Strāvas invertori un daudzi citi elektroniskās ierīces, mūsdienās reti iztikt, neizmantojot jaudīgus MOSFET (lauka efekts) vai. Tas attiecas gan uz augstfrekvences pārveidotājiem, piemēram, metināšanas invertoriem, gan dažādiem paštaisītiem projektiem, kuru diagrammas ir pilnas internetā.

Šobrīd ražoto jaudas pusvadītāju parametri ļauj pārslēgt desmitiem un simtiem ampēru strāvas pie sprieguma līdz 1000 voltiem. Šo komponentu izvēle mūsdienu elektronikas tirgū ir diezgan plaša, un lauka efekta tranzistora izvēle ar nepieciešamajiem parametriem mūsdienās nekādā ziņā nav problēma, jo katrs sevi cienošs ražotājs atbalsta konkrēts modelis lauka efekta tranzistoru tehniskā dokumentācija, kuru vienmēr var atrast gan oficiālajā ražotāja vietnē, gan pie oficiālajiem izplatītājiem.

Pirms sākat izstrādāt ierīci, izmantojot šos jaudas komponentus, jums vienmēr precīzi jāzina, ar ko jums ir darīšana, jo īpaši izvēloties konkrētu lauka efekta tranzistoru. Šim nolūkam viņi vēršas pie datu lapām Datasheet ir oficiāls elektronisko komponentu ražotāja dokuments, kurā sniegts preces apraksts, parametri, īpašības, standarta shēmas utt.

Apskatīsim, kādus parametrus ražotājs norāda datu lapā, ko tie nozīmē un kam tie nepieciešami. Apskatīsim lauka efekta tranzistora IRFP460LC datu lapas piemēru. Šis ir diezgan populārs jaudas tranzistors, kas izgatavots, izmantojot HEXFET tehnoloģiju.

HEXFET nozīmē kristāla struktūru, kurā tūkstošiem paralēli savienotu sešstūra formas MOS tranzistora šūnu ir sakārtotas vienā kristālā. Šis risinājums ļāva ievērojami samazināt atvērtā kanāla pretestību Rds(on) un ļāva pārslēgt lielas strāvas. Tomēr pāriesim pie parametru pārskatīšanas, kas norādīti tieši International Rectifier (IR) IRFP460LC datu lapā.

Cm.

Pašā dokumenta sākumā ir dots tranzistora shematisks attēls, norādīti tā elektrodu apzīmējumi: G-gate (vārti), D-drain (drenāža), S-avots (avots), kā arī tā ir uzskaitīti galvenie parametri un atšķirīgās īpašības. Šajā gadījumā mēs redzam, ka šis N-kanālu lauka efekta tranzistors ir paredzēts maksimālajam spriegumam 500 V, tā atvērtā kanāla pretestība ir 0,27 omi, un maksimālā strāva ir 20 A. Samazinātā aizbīdņa uzlāde ļauj šo komponentu izmanto augstfrekvences ķēdēs ar zemu enerģijas cenu pārslēgšanas kontrolei. Zemāk ir tabula (1. att.) ar dažādu parametru maksimāli pieļaujamajām vērtībām dažādos režīmos.

Id @ Tc = 25°C; Nepārtraukta drenāžas strāva Vgs @ 10V — maksimālā nepārtrauktā drenāžas strāva pie lauka efekta tranzistora ķermeņa temperatūras 25°C ir 20 A. Pie aizslēga avota sprieguma 10 V.

Id @ Tc = 100°C; Nepārtraukta drenāžas strāva Vgs @ 10V — maksimālā nepārtrauktās drenāžas strāva pie lauka efekta tranzistora ķermeņa temperatūras 100°C ir 12 A. Pie aizslēga avota sprieguma 10 V.

Idm @ Tc = 25°C; Impulsa drenāžas strāva — maksimālā impulsa īslaicīgā drenāžas strāva pie lauka efekta tranzistora ķermeņa temperatūras 25°C ir 80 A. Ar nosacījumu, ka tiek uzturēta pieņemama savienojuma temperatūra. 11. attēlā sniegts attiecīgo attiecību skaidrojums.

Pd @ Tc = 25°C jaudas izkliede - maksimālā jauda, ​​ko izkliedē tranzistora korpuss, pie ķermeņa temperatūras 25°C, ir 280 W.

Lineārais samazināšanas koeficients — par katru 1°C temperatūras paaugstināšanos, jaudas izkliede palielinās vēl par 2,2 W.

Vgs Vārtu-avota spriegums - maksimālais vārsta-avota spriegums nedrīkst būt lielāks par +30 V vai zemāks par -30 V.

Eas Single Pulse Avalanche Energy - viena impulsa maksimālā enerģija pie notekas ir 960 mJ. Paskaidrojums ir sniegts 12. attēlā (12. attēls).

Iar Avalanche Current - maksimālā pārtraucamā strāva ir 20 A.

Ear Repetitive Avalanche Energy - atkārtotu impulsu maksimālā enerģija uz notekas nedrīkst pārsniegt 28 mJ (katram impulsam).

dv/dt maksimālā diodes atjaunošana dv/dt — maksimālais ātrums Sprieguma pieaugums kanalizācijā ir 3,5 V/ns.

Tj, Tstg Operating Junction and Storage Temperatūras diapazons – drošs temperatūras diapazons no -55°C līdz +150°C.

Lodēšanas temperatūra, 10 sekundes - maksimālā pieļaujamā temperatūra lodēšanai ir 300°C, un vismaz 1,6 mm attālumā no korpusa.

Montāžas griezes moments, 6-32 vai M3 skrūve - maksimālais griezes moments, piestiprinot korpusu, nedrīkst pārsniegt 1,1 Nm.

Rjc Junction-to-Case (mikroshēma-case) 0,45 °C/W.

Rcs korpuss-izlietne, plakana, ieeļļota virsma (radiatora korpuss) 0,24 °C/W.

Rja Junction-to-Ambient (kristāls-vide) ir atkarīgs no radiatora un ārējiem apstākļiem.

Nākamajā tabulā ir viss nepieciešamais Elektriskās īpašības lauka efekta tranzistors pie kristāla temperatūras 25°C (sk. 3. att.).

V(br)dss novadīšanas līdz avotam pārrāvuma spriegums — noplūdes līdz avotam spriegums, pie kura notiek sadalījums, ir 500 V.

ΔV(br)dss/ΔTj Breakdown Voltage Temp.Coefficient - temperatūras koeficients, pārrāvuma spriegums, šajā gadījumā 0,59 V/°C.

Rds(on) Static Drain-to-Source On-Resistance — atvērta kanāla aizplūšanas pret avotu pretestība 25°C temperatūrā šajā gadījumā ir 0,27 omi. Tas ir atkarīgs no temperatūras, bet vairāk par to vēlāk.

Vgs(th) Gate Threshold Voltage - sliekšņa spriegums tranzistora ieslēgšanai. Ja vārtu avota spriegums ir mazāks (šajā gadījumā 2–4 V), tranzistors paliks aizvērts.

gfs Forward Transconductance — pārneses raksturlieluma slīpums ir vienāds ar noteces strāvas izmaiņu attiecību pret aizbīdņa sprieguma izmaiņām. Šajā gadījumā mēra pie iztukšošanas avota sprieguma 50 V un iztukšošanas strāvu 20 A. Mēra ampēros/voltos vai Siemens.

Idss Drain-to-Source Leakage Current - drenāžas noplūdes strāva, tā ir atkarīga no kanalizācijas avota sprieguma un temperatūras. Mērīts mikroampēros.

Igss noplūde no vārtiem uz avotu un reversā noplūde no vārtiem uz avotu — vārtu noplūdes strāva. Mērīts nanoampēros.

Qg Total Gate Charge - lādiņš, kas jādod vārtiem, lai atvērtu tranzistoru.

Qgs Gate-to-Source Charge — vārti-avota kapacitātes uzlāde.

Qgd Gate-to-Drain ("Miller") uzlāde — atbilstošā lādiņa no vārtiem līdz kanalizācijai (Millera kapacitātes)

Šajā gadījumā šos parametrus mēra pie iztukšošanas avota sprieguma 400 V un iztukšošanas strāvas 20 A. 6. attēlā ir sniegts skaidrojums par saistību starp aizslēga avota spriegumu un pilna uzlāde vārtu Qg kopējā vārtu lādiņa, un 13. a un b attēlā parādīta šo mērījumu diagramma un grafiks.

td(on) Turn-On Delay Time - tranzistora atvēršanas laiks.

tr Rise Time — atvēršanas impulsa pieauguma laiks (priekšējā mala).

td(off) Turn-Off Delay Time - tranzistora slēgšanas laiks.

tf Fall Time - impulsa samazināšanās laiks (tranzistora aizvēršanās, beigu mala).

Šajā gadījumā mērījumi tika veikti ar barošanas spriegumu 250 V, iztukšošanas strāvu 20 A, ar vārtu pretestību 4,3 omi un drenāžas pretestību 20 omi. Diagramma un grafiki ir parādīti 10. a un b attēlā.

Ld Internal Drain Inductance - drenāžas induktivitāte.

Ls Internal Source Inductance - avota induktivitāte.

Šie parametri ir atkarīgi no tranzistora korpusa konstrukcijas. Tie ir svarīgi, izstrādājot draiveri, jo tie ir tieši saistīti ar slēdža laika parametriem, jo ​​īpaši tas attiecas uz augstfrekvences ķēžu izstrādi.

Crss Reverse Transfer Capacitance - aizplūdes jauda (Millera kapacitāte).

Šie mērījumi tika veikti ar frekvenci 1 MHz ar drenāžas avota spriegumu 25 V. 5. attēlā parādīta šo parametru atkarība no drenāžas avota sprieguma.

Nākamajā tabulā (sk. 4. att.) ir aprakstītas lauka efekta tranzistora integrētās iekšējās diodes īpašības, kas parasti atrodas starp avotu un noteci.

Is Continuous Source Current (Body Diode) - maksimālā nepārtrauktā diodes strāva.

Ism impulsa avota strāva (ķermeņa diode) - maksimāli pieļaujamā impulsa strāva caur diodi.

Vsd diodes priekšējais spriegums ir tiešā sprieguma kritums pāri diodei 25 ° C temperatūrā un 20 A iztukšošanas strāvā, ja vārti ir 0 V.

trr Reverse Recovery Time — diodes reversās atkopšanas laiks.

QRr Reverse Recovery Charge - diodes atjaunošanas maksa.

ton Forward Turn-On Time - diodes ieslēgšanās laiku galvenokārt nosaka drenāžas un avota induktivitātes.

Drenāžas strāvas ierobežojumi ir norādīti kā funkcija no aizplūdes līdz avota spriegumam un no aizvada līdz avotam spriegumam impulsa ilgumam 20 µs. Pirmais attēls ir paredzēts 25°C temperatūrai, otrais ir 150°C. Temperatūras ietekme uz kanāla atvēršanas vadāmību ir acīmredzama.

6. attēlā grafiski parādīts šī lauka efekta tranzistora pārvades raksturlielums. Acīmredzot, jo tuvāk vārtu avota spriegums ir 10 V, jo labāk tranzistors atveras. Šeit diezgan skaidri redzama arī temperatūras ietekme.

7. attēlā parādīta atvērtā kanāla pretestības atkarība no temperatūras pie drenāžas strāvas 20 A. Acīmredzot, paaugstinoties temperatūrai, palielinās arī kanāla pretestība.

9. attēlā parādīta tiešā sprieguma krituma iekšējā diode atkarība no drenāžas strāvas un temperatūras. 8. attēlā parādīts laukums drošs darbs tranzistors atkarībā no atvērtā stāvokļa laika ilguma, drenāžas strāvas lieluma un drenāžas avota sprieguma.

11. attēlā parādīta maksimālā iztukšošanas strāva kā korpusa temperatūras funkcija.

Attēlos a un b ir parādīta mērījumu diagramma un grafiks, kurā parādīta tranzistora atvēršanas laika diagramma aizslēga sprieguma palielināšanas procesā un vārtu kapacitātes izlādes līdz nullei procesā.

14. attēlā parādīta maksimālās pieļaujamās impulsa enerģijas atkarība no pārtrauktās strāvas un temperatūras vērtības.

Attēlos a un b parādīts grafiks un diagramma ar vārtu lādiņa mērījumiem.

16. attēlā parādīta parametru mērījumu diagramma un tipisku pāreju grafiks tranzistora iekšējā diode.

Pēdējā attēlā parādīts IRFP460LC tranzistora korpuss, tā izmēri, attālums starp spailēm, to numerācija: 1-vārti, 2-iztekas, 3-avoti.

Tātad, pēc datu lapas izlasīšanas katrs izstrādātājs varēs izvēlēties piemērotu jaudu vai ne, lauka efekta vai IGBT tranzistoru projektējamam vai remontējamam jaudas pārveidotājam, neatkarīgi no tā, vai tas ir vai jebkurš cits jaudas impulsu pārveidotājs.

Zinot lauka efekta tranzistora parametrus, jūs varat kompetenti izstrādāt draiveri, konfigurēt kontrolieri, veikt siltuma aprēķinus un izvēlēties piemērotu radiatoru bez nepieciešamības uzstādīt nevajadzīgus.

Lauka efekta tranzistors ir pusvadītāju ierīce, kurā strāvu rada tikai galvenie lādiņnesēji gareniskā elektriskā lauka iedarbībā, un šo strāvu kontrolē šķērsvirziena elektriskais lauks, ko rada spriegums, kas tiek pievadīts vadības elektrods.

Dažas definīcijas:

Lauku tranzistora spaili, no kuras plūst galvenie lādiņnesēji, sauc par avotu.

Lauku tranzistora spaili, uz kuru plūst galvenie lādiņnesēji, sauc par noteku.

Lauku tranzistora spaili, kurai tiek pielikts vadības spriegums, radot šķērsvirziena elektrisko lauku, sauc par vārtiem.

Pusvadītāja posmu, pa kuru pārvietojas galvenie lādiņnesēji, starp p-n krustojumu, sauc par lauka efekta tranzistora kanālu.

Tāpēc lauka efekta tranzistori tiek iedalīti p-tipa vai n-tipa kanālu tranzistoros.

Apskatīsim darbības principu, izmantojot tranzistora piemēru ar n-veida kanālu.

1) Uzi = 0; Ic1 = maks;

2) |Uzi| > 0; Ic2< Ic1

3) |Uzi| >> 0; Ic3 = 0

Spriegums vienmēr tiek pielikts vārtiem, lai krustojumi aizvērtos. Spriegums starp noteci un avotu rada garenisku elektrisko lauku, kura dēļ galvenie lādiņnesēji pārvietojas pa kanālu, radot drenāžas strāvu.

1) Ja pie vārtiem nav sprieguma, pn krustojumus aizver savs iekšējais lauks, to platums ir minimāls, un kanāla platums ir maksimālais un drenāžas strāva būs maksimāla.

2) Kad palielinās bloķēšanas spriegums pie vārtiem platums p-n pārejas palielinās, un kanāla platums un drenāžas strāva samazinās.

3) Pie pietiekami augstiem vārtu spriegumiem, platums p-n krustojumi var palielināties tik daudz, ka tie saplūst, drenāžas strāva kļūst vienāda ar nulli.

Vārtu spriegumu, pie kura drenāžas strāva ir nulle, sauc par izslēgšanas spriegumu.

Secinājums: lauka efekta tranzistors ir vadāma pusvadītāju ierīce, jo, mainot spriegumu pie vārtiem, jūs varat samazināt drenāžas strāvu, un tāpēc ir pieņemts teikt, ka lauka tranzistori ar p-n vadītāji pārejas darbojas tikai kanālu izsmelšanas režīmā.

Kā izskaidrot lauka efekta tranzistora lielo ieejas pretestību?

Jo Tā kā lauka tranzistoru vada elektriskais lauks, vadības elektrodā praktiski nav strāvas, izņemot noplūdes strāvu. Tāpēc lauka efekta tranzistoriem ir augsta ieejas pretestība, aptuveni 10 14 omi.

Kas nosaka lauka tranzistora drenāžas strāvu?

Atkarīgs no piegādātajiem spriegumiem U si un U z.

Shēmas lauka tranzistoru savienošanai.

Lauka efekta tranzistoru var pieslēgt vienā no trim galvenajām shēmām: ar kopēju avotu (CS), kopēju aizplūšanu (OC) un kopējiem vārtiem (G).

Praksē visbiežāk tiek izmantota ķēde ar OE, līdzīgi kā ķēde ar bipolāru tranzistoru ar OE. Kopējā avota kaskāde nodrošina ļoti lielu strāvas un jaudas pastiprinājumu. Shēma ar OZ ir līdzīga shēmai ar OB. Tas nenodrošina strāvas pastiprinājumu, un tāpēc jaudas pastiprinājums tajā ir daudzkārt mazāks nekā OP ķēdē. OZ kaskādei ir zema ieejas pretestība, un tāpēc to praktiski var izmantot pastiprināšanas tehnoloģijās.

Kāda ir atšķirība starp lauka tranzistoru un bipolāru tranzistoru?

Lauka efekta tranzistorā strāvas kontroli veic ar pielietotā sprieguma radīto elektrisko lauku, nevis bāzes strāvu. Tāpēc vadības elektrodā praktiski nav strāvas, izņemot noplūdes strāvas.

Tranzistora statiskais pārslēgšanas režīms. Lauktranzistoru statiskie raksturlielumi.

Galvenās īpašības ietver:

Drenāžas vārtu raksturlielums (att. a) ir drenāžas strāvas (Ic) atkarība no aizslēga sprieguma (Uс) tranzistoriem ar n-veida kanālu.

Drenāžas raksturlielums (b att.) ir Ic atkarība no Uс at pastāvīgs spriegums uz vārtiem Ic = f (Usi) pie Uzi = Const.

Galvenie parametri:

Atslēgšanas spriegums.

Vārtu slīpuma raksturlielums. Tas parāda, cik miliamperu mainīsies drenāžas strāva, kad aizbīdņa spriegums mainīsies par 1 V.

Lauka efekta tranzistora iekšējā pretestība (vai izeja).

Ievades pretestība

Izskaidrojiet sprieguma drenāžas strāvas ietekmi U zi Un U si .

Ieejas spriegumu ietekme tranzistorā kontrolētajā ir parādīta attēlā:

Trīs galvenie tranzistora darbības režīmi.

Dažāda veida lauka efekta tranzistoros un pie dažādiem ārējiem spriegumiem vārtiem var būt divu veidu ietekme uz kanālu: pirmajā gadījumā (piemēram, lauka efekta tranzistoros ar vadības p-n pāreju pie spriegumiem uz elektrodiem, kas atbilst līdz 2-1.5. att.) tas novērš strāvas plūsmu caur kanālu, samazinot caur to ejošo lādiņnesēju skaitu (šo režīmu sauc kanālu izsmelšanas režīms), otrajā gadījumā (piemēram, MOS tranzistoros ar inducētu kanālu, kas savienoti saskaņā ar 2-1.7. att.) vārti, gluži pretēji, stimulē strāvas plūsmu caur kanālu, palielinot lādiņu skaitu. nesēji plūsmā ( kanālu bagātināšanas režīms). Bieži viņi vienkārši runā par liesais režīms Un bagātināšanas režīms . Ņemiet vērā, ka MOS tranzistori ar inducētu kanālu var būt aktīvajā režīmā tikai kanāla bagātināšanas režīma gadījumā, un MOS tranzistoriem ar iebūvētu kanālu tas var būt gan bagātināšanas, gan izsīkšanas režīms. Pn savienojuma lauka efekta tranzistoros, mēģinot pielietot pāreju uz priekšu, tas atveras un izraisa ievērojamas strāvas plūsmu aizbīdņu ķēdē. Faktiskie procesi tranzistorā šajā gadījumā ir ļoti atkarīgi no tā konstrukcijas, gandrīz nekad nav dokumentēti un ir grūti prognozējami. Tāpēc runāt par bagātināšanas režīmu lauka efekta tranzistoriem ar vadības savienojumu nav pieņemts un ir vienkārši bezjēdzīgi.

Piesātinājuma režīms - raksturo nevis visa tranzistora stāvokli kopumā, kā tas bija bipolāru ierīču gadījumā, bet tikai strāvu nesošā kanāla stāvokli starp avotu un aizplūšanu. Šis režīms atbilst kanāla piesātinājumam ar galvenajiem lādiņa nesējiem. Tāda parādība kā piesātinājums ir viena no svarīgākajām pusvadītāju fizikālajām īpašībām. Izrādās, ka, pieslēdzot ārēju spriegumu pusvadītāju kanālam, strāva tajā lineāri ir atkarīga no šī sprieguma tikai līdz noteiktai robežai ( piesātinājuma spriegums), un, sasniedzot šo robežu, tas stabilizējas un paliek praktiski nemainīgs līdz struktūras sabrukumam. Lietojot uz lauka tranzistoriem, tas nozīmē, ka tad, kad drenāžas avota spriegums pārsniedz noteiktu sliekšņa līmeni, tas pārstāj ietekmēt strāvu ķēdē. Ja bipolārajiem tranzistoriem piesātinājuma režīms nozīmēja pilnīgu pastiprinošo īpašību zudumu, tad lauka tranzistoriem tas tā nav. Šeit, gluži pretēji, kanāla piesātinājums izraisa pastiprinājuma palielināšanos un nelineāro kropļojumu samazināšanos. Kamēr drenāžas avota spriegums sasniedz piesātinājumu, strāva caur kanālu palielinās lineāri, pieaugot spriegumam (t.i., tā darbojas tāpat kā parastajā rezistorā). Autoram nav zināms neviens iedibināts nosaukums šim lauka tranzistora stāvoklim (kad caur kanālu plūst strāva, bet kanāls ir nepiesātināts), mēs to sauksim nepiesātināta kanāla režīms(to var izmantot analogajos slēdžos uz lauka efekta tranzistoriem). Kanāla piesātinājuma režīms parasti ir normāls, ja lauka tranzistors ir pievienots pastiprinātāja shēmām, tāpēc turpmāk, apsverot tranzistoru darbību ķēdēs, mēs uz to neliksim īpašu uzsvaru, norādot, ka starp noteci ir spriegums. un tranzistora avots, kas ir pietiekams, lai piesātinātu kanālu.

Kas raksturo tranzistora taustiņu darbības režīmu?

Tranzistora galvenais darbības režīms ir tāds, kurā tas var būt vai nu pilnībā atvērts, vai pilnībā aizvērts, un ideālā gadījumā nav starpstāvokļa, kurā komponents ir daļēji atvērts. Tranzistorā izdalītā jauda statiskā režīmā ir vienāda ar strāvas, kas plūst caur kanalizācijas avota spailēm, un starp šiem spailēm pielietotā sprieguma reizinājumu.

Ideālā gadījumā, kad tranzistors ir atvērts, t.i. piesātinājuma režīmā tā pretestība starp drenāžas avota spailēm mēdz būt līdz nullei. Jaudas zudums atvērtā stāvoklī ir sprieguma, kas vienāds ar nulli, un noteikta strāvas daudzuma reizinājums. Tādējādi jaudas izkliede ir nulle.

Ideālā gadījumā, kad tranzistors ir aizvērts, t.i. izslēgšanas režīmā tā pretestība starp drenāžas avota spailēm ir līdz bezgalībai. Jaudas zudums slēgtā stāvoklī ir noteiktas sprieguma vērtības un strāvas vērtības, kas vienāda ar nulli, reizinājums. Tāpēc jaudas zudums ir nulle.

Izrādās, ka pārslēgšanas režīmā ideālā gadījumā tranzistora jaudas zudums ir nulle.

Ko sauc par pastiprinātāja pakāpi?

Vairāku pastiprinātāju savienojums, kas paredzēts elektriskā signāla parametru palielināšanai. Tie ir sadalīti pirmspastiprināšanas un izejas posmos. Pirmie ir paredzēti signāla sprieguma līmeņa paaugstināšanai, un izejas posmi ir paredzēti, lai iegūtu nepieciešamo strāvu vai signāla jaudu.

Interese par lauka efekta tranzistora statiskajiem parametriem ar p-n- pāreju pie vārtiem, piemēram, sākotnējā drenāžas strāva un atslēgšanas spriegums, visbiežāk izpaužas inženieri un radioamatieri, vai kā raksturlielumi, kas norādīti tranzistoru salīdzināšanas uzziņu grāmatās dažādi veidi, vai saistībā ar tranzistoru izvēli ar līdzīgiem parametriem diferenciālpakāpei. Šajā rakstā tiks apspriesta statisko parametru izmantošana, aprēķinot ķēdes, kuru pamatā ir lauka efekta tranzistori.

Definīcijas

Ieslēgts 1. att. parasts lauka efekta tranzistora grafiskais apzīmējums ar n- kanāls un vadītājs p-n-pāreja uz vārtiem:

1. att

Attiecīgi tā secinājumu apzīmējums ir šāds:

G(Vārti) - slēģi;
S(Avots) - avots;
D(Nosusināt) - notecināt.

Lauka tranzistora galvenie statiskie parametri ar p-n- Savienojums pie vārtiem ir sākotnējā drenāžas strāva un izslēgšanas spriegums. Lauka tranzistora sākotnējā drenāžas strāva tiek definēta kā strāva, kas plūst caur tā kanālu ar konstantu drenāžas avota spriegumu un nulles aizslēga avota spriegumu. Angļu tehniskajā dokumentācijā šis parametrs ir apzīmēts kā Es DSS.

Izslēgšanas spriegums ir aizbīdņa avota sprieguma sliekšņa vērtība, kuru sasniedzot strāva caur lauka tranzistora kanālu vairs nemainās un ir praktiski vienāda ar nulli. To mēra arī pie fiksētas drenāžas avota sprieguma vērtības un angļu valodas dokumentācijā apzīmē kā V GS (izslēgts) vai retāk patīk V p.

Kā pastiprinošais elements lauka efekta tranzistors darbojas ar pietiekami augstu drenāžas avotu spriegumu VDS— tranzistora izejas raksturlielumu saimes grafikā šī sprieguma vērtība atrodas piesātinājuma reģionā. Tas nozīmē, ka strāvas daudzums caur lauka efekta tranzistora kanālu ir drenāžas strāva Es D, - galvenokārt ir atkarīgs tikai no vārtu avota sprieguma vērtības VGS. Šī lauka efekta tranzistora drenāžas strāvas atkarība Es D no ieejas vārtu avota sprieguma VGS apraksta tā saukto tranzistora pārneses raksturlielumu. Tranzistoriem ar vadību p-n-pāreja to parasti tuvina ar šādu izteiksmi:

Tādējādi lauka tranzistora drenāžas strāva, mainoties spriegumam pie tā vārtiem, mainās saskaņā ar kvadrātisko likumu. Grafiski šī atkarība ir parādīta 2. att diagramma:

2. att. Piemērs drenāžas strāvas I D atkarībai no aizslēga avota sprieguma V GS ar kvadrātfunkciju ar sākotnējo drenāžas strāvu I DSS = 9,5 mA un nogriešanas spriegumu V GS(izslēgts) = -2,8 V.

Šādā drenāžas strāvas izmaiņā Es D ar mainīgu vārtu avota spriegumu VGS un parādās lauka tranzistora pastiprinošās īpašības. Kvantitatīvi šīs īpašības raksturo tāds parametrs kā slīpums, kas definēts kā:

Ir skaidrs, ka slīpuma vērtība, kas izteikta kā lauka efekta tranzistora statiskie parametri Es DSS Un V GS (izslēgts), var iegūt, diferencējot pārneses raksturlieluma izteiksmi (1) Autors dVGS:

Tas ir, tranzistoram ar zināmām sākotnējās drenāžas strāvas vērtībām Es DSS un atslēgšanas spriegums V GS (izslēgts) pie noteiktā vārtu avota sprieguma VGS Pārneses raksturlieluma slīpumu var aprēķināt, izmantojot formulu:

vai, ņemot vērā vienlīdzību:

mēs iegūstam citu izteiksmi transvadītspējai pie noteiktas drenāžas strāvas Es D:

Darbības punkta iestatīšana

Ieslēgts 3. att parāda pamata shēmas lauka tranzistora savienošanai ar vadības ierīci p-n-pāreja uz vārtiem:

a) pastiprināšanas stadija ar kopīgu avotu;
b) avota sekotājs;
c) divu terminālu tīkls - strāvas stabilizators.

3. att Pamata shēmas lauka tranzistora pievienošanai ar vadības p-n pāreju pie vārtiem.

Visās šajās shēmās, lai iestatītu nepieciešamo drenāžas strāvas vērtību Es D kalpo kā rezistors, kas iekļauts avota ķēdē R S. Lauka tranzistora vārtu potenciāls ir vienāds ar šī rezistora apakšējā spailes potenciālu, tāpēc drenāžas strāva Es D, vārtu avota spriegums VGS un pretestība R S ir elementāri savienoti ar Ohma likumu:

Pretestības aprēķins R S lai iestatītu nepieciešamo drenāžas strāvu Es D lauka efekta tranzistoram ar zināmām sākotnējās drenāžas strāvas vērtībām Es DSS un atslēgšanas spriegums V GS (izslēgts) var iegūt arī, pamatojoties uz pārneses raksturlieluma izteiksmi (1) :

no kurienes mēs iegūstam vienlīdzību:

Sadalīsim abas vienlīdzības puses (6) ieslēgts R S un, ņemot vērā izteiksmi (5) , mēs iegūstam:

Attiecīgi pretestības vērtības izteiksme R S būs šādā formā:

Teorija un prakse

Pamatojoties uz iepriekš minētajiem matemātiskajiem aprēķiniem, ir loģiski pieņemt, ka, mērot sākotnējās drenāžas strāvas vērtības Es DSS un atslēgšanas spriegums V GS (izslēgts)— lauktranzistora ar vadību galvenie statiskie parametri p-n- pāreja uz vārtiem - jūs varat noteikt tranzistora pārneses raksturlieluma slīpumu noteiktā darbības punktā vai iestatīt tranzistora darbības punktu tā, lai iegūtu nepieciešamo slīpuma vērtību, aprēķinātu citu ķēdes elementu parametrus utt. Bet praktiskie rezultāti visbiežāk izrādās tālu no aprēķinātajiem.

Šī teorijas un prakses neatbilstība ir atzīmēta arī vairākās autoritatīvās publikācijās par lauka tranzistora darbības tēmu. Tā, piemēram, tajā pašā rindkopā ir arī apgalvojums, ka lauka efekta tranzistora pārneses īpašība "diezgan precīzi nosaka kvadrātiskā atkarība" pēc formulas (1) , un brīdinājums, ka praksē, izmantojot ierīci, tiek fiksēta atbilstošā atslēgšanas sprieguma vērtība V GS (izslēgts)ļoti grūti, un tāpēc vārtu avota spriegumu parasti mēra pie I D = 0,1 · I DSS un pēc tam aizstājot šīs vērtības formulā (1) , aprēķiniet atbilstošo izslēgšanas sprieguma vērtību, izmantojot formulu:

Ir arī atzīmēts, ka izmērītā atslēgšanas sprieguma vērtība V GS (izslēgts), pie kura noteces strāvas lielums Es D kļūst par nulli vai vienāds ar vairākiem mikroampēriem, "Ne vienmēr apmierinās vienlīdzība (1) , tāpēc ir ērtāk aprēķināt vērtību kā V GS funkciju un iegūto taisni ekstrapolēt uz pašreizējo vērtību I D =0″.

Tā kā mēs runājam par visvairāk precīza definīcija lauka tranzistora ar vadības ierīci pārneses raksturlielums p-n-pāreja uz vārtiem, tad atslēgšanas sprieguma vērtība V GS (izslēgts) konkrēts tranzistors ir svarīgs tikai kā parametrs izteiksmē (1) , kurā šī izteiksme visvairāk atbilst šī tranzistora faktiskajai pārsūtīšanas īpašībai. To pašu var teikt par sākotnējās drenāžas strāvas vērtību Es DSS. Tādējādi var izrādīties, ka tiešai lauka tranzistora statisko parametru mērīšanai nav lielas praktiskas nozīmes, jo šie parametri pietiekami precīzi neapraksta tranzistora pārneses raksturlielumu.

Praksē, projektējot pastiprinātāja pakāpju shēmas, kuru pamatā ir lauka efekta tranzistors ar vadību p-n- ieslēdzot vārtus, to darbības režīms nekad netiek izvēlēts tāds, lai būtu vārtu avota spriegums VGS bija tuvu atslēgšanas spriegumam V GS (izslēgts) vai uz nulli. Tāpēc nav nepieciešams aprakstīt pārneses raksturlielumu (1) visā garumā no I D = 0 pirms tam I D = I DSS, pietiek to izdarīt noteiktai darba zonai no I D1 = I D (V GS1) pirms tam I D2 = I D (V GS2). Lai to izdarītu, atrisināsim šādu problēmu.

Ļaujiet drenāžas strāvas vērtības iegūt ar mērījumu Es D1 Un Es D2 attiecīgi divām vārtu avota sprieguma vērtībām, kas atrodas viena no otras VGS1 Un VGS2:

Atrisinot vienādojumu sistēmu (9) Attiecībā uz sākotnējās drenāžas strāvas un atslēgšanas sprieguma vērtībām mēs iegūsim formulas parametrus, kas vairāk atbilst reālajam pārvades raksturlielumam (1) .

Pirmkārt, noteiksim vērtību. Lai to izdarītu, sadaliet otro vienādojumu ar pirmo tā, lai tas tiktu samazināts un mēs iegūtu vienu vienādojumu ar vienu nezināmo, kuru mēs atrisinām:

Tādējādi formulai vēlamā robežsprieguma vērtība (1) tiek noteikts ar izteiksmi:

Un atbilstošo sākotnējās drenāžas strāvas vērtību aprēķina, aizstājot to, kas iegūta pēc formulas (10) nogriešanas sprieguma vērtību šādā izteiksmē, kas iegūta no formulas (1) :

Eksperimentālie dati

Aprēķināts pēc formulām (10) Un (11) atslēgšanas sprieguma un sākotnējās drenāžas strāvas vērtības pēc aizstāšanas formulā (1) jāsniedz precīzāka šīs formulas atbilstība reāla lauka efekta tranzistora pārneses raksturlielumam. Lai to pārbaudītu, tika veikti divpadsmit četru veidu lauka tranzistoru parametru kontroles mērījumi - trīs katra veida tranzistori.

Katra tranzistora mērījumu secība bija šāda. Pirmkārt, tika izmērīta sākotnējā drenāžas strāva Es DSS un atslēgšanas spriegums V GS (izslēgts) lauka efekta tranzistors. Pēc tam tika izmērīti vārtu avota spriegumi VGS1 Un VGS2 divām atbilstošām drenāžas strāvas vērtībām Es D1 Un Es D2, nedaudz tālu no nulles vērtības pie V GS = V GS (izslēgts) un sākotnējā drenāžas strāva Es DSS. Aizstāšana VGS1, VGS2, Es D1 Un Es D2 formulās (10) Un (11) deva vajadzīgās vērtības un . Lai pēc tam varētu salīdzināt, kāds ir lauka efekta tranzistora parametru pāris, Es DSS Un V GS (izslēgts) vai un , - pēc aizstāšanas formulā (1) dod precīzāku šīs formulas atbilstību reāla lauka efekta tranzistora pārvades raksturlielumam, lauka tranzistora drenāžas strāva tika iestatīta aptuveni vienāda ar pusi no tā sākotnējās drenāžas strāvas izmērītās vērtības. Es DSS, tas ir, kaut kur tranzistora pārvades raksturlieluma vidū, kam seko šai strāvai atbilstošā vārtu avota sprieguma mērīšana. Šādā veidā iegūtās vērtības Es D0 Un VGS0 ir patvaļīgi izvēlēta lauka tranzistora darbības punkta koordinātas uz tā pārvades raksturlielumiem. Tagad atliek tikai aizstāt vērtību VGS0 formulā (1) vispirms ar pāris parametriem Es DSS Un V GS (izslēgts), un pēc tam ar un , un salīdziniet abas aprēķinātās drenāžas strāvas vērtības ar izmērīto Es D0.

Divpadsmit lauka efekta tranzistoru parametru mērījumu rezultāti ir parādīti tabulā zemāk.

№	Tranzistors	Statisko parametru izmērītās vērtības		Statisko parametru vērtības pēc formulām (10) Un (11)		VGS0, IN	Es D0, mA	Iztukšojiet pašreizējo vērtību Es D, aprēķina pēc formulas (1) ar parametriem Es DSS Un V GS (izslēgts)		Iztukšojiet pašreizējo vērtību I'D, aprēķina pēc formulas (1) ar parametriem I'DSS Un V'GS (izslēgts)
		Es DSS, mA	V GS (izslēgts), IN	I'DSS, mA	V'GS(izslēgts), IN			es D, mA	Kļūda, %	I'D mA	Kļūda, %
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

Kļūdu vērtības, kas izceltas ar krāsu, runā pašas par sevi. Ja salīdzinām pārneses raksturlielumu grafikus, kas ir līdzīgi tiem, kas parādīti 2. att, tad no vērtībām (; ) veidotā līnija ies daudz tuvāk punktam ( VGS0; Es D0) nekā konstruēts no izmērītajām atslēgšanas sprieguma un sākotnējās drenāžas strāvas vērtībām ( V GS (izslēgts); Es DSS).

Rezultāti būs vēl precīzāki, ja punkti ( VGS1; Es D1) Un ( VGS2; Es D2) ņem šaurāka lauka tranzistora pārvades raksturlieluma segmenta robežas, uz kuras tas darbosies reālā ķēdē. Īpaši jāatzīmē, ka šī metode lauka efekta tranzistoru statisko parametru noteikšana ir obligāta tranzistoriem ar lielu sākotnējo drenāžas strāvu, piemēram, tādiem J310.

©Zadorozhny Sergejs Mihailovičs, 2012, Kijeva

Literatūra:

1. Bočarovs L.N., " Lauka efekta tranzistori"; Maskava, izdevniecība "Radio un sakari", 1984;
2. Tietze U., Schenk K., “Pusvadītāju ķēdes tehnoloģija”; tulkojums no vācu valodas; Maskava, izdevniecība "Mir", 1982.

Cik bieži esat dzirdējuši šo vārdu MOS, MOSFET, MOS, lauka efekta tranzistors, MOS tranzistors, izolēts vārtu tranzistors? Jā, jā... tie visi ir sinonīmi un attiecas uz vienu un to pašu radioelementu.

Šāda radio elementa pilns nosaukums angļu valodā izklausās M un citi O xide S pusvadītājs F lauks E efekts T tranzistori (MOSFET), kas burtiskā tulkojumā izklausās kā metāla oksīda pusvadītāju lauka ietekmes tranzistors. Ja pārvērš to mūsu varenajā krievu valodā, izrādās, ka lauka efekta tranzistors ar struktūru Metāla oksīda pusvadītājs vai vienkārši MOSFET;-). Kāpēc MOSFET sauc arī MOS tranzistors Un ? Ar ko tas ir saistīts? Par šīm un citām lietām jūs uzzināsit mūsu rakstā. Nepārslēdzieties uz citu cilni! ;-)

MOSFET veidi

MOS tranzistoru saimē galvenokārt ir 4 veidi:

1) N-kanāls ar inducētu kanālu

2) P-kanāls ar inducētu kanālu

3) N-kanāls ar iebūvētu kanālu

4) P-kanāls ar iebūvētu kanālu

Kā jūs, iespējams, pamanījāt, vienīgā atšķirība ir paša kanāla apzīmējumā. Ar inducētu kanālu to norāda ar pārtrauktu līniju, bet ar integrētu kanālu to norāda ar nepārtrauktu līniju.

IN mūsdienu pasaule MOSFET ar iebūvētu kanālu tiek izmantoti arvien retāk, tāpēc savos rakstos mēs tos neskarsim, bet aplūkosim tikai N un P - kanālu tranzistorus ar inducētu kanālu.

No kurienes cēlies nosaukums “MOP”?

Sāksim savu rakstu sēriju par MOS tranzistoriem ar visizplatītāko N-kanālu MOS tranzistoru ar inducētu kanālu. Aiziet!

Ja paņemat plānu, plānu nazi un sagriežat MOS tranzistoru gareniski, jūs redzēsit šo attēlu:

Skatoties no ēdiena uz jūsu galda viedokļa, MOSFET izskatās vairāk kā sviestmaize. P-veida pusvadītājs ir biezs maizes gabals, dielektriķis ir plāns desas gabals, un virsū mēs uzliekam vēl vienu metāla kārtu - plānu siera šķēli. Un mēs saņemam šo sviestmaizi:

Kāda būs tranzistora struktūra no augšas uz leju? Siers ir metāls, desa ir dielektriķis, maize ir pusvadītājs. Tāpēc mēs iegūstam metālu-dielektrisku-pusvadītāju. Un, ja paņemat katra vārda pirmos burtus, jūs saņemsit MDP - M metāls- D un elektriķis- P pusvadītājs, vai ne? Tas nozīmē, ka šādu tranzistoru pēc pirmajiem burtiem var saukt par MOS tranzistoru ;-). Un tā kā kā dielektriķis tiek izmantots ļoti plāns silīcija oksīda (SiO 2) slānis, mēs varam teikt, ka tas ir gandrīz stikls, tad nosaukuma “dielektriķis” vietā viņi pieņēma nosaukumu “oksīds, oksīds”, un izrādījās M metāls- PARželeja- P Pusvadītājs, saīsināts kā MOS. Nu tagad viss ir nostājies savās vietās ;-)

MOSFET tranzistora uzbūve

Vēlreiz apskatīsim mūsu MOSFET struktūru:

Mums ir “ķieģelis” no P-vadītspējas pusvadītāju materiāla. Kā jūs atceraties, galvenie nesēji P veida pusvadītājā ir caurumi, tāpēc to koncentrācija ir šo materiālu daudz vairāk nekā elektroni. Bet elektroni atrodas arī P-pusvadītājā. Kā jūs atceraties, elektroni P-pusvadītājā ir nelieli mediji un to koncentrācija ir ļoti maza salīdzinājumā ar caurumiem. Tiek saukts P-pusvadītāja “ķieģelis”. Substrāti. Tas ir MOS tranzistora pamatā, jo uz tā tiek izveidoti citi slāņi. No pamatnes iznāk tapa ar tādu pašu nosaukumu.

Pārējie slāņi ir N+ tipa materiāls, dielektrisks, metāls. Kāpēc N+, nevis tikai N? Fakts ir tāds, ka šis materiāls ir stipri leģēts, tas ir, elektronu koncentrācija šajā pusvadītājā ir ļoti augsta. No N+ tipa pusvadītājiem, kas atrodas malās, ir divi spailes: Source un Drain.

Starp avotu un noteku caur dielektriķi atrodas metāla plāksne, no kuras nāk izeja un ko sauc par vārtiem. Starp vārtiem un citiem termināliem nav elektriska savienojuma. Vārti parasti ir izolēti no visiem tranzistora spailēm, tāpēc to sauc arī par MOSFET izolēts vārtu tranzistors.

MOSFET substrāts

Tātad, aplūkojot attēlu augšā, redzam, ka MOSFET ķēdē ir 4 spailes (Source, Drain, Gate, Substrate), bet patiesībā ir tikai 3. Kāds ir joks? Lieta ir tāda, ka substrāts parasti ir savienots ar avotu. Dažreiz tas tiek darīts jau pašā tranzistorā izstrādes stadijā. Tā kā Avots ir savienots ar Substrātu, mēs izveidojam diode starp Drain un Avotu, kas dažreiz pat nav norādīta diagrammās, bet vienmēr atrodas:

Tāpēc, pievienojot MOS tranzistoru ķēdei, ir jāievēro izvads.

MOSFET tranzistora darbības princips

Šeit viss ir tāpat kā iekšā. Avots ir izeja, no kuras galvenie lādiņnesēji sāk savu ceļu, Drain ir izeja, kur tie plūst, un vārti ir izeja, ar kuru mēs kontrolējam galveno nesēju plūsmu.

Pieņemsim, ka Shutter vēl nekur nav pievienots. Lai sakārtotu elektronu kustību caur avota aizplūšanu, mums ir nepieciešams Bat barošanas avots:

Ja mēs uzskatām mūsu tranzistoru no diožu viedokļa, pamatojoties uz tiem, tad mēs varam uzzīmēt līdzvērtīgu shēmu mūsu zīmējumam. Tas izskatīsies šādi:

Kur

I-Source, P-Substrāts, S-Sink.

Kā redzat, diode VD2 ir apgriezta, tāpēc elektrība tas nekur neplūdīs.

Tātad, šajā shēmā

nav sagaidāma elektriskās strāvas kustība.

BET…

Kanāla indukcija MOSFET

Ja Vārtiem pieliekat noteiktu spriegumu, substrātā sākas maģiskas pārvērtības. Tas sākas inducēts kanāls.

Indukcija, indukcija - tas burtiski nozīmē “vadība”, “ietekme”. Šis termins attiecas uz kādas īpašības vai aktivitātes ierosināšanu objektā aizraujoša subjekta (induktora) klātbūtnē, bet bez tieša kontakta (piemēram, caur elektrisko lauku). Pēdējam izteicienam mums ir dziļāka nozīme: "caur elektrisko lauku".

Mums arī nenāktu par ļaunu atcerēties, kā uzvedas dažādu zīmju lādiņi. Tie, kuri nespēlēja jūras kauju pie pēdējā galda fizikā un nespļāva papīra bumbiņas caur lodīšu pildspalvas korpusu saviem klasesbiedriem, droši vien atcerēsies, ka līdzīgi lādiņi atgrūž un atšķirībā no lādiņiem pievelk:

Balstoties uz šo principu, divdesmitā gadsimta sākumā zinātnieki izdomāja, kur to visu varētu pielietot, un radīja ģeniālu radioelementu. Izrādās, ka pietiek pielikt Vārtiem pozitīvu spriegumu attiecībā pret Avotu, un uzreiz zem vārtiem rodas elektriskais lauks. Un tā kā vārtiem mēs pieliekam pozitīvu spriegumu, tas nozīmē, ka tie tiks pozitīvi uzlādēti, vai ne?

Tā kā mūsu dielektriskais slānis ir ļoti plāns, tāpēc elektriskais lauks ietekmēs arī substrātu, kurā ir daudz vairāk caurumu nekā elektronu. Un tā kā Vārtiem ir pozitīvs potenciāls un caurumiem ir pozitīvs lādiņš, tāpēc līdzīgi lādiņi atgrūž un atšķirībā no lādiņiem piesaista. Attēls pagaidām izskatīsies šādi bez strāvas avota starp avotu un kanalizāciju:

Caurumi bēg prom no vārtiem un tuvāk substrāta izejai, jo līdzīgi lādiņi atgrūž, un elektroni, gluži pretēji, cenšas nokļūt vārtu metāla plāksnē, bet tos novērš dielektriķis, kas neļauj tiem atkal apvienoties ar Vārtiem un izlīdzināt potenciālu līdz nullei. Tāpēc elektroniem nekas cits neatliek, kā vienkārši izveidot Bābeles pandemoniju dielektriskā slāņa tuvumā.

Rezultātā attēls izskatīsies šādi:

Vai tu esi to redzējis? Avots un Drain ir savienoti ar plānu elektronu kanālu! Runā, ka šāds kanāls tika inducēts tranzistora aizbīdņu radītā elektriskā lauka dēļ.

Tā kā šis kanāls savieno Source un Drain, kas ir izgatavoti no N+ pusvadītāja, tāpēc mums ir N-kanāls. Un tādu tranzistoru jau sauks N-kanālu MOSFET. Ja lasāt rakstu vadītāji un dielektriķi, tad droši vien atceraties, ka vadītājā ir daudz brīvo elektronu. Tā kā noteku un avotu savienoja liela skaita elektronu tilts, tāpēc šis kanāls kļuva par elektriskās strāvas vadītāju. Vienkārši sakot, starp Avotu un Drenu ir izveidojies “vads”, pa kuru var plūst elektriskā strāva.

Izrādās, ka, ja mēs pieliekam spriegumu starp drenāžu un avotu ar inducētu kanālu, mēs varam redzēt šo attēlu:

Kā redzat, ķēde kļūst slēgta un ķēdē sāk klusi plūst elektriskā strāva.

Bet tas vēl nav viss! Jo spēcīgāks elektriskais lauks, jo lielāka elektronu koncentrācija, jo biezāks ir kanāls. Kā padarīt laukumu spēcīgāku? Pietiek pielikt lielāku spriegumu Vārtiem;-) Pieliekot Vārtiem lielāku spriegumu, izmantojot Bat2, mēs palielinām kanāla biezumu, līdz ar to arī tā vadītspēju! Or vienkāršos vārdos, mēs varam mainīt kanāla pretestību, “spēlējoties” ar vārtu spriegumu;-) Nu, tas nevar būt izcilāk!

P-kanāla MOSFET darbība

Mūsu rakstā mēs analizējām N-kanāla MOSFET ar inducētu kanālu. Ir arī P-kanāla MOSFET ar inducētu kanālu. P-kanāls darbojas tieši tāpat kā N-kanāls, taču visa atšķirība ir tā, ka galvenie nesēji būs caurumi. Šajā gadījumā mēs mainām visus ķēdes spriegumus uz apgrieztiem, atšķirībā no N-kanāla tranzistora:

Es atradu ļoti labu video vietnē YouTube, kurā izskaidrota MOSFET darbība. Ieteicamā apskate (nevis reklāma):

Šāda veida tranzistoros vārti ir atdalīti no pusvadītāja ar dielektriķa slāni, kas parasti ir silīcija dioksīds silīcija ierīcēs. Šie tranzistori ir saīsināti kā MOS (metāla oksīda pusvadītājs) un MIS (metāla-dielektriskais pusvadītājs). Angļu valodas literatūrā tos parasti saīsina kā MOSFET vai MISFET (Metal-Oxide (Izolators)-Semiconductor FET).

Savukārt MOS tranzistori tiek iedalīti divos veidos.

Tā sauktajā tranzistori ar iebūvētu (savu) kanālu (izsīkšanas tipa tranzistors) un pirms vārtiem tiek padots, ir kanāls, kas savieno avotu un kanalizāciju.

Tā sauktajā tranzistori ar inducētu kanālu (bagātināts tranzistors) trūkst iepriekš minētā kanāla.

MOS tranzistoriem ir raksturīga ļoti augsta ieejas pretestība. Strādājot ar šādiem tranzistoriem, ir jāveic īpaši pasākumi aizsardzībai pret statisko elektrību. Piemēram, lodējot, visiem vadiem jābūt īssavienojumiem.

MOS tranzistors ar iebūvētu kanālu.

Kanālam var būt gan p-tipa, gan n-tipa vadītspēja. Lai būtu precīzāk, apskatīsim tranzistoru ar p veida kanālu. Sniegsim shematisku tranzistora uzbūves attēlojumu (1.97. att.), parasto grafisko apzīmējumu tranzistoram ar p veida kanālu (1.98. att., a) un ar n veida kanālu (1.98. att., b). ). Bultiņa, kā parasti, norāda virzienu no slāņa p uz slāni n.

Attiecīgais tranzistors (sk. 1.97. att.) var darboties divos režīmos: izsīkšanas un bagātināšanas.

Iztukšošanās režīms atbilst pozitīvai ultraskaņai. Palielinoties, caurumu koncentrācija kanālā samazinās (jo vārtu potenciāls ir lielāks par avota potenciālu), kas noved pie drenāžas strāvas samazināšanās.

Parādīsim tranzistora savienojuma shēmu (1.99. att.).

Drenāžu ietekmē ne tikai ultraskaņa, bet arī starp substrātu un ultraskaņas avotu. Tomēr vārtu vadība vienmēr ir vēlama, jo ieejas strāvas ir daudz zemākas. Turklāt klātbūtne uz pamatnes samazina stāvumu.

Substrāts veido p-n savienojumu ar avotu, kanalizāciju un kanālu. Izmantojot tranzistoru, ir jāuzmanās, lai krustojums netiktu novirzīts uz priekšu. Praksē substrāts ir savienots ar avotu (kā parādīts diagrammā) vai ar ķēdes punktu, kura potenciāls ir lielāks par avota potenciālu (iepriekšminētajā ķēdē drenāžas potenciāls ir mazāks par avota potenciālu).

Attēlosim MOS tranzistora (iebūvēts p-kanāls) tipa KP201L izejas raksturlielumus (1.100. att.) un tā drenāžas raksturlielumus (1.101. att.).

MOS tranzistors ar inducētu (inducētu) kanālu.

Kanālam var būt gan p-tipa, gan n-tipa vadītspēja. Lai būtu precīzāk, apskatīsim tranzistoru ar p veida kanālu. Sniegsim shematisku tranzistora uzbūves attēlojumu (1.102. att.), parasto grafisko apzīmējumu tranzistoram ar inducētu p veida kanālu (1.103. att., a) un n veida kanālu (1.103. att.), b).

Pie nulles sprieguma nav uzi kanāla (1.102. att.) un drenāža ir nulle. Tranzistors var darboties tikai bagātināšanas režīmā, kas atbilst negatīvai ultraskaņai. Šajā gadījumā ufrom > 0. Ja ir izpildīta nevienādība ufrom>u no sliekšņa, kur u no sliekšņa ir tā sauktais sliekšņa spriegums, tad starp avotu un noteci parādās p veida kanāls, pa kuru var plūst strāva.

P-tipa kanāls rodas tāpēc, ka cauruma koncentrācija zem vārtiem palielinās un elektronu koncentrācija samazinās, izraisot caurumu koncentrāciju, kas ir lielāka par elektronu koncentrāciju.

Aprakstīto vadītspējas veida maiņas fenomenu sauc par vadītspējas tipa inversiju, un pusvadītāju slāni, kurā tā notiek (un kas ir kanāls), sauc par apgriezto (inversiju). Tieši zem apgrieztā slāņa veidojas slānis, kas noplicināts no mobilo lādiņu nesējiem. Apgrieztais slānis ir daudz plānāks nekā noplicinātais slānis (apgrieztā slāņa biezums ir 1 × 10 – 9 ... 5 × 10 – 9 m, un noplicinātā slāņa biezums ir 10 vai vairāk reižu lielāks).

Attēlosim tranzistora komutācijas ķēdi (1.104. att.), izejas raksturlielumus (1.105. att.) un drenāžas raksturlielumus (1.106. att.) MOS tranzistoram ar inducētu p-kanālu KP301B.

Ir lietderīgi atzīmēt, ka Micro-Cap II programmatūras pakotne izmanto to pašu matemātiskais modelis(bet, protams, ar dažādiem parametriem).