Çalışması, bir yarı iletken malzemenin direncinin enine bir elektrik alan tarafından modülasyonuna dayanan yarı iletken cihazlara alan etkili transistörler denir. Bir elektrik akımının (elektronlar veya delikler) oluşturulmasında yer alan yalnızca bir tür yük taşıyıcıya sahiptirler.

Alan etkili transistörler iki tiptedir: kontrol p-n bağlantılı ve metal-dielektrik-yarı iletken yapılı (MIS transistörler).

Pirinç. 2.37. Bir kontrol (a) ile alan etkili bir transistörün basitleştirilmiş yapısı; bir n-tipi kanala (b) ve bir p-tipi kanala (c) sahip olan bir transistörün sembolleri; tipik yapılar (d, e): ile transistör yapısı artan performans(e)

Kontrol p-n bağlantısına sahip bir transistör (Şekil 2.37), uçlarından iki sonucun yapıldığı - boşaltma ve kaynak elektrotları - belirli bir elektrik iletkenliğine sahip yarı iletken bir malzemenin bir plakasıdır (bölümü). Plaka boyunca, üçüncü bir sonucun çizildiği bir elektrik bağlantısı (p-n bağlantısı veya Schottky bariyeri) yapılır - bir panjur.

Harici voltajlar, bir elektrik akımının boşaltma ve kaynak elektrotları arasında akacağı ve kapıya uygulanan voltajın elektrik bağlantısını ters yönde bastıracağı şekilde uygulanır. Kanal adı verilen elektrik bağlantısının altında bulunan bölgenin direnci kapı gerilimine bağlıdır. Bunun nedeni, kendisine uygulanan ters voltajın artmasıyla geçişin boyutlarının artması ve yük taşıyıcıların tükendiği bölgedeki artışın kanalın elektrik direncinde bir artışa yol açmasıdır.

Bu nedenle, alan etkili bir transistörün bir kontrol p-n bağlantısıyla çalışması, ters voltajın etkisi altında meydana gelen ana yük taşıyıcılarının tükendiği bölgenin boyutundaki bir değişiklik nedeniyle kanal direncindeki bir değişikliğe dayanır. kapıya uygulanır.

Kanalda ana yük taşıyıcıların hareket etmeye başladığı elektrota kaynak, ana yük taşıyıcıların hareket ettiği elektrota ise drenaj adı verilir. Kontrol p-n bağlantı noktasına sahip alan etkili bir transistörün basitleştirilmiş bir yapısı, şekil 2'de gösterilmektedir. 2.37 bir. Semboller şek. 2.37, b, c ve ticari olarak üretilen alan etkili transistörlerin yapıları şekil 1'de gösterilmiştir. 2.37, Bay e.

Bir yarı iletken plakada, örneğin n-tipinde p-tipi elektriksel iletkenliğe sahip bölgeler oluşturulursa, p-n bağlantısına onu ters yönde bastıran bir voltaj uygulandığında, ana yük tarafından tüketilen bölgeler oluşur. taşıyıcılar (Şekil 2.37, a). Akım sadece eklemler arasındaki dar kanaldan aktığı için kaynak ve boşaltma elektrotları arasındaki yarı iletkenin direnci artar. Geçit kaynağı voltajındaki bir değişiklik, uzay şarj bölgesinin boyutunda (boyutlarında) bir değişikliğe, yani kanal direncinde bir değişikliğe yol açar. Kanal neredeyse tamamen bloke edilebilir ve ardından kaynak ile tahliye arasındaki direnç çok yüksek olacaktır (birkaç - on).

Boşaltma akımının önceden belirlenmiş bir düşük değere ulaştığı kapı ve kaynak arasındaki gerilime FET kesme gerilimi denir. Kesin olarak, kesme voltajında ​​​​transistör tamamen kapanmalıdır, ancak sızıntıların varlığı ve özellikle küçük akımları ölçmenin zorluğu, kesme voltajını akımın belirli bir küçük değere ulaştığı voltaj olarak düşünmemize neden olur. Bu nedenle teknik özelliklerde transistörün hangi dren akımında ölçüm yapıldığı belirtilir.

Pn bağlantısının genişliği ayrıca kanaldan geçen akıma da bağlıdır. Örneğin, (Şekil 2.37, a), o zaman transistörden akan akım, ikincisinin uzunluğu boyunca bir voltaj düşüşü yaratacak ve bu da geçit kanalı geçişini bloke edecektir.

Pirinç. 2.38. Kontrol giriş karakteristiği (6) ve iletim karakteristiği (stok kapısı) (c) ile alan etkili bir transistörün çıkış özellikleri: I - dik bölge; II - düz alan veya doygunluk alanı; III - arıza alanı

Bu, genişliğin artmasına ve buna bağlı olarak kanalın kesitinde ve iletkenliğinde azalmaya yol açar ve p-n bağlantısının genişliği, neden olduğu en büyük voltaj düşüşünün olacağı drenaj bölgesine yaklaştıkça artar. kanal direncindeki akım. Bu nedenle, transistörün direncinin yalnızca kanalın direnci tarafından belirlendiğini varsayarsak, o zaman p-n bağlantısının kaynağa bakan kenarında voltaj etki edecek ve drenaja bakan kenarda voltaj hareket edecektir. . Düşük voltaj değerlerinde ve küçük, transistör doğrusal bir direnç gibi davranır. Bir artış, neredeyse doğrusal bir artışa yol açar ve bir azalma, karşılık gelen bir azalmaya yol açar. Karakteristik büyüdükçe, drenaj ucundaki kanalın daralmasıyla ilişkili olan doğrusal olandan giderek daha fazla sapar. Akımın belirli bir değerinde, bununla karakterize edilen sözde doyma modu meydana gelir (Şekil 2.38, a'daki II. Bölüm). akım arttıkça akım biraz değişir. Bunun nedeni, yüksek voltajda, tahliyedeki kanalın dar bir boyuna daralmasıdır. Akımdaki bir artışın ve bir artışın kanalın daha da daralmasına ve buna bağlı olarak akımda bir azalmaya neden olduğu bir tür dinamik denge oluşur. Sonuç olarak, ikincisi neredeyse sabit kalır. Doymanın meydana geldiği gerilime doyma gerilimi denir. Bu, Şekil l'den görülebileceği gibi. , voltaj değiştikçe değişir. Tahliye çıkışındaki kanal genişliği üzerindeki etki hemen hemen aynı olduğundan, o zaman

Bu nedenle, düşük bir voltajda belirlenen kesme voltajı sayısal olarak doyma voltajına eşittir ve belirli bir geçit voltajındaki doyma voltajı, kesme voltajı ile geçit kaynağı voltajı arasındaki farka eşittir.

Boşaltma ucunun voltajında ​​​​önemli bir artışla, p-n bağlantısının bozulması gözlenir.

Bir alan etkili transistörün çıkış karakteristiklerinde OA ve OB olmak üzere iki çalışma alanı ayırt edilebilir. OA bölgesi dik karakteristik bölge, AB bölgesi düz veya doyma bölgesi olarak adlandırılır. Dik bölgede, transistör omik kontrollü bir direnç olarak kullanılabilir. Yükseltme aşamalarında, transistör, özelliğin düz bir bölümünde çalışır. B noktasının ötesinde, elektriksel geçişin bozulması meydana gelir.

Kontrol bağlantı noktasına sahip bir alan etkili transistörün giriş özelliği (Şekil 2.38, b), bağlantı noktasının volt-amper özelliğinin ters dalıdır. Kapı akımı voltajla biraz değişse ve kaynak ve boşaltma terminallerinin (kapı kaçak akımı) kısa devresi durumunda en yüksek değerine ulaşsa da, çoğu durumda ihmal edilebilir. Voltajdaki bir değişiklik, ters akım bağlantısı için tipik olan geçit akımında önemli değişikliklere neden olmaz.

Akım-gerilim karakteristiğinin düz bir bölgesinde çalışırken, belirli bir voltajdaki 11sh boşaltma akımı ifadeden belirlenir.

ilk boşaltma akımı nerede, altında akım ve boşaltma gerilimi doyma gerilimini aşar: .

Alan etkili transistör, kapı voltajı tarafından kontrol edildiğinden, karakteristik özelliğin dikliği, geçidin kontrol eylemini ölçmek için kullanılır.

Karakteristiğin dikliği maksimum değerine ulaşır. Herhangi bir voltajda S'nin değerini belirlemek için, ifadeyi farklılaştırıyoruz

için ifade (2.73) şu şekli alır:

(1.74) ifadesini (1.73) yerine koyarak, elde ederiz.

Böylece, bir alan etkili transistörün karakteristiğinin eğimi, kapısına uygulanan voltajın artmasıyla azalır.

Karakteristiğin dikliğinin başlangıç ​​değeri, bir grafik-analitik yöntemle belirlenebilir. Bunu yapmak için, drenaj kapağı karakteristiğine bir noktadan bir teğet çiziyoruz (Şekil 2.38.c). Gerilme ekseni üzerinde bir parça kesecek ve eğimi değerini belirleyecektir.

Alan etkili transistörlerin yükseltme özellikleri, kazanç ile karakterize edilir.

bu, karakteristik eğimi ve denklem ile iç direnç ile ilgilidir , burada transistörün diferansiyel iç direncidir.

Aslında genel olarak.

ve 'de eşzamanlı değişiklik varsa, o zaman nereden

Bipolar transistörlerde olduğu gibi, alan etkili transistörler de büyük ve küçük sinyal modlarını birbirinden ayırır. Büyük sinyal modu çoğunlukla transistörün giriş ve çıkış özellikleri ve Şekil 1'deki eşdeğer devre kullanılarak hesaplanır. 2.39, bir. Küçük sinyal rejimini analiz etmek için, küçük sinyal eşdeğer devreleri yaygın olarak Şekil 1'de kullanılmaktadır. 2.39, b-g (p tipi kanallı transistör). Silikon alan etkili transistörlerdeki kapalı bağlantıların dirençleri büyük olduğundan (onlarca ila yüzlerce MΩ), çoğu durumda göz ardı edilebilirler. Pratik hesaplamalar için, Şekil 1'deki eşdeğer devre en uygunudur. 2.39, d, transistörlerde meydana gelen gerçek fiziksel süreçleri çok daha kötü yansıtsa da. Devredeki tüm kapı kapasitansları, ortalama eşdeğer direnç üzerinden yüklenen bir eşdeğer kapasitans C "ile değiştirilir.

Pirinç. 2.39. Doğru akım (a) için bir kontrol p-n bağlantı noktasına sahip bir alan etkili transistörün basitleştirilmiş eşdeğer devresi; küçük sinyal eşdeğer devreleri: tamamlanmış (b), basitleştirilmiş (c), değiştirilmiş (d).

Karakteristiklerin dik bölgesindeki statik dirence eşit olduğunu varsayabiliriz - belirli bir drenaj kaynağı voltajında, doyma voltajından daha düşük, transistörün açık durumunda drenaj ve kaynak arasındaki direnç. Geçit direnci (ohmik), büyük değeri (on-yüz) nedeniyle göz ardı edilebilecek eşdeğer direnç tarafından yansıtılır.

Eşdeğer devrede yer alan silikon transistörlerin parametrelerinin tipik değerleri: .

Alan etkili transistörün kapasitanslarının yanı sıra kanaldaki yük taşıyıcılarının son hızı, atalet özelliklerini belirler. İlk yaklaşımdaki transistörün ataleti, karakteristiğin operatör eğimi tanıtılarak dikkate alınır.

karakteristik eğiminin statik değerinin 0.7 seviyesinde belirlenen sınırlayıcı frekans nerede.

Sıcaklık değiştiğinde, aşağıdaki faktörlerin etkisine bağlı olarak kontrollü alan etkili transistörlerin parametreleri ve özellikleri değişir: kapalı bir p-n-bağlantısının ters akımındaki değişiklikler; Temas potansiyel farkındaki değişiklikler, kanalın özdirencindeki değişiklikler.

Kapalı olandaki ters akım, artan sıcaklıkla katlanarak artar. Kabaca, sıcaklığın 6-8 C artmasıyla ikiye katlandığı düşünülebilir. Transistör kapı devresinde büyük bir dış direnç varsa, o zaman değişen bir akımın neden olduğu voltaj düşüşü, önemli ölçüde değiştirebilir. kapı gerilimi.

Temas potansiyel farkı, sıcaklıktaki bir artışla yaklaşık olarak azalır. Sabit bir kapı voltajı ile bu, drenaj akımında bir artışa yol açar. Kesme gerilimi düşük olan transistörler için bu etki baskındır ve boşaltma akımındaki değişimler pozitif olacaktır.

Kanal özdirencindeki değişimi karakterize eden sıcaklık katsayısı pozitif olduğundan, artan sıcaklıkla boşaltma akımı azalır. Bu olasılığı açar doğru seçim transistörün çalışma noktasının konumları, kontak potansiyel farkı ve kanal özdirencindeki değişikliklerin neden olduğu akım değişikliklerini karşılıklı olarak dengeler. Sonuç olarak, tahliye akımı geniş bir sıcaklık aralığında neredeyse sabit olacaktır.

Sıcaklık değişimleri ile akış hızındaki değişimin minimum olduğu çalışma noktasına termostabil nokta denir. Yaklaşık konumu denklemden bulunabilir.

(2.78)'den, termal olarak kararlı bir noktadaki özelliğin önemli bir dikliği ile küçük olduğu ve transistörden düşük voltajla çalışırken olduğundan çok daha düşük bir kazanç elde edilebileceği görülebilir.

Pirinç. 2.40. Bir alan etkili transistörün devrelere dahil edilmesi: a - ortak bir kaynakla; b - ortak bir tahliye ile

Silikon bazında yapılan modern alan etkili transistörler, 120-150 C sıcaklığa kadar çalışabilir. Ortak bir kaynak ve ortak bir tahliye ile yükseltme aşamalarının devrelerine dahil edilmeleri, Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.40, a, b. Sabit voltaj, kanal direncinin belirli bir değerini ve belirli bir boşaltma akımını sağlar. Yükseltilmiş bir giriş voltajı uygulandığında, kapı potansiyeli değişir ve drenaj ve kaynak akımlarının yanı sıra direnç R üzerindeki voltaj düşüşü buna göre değişir.

Direnç R boyunca büyük bir değerde voltaj düşüşünün artışı, giriş voltajının artışlarından çok daha fazladır. Bu, sinyali güçlendirir. Düşük yaygınlık nedeniyle, ortak bir deklanşörle açma gösterilmez. Kanalın elektriksel iletkenlik türünü değiştirdiğinizde, eşdeğer devreler de dahil olmak üzere yalnızca uygulanan gerilimlerin kutupları ve akımların yönü değişir.

Kontrol p-n bağlantısına sahip alan etkili transistörlerin bipolar olanlara göre ana avantajları, yüksek giriş direnci, düşük gürültü, üretim kolaylığı ve açık bir transistörün kaynağı ile tahliyesi arasında açık durumda artık voltajın olmamasıdır.

MIS transistörleri iki tip olabilir: yerleşik kanallara sahip transistörler (kanal üretim sırasında oluşturulur) ve indüklenmiş kanallara sahip transistörler (kanal, kontrol elektrotlarına uygulanan voltajın etkisi altında görünür).

Birinci tip transistörler, hem şarj taşıyıcılarla kanalın tükenme modunda hem de zenginleştirme modunda çalışabilir. İkinci tip transistörler yalnızca zenginleştirme modunda kullanılabilir. MIS transistörlerinde, kontrol p-n bağlantısına sahip transistörlerin aksine, metal kapı yarı iletkenden bir dielektrik katmanla izole edilir ve üzerinde cihazın yapıldığı kristalden substrat adı verilen ek bir çıktı vardır (Şekil 2.41).

Pirinç. 2.41. MIS transistörünün yapıları: a - indüklenmiş kanallı düzlemsel transistör. b - yerleşik kanallı düzlemsel transistör; , transistör - ve .

Pirinç. 2.42. Yük taşıyıcıların yüzey tabakasındaki dağılımı

Kontrol voltajı, hem kapı ile alt tabaka arasında hem de alt tabaka ve geçitten bağımsız olarak uygulanabilir. Ortaya çıkan elektrik alanın etkisi altında, indüklenmiş bir kanala sahip bir transistörde elektronların yüzeyden yarı iletkenin derinliğine doğru itilmesi nedeniyle yarı iletken yüzeyinin yakınında bir tip kanal belirir. Dahili kanalı olan bir transistörde, mevcut kanal genişletilir veya daraltılır. Kontrol voltajının değiştirilmesi, kanal genişliğini ve buna bağlı olarak transistörün direncini ve akımını değiştirir.

MIS transistörlerinin önemli bir avantajı, Ohm değerlerine ulaşan yüksek giriş direncidir (Ohm kontrol bağlantı noktasına sahip transistörler için).

Bir MIS transistörünün indüklenmiş bir -kanal ile çalışmasını daha ayrıntılı olarak ele alalım. Transistörün kaynak malzemesi olarak -tipi elektriksel iletkenliğe sahip silikon kullanılsın. Dielektrik filmin rolü silikon dioksit tarafından gerçekleştirilir. Önyargı olmadığında, bir yarı iletkenin yüzeye yakın tabakası genellikle elektronlarla zenginleştirilir (Şekil 2.42, a). Bunun nedeni, silikonun önceki oksidasyonunun ve bunun fotolitografik işlenmesinin bir sonucu olan dielektrik filmde pozitif yüklü iyonların varlığından ve arayüzde tuzakların varlığından kaynaklanmaktadır. Tuzakların, bant boşluğunun derinliklerinde, ortasına yakın bir yerde bulunan bir dizi enerji seviyesi olduğunu hatırlayın.

Kapıya negatif voltaj uygulandığında, yüzeye yakın katmanın elektronları yarı iletkenin derinliklerine itilir ve delikler yüzeye doğru hareket eder. Yüzey tabakası delik elektrik iletkenliği kazanır (Şekil 2.42, b). Drenajı kaynağa bağlayan ince bir ters katman görünür. Bu katman bir kanal görevi görür. Kaynak ile tahliye arasına bir voltaj uygulanırsa, kanal boyunca hareket eden delikler bir tahliye akımı oluşturur. Geçit voltajını değiştirerek kanalı genişletmek veya daraltmak ve böylece boşaltma akımını artırmak veya azaltmak mümkündür.

Kanalın indüklendiği kapı voltajına eşik voltajı denir. Kanal kademeli olarak göründüğünden, kapı voltajı arttıkça, tanımındaki belirsizliği ortadan kaldırmak için, genellikle belirli bir drenaj akımı değeri ayarlanır, bunun üzerinde kapı potansiyelinin eşik voltajına ulaştığı kabul edilir.

Yarı iletken yüzeye olan mesafe arttıkça, indüklenen deliklerin konsantrasyonu azalır. Yaklaşık olarak kanal kalınlığına eşit bir mesafede, elektriksel iletkenlik içsel hale gelir. Daha sonra ana yük taşıyıcılarının tükendiği kısım gelir (-geçiş). Onun sayesinde drenaj, kaynak ve kanal alt tabakadan izole edilir; - bağlantı, uygulanan voltaj tarafından ters yönde bastırılır. Açıkçası, transistörün boşaltma ve kaynak elektrotlarına göre substrata ek voltaj uygulanarak genişliği ve kanal genişliği değiştirilebilir. Bu nedenle, boşaltma akımı sadece geçit voltajı değiştirilerek değil, aynı zamanda alt tabaka voltajı değiştirilerek de kontrol edilebilir. Bu durumda, MOS transistörünün kontrolü, bir kontrol bağlantı noktasına sahip bir alan etkili transistörün kontrolüne benzer. Bir kanal oluşturmak için, daha büyük bir voltaj.

Ters tabakanın kalınlığı, tükenmiş tabakanın kalınlığından çok daha azdır. İkincisi yüzlerce - binlerce nm ise, indüklenen kanalın kalınlığı yalnızca 1-5 nm'dir. Başka bir deyişle, indüklenen kanalın delikleri yarı iletkenin yüzeyine "bastırılır", bu nedenle yarı iletken-yalıtkan arayüzünün yapısı ve özellikleri MIS transistörlerinde çok önemli bir rol oynar.

Kanalı oluşturan delikler, yalnızca az sayıda bulundukları ve nispeten yavaş üretildikleri -tipi substrattan değil, aynı zamanda konsantrasyonlarının pratik olarak sınırsız olduğu kaynak ve drenaj tipi katmanlardan ve alandan girer. Bu elektrotların yakınındaki güç oldukça yüksektir.

Dahili kanallı transistörlerde, boşaltma devresindeki akım da sıfır geçit geriliminde akacaktır. Durdurmak için, kapıya kesme voltajına eşit veya daha yüksek bir pozitif voltaj (-tipi kanal yapısı ile) uygulamak gerekir. Bu durumda, ters katmandan gelen delikler neredeyse tamamen yarı iletkenin derinliğine zorlanacak ve kanal kaybolacaktır. Negatif voltaj uygulandığında kanal genişler ve akım artar. Böylece. Yerleşik kanallara sahip MOS transistörler, hem tükenme hem de zenginleştirme modlarında çalışır.

Pirinç. 2.43. Akım (a) akışı sırasında değişen kanal genişliğine sahip MIS transistörünün yapısı; indüklenmiş (b) ve yerleşik (c) kanallarla çıkış özellikleri: I dik bölge; II - düz alan veya doygunluk alanı; III - arıza alanı; 1 - öğle yemeği katmanı

Kontrol bağlantı noktasına sahip alan etkili transistörler gibi, düşük voltajlardaki (Şekil 2.43, b, c bölgesinde) MIS transistörleri doğrusal kontrollü bir direnç gibi davranır. Voltaj arttıkça, kanal genişliği, üzerindeki voltaj düşüşü ve sonuçta ortaya çıkan elektrik alanındaki bir değişiklik nedeniyle azalır. Bu, özellikle kanalın drenajın yakınında bulunan kısmında belirgindir (Şekil 2.43, a). Akımın yarattığı voltaj düşüşleri, elektrik alan şiddetinin kanal boyunca eşit olmayan bir şekilde dağılmasına neden olur ve drenaja yaklaştıkça artar. Gerilim altında, drenajın yanındaki kanal o kadar daralır ki, gerilimdeki bir artış kanalın genişliğinde bir azalmaya ve direncinde bir artışa neden olduğunda dinamik bir denge oluşur. Sonuç olarak, voltajda daha fazla bir artışla akım çok az değişir. Gerilime bağlı olarak kanal genişliğini değiştirmeye yönelik bu işlemler, kontrol p-n bağlantı noktasına sahip alan etkili transistörlerdeki ile aynıdır.

MIS transistörlerinin çıkış özellikleri, kontrollü alan etkili transistörlerinkine benzer (Şekil 2.43, b, c). Dik ve düz bölgelere ayrılabileceği gibi arıza bölgesine de ayrılabilirler. Dik bir bölgede, MIS transistörü elektriksel olarak kontrol edilen bir direnç görevi görebilir. II. düz bölge genellikle yükseltici basamakların yapımında kullanılır. MIS transistörlerinin akım-gerilim karakteristiklerinin analitik yaklaşımları çok uygun değildir ve mühendislik uygulamalarında nadiren kullanılır. Doyma bölgesindeki drenaj akımının yaklaşık tahminleri için denklemi kullanabilirsiniz.

Yerleşik kanallı transistörler için, voltaj işaretlerini değiştirir ve dikkate alırsak denklemler (2.79) kullanılabilir ve .. Belirli bir ölçüm modu için alan etkili bir transistörün parametrelerini karakterize ederler. Şekil 1'de bir eşdeğer devre ile temsil edilir. 2.44, e.Transistörün özelliklerini daha kötü yansıtır, ancak parametreleri bilinir veya kolayca ölçülebilir (giriş kapasitansı, kapasitans yoluyla, çıkış kapasitansı).

MOS transistörlerin özelliklerinin eğimi için operatör denklemi, kontrol sinyalli alan etkili transistörlerle aynı forma sahiptir.Bu durumda, zaman sabiti . Tipik bir durumda, 5 μm'lik bir kanal uzunluğunda, karakteristik eğiminin 0,7 kat azaldığı sınırlayıcı frekans, birkaç yüz megahertz içinde yer alır.

Eşik voltajının ve kesme voltajının sıcaklığa bağlılığı, Fermi seviyesinin pozisyonundaki bir değişiklikten, tükenme bölgesindeki uzay yükündeki bir değişiklikten ve sıcaklığın dielektrikteki yükün değeri üzerindeki etkisinden kaynaklanır. MOS transistörler ayrıca, boşaltma akımının sıcaklıktan çok az etkilendiği termal olarak kararlı bir çalışma noktasına sahiptir. Farklı transistörler için, termal olarak kararlı bir noktadaki drenaj akımının değeri içindedir. MIS transistörlerin bipolar transistörlere göre önemli bir avantajı, küçük sinyalleri değiştirirken aralarındaki düşük voltaj düşüşüdür. Yani, doygunluk modundaki iki kutuplu transistörlerde voltaj

Azalırken, sıfıra eğilimli bir değere düşürülebilir. Silikon dioksit dielektrikli MOS transistörler yaygın olarak kullanıldığından, onlara ayrıca MOS transistörler diyeceğiz.

Şu anda endüstri, örneğin iki yalıtımlı kapıya (tetrode) sahip MOSFET'ler de üretmektedir. İkinci bir kapının varlığı, çeşitli yükseltici ve çoğaltıcı cihazların yapımını kolaylaştıran iki kontrol voltajı kullanarak transistörün akımını aynı anda kontrol etmenizi sağlar. Özellikleri, tek kapılı alan etkili transistörlerin özelliklerine benzer, ancak sayıları daha fazladır, çünkü diğer kapıda sabit bir voltaj ile her bir geçidin voltajı için üretildiler. Buna göre, birinci ve ikinci kapılar için karakteristik eğimi, birinci ve ikinci kapıların kesme gerilimi vb.

Eşiği aşmak gerekir. Aksi takdirde kanal görünmeyecek ve transistör kilitlenecektir.

Yüksek güçlü alan etkili transistörlerin geliştirilmesindeki teknolojik yetenekler ve ilerlemeler, şu anda bunları uygun bir fiyata elde etmenin zor olmadığı gerçeğine yol açmıştır.

Bu konuda radyo amatörlerinin elektronik ev yapımı ürün ve projelerinde bu tür MOSFET transistörlerin kullanımına olan ilgisi artmıştır.

MOSFET'lerin hem parametreler hem de cihazları açısından bipolar muadillerinden önemli ölçüde farklı olduğunu belirtmekte fayda var.

Gerekirse belirli bir örnek için daha bilinçli bir analog seçmek ve ayrıca belirtilen belirli değerlerin özünü anlayabilmek için güçlü MOSFET transistörlerin cihazını ve parametrelerini daha iyi tanımanın zamanı geldi. veri sayfasında.

HEXFET transistörü nedir?

FET ailesinde, HEXFET adı verilen ayrı bir yüksek güçlü yarı iletken cihaz grubu vardır. Çalışma prensibi çok orijinal bir teknik çözüme dayanmaktadır. Yapıları, paralel bağlı birkaç bin MOS hücresidir.

Hücresel yapılar bir altıgen oluşturur. Altıgen veya başka türlü altıgen yapı nedeniyle verilen tip güç MOSFET'leri ve HEXFET olarak adlandırılır. Bu kısaltmanın ilk üç harfi İngilizce kelimeden alınmıştır. altıgen köşeli- "altıgen".

Çoklu büyütme altında, güçlü bir HEXFET transistörün kristali böyle görünür.

Gördüğünüz gibi altıgen bir yapıya sahiptir.

Aslında, güçlü bir MOSFET'in binlerce bireysel basit alan etkili transistörün birleştirildiği bir tür süper mikro devre olduğu ortaya çıktı. Birlikte, büyük bir akımı kendi içinden geçirebilen ve aynı zamanda pratik olarak hiçbir önemli direnç sağlamayan güçlü bir transistör oluştururlar.

HEXFET'in özel yapısı ve üretim teknolojisi sayesinde kanallarının direnci RDS(açık)önemli ölçüde azaltmayı başardı. Bu, 1000 volta kadar olan voltajlarda birkaç on amperlik anahtarlama akımlarının problemini çözmeyi mümkün kıldı.

İşte yüksek güçlü HEXFET transistörler için sadece küçük bir uygulama alanı:

Güç kaynağı anahtarlama devreleri.

Şarj cihazı.

Motor kontrol sistemleri.

Düşük frekanslı yükselteçler.

HEXFET (paralel kanal) mosfetlerinin nispeten düşük açık kanal direncine sahip olmalarına rağmen kapsamları sınırlıdır ve esas olarak yüksek frekanslı yüksek akım devrelerinde kullanılırlar. Yüksek voltajlı güç elektroniğinde bazen IGBT tabanlı devreler tercih edilir.

Bir devre kartındaki bir MOSFET transistörünün görüntüsü bağlantı şeması(N-kanallı MOS).

Bipolar transistörler gibi, alan yapıları da ileri veya geri olabilir. Yani, bir P-kanalı veya bir N-kanalı ile. Sonuçlar şu şekilde belirtilmiştir:

D-tahliye (stok);

S-kaynak (kaynak);

G kapısı (deklanşör).

Alan etkili transistörlerin nasıl belirlendiği hakkında farklı şekiller Açık Devre diyagramları bu sayfada bulunabilir.

Alan etkili transistörlerin temel parametreleri.

MOSFET parametrelerinin tamamı yalnızca karmaşık elektronik ekipman geliştiricileri tarafından istenebilir ve kural olarak veri sayfasında (referans sayfası) belirtilmez. Temel parametreleri bilmek yeterlidir:

V DSS(Tahliye-Kaynak Voltajı) - tahliye ve kaynak arasındaki voltaj. Bu genellikle devrenizin besleme voltajıdır. Bir transistör seçerken, her zaman yaklaşık %20'lik bir marjı hatırlamalısınız.

Ben D(Sürekli Tahliye Akımı) - Tahliye akımı veya sürekli tahliye akımı. Her zaman sabit bir geçit kaynağı voltajında ​​belirtilir (örneğin, V GS =10V). Veri sayfası, kural olarak, mümkün olan maksimum akımı gösterir.

RDS(açık)(Statik Kaynağa Boşaltma Direnci) - açık bir kanalın boşaltma kaynağı direnci. Kristal sıcaklığı arttıkça açık kanal direnci artar. Bu, güçlü HEXFET transistörlerinden birinin veri sayfasından alınan bir grafikte kolayca görülebilir. Açık kanal direnci ne kadar düşükse (R DS(açık)), mosfet o kadar iyidir. Daha az ısınır.

PD(Güç Dağılımı) - transistörün watt cinsinden gücü. Başka bir şekilde, bu parametreye saçılma gücü de denir. Belirli bir ürünün veri sayfasında, bu parametrenin değeri belirli bir kristal sıcaklığı için belirtilmiştir.

VGS(Kapıdan Kaynağa Gerilim) - kapıdan kaynağa doyum gerilimi. Bu, üzerinde kanal boyunca akım artışının meydana gelmediği voltajdır. Esasen, bu maksimum voltaj kapı ve kaynak arasında.

VGS(th)(Kapı Eşik Gerilimi) – transistör açma eşik gerilimi. Bu, iletken kanalın açıldığı ve kaynak ile boşaltma terminalleri arasında akım geçirmeye başladığı voltajdır. Kapı ve kaynak terminalleri arasına V GS(th)'den daha düşük bir voltaj uygulanırsa, transistör kapanacaktır.

Grafik, eşik voltajının V GS(th) transistör kristalinin artan sıcaklığı ile nasıl azaldığını göstermektedir. 175 0 C sıcaklıkta yaklaşık 1 volt ve 0 0 C sıcaklıkta yaklaşık 2,4 volttur. Bu nedenle, veri sayfası kural olarak minimum değeri gösterir ( dak.) ve maksimum ( maks.) eşik voltajı.

Bir örnek kullanarak güçlü bir alan etkili HEXFET transistörün ana parametrelerini düşünün IRLZ44ZS Uluslararası Doğrultucu tarafından. Etkileyici performansına rağmen, küçük boyutlu bir gövdeye sahiptir. D2PAK yüzey montajı için. Veri sayfasına bakalım ve bu ürünün parametrelerini değerlendirelim.

Maksimum drenaj kaynağı voltajı (V DSS): 55 volt.

Maksimum boşaltma akımı (ID): 51 Amp.

Gate-source voltaj limiti (V GS): 16 Volt.

Açık kanal boşaltma kaynağı direnci (R DS (açık)): 13,5 mΩ.

Maksimum güç (P D): 80 watt.

IRLZ44ZS'nin açık kanal direnci sadece 13,5 miliohm'dur (0,0135 ohm)!

Tablodan maksimum parametrelerin belirtildiği "parçaya" bir göz atalım.

Sabit bir kapı voltajıyla, ancak sıcaklıktaki bir artışla akımın nasıl düştüğü (51A'dan (t=25 0 C'de) 36A'ya (t=100 0 C'de)) nasıl düştüğü açıkça görülmektedir. 25 0 C kasa sıcaklığında güç 80 watt'tır. Darbe modundaki bazı parametreler de belirtilir.

MOSFET transistörleri hızlıdır, ancak önemli bir dezavantajları vardır - büyük bir kapı kapasitansı. Belgelerde, kapı giriş kapasitansı şu şekilde gösterilir: C iss (giriş kapasitansı).

Kapı kapasitansı nedir? Alan etkili transistörlerin belirli özelliklerini büyük ölçüde etkiler. Giriş kapasitansı oldukça büyük olduğundan ve onlarca pikofarata ulaşabildiğinden, devrelerde alan etkili transistörlerin kullanımı yüksek frekans sınırlı.

MOSFET transistörlerin önemli özellikleri.

Alan etkili transistörlerle, özellikle yalıtımlı bir geçitle çalışırken, bunların "ölümcül" olduklarını hatırlamak çok önemlidir. statik elektrikten korkmak. Bunları ancak önce uçları ince bir tel ile birbirine kısa devre yaparak devreye lehimleyebilirsiniz.

Depolama sırasında, MOSFET'in tüm uçları normal alüminyum folyo ile kısa devre edilmelidir. Bu, kapının statik elektrikle atlama riskini azaltacaktır. Baskılı bir devre kartına monte ederken, geleneksel bir elektrikli havya yerine bir lehimleme istasyonu kullanmak daha iyidir.

Gerçek şu ki, geleneksel bir elektrikli havyanın statik elektriğe karşı koruması yoktur ve bir transformatör aracılığıyla şebekeden "ayrılmaz". Bakır iğnesinde, şebekeden her zaman elektromanyetik "seçmeler" vardır.

Şebekedeki herhangi bir voltaj dalgalanması, lehimlenen parçaya zarar verebilir. Bu nedenle, FET'i elektrikli bir havya ile devreye lehimleyerek MOSFET'e zarar verme riskini alıyoruz.

Alan etkili bir transistör, akımın yalnızca uzunlamasına bir elektrik alanın etkisi altında ana yük taşıyıcıları tarafından oluşturulduğu ve bu akımın, uygulanan bir voltaj tarafından oluşturulan enine bir elektrik alanı tarafından kontrol edildiği yarı iletken bir cihazdır. kontrol elektrodu.

Birkaç tanım:

Ana yük taşıyıcılarının aktığı alan etkili transistörün çıkışına kaynak denir.

Ana yük taşıyıcılarının aktığı alan etkili transistörün çıkışına drenaj denir.

Enine bir elektrik alanı oluşturan bir kontrol voltajının uygulandığı alan etkili bir transistörün çıkışına kapı denir.

Yarı iletkenin, ana yük taşıyıcılarının p-n bağlantısı arasında hareket ettiği bölümü, alan etkili transistörün kanalı olarak adlandırılır.

Bu nedenle, alan etkili transistörler, p-tipi veya n-tipi kanal transistörlerine ayrılır.

N tipi kanallı bir transistör örneğini kullanarak çalışma prensibini ele alalım.

1) Uzi = 0; Ic1 = maks;

2) |Uzi| > 0; ic2< Ic1

3) |Uzi| >> 0; ic3 = 0

Kapıya her zaman geçişler kapalı olacak şekilde bir voltaj verilir. Boşaltma ve kaynak arasındaki voltaj, ana yük taşıyıcılarının kanal boyunca hareket ederek bir boşaltma akımı oluşturması nedeniyle uzunlamasına bir elektrik alanı oluşturur.

1) Kapıda gerilim olmadığında p-n bağlantıları kendi iç alanı ile kapanır, genişlikleri minimum, kanal genişliği maksimum ve drenaj akımı maksimum olur.

2) Kapıda artan engelleme gerilimi ile genişlik p-n kavşakları artarken kanal genişliği ve boşaltma akımı azalır.

3) Yeterince yüksek kapı gerilimleriyle, p-n bağlantılarının genişliği o kadar artabilir ki birleşirler, drenaj akımı sıfır olur.

Drenaj akımının sıfır olduğu kapı voltajına kesme voltajı denir.

Sonuç: alan etkili bir transistör, kontrollü bir yarı iletken cihazdır, çünkü geçit voltajını değiştirerek boşaltma akımını azaltmak mümkündür ve bu nedenle alan etkili transistörlerin şunu söylemek gelenekseldir: p-n'yi yönetmek geçişler yalnızca kanal boşaltma modunda çalışır.

Bir alan etkili transistörün yüksek giriş empedansı nasıl açıklanır?

Çünkü alan etkili transistör bir elektrik alanı tarafından kontrol edilir, bu durumda kontrol elektrodunda kaçak akım dışında pratik olarak hiçbir akım yoktur. Bu nedenle, alan etkili transistörler, 10 14 ohm mertebesinde yüksek bir giriş direncine sahiptir.

Bir alan etkili transistörün boşaltma akımını ne belirler?

Beslenen U si ve U zi gerilimlerine bağlıdır.

Alan etkili transistörleri açma şemaları.

Alan etkili transistör, üç ana şemadan birine göre açılabilir: ortak bir kaynak (OI), ortak bir boşaltma (OS) ve ortak bir geçit (OZ) ile.

Uygulamada, OE'li bir bipolar transistör üzerindeki devreye benzer şekilde, OI'li en yaygın kullanılan devre. Ortak kaynak kaskadı, çok büyük bir akım ve güç amplifikasyonu sağlar. OZ'li devre, OB'li devreye benzer. Akım amplifikasyonu sağlamaz ve bu nedenle içindeki güç amplifikasyonu, OI devresinden çok daha azdır. OZ kademesinin düşük bir giriş empedansı vardır ve bu nedenle amplifikasyon teknolojisinde sınırlı pratik uygulaması vardır.

Alan etkili transistör ile bipolar transistör arasındaki fark nedir?

Alan etkili bir transistörde akım, temel akım tarafından değil, uygulanan voltaj tarafından oluşturulan bir elektrik alanı tarafından kontrol edilir. Bu nedenle, geçit elektrotunda kaçak akımlar dışında pratik olarak hiçbir akım yoktur.

Transistörü açmanın statik modu. Alan etkili transistörlerin statik özellikleri.

Ana özellikler şunları içerir:

Tahliye kapısı özelliği (Şekil a), n-kanallı transistörler için tahliye akımının (Ic) geçit voltajına (Usi) bağımlılığıdır.

Drenaj özelliği (Şekil b), Ic'nin Us'ye bağımlılığıdır. sabit voltaj Ic = f (Usi) kapısında Uzi = Const.

Ana parametreler:

Kesme gerilimi.

Drenaj karakteristiğinin dikliği. Kapı voltajı 1 V değiştiğinde boşaltma akımının kaç miliamper değişeceğini gösterir.

Bir FET'in dahili direnci (veya çıkışı)

giriş empedansı

Gerilim boşalmasının akım üzerindeki etkisini açıklayın sen zi Ve sen si .

Kontrollü transistördeki giriş voltajlarının etkisi şekilde gösterilmiştir:

Transistörün üç ana çalışma modu.

Çeşitli alan etkili transistör tiplerinde ve çeşitli harici voltajlarda, geçidin kanal üzerinde iki tür etkisi olabilir: ilk durumda (örneğin, karşılık gelen elektrotlardaki voltajlarda bir kontrol p-n bağlantısına sahip alan etkili transistörlerde) Şekil 2-1.5), içinden geçen yük taşıyıcılarının sayısını azaltarak kanal boyunca akım akışını önler (bu mod denir kanal tükenme modu), ikinci durumda (örneğin, Şekil 2-1.7'ye göre bağlanmış, indüklenmiş bir kanala sahip MIS transistörlerinde), aksine, kapı, kanal boyunca akım akışını uyararak şarj sayısını arttırır. akıştaki taşıyıcılar ( kanal zenginleştirme modu). Çoğu zaman sadece hakkında konuşmak yalın mod Ve zenginleştirme modu . İndüklenmiş bir kanala sahip MIS transistörlerinin yalnızca kanal zenginleştirme modunda aktif modda olabileceğini ve entegre bir kanala sahip MIS transistörleri için bunun hem bir zenginleştirme modu hem de bir tükenme modu olabileceğini unutmayın. Kontrol p-n bağlantısına sahip FET'lerde, bu bağlantıya bir ileri öngerilim uygulama girişimi, açılmasına ve geçit devresinde önemli bir akımın akmasına neden olur. Bu durumda transistördeki gerçek süreçler büyük ölçüde tasarımına bağlıdır, neredeyse hiçbir zaman belgelenmez ve tahmin edilmesi zordur. Bu nedenle, kontrol geçişli alan etkili transistörler için zenginleştirme modundan bahsetmek alışılmış bir şey değildir ve bu sadece anlamsızdır.

Doygunluk modu - iki kutuplu cihazlarda olduğu gibi bir bütün olarak tüm transistörün durumunu değil, yalnızca kaynak ile boşaltma arasındaki iletken kanalı karakterize eder. Bu mod, kanalın ana yük taşıyıcılarla doygunluğuna karşılık gelir. Böyle bir fenomen doyma yarı iletkenlerin en önemli fiziksel özelliklerinden biridir. Bir yarı iletken kanala harici bir voltaj uygulandığında, içindeki akımın bu voltaja yalnızca belirli bir sınıra kadar doğrusal olarak bağlı olduğu ortaya çıktı ( doyma gerilimi) ve bu sınıra ulaştıktan sonra dengelenir ve yapının bozulmasına kadar pratik olarak değişmeden kalır. Alan etkili transistörlere uygulandığında, bu, boşaltma kaynağı voltajı belirli bir eşik seviyesini aştığında devredeki akımı etkilemeyi bıraktığı anlamına gelir. Bipolar transistörler için doygunluk modu, yükseltme özelliklerinin tamamen kaybı anlamına geliyorsa, o zaman alan transistörleri için durum böyle değildir. Burada ise tam tersine, kanal doygunluğu kazancın artmasına ve doğrusal olmayan distorsiyonun azalmasına neden olur. Drenaj kaynağı voltajı doygunluğa ulaşana kadar, kanaldaki akım, artan voltajla doğrusal olarak artar (yani, geleneksel bir dirençle aynı şekilde davranır). Yazar, böyle bir alan etkili transistör durumu için yerleşik bir adın farkında değildir (akım kanaldan aktığında, ancak kanal doymamış olduğunda), buna diyeceğiz doymamış kanal modu(alan etkili transistörlerdeki analog anahtarlarda uygulama bulur). Yükseltme devrelerinde bir alan etkili transistör açıldığında kanal doygunluk modu genellikle normaldir, bu nedenle gelecekte devrelerde transistörlerin çalışması düşünüldüğünde buna çok fazla vurgu yapmayacağız, bu da aralarında yeterli voltaj olduğunu ima ediyor. kanalı doyurmak için transistörün tahliyesi ve kaynağı.

Transistörün temel çalışma modunu karakterize eden nedir?

Anahtar, transistörün tamamen açık veya tamamen kapalı olabileceği ve bileşenin kısmen açık olduğu ara durumun ideal olarak bulunmadığı böyle bir çalışma modu olarak adlandırılır. Statik modda bir transistörde dağıtılan güç, drenaj kaynağı terminallerinden geçen akımın ve bu terminaller arasında uygulanan voltajın ürününe eşittir.

İdeal durumda, transistör açıkken, yani. doyum modunda, drenaj kaynağı terminalleri arasındaki direnci sıfır olma eğilimindedir. Açık durumdaki güç kaybı, sıfıra eşit bir voltajın ve belirli bir miktarda akımın ürünüdür. Böylece, dağılan güç sıfırdır.

İdeal olarak, transistör kapalıyken, yani. kesme modunda, drenaj kaynağı terminalleri arasındaki direnci sonsuza gitme eğilimindedir. Kapalı durumdaki güç kaybı, belirli bir voltaj değerinin ve sıfıra eşit akım değerinin ürünüdür. Bu nedenle, güç kaybı sıfırdır.

Anahtar modunda, ideal durumda, transistörün güç kaybının sıfır olduğu ortaya çıktı.

Güçlendirme aşaması nedir?

Bir elektrik sinyalinin parametrelerini artırmak için tasarlanmış birkaç amplifikatörün bağlantısı. Ön amplifikasyon aşamalarına ve çıkış aşamalarına ayrılırlar. İlki, sinyal voltaj seviyesini artırmak için tasarlanmıştır ve çıkış aşamaları, gerekli akım veya sinyal gücünü elde etmek için tasarlanmıştır.

Tünaydın arkadaşlar!

Son zamanlarda, siz ve ben bilgisayar donanımının nasıl çalıştığını daha yakından tanımaya başladık. Ve onun "tuğlalarından" biri olan yarı iletken bir diyotla tanıştık. ayrı parçalardan oluşan karmaşık bir sistemdir. Bu bireysel parçaların (büyük ve küçük) nasıl çalıştığını anlayarak bilgi kazanırız.

Bilgi edinerek, aniden kontrolden çıkarsa, demir dostumuz bilgisayarımıza yardım etme şansımız olur.. Ne de olsa evcilleştirdiklerimizden biz sorumluyuz değil mi?

Bugün bu ilginç işe devam edeceğiz ve elektroniğin en, belki de ana "tuğlası" olan transistörün nasıl çalıştığını anlamaya çalışacağız. Tüm transistör türleri arasında (birçoğu var), şimdi kendimizi alan etkili transistörlerin çalışmasını dikkate alarak sınırlayacağız.

Transistör neden bir alan etkili transistördür?

"Transistör" kelimesi, çeviri ve direnç olmak üzere iki İngilizce kelimeden oluşur, yani bir direnç dönüştürücüdür.

Çeşitli transistörler arasında alan etkili transistörler de vardır, yani. bir elektrik alanı tarafından kontrol edilenler.

Elektrik alanı voltaj tarafından oluşturulur. Bu nedenle, bir alan etkili transistör, voltaj kontrollü bir yarı iletken cihazdır.

İngiliz literatüründe MOSFET (MOS Field Effect Transistor) terimi kullanılmaktadır. Akım tarafından kontrol edilen diğer yarı iletken transistör türleri, özellikle iki kutuplu olanlar vardır. Bu durumda, giriş elektrotlarına belirli bir voltaj uygulanması gerektiğinden, kontrol için de bir miktar güç harcanır.

FET kanalı sadece voltaj ile açılabilir, giriş elektrotlarından akım akmadan (çok küçük bir kaçak akım dışında). Onlar. kontrol gücü kullanılmaz. Bununla birlikte, pratikte, alan etkili transistörler çoğunlukla statik modda kullanılmaz, ancak belirli bir frekansta anahtarlanır.

Alan etkili transistörün tasarımı, anahtarlama sırasında frekansa bağlı olarak belirli bir akımın aktığı (frekans ne kadar yüksekse, akım o kadar büyük) dahili bir geçici kapasitansın varlığını belirler. Yani, kesin konuşmak gerekirse, kontrol gücünün bir kısmı hala harcanmaktadır.

Alan etkili transistörler nerede kullanılır?

Mevcut teknoloji seviyesi, güçlü bir alan etkili transistörün (FET) açık kanal direncini yeterince küçük yapmayı mümkün kılıyor - bir ohm'un birkaç yüzde biri veya binde biri kadar!

Ve bu büyük bir avantaj, çünkü on amperlik bir akımla bile FET'te dağılan güç bir watt'ın onda birini veya yüzde birini geçmeyecektir.

Böylece hacimli radyatörlerden vazgeçilebilir veya boyutları büyük ölçüde azaltılabilir.

FET'ler bilgisayarlarda ve bilgisayarlar için düşük voltajlı anahtarlama regülatörlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Tüm FET türlerinden, indüklenmiş kanallı FET'ler bu amaçlar için kullanılır.

Alan etkili transistör nasıl çalışır?

İndüklenmiş kanallı FET, üç elektrot içerir - kaynak (kaynak), boşaltma (drenaj) ve kapı (kapı).

PT'nin çalışma prensibi, elektrotların grafik tanımından ve adından yarı açıktır.

PT kanalı, içine "suyun" (bir elektrik akımı oluşturan yüklü parçacık akışı) bir "kaynak" (kaynak) içinden aktığı bir "su borusu" dur.

"Su", "borunun" diğer ucundan "tahliye" (tahliye) yoluyla akar. Kapı, akışı açan veya kapatan bir "musluktur". "Suyun" "borudan" geçmesi için içinde "basınç" oluşturmak gerekir, yani. drenaj ve kaynak arasına voltaj uygulayın.

Gerilim uygulanmazsa (“sistemde basınç yok”), kanalda akım olmaz.

Bir voltaj uygulanırsa, kaynağa göre kapıya voltaj uygulanarak "musluğu açın" uygulanabilir.

Ne kadar çok voltaj uygulanırsa, "musluk" o kadar çok açılır, "drenaj kaynağı" kanalında o kadar fazla akım olur ve kanal direnci o kadar az olur.

Güç kaynaklarında, FET anahtar modunda kullanılır, yani. kanal ya tamamen açık ya da tamamen kapalı.

Dürüst olmak gerekirse, PT'nin ilkeleri çok daha karmaşıktır, işe yarayabilir sadece tuş modunda değil. Çalışmaları pek çok anlaşılması güç formülle anlatılıyor, ancak burada bunların hepsini açıklamayacağız, kendimizi bu basit analojilerle sınırlayacağız.

Sadece FET'lerin bir n-kanalı (bu durumda kanaldaki akım negatif yüklü parçacıklar tarafından oluşturulur) ve bir p-kanalı (akım pozitif yüklü parçacıklar tarafından oluşturulur) ile olabileceğini söyleyeceğiz. Grafik görüntüde, n kanallı PT'ler için ok içeriyi, p kanallı PT'ler için dışarıyı gösterir.

Aslında, bir "boru", kanalda pozitif veya negatif yüklerin varlığını belirleyen, çeşitli kimyasal element türlerinin safsızlıklarına sahip bir yarı iletken parçasıdır (çoğunlukla silikon).

Şimdi uygulamaya geçelim ve hakkında konuşalım

Alan etkili transistör nasıl test edilir?

Normalde, herhangi bir FET terminali arasındaki direnç sonsuz büyüktür.

Ve test cihazı hafif bir direnç gösteriyorsa, PT büyük olasılıkla kırılmıştır ve değiştirilmesi gerekmektedir.

Birçok FET, kanalı ters voltajdan (ters polarite voltajı) korumak için drenaj ve kaynak arasında yerleşik bir diyot içerir.

Böylece test cihazının “+”sını (test cihazının “kırmızı” girişine bağlı kırmızı prob) kaynağa, “-” (test cihazının siyah girişine bağlı siyah prob) gidere koyarsanız, ardından kanal “çalacak”, normal bir diyot gibi ileri yönde.

Bu, n kanallı FET'ler için geçerlidir. p-kanalı FET'ler için, probların polaritesi şu şekilde olacaktır: tersi.

Bir diyotun dijital bir test cihazı ile nasıl test edileceği ilgili bölümde açıklanmaktadır. Onlar. "drenaj - kaynak" bölümünde 500-600 mV'luk bir voltaj düşecektir.

Probların polaritesini değiştirirseniz diyota ters voltaj uygulanacaktır, diyot kapanacak ve test cihazı bunu düzeltecektir.

Bununla birlikte, koruyucu diyotun sağlığı henüz bir bütün olarak transistörün sağlığını göstermez. Ayrıca, PT'yi devreden lehimlemeden "çaldırırsanız", paralel bağlı devreler nedeniyle, koruyucu diyotun sağlığı hakkında bile kesin bir sonuca varmak her zaman mümkün değildir.

Bu gibi durumlarda, transistörün lehimini çözebilir ve test için küçük bir şema kullanarak soruyu kesin olarak cevaplayın- PT'nin çalışıp çalışmadığı.

İÇİNDE orijinal durum S1 düğmesi açık, tahliyeye göre kapı voltajı sıfırdır. PT kapalı ve HL1 LED'i kapalı.

Düğme kapatıldığında, kaynak ile kapı arasına uygulanan direnç R3'te bir voltaj düşüşü (yaklaşık 4 V) belirir. PT açılır ve HL1 LED'i yanar.

Bu devre, FET konektörlü bir modül olarak monte edilebilir. D2 paketindeki transistörler (baskılı devre kartına monte edilmek üzere tasarlanmıştır) konektöre takılamaz, ancak iletkenleri elektrotlarına sokabilir ve bunları zaten konektöre takabilirsiniz. FET'i bir p-kanalı ile test etmek için, güç kaynağının ve LED'in kutupları ters çevrilmelidir.

Bazen yarı iletken cihazlar, piroteknik, duman ve ışık efektleriyle şiddetli bir şekilde arızalanır.

Bu durumda kasa üzerinde delikler oluşur, çatlar veya parçalara ayrılır. Ve cihazlara başvurmadan arızaları hakkında kesin bir sonuca varabilirsiniz.

Sonuç olarak, MOSFET kısaltmasındaki MOS harflerinin Metal - Oksit - Yarı İletken (metal - Oksit - Yarı İletken) anlamına geldiğini söylüyoruz. Bu, FET'in yapısıdır - bir metal kapı ("musluk") yarı iletken kanaldan bir dielektrik (silikon oksit) tabakası ile ayrılır.

Umarım bugün “boruları”, “muslukları” ve diğer “sıhhi tesisatı” çözmüşsünüzdür.

Ancak, bildiğiniz gibi, pratik olmadan teori öldü! Saha çalışanları ile deneyler yapmak, daha derine inmek, onları kontrol ederek tamir etmek, tabiri caizse hissetmek gerekir.

Bu arada, satın almak alan etkili transistörler mümkündür.

Yarı iletken elektronikte, iki kutuplu transistörlerle birlikte, transistörler tarafından kontrol edilen Elektrik alanı, biri olumlu özellikler hangisi yüksek giriş empedansı(1-10 MΩ veya daha fazla). Bu tür transistörler denir alan(tek kutuplu).

Cihaz ve çalışma prensibi

FET'lerelektrik akımının yaratılmasının, aynı işaretin yük taşıyıcılarının hareketi altında hareket etmesinden kaynaklandığı yarı iletken cihazlar denir. boyuna elektrik alan ve çıkış akımı kontrolü şuna bağlıdır: direnç modülasyonu yarı iletken malzeme enine elektrik alan.

Alan etkili transistörlerin çalışma prensibi aşağıdakilere dayanabilir:

Bir yarı iletkenin direncinin iletken bölgesinin enine kesitine bağımlılığı üzerine (enine kesit ne kadar küçükse akım o kadar düşük; alan etkili transistörlerde uygulanır) yönetici r-p- ile geçiş);

Yarı iletken iletkenliğinin ana taşıyıcıların konsantrasyonuna bağımlılığı üzerine (alan etkili transistörlerde uygulanır) yalıtımlı kapı yapılar metal-yalıtkan-yarı iletken(MIS transistörleri)).

Alan etkili transistör yönetici r-p- ile geçiş (PTUP), bir ince yarı iletken gofrettir. r-p-geçiş ve ile düzeltici olmayan kenar kontakları. Levha malzemesinin elektriksel iletkenliği, P-tip veya R-tip. Örnek olarak, ana plakası bir yarı iletkenden oluşan bir transistörü ele alalım. N-tip (Şekil 1.32).

Şekil 1.32 - Kontrollü bir alan etkili transistörün yapısı r-p-geçiş

Alan etkili transistörün yapısındaki ana alanlar yönetici r-p- ile geçiş şunlardır:

Bölge kaynak- yük taşıyıcıların hareket etmeye başladığı alan;

Bölge ikinci tur- taşıyıcıların hareket ettiği alan;

Bölge deklanşör- yardımıyla ortam akışının kontrol edildiği alan;

Bölge kanal- taşıyıcıların hareket ettiği alan.

Transistörün karşılık gelen alanlarından gelen çıkışlar benzer adlara sahiptir: kaynak(VE), stoklamak(C) ve geçit(3) (Şekil 1.32).

Şekil 1.33, kontrollü alan etkili transistörlerin grafik sembollerini göstermektedir. r-p- geçiş: kanallı P-tip (Şekil 1.33, A) ve kanal R-tip (Şekil 1.33, B).

bir b

Şekil 1.33 - Kontrollü UGO alan etkili transistörler r-p-geçiş

PTUP'un çalışma prensibini düşünün. Voltaj kaynakları, transistöre, boşaltma ve kaynak elektrotları arasında bir elektrik akımı akacak şekilde bağlanır ve Kapıya uygulanan voltaj, elektron deliği bağlantısını ters yönde bastırdı.

Şekil 1.34, voltaj kaynaklarının bir kanal ile PTUP çıkışlarına bağlanma yöntemini göstermektedir. P-tip.

Şekil 1.34 - Gerilim kaynaklarının PTUP terminallerine bağlanması

Kaynak voltajının etkisi altında E SI elektronlar kaynaktan gidere doğru hareket ederek dış devrede bir boşaltma akımı sağlar Ben C.

Kanalın ve geçidin yarı iletken malzemesindeki yük taşıyıcıların konsantrasyonları, kapı ve kaynak arasına ters ön gerilim uygulandığında öyle bir şekilde seçilir r-p- geçiş, kanal alanına doğru genişleyecektir. Bu, kanalın iletken kısmının kesit alanında bir azalmaya ve sonuç olarak drenaj akımında bir azalmaya yol açar. Ben C.

Genel durumda elektriksel geçişin altında bulunan bölgenin direnci, kapı voltajından. Bunun nedeni, kendisine uygulanan ters voltajın artmasıyla geçişin boyutlarının artması ve yük taşıyıcıların tükendiği bölgedeki artışın kanalın elektrik direncinde (ve buna bağlı olarak) bir artışa yol açmasıdır. kanalda akan akımın azalmasına).

Böylece, bir kontrol p-n bağlantısına sahip bir alan etkili transistörün çalışması, ana yük taşıyıcılarının tükendiği bölgenin boyutundaki bir değişiklik nedeniyle kanal direncindeki bir değişikliğe dayanır, deklanşöre uygulanan eylem altında meydana gelen ters akım.

Kanalın tamamen bloke edildiği ve boşaltma akımının minimum değere ulaştığı kapı ile kaynak arasındaki voltaj ( Ben C» 0) denir kesme gerilimi(U ots) alan etkili transistör.

Deklanşörün bulunduğu PTUP'tan farklı olarak elektrik kontağı bir kanal ile, alan etkili transistörlerde yalıtımlı kapı(PTIS) geçidi, bir yarı iletkenden yalıtılmış ince bir metal filmdir. Yalıtım türüne bağlı olarak, MIS ve MOS transistörleri ayırt edilir (sırasıyla metal - dielektrik - yarı iletken ve metal - oksit - yarı iletken, örneğin silikon dioksit Si02).

Başlangıç ​​durumunda, PTIZ kanalı şu şekilde olabilir: tükenmişşarj taşıyıcıları veya zenginleştirilmiş onlara. Buna bağlı olarak, yalıtımlı kapılı iki tip alan etkili transistör ayırt edilir: yerleşik kanal(Şekil 1.35, A) (kanal üretim sırasında oluşturulur) ve MIS transistörleri ile uyarılmış kanal(Şekil 1.35, B) (kanal, kontrol elektrotlarına uygulanan voltajın etkisi altında görünür). PTIZ'de, cihazın yapıldığı kristalden ek bir çıktı vardır (Şekil 1.35), adı verilen substrat.

bir b

Şekil 1.35 - Yalıtılmış kapılı alan etkili transistörlerin cihazı

PTIZ'de, drenaj ve kaynak elektrotları geçidin her iki yanında bulunur ve yarı iletken kanalla doğrudan temas halindedir.

kanal denir yerleşik aslen ise zenginleştirilmiş yük tasıyıcıları. Bu durumda, kontrol elektrik alanı şuna yol açacaktır: fakirleşmeücret taşıyıcılarına göre kanal. Eğer kanal orjinal ise tükenmiş taşıyıcılar elektrik ücretleri, sonra denir uyarılmış. Bu durumda kontrol elektrik alanı (kapı ile kaynak arasında) kanalı elektrik yükü taşıyıcılarıyla zenginleştirecek (yani iletkenliğini artıracaktır).

Kanal iletkenliği olabilir elektronik veya delikli. Kanalın elektronik iletkenliği varsa, o zaman denir P-kanal. Delik iletimi olan kanallara denir R-kanallar. Sonuç olarak ayırt dört tip Alan Etkili Transistörler yalıtımlı kapılı: kanallı P- herhangi biri R- türleri, her biri sahip olabilir uyarılmış veya yerleşik kanal. Adlandırılmış alan etkili transistör türlerinin geleneksel grafik tanımlamaları Şekil 1.36'da gösterilmektedir.

Kontrol voltajı PTIZ'e şu şekilde sunulabilir: deklanşör arasında Ve substrat, Ve Substrat ve kapı üzerinde bağımsız olarak. Örnek olarak, yapıları Şekil 1.35'te gösterilen alan etkili transistörlerdeki akım kontrolü ilkesini ele alalım.

Şekil 1.36 - Yalıtılmış kapılı UGO alan etkili transistörler

Kapıya pozitif bir voltaj uygulanırsa, o zaman ortaya çıkan elektrik alanının etkisi altında yarı iletken yüzeyinin yakınında (Şekil 1.35, B) kanal görünür P -deliklerin yüzeyden yarı iletkenin derinliğine doğru itilmesi nedeniyle tip. bir transistörde yerleşik kanal (Şekil 1.35, A) pozitif voltaj uygulandığında mevcut bir kanalın genişlemesi veya negatif voltaj uygulandığında daralması vardır. Kontrol voltajının değiştirilmesi, kanal genişliğini değiştirir ve buna bağlı olarak, rezistans Ve transistör akımı.

gerekli avantaj PTUP'tan önceki PTIZ , 10 10 - 10 14 Ohm değerlerine ulaşan (kontrollü transistörler için r-p-geçiş - 10 7 - 10 9 Ohm).

Alan etkili transistörlerin bipolar transistörlere göre önemli bir avantajı, zayıf sinyalleri değiştirirken aralarında düşük voltaj düşüşü.

Ek olarak, aşağıdaki gibi avantajları vurgulamalıdır:

- yüksek giriş empedansı;

- küçük sesler;

- üretim kolaylığı;

- açık bir transistörün kaynağı ve tahliyesi arasında açık durumda artık voltajın olmaması.

Alan etkili transistörlerin volt-amper özellikleri ve temel parametreleri

Önceki tartışmadan, toplamda altı tip alan etkili transistör olduğu anlaşılmaktadır. Tipik transfer özellikleri Şekil 1.37'de gösterilmektedir. Bu özellikleri kullanarak kontrol voltajının polaritesini, kanaldaki akımın yönünü ve kontrol voltajı aralığını ayarlayabilirsiniz. Yukarıdaki tüm transistör tiplerinden şu anda yalnızca entegre kanallı PTIZ üretilmemektedir. R-tip.

Şekil 1.37 - Alan etkili transistörlerin aktarım özellikleri

Bu özelliklerden bazılarına bir göz atalım. Kanallı alan etkili transistörlerin tüm özellikleri P-tipler grafiğin üst yarısında bulunur ve bu nedenle pozitif bir akıma sahiptir, bu da pozitif bir boşaltma voltajına karşılık gelir. Aksine, kanallı cihazların tüm özellikleri R-tipler grafiğin alt yarısında bulunur ve bu nedenle negatif bir akım değerine ve negatif bir boşaltma voltajına sahiptir. PTUP'un sıfır kapı voltajındaki özellikleri, ilk olarak adlandırılan maksimum bir akım değerine sahiptir. ben en başından. Engelleme voltajındaki bir artışla, kesme voltajıyla boşaltma akımı da azalır U ots sıfıra yakın olur.

PTIZ'in Özellikleri indüklenmiş sıfır kapı gerilimindeki kanal sıfır akıma sahiptir. Bu tür transistörlerde bir drenaj akımının görünümü, kapıdaki voltaj eşik değerinden büyük olduğunda ortaya çıkar. beri sen. Geçit voltajının arttırılması drenaj akımını arttırır.

PTIZ'in Özellikleri entegre ile sıfır kapı gerilimindeki kanal, akımın başlangıç ​​değerine sahiptir başlangıç. Bu tür transistörler hem zenginleştirme modunda hem de tükenme modunda çalışabilir. Kapı gerilimi arttıkça kanal zenginleşir ve boşaltma akımı artar, kapı gerilimi düştükçe kanal tükenir ve boşaltma akımı azalır.

Şekil 1.38, kanallı bir PTUP'un çıkış akım-gerilim özelliklerini göstermektedir. N-tip. Diğer transistör tiplerinin özellikleri benzer bir forma sahiptir, ancak kapı voltajı ve uygulanan voltajların polaritesinde farklılık gösterir.

Şekil 1.38 - PTUP'un Çıkış VAC'si

Bir alan etkili transistörün CVC'sinde iki bölge ayırt edilebilir: doğrusal Ve doyma.

Doğrusal bölgede, bükülme noktasına kadar olan I-V karakteristikleri, eğimi geçit voltajına bağlı olan düz çizgilerdir. Doyma bölgesinde, akım-gerilim karakteristikleri neredeyse yataydır, bu da drenaj akımının drenaj voltajından bağımsızlığı hakkında konuşmamızı sağlar. Bu bölgede, her türden alan etkili transistörlerin çıkış özellikleri, vakum pentotlarınınkine benzer. Bu özelliklerin özellikleri, alan etkili transistörlerin kullanımını belirler. Doğrusal bölgede, FET şu şekilde kullanılır: rezistans, kapı voltajı kontrollü ve doygunluk bölgesinde - olarak takviye elemanı.

Bir FET'in tahliyesi ile kaynağı arasında uygulanan maksimum voltaj, her transistör tipi için farklıdır. Ancak genel durumda, Şekil 1.39'da gösterildiği gibi, belirli bir değer aşıldığında U SI örnekleri boşaltma akımı keskin bir şekilde artar ve bu da arıza sonucu transistörün arızalanmasına neden olabilir.

Şekil 1.39 - Bir alan etkili transistörün çıkış IV özellikleri ailesi

Alan etkili transistörlerin ana parametreleri şunlardır:

Kapı eğimi

Tipik değerler: S= 0,1-500 mA/V;

Substrat üzerindeki özelliğin eğimi

Tipik değerler: Sp= 0,1-1 mA/V;

İlk boşaltma akımı ben en başından- sıfır voltajda akımı boşaltın U ZI.

Kontrollü transistörler için R-P-geçiş Ben C= 0,2-600 mA, dahili kanallı - ben en başından= 0,1-100 mA, indüklenen kanal ile - ben en başından= 0,01-0,5 μA;

Kesme gerilimi U ZI ots(Tipik değerler U ZI ots= 0,2-10 V);

Açıkta drenaj kaynağı direnci R SI açık(Tipik değerler R SI açık= 2-300 Ohm);

artık drenaj akımı dinlenme- gerilimde akımı boşaltın U ZI ots (dinlenme= 0,001-10 mA);

Maksimum kazanç frekansı sf- güç kazancının bire eşit olduğu frekans (tipik değerler sf- onlarca - yüzlerce MHz).