4,79	-20,9	5,67	-6,5
6	2P303E	10,92	-3,77	11,26	-4,31	-1,29	5,91	4,73	-20,0	5,53	-6,3
7	2N3819	10,64	-3,47	10,76	-3,91	-1,08	5,90	5,05	-14,4	5,64	-4,4
8	2N3819	10,22	-3,51	10,29	-3,90	-1,06	5,73	4,98	-13,1	5,46	-4,8
9	2N3819	10,30	-3,38	10,46	-3,80	-1,07	5,67	4,81	-15,2	5,40	-4,8
10	2N4416A	8,79	-2,98	9,05	-3,27	-1,04	4,46	3,71	-16,9	4,20	-5,9
11	2N4416A	10,10	-3,22	10,31	-3,55	-1,18	4,98	4,04	-19,0	4,58	-8,0
12	2N4416A	10,92	-3,93	12,66	-4,32	-1,63	5,36	4,09	-23,6	4,92	-8,2

مقادیر خطای برجسته شده در رنگ خود صحبت می کنند. اگر نمودارهای مشخصه انتقال مشابه را با آنچه در نشان داده شده مقایسه کنیم شکل 2، سپس خط ساخته شده از مقادیر (;) بسیار نزدیکتر به نقطه ( VGS0; من D0) از مقادیر اندازه گیری شده ولتاژ قطع و جریان تخلیه اولیه ( V GS (خاموش); من DSS).

نتایج حتی دقیق تر خواهد بود اگر امتیازات ( VGS1; من D1) و ( VGS2; من D2) مرزهای یک بخش باریکتر از مشخصه انتقال ترانزیستور اثر میدان را که در یک مدار واقعی روی آن کار می کند، بگیرید. مخصوصاً باید توجه داشت که این روشتعیین پارامترهای استاتیکی ترانزیستورهای اثر میدانی برای ترانزیستورهایی با جریان تخلیه اولیه زیاد ضروری است، به عنوان مثال برای ترانزیستورهایی J310.

©Zadorozhny Sergey Mikhailovich، 2012، کیف

ادبیات:

1. بوچاروف L.N.، " ترانزیستورهای اثر میدانی"؛ مسکو، انتشارات "رادیو و ارتباطات"، 1984؛
2. Tietze U.، Schenk K.، "فناوری مدار نیمه هادی"؛ ترجمه از آلمانی؛ مسکو، انتشارات "میر"، 1982.

چند بار این نام را شنیده اید MOS، MOSFET، MOS، ترانزیستور اثر میدانی، ترانزیستور MOS، ترانزیستور گیت عایق? بله بله... اینها همه مترادف هستند و اشاره به همان عنصر رادیویی دارند.

نام کامل چنین عنصر رادیویی در انگلیسی به نظر می رسد م etal Oاکسید اسامی هادی افرشته Eاثر تیترانزیستورها (MOSFET)، که در ترجمه تحت اللفظی مانند ترانزیستور نفوذ میدان نیمه هادی اکسید فلز به نظر می رسد. اگر آن را به زبان قدرتمند روسی ما تبدیل کنید، به نظر می رسد ترانزیستور اثر میدانی با ساختار نیمه هادی اکسید فلزیا به سادگی ماسفت;-). چرا ماسفت نیز نامیده می شود ترانزیستور MOSو ? این به چه چیزی مرتبط است؟ در مقاله ما با این موارد و موارد دیگر آشنا خواهید شد. به برگه دیگری تغییر ندهید! ;-)

انواع ماسفت

در خانواده ترانزیستورهای MOS، عمدتاً 4 نوع وجود دارد:

1) کانال N با کانال القایی

2) کانال P با کانال القایی

3) کانال N با کانال داخلی

4) کانال P با کانال داخلی

همانطور که ممکن است متوجه شده باشید، تنها تفاوت در تعیین خود کانال است. با یک کانال القایی با یک خط چین نشان داده می شود و با یک کانال یکپارچه با یک خط ثابت نشان داده می شود.

که در دنیای مدرنماسفت‌های دارای کانال داخلی کمتر و کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، بنابراین در مقالات ما به آنها اشاره نمی‌کنیم، بلکه فقط ترانزیستورهای کانال N و P را با کانال القایی در نظر می‌گیریم.

نام "MOP" از کجا آمده است؟

بیایید سری مقالات خود را در مورد ترانزیستورهای MOS با رایج ترین ترانزیستور MOS کانال N با کانال القایی شروع کنیم. برو!

اگر یک چاقوی نازک و نازک بردارید و ترانزیستور MOS را از طول برش دهید، این تصویر را خواهید دید:

وقتی از منظر غذای روی میز شما نگاه کنید، ماسفت بیشتر شبیه یک ساندویچ به نظر می رسد. نیمه هادی نوع P یک تکه نان ضخیم است، دی الکتریک یک تکه نازک سوسیس است، و در بالای آن یک لایه فلز دیگر - یک تکه نازک پنیر قرار می دهیم. و ما این ساندویچ را دریافت می کنیم:

ساختار ترانزیستور از بالا به پایین چگونه خواهد بود؟ پنیر یک فلز است، سوسیس یک دی الکتریک، نان یک نیمه هادی است. بنابراین، ما فلز-دی الکتریک-نیمه هادی را دریافت می کنیم. و اگر حروف اول هر نام را بگیرید، MDP دریافت می کنید - مفلز- Dو برقکار- پنیمه هادی، درست است؟ این بدان معنی است که چنین ترانزیستوری را می توان با حروف اول ترانزیستور MOS نامید ;-). و از آنجایی که یک لایه بسیار نازک از اکسید سیلیکون (SiO 2) به عنوان دی الکتریک استفاده می شود، می توان گفت که تقریباً شیشه است، سپس به جای نام "دی الکتریک" نام "اکسید، اکسید" را گرفتند و معلوم شد. مفلز- در بارهژله- پنیمه هادی که به اختصار MOS نامیده می شود. خب حالا همه چیز سر جای خودش قرار گرفته ;-)

ساختار ترانزیستور ماسفت

بیایید نگاهی دیگر به ساختار ماسفت خود بیندازیم:

ما یک "آجر" از مواد نیمه هادی P-رسانایی داریم. همانطور که به یاد دارید، حامل های اصلی در نیمه هادی های نوع P سوراخ ها هستند، بنابراین غلظت آنها این موادخیلی بیشتر از الکترون ها اما الکترون ها در یک نیمه هادی P نیز وجود دارند. همانطور که به یاد دارید، الکترون ها در یک نیمه هادی P هستند رسانه های جزئیو غلظت آنها در مقایسه با سوراخ ها بسیار کم است. "آجر" یک نیمه هادی P نامیده می شود بسترها. این پایه ترانزیستور MOS است، زیرا لایه های دیگری روی آن ایجاد می شود. یک پین با همین نام از زیر لایه بیرون می آید.

لایه های دیگر مواد از نوع N+، دی الکتریک، فلز هستند. چرا N+ و نه فقط N؟ واقعیت این است که این ماده به شدت دوپ شده است، یعنی غلظت الکترون ها در این نیمه هادی بسیار زیاد است. از نیمه هادی های نوع N+ که در لبه ها قرار دارند، دو پایانه وجود دارد: Source و Drain.

بین منبع و درین یک صفحه فلزی از طریق یک دی الکتریک وجود دارد که از آن یک خروجی وجود دارد و به آن دروازه می گویند. هیچ اتصال الکتریکی بین گیت و پایانه های دیگر وجود ندارد. گیت به طور کلی از تمام پایانه های ترانزیستور جدا می شود، بنابراین ماسفت نیز نامیده می شود. ترانزیستور گیت عایق شده.

بستر ماسفت

بنابراین، با نگاهی به شکل بالا، می بینیم که ماسفت در مدار دارای 4 پایانه است (منبع، تخلیه، دروازه، بستر)، اما در واقعیت فقط 3 ترمینال وجود دارد. شوخی چیست؟ نکته این است که Substrate معمولا به منبع متصل است. گاهی اوقات این کار در خود ترانزیستور در مرحله توسعه انجام می شود. در نتیجه این واقعیت که منبع به زیرلایه متصل است، یک دیود بین تخلیه و منبع تشکیل می دهیم که گاهی اوقات حتی در نمودارها نشان داده نمی شود، اما همیشه وجود دارد:

بنابراین لازم است هنگام اتصال ترانزیستور MOS به مدار، پین اوت رعایت شود.

اصل کار ترانزیستور ماسفت

اینجا همه چیز همان است که در . Source خروجی است که حامل های اصلی بار مسیر خود را از آنجا شروع می کنند، Drain خروجی است که در آن جریان دارند و Gate خروجی است که با آن جریان حامل های اصلی را کنترل می کنیم.

اجازه دهید فرض کنیم شاتر هنوز به جایی وصل نشده است. برای ترتیب دادن حرکت الکترون ها از طریق Source-Drain، به منبع انرژی Bat نیاز داریم:

اگر ترانزیستور خود را از نظر دیودهای مبتنی بر آنها در نظر بگیریم، می توانیم مداری معادل برای ترسیم خود ترسیم کنیم. شبیه این خواهد شد:

جایی که

I-Source، P-Substrate، S-Sink.

همانطور که می بینید، دیود VD2 معکوس است، بنابراین برقهیچ جا جریان نخواهد داشت

بنابراین، در این طرح

هیچ حرکتی از جریان الکتریکی انتظار نمی رود.

ولی…

القای کانال در ماسفت

اگر ولتاژ خاصی را به گیت اعمال کنید، دگرگونی های جادویی در زیرلایه شروع می شود. آن آغاز می شود کانال القایی.

القاء، القاء - این به معنای واقعی کلمه به معنای "هدایت"، "نفوذ" است. این اصطلاح به برانگیختن خاصیت یا فعالیت در یک جسم در حضور یک سوژه هیجان‌انگیز (سلف)، اما بدون تماس مستقیم (مثلاً از طریق یک میدان الکتریکی) اشاره دارد. آخرین عبارت برای ما معنای عمیق تری دارد: "از طریق میدان الکتریکی".

همچنین به ما آسیبی نمی رساند که به یاد بیاوریم اتهامات نشانه های مختلف چگونه رفتار می کنند. کسانی که در آخرین میز فیزیک نبرد دریایی انجام نداده‌اند و توپ‌های کاغذی را در بدنه خودکار به سمت همکلاسی‌های خود تف نکرده‌اند، احتمالاً به یاد خواهند داشت که مانند بارها دفع می‌کنند و برخلاف بارها جذب می‌شوند:

بر اساس این اصل، در آغاز قرن بیستم، دانشمندان متوجه شدند که در کجا می توان همه اینها را به کار برد و یک عنصر رادیویی مبتکرانه ایجاد کردند. به نظر می رسد که کافی است یک ولتاژ مثبت به دروازه نسبت به منبع اعمال کنیم و یک میدان الکتریکی بلافاصله در زیر دروازه ایجاد می شود. و چون به گیت ولتاژ مثبت میزنیم یعنی شارژ مثبت میشه درسته؟

از آنجایی که لایه دی الکتریک ما بسیار نازک است، بنابراین، میدان الکتریکی روی بستر نیز تأثیر می گذارد، که در آن سوراخ ها بسیار بیشتر از الکترون ها است. و از آنجایی که دروازه دارای پتانسیل مثبت و سوراخ ها دارای بار مثبت هستند، بنابراین مانند بارها دفع می شوند و بر خلاف بارها جذب می شوند. تصویر در حال حاضر بدون منبع تغذیه بین Source و Drain به این صورت خواهد بود:

سوراخ‌ها از دروازه دور می‌شوند و به خروجی زیرلایه نزدیک‌تر می‌شوند، زیرا مانند بارها دفع می‌شوند و برعکس، الکترون‌ها سعی می‌کنند راه خود را به صفحه فلزی دروازه باز کنند، اما دی الکتریک مانع از آن می‌شود. مانع از اتحاد مجدد آنها با دروازه و برابر کردن پتانسیل به صفر می شود. بنابراین، الکترون ها چاره ای جز ایجاد یک هیاهو بابل در نزدیکی لایه دی الکتریک ندارند.

در نتیجه، تصویر به شکل زیر خواهد بود:

آیا آن را دیده اید؟ منبع و درین توسط کانال نازکی از الکترون ها به هم متصل می شوند! گفته می شود که چنین کانالی به دلیل میدان الکتریکی ایجاد شده توسط دروازه ترانزیستور ایجاد شده است.

از آنجایی که این کانال منبع و تخلیه را که از نیمه هادی N+ ساخته شده اند به هم متصل می کند، بنابراین یک کانال N داریم. و چنین ترانزیستوری قبلاً نامیده می شود ماسفت کانال N. اگر مقاله رساناها و دی الکتریک ها را بخوانید، احتمالاً به یاد دارید که تعداد زیادی الکترون آزاد در یک رسانا وجود دارد. از آنجایی که درین و منبع توسط پلی متشکل از تعداد زیادی الکترون به هم متصل شده بودند، بنابراین این کانال به رسانایی برای جریان الکتریکی تبدیل شد. به عبارت ساده، یک "سیم" بین منبع و درین تشکیل شده است که از طریق آن جریان الکتریکی می تواند جریان یابد.

معلوم می شود که اگر ولتاژی بین Drain و Source با یک کانال القایی اعمال کنیم، می توانیم این تصویر را ببینیم:

همانطور که می بینید، مدار بسته می شود و جریان الکتریکی به آرامی در مدار شروع به جریان می کند.

اما این همه ماجرا نیست! هرچه میدان الکتریکی قوی تر باشد، غلظت الکترون ها بیشتر باشد، کانال ضخیم تر است. چگونه میدان را قوی تر کنیم؟ کافی است ولتاژ بیشتری به گیت اعمال کنیم؛-) با اعمال ولتاژ بیشتر به گیت با استفاده از Bat2 ضخامت کانال و در نتیجه رسانایی آن را افزایش می دهیم! یا به زبان ساده, ما می توانیم مقاومت کانال را با "بازی" با ولتاژ گیت تغییر دهیم;-) خوب، نمی تواند درخشان تر باشد!

عملکرد ماسفت کانال P

در مقاله ما، ماسفت کانال N را با کانال القایی تحلیل کردیم. همچنین یک ماسفت کانال P با کانال القایی وجود دارد. کانال P دقیقاً مانند کانال N کار می کند، اما تمام تفاوت این است که حامل های اصلی سوراخ هستند. در این حالت، برخلاف ترانزیستور کانال N، تمام ولتاژهای مدار را به معکوس تغییر می دهیم:

من یک ویدیوی بسیار خوب در یوتیوب پیدا کردم که عملکرد ماسفت را توضیح می دهد. مشاهده توصیه شده (نه تبلیغاتی):

در ترانزیستورهای این نوع، گیت توسط لایه ای از دی الکتریک از نیمه هادی جدا می شود که معمولاً در دستگاه های سیلیکونی به عنوان دی اکسید سیلیکون استفاده می شود. این ترانزیستورها به اختصار MOS (فلز-اکسید-نیمه هادی) و MIS (فلز-دی الکتریک-نیمه هادی) نامیده می شوند. در ادبیات انگلیسی زبان، آنها را معمولاً به اختصار MOSFET یا MISFET (Metal-Oxide (Insulator) -Semiconductor FET) می نامند.

به نوبه خود ترانزیستورهای MOS به دو نوع تقسیم می شوند.

در به اصطلاح ترانزیستور با کانال داخلی (خود) (ترانزیستور نوع تخلیه)و قبل از تغذیه دروازه، کانالی وجود دارد که منبع و تخلیه را به هم وصل می کند.

در به اصطلاح ترانزیستور با کانال القایی (ترانزیستور غنی شده)کانال فوق وجود ندارد

ترانزیستورهای MOS با مقاومت ورودی بسیار بالا مشخص می شوند. هنگام کار با چنین ترانزیستورهایی باید اقدامات خاصی برای محافظت در برابر الکتریسیته ساکن انجام شود. به عنوان مثال، هنگام لحیم کاری، تمام سرب ها باید اتصال کوتاه داشته باشند.

ترانزیستور MOS با کانال داخلی.

این کانال می تواند رسانایی نوع p و n داشته باشد. برای مشخص بودن، بیایید به یک ترانزیستور با کانال نوع p نگاه کنیم. بیایید یک نمایش شماتیک از ساختار ترانزیستور (شکل 1.97)، یک نام گرافیکی معمولی از یک ترانزیستور با یک کانال نوع p (شکل 1.98، a) و با یک کانال نوع n (شکل. 1.98، b) ارائه دهیم. ). فلش طبق معمول جهت لایه p به لایه n را نشان می دهد.

ترانزیستور مورد نظر (نگاه کنید به شکل 1.97) می تواند در دو حالت کار کند: تخلیه و غنی سازی.

حالت تخلیه مربوط به سونوگرافی مثبت است. با افزایش این میزان، غلظت سوراخ در کانال کاهش می‌یابد (زیرا پتانسیل دروازه بیشتر از پتانسیل منبع است)، که منجر به کاهش جریان تخلیه می‌شود.

بیایید نمودار اتصال ترانزیستور را نشان دهیم (شکل 1.99).

زهکشی نه تنها توسط اولتراسوند، بلکه بین بستر و منبع اولتراسوند نیز تحت تأثیر قرار می گیرد. با این حال، کنترل گیت همیشه ترجیح داده می شود زیرا جریان های ورودی بسیار کمتر است. علاوه بر این، وجود روی بستر باعث کاهش شیب دار می شود.

بستر یک اتصال p-n با منبع، زهکش و کانال تشکیل می دهد. هنگام استفاده از ترانزیستور، باید مراقب بود که اتصال به سمت جلو حرکت نکند. در عمل، بستر به منبع (همانطور که در نمودار نشان داده شده است) یا به نقطه ای از مدار متصل می شود که پتانسیل آن بیشتر از پتانسیل منبع است (پتانسیل تخلیه در مدار فوق کمتر از پتانسیل منبع است).

اجازه دهید مشخصات خروجی یک ترانزیستور MOS (کانال p داخلی) نوع KP201L (شکل 1.100) و مشخصه تخلیه آن (شکل 1.101) را به تصویر بکشیم.

ترانزیستور MOS با کانال القایی (القایی).

این کانال می تواند رسانایی نوع p و n داشته باشد. برای مشخص بودن، بیایید به یک ترانزیستور با کانال نوع p نگاه کنیم. اجازه دهید یک نمایش شماتیک از ساختار ترانزیستور (شکل 1.102)، یک نام گرافیکی مرسوم از یک ترانزیستور با یک کانال نوع p القایی (شکل 1.103، a) و یک کانال نوع n (شکل 1.103، ب).

در ولتاژ صفر کانال uzi وجود ندارد (شکل 1.102) و تخلیه صفر است. ترانزیستور فقط می تواند در حالت غنی سازی، که مربوط به اولتراسوند منفی است، کار کند. در این حالت، ufrom > 0. اگر نابرابری ufrom>u از آستانه برآورده شود، جایی که u از آستانه به اصطلاح ولتاژ آستانه است، آنگاه یک کانال از نوع p بین منبع و درین ظاهر می شود که جریان می تواند از آن عبور کند.

کانال نوع p به این دلیل رخ می دهد که غلظت حفره زیر دروازه افزایش می یابد و غلظت الکترون کاهش می یابد و باعث می شود غلظت حفره بیشتر از غلظت الکترون باشد.

پدیده توصیف شده تغییر نوع هدایت را وارونگی نوع رسانایی و لایه نیمه هادی که در آن رخ می دهد (و یک کانال است) معکوس (وارونگی) نامیده می شود. مستقیماً در زیر لایه معکوس، یک لایه خالی از حامل های شارژ سیار تشکیل می شود. لایه معکوس بسیار نازکتر از لایه تخلیه شده است (ضخامت لایه معکوس 1 × 10 - 9 ... 5 × 10 - 9 متر است و ضخامت لایه تخلیه شده 10 بار یا بیشتر است).

بیایید مدار سوئیچینگ ترانزیستور (شکل 1.104)، ویژگی های خروجی (شکل 1.105) و مشخصه تخلیه (شکل 1.106) را برای یک ترانزیستور MOS با کانال P القایی KP301B به تصویر بکشیم.

ذکر این نکته مفید است که بسته نرم افزاری Micro-Cap II نیز از همین روش استفاده می کند مدل ریاضی(اما، البته، با پارامترهای مختلف).