Τώρα ας μάθουμε τι είναι τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου. Τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου είναι πολύ κοινά τόσο στα παλιά όσο και στα σύγχρονα κυκλώματα. Τώρα οι συσκευές με μονωμένο κλείστρο χρησιμοποιούνται σε μεγαλύτερο βαθμό, σχετικά με τους τύπους τρανζίστορ εφέ πεδίουκαι τα χαρακτηριστικά τους σήμερα θα μιλήσουμε. Στο άρθρο θα κάνω συγκρίσεις με διπολικά τρανζίστορ, σε ξεχωριστά σημεία.

Ορισμός

Ένα τρανζίστορ εφέ πεδίου είναι ένας ημιαγωγός πλήρως ελεγχόμενος διακόπτης που ελέγχεται από ηλεκτρικό πεδίο.Αυτή είναι η κύρια διαφορά ως προς την πρακτική από τα διπολικά τρανζίστορ, τα οποία ελέγχονται από το ρεύμα. Το ηλεκτρικό πεδίο δημιουργείται από την τάση που εφαρμόζεται στην πύλη σε σχέση με την πηγή. Η πολικότητα της τάσης ελέγχου εξαρτάται από τον τύπο του καναλιού τρανζίστορ. Υπάρχει μια καλή αναλογία εδώ με τους ηλεκτρονικούς σωλήνες κενού.

Ένα άλλο όνομα για τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου είναι μονοπολικό. "UNO" σημαίνει ένα. Στα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, ανάλογα με τον τύπο του καναλιού, το ρεύμα πραγματοποιείται από έναν μόνο τύπο φορέων, οπών ή ηλεκτρονίων. Στα διπολικά τρανζίστορ, το ρεύμα σχηματίστηκε από δύο τύπους φορέων φορτίου - ηλεκτρόνια και οπές, ανεξάρτητα από τον τύπο των συσκευών. Τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου μπορούν γενικά να χωριστούν σε:

τρανζίστορ με έλεγχο p-n-junction.

μονωμένα τρανζίστορ πύλης.

Και τα δύο μπορούν να είναι κανάλια n και p, πρέπει να εφαρμοστεί μια θετική τάση ελέγχου στην πύλη του πρώτου για να ανοίξει το κλειδί και για το δεύτερο - αρνητική σε σχέση με την πηγή.

Όλοι οι τύποι τρανζίστορ εφέ πεδίου έχουν τρεις εξόδους (μερικές φορές 4, αλλά σπάνια, συνάντησα μόνο σε σοβιετικά και συνδέθηκε με τη θήκη).

1. Πηγή (πηγή φορέων φορτίου, ανάλογο του πομπού σε διπολικό).

2. Αποστράγγιση (δέκτης φορέων φορτίου από την πηγή, ανάλογο του συλλέκτη ενός διπολικού τρανζίστορ).

3. Πύλη (ηλεκτρόδιο ελέγχου, ανάλογο του πλέγματος σε λαμπτήρες και βάσεις σε διπολικά τρανζίστορ).

Τρανζίστορ με έλεγχο pn διασταύρωση

Το τρανζίστορ αποτελείται από τις ακόλουθες περιοχές:

4. Κλείστρο.

Στην εικόνα βλέπετε μια σχηματική δομή ενός τέτοιου τρανζίστορ, τα καλώδια συνδέονται με τα επιμεταλλωμένα τμήματα της πύλης, της πηγής και της αποστράγγισης. Σε ένα συγκεκριμένο κύκλωμα (αυτή είναι μια συσκευή καναλιού p), η πύλη είναι ένα στρώμα n, έχει μικρότερη ειδική αντίσταση από την περιοχή καναλιού (στρώμα p) και η περιοχή διασταύρωσης p-n βρίσκεται περισσότερο στην περιοχή p για αυτό λόγος.

a - τρανζίστορ εφέ πεδίου τύπου n, b - τρανζίστορ εφέ πεδίου τύπου p

Για να είναι πιο εύκολο να θυμάστε, θυμηθείτε τον χαρακτηρισμό της διόδου, όπου το βέλος δείχνει από την περιοχή p στην περιοχή n. Εδώ επίσης.

Η πρώτη κατάσταση είναι η εφαρμογή εξωτερικής τάσης.

Εάν εφαρμοστεί τάση σε ένα τέτοιο τρανζίστορ, συν στην αποστράγγιση και μείον στην πηγή, θα διαρρέει μεγάλο ρεύμα, θα περιοριστεί μόνο από την αντίσταση του καναλιού, τις εξωτερικές αντιστάσεις και την εσωτερική αντίσταση της πηγής ισχύος. Μια αναλογία μπορεί να σχεδιαστεί με ένα κανονικά κλειστό κλειδί. Αυτό το ρεύμα ονομάζεται Isnach ή το αρχικό ρεύμα αποστράγγισης στο Uzi=0.

Ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με σύνδεση ελέγχου p-n, χωρίς τάση ελέγχου που εφαρμόζεται στην πύλη, είναι όσο το δυνατόν πιο ανοιχτό.

Η τάση στην αποστράγγιση και την πηγή εφαρμόζεται με αυτόν τον τρόπο:

Οι κύριοι φορείς φόρτισης εισάγονται μέσω της πηγής!

Αυτό σημαίνει ότι εάν το τρανζίστορ είναι p-channel, τότε ο θετικός ακροδέκτης της πηγής ισχύος συνδέεται με την πηγή, επειδή. οι κύριοι φορείς είναι οπές (φορείς θετικού φορτίου) - αυτή είναι η λεγόμενη αγωγιμότητα οπών. Εάν το τρανζίστορ n καναλιών είναι συνδεδεμένο στην πηγή, ο αρνητικός ακροδέκτης της πηγής ισχύος, επειδή σε αυτό, οι κύριοι φορείς φορτίου είναι τα ηλεκτρόνια (φορείς αρνητικού φορτίου).

Η πηγή είναι η πηγή των κύριων φορέων φόρτισης.

Εδώ είναι τα αποτελέσματα μιας προσομοίωσης μιας τέτοιας κατάστασης. Στα αριστερά υπάρχει ένα κανάλι p και στα δεξιά ένα τρανζίστορ n καναλιών.

Δεύτερη κατάσταση - εφαρμόστε τάση στην πύλη

Όταν εφαρμόζεται θετική τάση στην πύλη σε σχέση με την πηγή (Uzi) για το κανάλι p και αρνητική για το κανάλι n, μετατοπίζεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, η περιοχή της διασταύρωσης p-n επεκτείνεται προς το κανάλι. . Ως αποτέλεσμα, το πλάτος του καναλιού μειώνεται, το ρεύμα μειώνεται. Η τάση πύλης στην οποία δεν ρέει ρεύμα μέσω του διακόπτη ονομάζεται τάση αποκοπής.

Η τάση διακοπής έχει επιτευχθεί και το κλειδί είναι πλήρως κλειστό. Η εικόνα με τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνει μια τέτοια κατάσταση για το dongle p-κανάλι (αριστερά) και n-κανάλι (δεξιά). Παρεμπιπτόντως αγγλική γλώσσαένα τέτοιο τρανζίστορ ονομάζεται JFET.

Ο τρόπος λειτουργίας του τρανζίστορ όταν η τάση Uzi είναι είτε μηδέν είτε αντίστροφη. Λόγω της αντίστροφης τάσης, μπορείτε να "καλύψετε το τρανζίστορ", χρησιμοποιείται σε ενισχυτές κατηγορίας Α και άλλα κυκλώματα όπου απαιτείται ομαλή ρύθμιση.

Η λειτουργία αποκοπής εμφανίζεται όταν Uzi = Ucutoff για κάθε τρανζίστορ είναι διαφορετική, αλλά σε κάθε περίπτωση εφαρμόζεται προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Χαρακτηριστικά, VAC

Το χαρακτηριστικό εξόδου είναι ένα γράφημα που δείχνει την εξάρτηση του ρεύματος αποστράγγισης από το Usi (που εφαρμόζεται στους ακροδέκτες αποστράγγισης και πηγής), σε διάφορες τάσεις πύλης.

Μπορεί να χωριστεί σε τρεις τομείς. Αρχικά (στην αριστερή πλευρά του γραφήματος), βλέπουμε την ωμική περιοχή - σε αυτό το κενό, το τρανζίστορ συμπεριφέρεται σαν αντίσταση, το ρεύμα αυξάνεται σχεδόν γραμμικά, φτάνοντας σε ένα ορισμένο επίπεδο, πηγαίνει στην περιοχή κορεσμού (στο κέντρο του το γράφημα).

Στη δεξιά πλευρά του γραφήματος, βλέπουμε ότι το ρεύμα αρχίζει να αυξάνεται ξανά, αυτή είναι η περιοχή διάσπασης, το τρανζίστορ δεν πρέπει να είναι εδώ. Ο ανώτερος κλάδος που φαίνεται στο σχήμα είναι το ρεύμα στο μηδέν Uzi, βλέπουμε ότι το ρεύμα είναι το μεγαλύτερο εδώ.

Όσο υψηλότερη είναι η τάση Uzi, τόσο χαμηλότερο είναι το ρεύμα αποστράγγισης. Κάθε ένας από τους κλάδους διαφέρει κατά 0,5 βολτ στην πύλη. Αυτό που επιβεβαιώσαμε με προσομοίωση.

Το χαρακτηριστικό της πύλης αποστράγγισης φαίνεται εδώ, δηλ. η εξάρτηση του ρεύματος αποστράγγισης από την τάση της πύλης στην ίδια τάση πηγής αποστράγγισης (σε αυτό το παράδειγμα 10V), εδώ το βήμα του δικτύου είναι επίσης 0,5V, βλέπουμε και πάλι ότι όσο πιο κοντά είναι η τάση Uzi στο 0, τόσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα αποστράγγισης.

Στα διπολικά τρανζίστορ, υπήρχε μια τέτοια παράμετρος όπως ο συντελεστής μεταφοράς ρεύματος ή το κέρδος, ορίστηκε ως B ή H21e ή Hfe. Στο πεδίο, για να εμφανιστεί η δυνατότητα ενίσχυσης της τάσης, χρησιμοποιείται η απότομη κλίση, που συμβολίζεται με το γράμμα S

Δηλαδή, η κλίση δείχνει πόσα milliamps (ή Amperes) αυξάνεται το ρεύμα αποστράγγισης με την αύξηση της τάσης της πύλης-πηγής κατά τον αριθμό των βολτ με σταθερή τάση πηγής αποστράγγισης. Μπορεί να υπολογιστεί από το χαρακτηριστικό της πύλης αποστράγγισης, στο παραπάνω παράδειγμα η κλίση είναι περίπου 8 mA/V.

Σχέδια μεταγωγής

Όπως τα διπολικά τρανζίστορ, υπάρχουν τρία τυπικά κυκλώματα μεταγωγής:

1. Με κοινή πηγή (α). Χρησιμοποιείται πιο συχνά, δίνει κέρδος σε ρεύμα και ισχύ.

2. Με κοινό παντζούρι (β). Σπάνια χρησιμοποιείται, χαμηλή αντίσταση εισόδου, χωρίς κέρδος.

3. Με κοινό αγωγό (γ). Το κέρδος τάσης είναι κοντά στο 1, η σύνθετη αντίσταση εισόδου είναι υψηλή και η έξοδος είναι χαμηλή. Ένα άλλο όνομα είναι ακόλουθος πηγής.

Χαρακτηριστικά, πλεονεκτήματα, μειονεκτήματα

Το κύριο πλεονέκτημα του τρανζίστορ εφέ πεδίου υψηλή αντίσταση εισόδου. Η αντίσταση εισόδου είναι ο λόγος του ρεύματος προς την τάση της πύλης. Η αρχή της λειτουργίας έγκειται στον έλεγχο με χρήση ηλεκτρικού πεδίου και σχηματίζεται όταν εφαρμόζεται τάση. Αυτό είναι Τα FET ελέγχονται με τάση.

• πρακτικά δεν καταναλώνει ρεύμα ελέγχου,αυτό είναι μειώνει την απώλεια ελέγχου, την παραμόρφωση του σήματος,Υπερφόρτωση ρεύματος πηγής σήματος...

Μέση συχνότητα Η απόδοση του FET είναι καλύτερη από τη διπολική, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι απαιτείται λιγότερος χρόνος για την «απορρόφηση» των φορέων φορτίου στις περιοχές του διπολικού τρανζίστορ. Ορισμένα σύγχρονα διπολικά τρανζίστορ μπορεί ακόμη και να είναι ανώτερα από τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, αυτό οφείλεται στη χρήση πιο προηγμένων τεχνολογιών, στη μείωση του πλάτους της βάσης και σε άλλα πράγματα.

Το χαμηλό επίπεδο θορύβου των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου οφείλεται στην απουσία διαδικασίας έγχυσης φορτίου, όπως στα διπολικά.

Σταθερότητα σε αλλαγές θερμοκρασίας.

Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας στην αγώγιμη κατάσταση - μεγαλύτερη απόδοση των συσκευών σας.

Το απλούστερο παράδειγμα χρήσης υψηλής σύνθετης αντίστασης εισόδου είναι σε συσκευές αντιστοίχισης για τη σύνδεση ακουστικών ακουστικών κιθάρων με πιεζοηλεκτρικά pickups και ηλεκτρικών κιθάρων με ηλεκτρομαγνητικά pickups σε εισόδους γραμμής με χαμηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου.

Μια χαμηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου μπορεί να προκαλέσει πτώση του σήματος εισόδου, παραμορφώνοντας το σχήμα του σε διάφορους βαθμούς ανάλογα με τη συχνότητα του σήματος. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να το αποφύγετε εισάγοντας έναν καταρράκτη με υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου. Εδώ το απλούστερο κύκλωμαμια τέτοια συσκευή. Κατάλληλο για σύνδεση ηλεκτρικών κιθάρων είσοδος γραμμήςκάρτα ήχου υπολογιστή. Με αυτό, ο ήχος θα γίνει πιο φωτεινός και η χροιά πιο πλούσια.

Το κύριο μειονέκτημα είναι ότι τέτοια τρανζίστορ φοβούνται το στατικό. Μπορείτε να πάρετε ένα στοιχείο με ηλεκτρισμένα χέρια και θα αποτύχει αμέσως, αυτή είναι η συνέπεια του ελέγχου του κλειδιού με τη βοήθεια του πεδίου. Συνιστάται η εργασία μαζί τους σε διηλεκτρικά γάντια συνδεδεμένα μέσω ειδικού βραχιολιού στη γείωση, με συγκολλητικό σίδερο χαμηλής τάσης με μονωμένο άκρο και τα καλώδια του τρανζίστορ μπορούν να συνδεθούν με σύρμα για βραχυκύκλωμα κατά την εγκατάσταση.

Οι σύγχρονες συσκευές πρακτικά δεν το φοβούνται αυτό, αφού στην είσοδο μπορούν να ενσωματωθούν προστατευτικές συσκευές όπως δίοδοι zener, οι οποίες λειτουργούν όταν υπερβαίνεται η τάση.

Μερικές φορές για τους αρχάριους ραδιοερασιτέχνες, οι φόβοι φτάνουν στο σημείο του παραλογισμού, όπως να βάλετε καπάκια από αλουμινόχαρτο στο κεφάλι σας. Όλα όσα περιγράφονται παραπάνω, αν και είναι υποχρεωτικά, αλλά η μη τήρηση οποιωνδήποτε συνθηκών δεν εγγυάται την αστοχία της συσκευής.

Τρανζίστορ εφέ πεδίου με μόνωση πύλης

Αυτός ο τύπος τρανζίστορ χρησιμοποιείται ενεργά ως ελεγχόμενοι διακόπτες ημιαγωγών. Επιπλέον, λειτουργούν πιο συχνά στη λειτουργία κλειδιού (δύο θέσεις "on" και "off"). Έχουν πολλά ονόματα:

1. Τρανζίστορ MIS (μέταλλο-διηλεκτρικό-ημιαγωγός).

2. MOSFET (μέταλλο-οξείδιο-ημιαγωγός).

3. Τρανζίστορ MOSFET (μέταλλο-οξείδιο-ημιαγωγός).

Θυμηθείτε - αυτές είναι απλώς παραλλαγές του ίδιου ονόματος. Το διηλεκτρικό, ή οξείδιο όπως ονομάζεται επίσης, παίζει το ρόλο του μονωτή για την πύλη. Στο παρακάτω διάγραμμα, ο μονωτήρας φαίνεται μεταξύ της περιοχής n κοντά στην πύλη και της πύλης ως λευκή ζώνη με κουκκίδες. Είναι κατασκευασμένο από διοξείδιο του πυριτίου.

Το διηλεκτρικό εξαιρείται ηλεκτρική επαφήμεταξύ του ηλεκτροδίου πύλης και του υποστρώματος. Σε αντίθεση με μια σύνδεση ελέγχου p-n, δεν λειτουργεί με την αρχή της διαστολής και της επικάλυψης καναλιών, αλλά με την αρχή της αλλαγής της συγκέντρωσης των φορέων φορτίου σε έναν ημιαγωγό υπό τη δράση ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. Τα MOSFET διατίθενται σε δύο τύπους:

1. Με ενσωματωμένο κανάλι.

2. Με επαγόμενο κανάλι

Στο διάγραμμα βλέπετε ένα τρανζίστορ με ενσωματωμένο κανάλι. Από αυτό μπορείτε ήδη να μαντέψετε ότι η αρχή της λειτουργίας του μοιάζει με ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με μια σύνδεση ελέγχου p-n, δηλ. όταν η τάση πύλης είναι μηδέν, το ρεύμα ρέει μέσω του διακόπτη.

Δύο περιοχές με υψηλή περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες φορείς φορτίου (n+) με αυξημένη αγωγιμότητα δημιουργούνται κοντά στην πηγή και την αποστράγγιση. Ένα υπόστρωμα είναι μια βάση τύπου P (σε αυτή την περίπτωση).

Σημειώστε ότι ο κρύσταλλος (υπόστρωμα) είναι συνδεδεμένος με την πηγή· σε πολλά συμβατικά γραφικά σύμβολα, σχεδιάζεται με αυτόν τον τρόπο. Όταν η τάση της πύλης αυξάνεται, εμφανίζεται ένα εγκάρσιο ηλεκτρικό πεδίο στο κανάλι, απωθεί τους φορείς φορτίου (ηλεκτρόνια) και το κανάλι κλείνει όταν επιτευχθεί το κατώφλι Uz.

Όταν εφαρμόζεται μια αρνητική τάση πύλης-πηγής, το ρεύμα αποστράγγισης πέφτει, το τρανζίστορ αρχίζει να κλείνει - αυτό ονομάζεται λειτουργία εξάντλησης.

Όταν εφαρμόζεται θετική τάση στην πηγή πύλης, συμβαίνει η αντίστροφη διαδικασία - τα ηλεκτρόνια έλκονται, το ρεύμα αυξάνεται. Αυτή είναι η λειτουργία εμπλουτισμού.

Όλα τα παραπάνω ισχύουν για MOSFET με ενσωματωμένο κανάλι τύπου N. Εάν ένα κανάλι τύπου p αλλάξει όλες τις λέξεις "ηλεκτρόνια" σε "οπές", οι πολικές τάσεις αντιστρέφονται.

Σύμφωνα με το φύλλο δεδομένων για αυτό το τρανζίστορ, η τάση κατωφλίου πύλης πηγής είναι στην περιοχή του ενός βολτ και η τυπική του τιμή είναι 1,2 V, ας το ελέγξουμε.

Το ρεύμα είναι σε μικροαμπέρ. Αν αυξήσετε λίγο περισσότερο την τάση, θα εξαφανιστεί τελείως.

Διάλεξα ένα τρανζίστορ τυχαία και έπεσα πάνω σε μια αρκετά ευαίσθητη συσκευή. Θα προσπαθήσω να αλλάξω την πολικότητα της τάσης έτσι ώστε η πύλη να έχει θετικό δυναμικό, ελέγξτε τη λειτουργία εμπλουτισμού.

Σε μια τάση πύλης 1V, το ρεύμα αυξήθηκε τέσσερις φορές σε σύγκριση με αυτό που ήταν στα 0V (η πρώτη εικόνα σε αυτήν την ενότητα). Επομένως, σε αντίθεση με τον προηγούμενο τύπο τρανζίστορ και διπολικών τρανζίστορ, χωρίς πρόσθετο ιμάντα, μπορεί να λειτουργήσει τόσο για την αύξηση του ρεύματος όσο και για τη μείωση του. Αυτή η δήλωση είναι πολύ αγενής, αλλά στην πρώτη προσέγγιση έχει το δικαίωμα να υπάρχει.

Όλα εδώ είναι σχεδόν τα ίδια όπως σε ένα τρανζίστορ με μετάβαση ελέγχου, με εξαίρεση την παρουσία μιας λειτουργίας εμπλουτισμού στο χαρακτηριστικό εξόδου.

Στο χαρακτηριστικό της πύλης αποστράγγισης, φαίνεται καθαρά ότι μια αρνητική τάση προκαλεί λειτουργία εξάντλησης και κλείσιμο του κλειδιού και θετική τάση στην πύλη - εμπλουτισμός και μεγαλύτερο άνοιγμα του κλειδιού.

Τα MOSFET με επαγόμενο κανάλι δεν μεταφέρουν ρεύμα ελλείψει τάσης στην πύλη, ή μάλλον, υπάρχει ρεύμα, αλλά είναι εξαιρετικά μικρό, επειδή. Αυτό είναι το αντίστροφο ρεύμα μεταξύ του υποστρώματος και των περιοχών αποστράγγισης και πηγής με έντονη πρόσμιξη.

Το τρανζίστορ πεδίου με μονωμένη πύλη και επαγόμενο κανάλι είναι ανάλογο ενός κανονικά ανοιχτού κλειδιού, χωρίς ρεύμα.

Παρουσία τάσης πύλης-πηγής, επειδή θεωρούμε το επαγόμενο κανάλι τύπου n, τότε η τάση είναι θετική, υπό τη δράση του πεδίου, οι φορείς αρνητικού φορτίου έλκονται στην περιοχή της πύλης.

Έτσι εμφανίζεται ένας «διάδρομος» για τα ηλεκτρόνια από την πηγή προς την αποστράγγιση, έτσι εμφανίζεται ένα κανάλι, το τρανζίστορ ανοίγει και το ρεύμα αρχίζει να ρέει μέσα από αυτό. Έχουμε ένα υπόστρωμα τύπου p, οι κύριοι σε αυτό είναι φορείς θετικού φορτίου (τρύπες), υπάρχουν πολύ λίγοι αρνητικοί φορείς, αλλά κάτω από τη δράση του πεδίου αποσπώνται από τα άτομα τους και αρχίζει η κίνησή τους. Εξ ου και η έλλειψη αγωγιμότητας απουσία τάσης.

Το χαρακτηριστικό εξόδου επαναλαμβάνει ακριβώς το ίδιο για τα προηγούμενα, η μόνη διαφορά είναι ότι οι τάσεις Uzi γίνονται θετικές.

Το χαρακτηριστικό drain-gate δείχνει το ίδιο πράγμα, οι διαφορές είναι και πάλι στις τάσεις της πύλης.

Όταν εξετάζετε τα χαρακτηριστικά της τάσης ρεύματος, είναι εξαιρετικά σημαντικό να εξετάσετε προσεκτικά τις τιμές που προδιαγράφονται κατά μήκος των αξόνων.

Εφαρμόστηκε τάση 12 V στο κλειδί και έχουμε 0 στην πύλη. Το ρεύμα δεν ρέει μέσα από το τρανζίστορ.

Αυτό σημαίνει ότι το τρανζίστορ είναι εντελώς ανοιχτό, αν δεν υπήρχε, το ρεύμα σε αυτό το κύκλωμα θα ήταν 12/10 = 1,2 Α. Αργότερα, μελέτησα πώς λειτουργεί αυτό το τρανζίστορ και ανακάλυψα ότι στα 4 βολτ αρχίζει να ανοίγει.

Προσθέτοντας 0,1 V το καθένα, παρατήρησα ότι με κάθε δέκατο βολτ, το ρεύμα αυξάνεται όλο και περισσότερο, και κατά 4,6 Volt το τρανζίστορ είναι σχεδόν εντελώς ανοιχτό, η διαφορά με την τάση πύλης των 20 V στο ρεύμα αποστράγγισης είναι μόνο 41 mA, στα 1.1 A είναι ανοησία.

Αυτό το πείραμα αντικατοπτρίζει ότι το τρανζίστορ επαγόμενου καναλιού ενεργοποιείται μόνο όταν επιτευχθεί η οριακή τάση, η οποία του επιτρέπει να λειτουργεί τέλεια ως διακόπτης στο παλμικά κυκλώματα. Στην πραγματικότητα, το IRF740 είναι ένα από τα πιο κοινά.

Οι μετρήσεις του ρεύματος πύλης έδειξαν ότι τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου στην πραγματικότητα δεν καταναλώνουν σχεδόν καθόλου ρεύμα ελέγχου. Σε τάση 4,6 βολτ, το ρεύμα ήταν μόνο 888 nA (νανο!!!).

Σε τάση 20V, ήταν 3,55 μA (micro). Για ένα διπολικό τρανζίστορ, θα ήταν της τάξης των 10 mA, ανάλογα με το κέρδος, το οποίο είναι δεκάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερο από ό,τι για ένα τρανζίστορ πεδίου.

Δεν ανοίγουν όλα τα κλειδιά με τέτοιες τάσεις, αυτό οφείλεται στο σχεδιασμό και τα χαρακτηριστικά των κυκλωμάτων των συσκευών όπου χρησιμοποιούνται.

Μια αποφορτισμένη χωρητικότητα την πρώτη στιγμή απαιτεί μεγάλο ρεύμα φόρτισης και οι σπάνιες συσκευές ελέγχου (ελεγκτές pwm και μικροελεγκτές) έχουν ισχυρές εξόδους, επομένως χρησιμοποιούν οδηγούς για πύλες πεδίου, τόσο σε τρανζίστορ πεδίου όσο και σε (διπολικά με μόνωση πύλη). Αυτός είναι ένας ενισχυτής που μετατρέπει το σήμα εισόδου σε μια έξοδο τέτοιου μεγέθους και ισχύος ρεύματος επαρκή για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του τρανζίστορ. Το ρεύμα φόρτισης περιορίζεται επίσης από μια αντίσταση σε σειρά με την πύλη.

Ταυτόχρονα, ορισμένες πύλες μπορούν επίσης να ελεγχθούν από τη θύρα του μικροελεγκτή μέσω μιας αντίστασης (το ίδιο IRF740). Έχουμε θίξει αυτό το θέμα.

Μοιάζουν με τρανζίστορ πεδίου με πύλη ελέγχου, αλλά διαφέρουν στο ότι στο UGO, όπως στο ίδιο το τρανζίστορ, η πύλη διαχωρίζεται από το υπόστρωμα και το βέλος στο κέντρο δείχνει τον τύπο του καναλιού, αλλά κατευθύνεται από το υπόστρωμα στο κανάλι εάν είναι n-κανάλι mosfet - προς το κλείστρο και αντίστροφα.

Για κλειδιά με επαγόμενο κανάλι:

Μπορεί να μοιάζει με αυτό:

Δώστε προσοχή στα αγγλικά ονόματα των καρφιτσών, συχνά υποδεικνύονται σε φύλλα δεδομένων και διαγράμματα.

Για κλειδιά με ενσωματωμένο κανάλι:

Οι συσκευές ημιαγωγών, η λειτουργία των οποίων βασίζεται στη διαμόρφωση της αντίστασης ενός υλικού ημιαγωγού από ένα εγκάρσιο ηλεκτρικό πεδίο, ονομάζονται τρανζίστορ φαινομένου πεδίου. Έχουν στα σκαριά ηλεκτρικό ρεύμαεμπλέκεται μόνο ένας τύπος φορέων φορτίου (ηλεκτρόνια ή οπές).

Τα τρανζίστορ πεδίου είναι δύο τύπων: με διασταύρωση ελέγχου p-n και με δομή μετάλλου-διηλεκτρικού-ημιαγωγού (τρανζίστορ MIS).

Ρύζι. 2.37. Απλοποιημένη δομή ενός τρανζίστορ πεδίου με έλεγχο (a). σύμβολα ενός τρανζίστορ που έχει ένα κανάλι τύπου n (b) και ένα κανάλι τύπου p (c). τυπικές δομές (d, e): δομή τρανζίστορ με αυξημένη ταχύτητα (e)

Ένα τρανζίστορ με διασταύρωση p-n ελέγχου (Εικ. 2.37) είναι μια πλάκα (τμήμα) ενός ημιαγωγού υλικού με ορισμένο τύπο ηλεκτρικής αγωγιμότητας, από τα άκρα του οποίου βγαίνουν δύο συμπεράσματα - ηλεκτρόδια αποστράγγισης και πηγής. Κατά μήκος της πλάκας γίνεται μια ηλεκτρική διασταύρωση (διασταύρωση p-n ή φράγμα Schottky), από την οποία εξάγεται ένα τρίτο συμπέρασμα - ένα κλείστρο.

Οι εξωτερικές τάσεις εφαρμόζονται έτσι ώστε ένα ηλεκτρικό ρεύμα να ρέει μεταξύ των ηλεκτροδίων αποστράγγισης και πηγής και η τάση που εφαρμόζεται στην πύλη ωθεί την ηλεκτρική διασταύρωση προς την αντίθετη κατεύθυνση. Η αντίσταση της περιοχής που βρίσκεται κάτω από την ηλεκτρική διασταύρωση, η οποία ονομάζεται κανάλι, εξαρτάται από την τάση της πύλης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι διαστάσεις της μετάβασης αυξάνονται με την αύξηση της αντίστροφης τάσης που εφαρμόζεται σε αυτήν και η αύξηση της περιοχής που εξαντλείται από φορείς φορτίου οδηγεί σε αύξηση της ηλεκτρική αντίστασηΚανάλι.

Έτσι, η λειτουργία ενός τρανζίστορ πεδίου με μια σύνδεση ελέγχου p-n βασίζεται σε μια αλλαγή στην αντίσταση του καναλιού λόγω μιας αλλαγής στο μέγεθος της περιοχής που εξαντλείται από τους κύριους φορείς φόρτισης, η οποία συμβαίνει υπό τη δράση μιας αντίστροφης τάσης εφαρμόζεται στην πύλη.

Το ηλεκτρόδιο από το οποίο αρχίζουν να κινούνται οι κύριοι φορείς φορτίου στο κανάλι ονομάζεται πηγή και το ηλεκτρόδιο στο οποίο κινούνται οι κύριοι φορείς φορτίου ονομάζεται αποστράγγιση. Μια απλοποιημένη δομή ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με μια σύνδεση ελέγχου p-n φαίνεται στο σχήμα. 2,37 α. συμβάσειςδίνονται στο σχ. 2.37, b, c και οι δομές των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου που παράγονται στο εμπόριο φαίνονται στο Σχ. 2.37, κ. ε.

Εάν δημιουργηθούν ζώνες με ηλεκτρική αγωγιμότητα τύπου p σε μια πλάκα ημιαγωγών, για παράδειγμα, τύπου n, τότε όταν εφαρμόζεται τάση στη διασταύρωση p-n που την ωθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση, σχηματίζονται περιοχές που εξαντλούνται από το κύριο φορτίο φορείς (Εικ. 2.37, α). Η αντίσταση του ημιαγωγού μεταξύ των ηλεκτροδίων πηγής και αποστράγγισης αυξάνεται καθώς το ρεύμα ρέει μόνο μέσω του στενού καναλιού μεταξύ των συνδέσεων. Μια αλλαγή στην τάση της πύλης-πηγής οδηγεί σε αλλαγή στο μέγεθος της ζώνης φόρτισης χώρου (διαστάσεις), δηλαδή σε αλλαγή στην αντίσταση του καναλιού. Το κανάλι μπορεί να φράξει σχεδόν εντελώς και τότε η αντίσταση μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης θα είναι πολύ υψηλή (μερικές - δεκάδες).

Η τάση μεταξύ πύλης και πηγής στην οποία το ρεύμα αποστράγγισης φτάνει το καθορισμένο χαμηλής αξίας, ονομάζεται τάση αποκοπής του τρανζίστορ φαινομένου πεδίου. Αυστηρά μιλώντας, στην τάση διακοπής, το τρανζίστορ θα πρέπει να κλείνει τελείως, αλλά η παρουσία διαρροών και η δυσκολία μέτρησης ιδιαίτερα μικρών ρευμάτων μας κάνουν να θεωρούμε ότι η τάση διακοπής είναι η τάση στην οποία το ρεύμα φτάνει σε μια συγκεκριμένη μικρή τιμή. Επομένως, στις τεχνικές προδιαγραφές, το τρανζίστορ υποδεικνύεται σε ποιο ρεύμα αποστράγγισης έγινε η μέτρηση.

Το πλάτος της διασταύρωσης pn εξαρτάται επίσης από το ρεύμα που διαρρέει το κανάλι. Εάν, για παράδειγμα (Εικ. 2.37, α), τότε το ρεύμα που ρέει μέσω του τρανζίστορ θα δημιουργήσει μια πτώση τάσης κατά μήκος του τελευταίου, η οποία αποδεικνύεται ότι εμποδίζει τη μετάβαση πύλης-καναλιού.

Ρύζι. 2.38. Χαρακτηριστικά εξόδου ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με το χαρακτηριστικό εισόδου ελέγχου (6) και το χαρακτηριστικό μετάδοσης (πύλη στόκου) (c): I - απότομη περιοχή. II - επίπεδη περιοχή ή περιοχή κορεσμού. III - περιοχή διάσπασης

Αυτό οδηγεί σε αύξηση του πλάτους και, κατά συνέπεια, σε μείωση της διατομής και της αγωγιμότητας του καναλιού, και το πλάτος της διασταύρωσης p-n αυξάνεται καθώς πλησιάζει την περιοχή αποστράγγισης, όπου θα υπάρξει η μεγαλύτερη πτώση τάσης που προκαλείται από το ρεύμα στην αντίσταση του καναλιού. Έτσι, αν υποθέσουμε ότι η αντίσταση του τρανζίστορ καθορίζεται μόνο από την αντίσταση του καναλιού, τότε στην άκρη της διασταύρωσης p-n που βλέπει στην πηγή, θα ενεργήσει η τάση και στην άκρη που βλέπει προς την αποστράγγιση, θα ενεργήσει η τάση . Σε τιμές χαμηλής τάσης και μικρές, το τρανζίστορ συμπεριφέρεται σαν γραμμική αντίσταση. Μια αύξηση οδηγεί σε σχεδόν γραμμική αύξηση και μια μείωση οδηγεί σε αντίστοιχη μείωση. Καθώς το χαρακτηριστικό μεγαλώνει, αποκλίνει όλο και περισσότερο από το γραμμικό, που σχετίζεται με το στένωση του καναλιού στο άκρο της αποχέτευσης. Σε μια ορισμένη τιμή του ρεύματος, εμφανίζεται ο λεγόμενος τρόπος κορεσμού (τμήμα II στο Σχ. 2.38, α), ο οποίος χαρακτηρίζεται από αυτό. ότι όσο αυξάνεται το ρεύμα, το ρεύμα αλλάζει ελαφρώς. Αυτό συμβαίνει επειδή σε υψηλή τάση, το κανάλι στην αποχέτευση συστέλλεται σε στενό λαιμό. Δημιουργείται ένα είδος δυναμικής ισορροπίας, όπου μια αύξηση και μια αύξηση του ρεύματος προκαλούν περαιτέρω στένωση του καναλιού και, κατά συνέπεια, μείωση του ρεύματος. Ως αποτέλεσμα, το τελευταίο παραμένει σχεδόν σταθερό. Η τάση στην οποία εμφανίζεται ο κορεσμός ονομάζεται τάση κορεσμού. Είναι, όπως φαίνεται από το Σχ. , αλλάζει καθώς αλλάζει η τάση. Επειδή η επίδραση στο πλάτος του καναλιού στην έξοδο αποστράγγισης είναι σχεδόν η ίδια, τότε

Έτσι, η τάση αποκοπής, που προσδιορίζεται σε μια μικρή τάση, είναι αριθμητικά ίση με την τάση κορεσμού στο , και η τάση κορεσμού σε μια συγκεκριμένη τάση πύλης είναι ίση με τη διαφορά μεταξύ της τάσης αποκοπής και της τάσης της πύλης.

Με σημαντική αύξηση της τάσης του άκρου αποστράγγισης, παρατηρείται διάσπαση της ένωσης p-n.

Στα χαρακτηριστικά εξόδου ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, μπορούν να διακριθούν δύο περιοχές εργασίας, το OA και το OB. Η περιοχή ΟΑ ονομάζεται απότομη χαρακτηριστική περιοχή, η περιοχή ΑΒ ονομάζεται επίπεδη ή περιοχή κορεσμού. Στην απότομη περιοχή, το τρανζίστορ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ωμική ελεγχόμενη αντίσταση. Στα στάδια ενίσχυσης, το τρανζίστορ λειτουργεί σε ένα επίπεδο τμήμα του χαρακτηριστικού. Πέρα από το σημείο Β, συμβαίνει διάσπαση της ηλεκτρικής μετάβασης.

Το χαρακτηριστικό εισόδου ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με διασταύρωση ελέγχου (Εικ. 2.38, β) είναι ο αντίστροφος κλάδος του χαρακτηριστικού βολτ-αμπέρ της διασταύρωσης. Αν και το ρεύμα πύλης ποικίλλει κάπως ανάλογα με την τάση και φτάνει η μεγαλύτερη αξίαυπόκειται σε βραχυκύκλωμα των ακροδεκτών πηγής και αποστράγγισης (ρεύμα διαρροής πύλης) - στις περισσότερες περιπτώσεις μπορεί να παραμεληθεί. Μια αλλαγή στην τάση δεν προκαλεί σημαντικές αλλαγές στο ρεύμα της πύλης, το οποίο είναι χαρακτηριστικό για μια διασταύρωση αντίστροφου ρεύματος.

Όταν λειτουργεί σε μια επίπεδη περιοχή του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης, το ρεύμα αποστράγγισης σε μια δεδομένη τάση 11sh προσδιορίζεται από την έκφραση

όπου είναι το αρχικό ρεύμα αποστράγγισης, κάτω από το οποίο το ρεύμα και η τάση αποστράγγισης υπερβαίνει την τάση κορεσμού: .

Δεδομένου ότι το τρανζίστορ πεδίου ελέγχεται από την τάση πύλης, η απότομη κλίση του χαρακτηριστικού χρησιμοποιείται για να ποσοτικοποιηθεί η δράση ελέγχου της πύλης

Η κλίση του χαρακτηριστικού φτάνει τη μέγιστη τιμή του στο . Για να προσδιορίσουμε την τιμή του S σε οποιαδήποτε τάση, διαφοροποιούμε την έκφραση

Για , η έκφραση (2.73) παίρνει τη μορφή

Αντικαθιστώντας το (1.74) στην έκφραση (1.73), λαμβάνουμε .

Έτσι, η κλίση του χαρακτηριστικού ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου μειώνεται με την αύξηση της τάσης που εφαρμόζεται στην πύλη του.

Η αρχική τιμή της κλίσης του χαρακτηριστικού μπορεί να προσδιοριστεί με μια γραφική-αναλυτική μέθοδο. Για να γίνει αυτό, σχεδιάζουμε μια εφαπτομένη από ένα σημείο στο χαρακτηριστικό της πύλης αποστράγγισης (Εικ. 2.38. γ). Θα αποκόψει ένα τμήμα στον άξονα τάσης και η κλίση του θα καθορίσει την τιμή του .

Οι ιδιότητες ενίσχυσης των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου χαρακτηρίζονται από το κέρδος

που σχετίζεται με την κλίση του χαρακτηριστικού και την εσωτερική αντίσταση με την εξίσωση , όπου είναι η διαφορική εσωτερική αντίσταση του τρανζίστορ.

Πράγματι, σε γενικές γραμμές.

Αν με ταυτόχρονη αλλαγή στο και , τότε από πού

Όπως και με τα διπολικά τρανζίστορ, τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου διακρίνουν μεταξύ μεγάλων και μικρών λειτουργιών σήματος. Η λειτουργία μεγάλου σήματος υπολογίζεται συχνότερα χρησιμοποιώντας τα χαρακτηριστικά εισόδου και εξόδου του τρανζίστορ και το ισοδύναμο κύκλωμα του Σχ. 2.39, α. Για την ανάλυση του καθεστώτος μικρού σήματος, κυκλώματα ισοδύναμου μικρού σήματος χρησιμοποιούνται ευρέως στα Σχ. 2.39, b-g (τρανζίστορ με κανάλι τύπου p). Δεδομένου ότι οι αντιστάσεις των κλειστών συνδέσεων στα τρανζίστορ πεδίου πυριτίου είναι μεγάλες (δεκάδες έως εκατοντάδες MΩ), στις περισσότερες περιπτώσεις μπορούν να αγνοηθούν. Για πρακτικούς υπολογισμούς, το ισοδύναμο κύκλωμα στο Σχ. 1 είναι πιο βολικό. 2.39, d, αν και αντικατοπτρίζει τις πραγματικές φυσικές διεργασίες που συμβαίνουν στα υπό εξέταση τρανζίστορ πολύ χειρότερες. Όλες οι χωρητικότητες πύλης στο κύκλωμα αντικαθίστανται από μία ισοδύναμη χωρητικότητα C ", η οποία φορτίζεται μέσω της μέσης ισοδύναμης αντίστασης.

Ρύζι. 2.39. Απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα FET με έλεγχο p-n διασταύρωση για συνεχές ρεύμα(ένα); κυκλώματα ισοδύναμα μικρού σήματος: πλήρη (β), απλοποιημένα (γ), τροποποιημένα (δ).

Μπορούμε να υποθέσουμε ότι είναι ίση με τη στατική αντίσταση στην απότομη περιοχή των χαρακτηριστικών - την αντίσταση μεταξύ της αποστράγγισης και της πηγής στην ανοιχτή κατάσταση του τρανζίστορ σε μια δεδομένη τάση πηγής αποστράγγισης, μικρότερη από την τάση κορεσμού. Αντανάκλαση της αντίστασης πύλης (ωμική). ισοδύναμη αντίσταση, το οποίο, λόγω της μεγάλης του αξίας (δεκάδες-εκατοντάδες), μπορεί να αγνοηθεί.

Τυπικές τιμές των παραμέτρων των τρανζίστορ πυριτίου που περιλαμβάνονται στο ισοδύναμο κύκλωμα: .

Οι χωρητικότητες του τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, καθώς και η τελική ταχύτητα των φορέων φορτίου στο κανάλι, καθορίζουν τις αδρανειακές του ιδιότητες. Η αδράνεια του τρανζίστορ στην πρώτη προσέγγιση λαμβάνεται υπόψη εισάγοντας την κλίση χειριστή του χαρακτηριστικού

όπου είναι η οριακή συχνότητα, που προσδιορίζεται στο επίπεδο 0,7 της στατικής τιμής της κλίσης του χαρακτηριστικού.

Όταν αλλάζει η θερμοκρασία, οι παράμετροι και τα χαρακτηριστικά των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με έλεγχο αλλάζουν λόγω της επίδρασης των ακόλουθων παραγόντων: αλλαγές στο αντίστροφο ρεύμα μιας κλειστής σύνδεσης p-n. αλλαγές στη διαφορά δυναμικού επαφής αλλαγές στην ειδική αντίσταση του καναλιού.

Το αντίστροφο ρεύμα στο κλειστό αυξάνεται εκθετικά με την αύξηση της θερμοκρασίας. Χονδρικά, μπορεί να θεωρηθεί ότι διπλασιάζεται με αύξηση της θερμοκρασίας κατά 6-8 C. Εάν υπάρχει μεγάλη εξωτερική αντίσταση στο κύκλωμα πύλης του τρανζίστορ, τότε η πτώση τάσης σε αυτό, που προκαλείται από ένα αλλαγμένο ρεύμα, μπορεί να αλλάξει σημαντικά την τάση πύλης.

Η διαφορά δυναμικού επαφής μειώνεται με αύξηση της θερμοκρασίας κατά περίπου . Με μια σταθερή τάση πύλης, αυτό οδηγεί σε αύξηση του ρεύματος αποστράγγισης. Για τρανζίστορ με χαμηλή τάση αποκοπής, αυτό το φαινόμενο είναι κυρίαρχο και οι αλλαγές στο ρεύμα αποστράγγισης θα είναι θετικές.

Δεδομένου ότι ο συντελεστής θερμοκρασίας που χαρακτηρίζει την αλλαγή στην ειδική αντίσταση του καναλιού είναι θετικός, το ρεύμα αποστράγγισης μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό ανοίγει τη δυνατότητα σωστής επιλογής της θέσης του σημείου λειτουργίας του τρανζίστορ για αμοιβαία αντιστάθμιση των μεταβολών του ρεύματος που προκαλούνται από αλλαγές στη διαφορά δυναμικού επαφής και στην ειδική αντίσταση του καναλιού. Ως αποτέλεσμα, το ρεύμα αποστράγγισης θα είναι σχεδόν σταθερό σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών.

Το σημείο λειτουργίας στο οποίο έχει η αλλαγή του ρυθμού ροής με την αλλαγή θερμοκρασίας ελάχιστη τιμή, ονομάζεται θερμοσταθερό σημείο. Η κατά προσέγγιση θέση του μπορεί να βρεθεί από την εξίσωση

Από το (2.78) μπορεί να φανεί ότι με μια σημαντική κλίση το χαρακτηριστικό σε ένα θερμικά σταθερό σημείο είναι μικρό και μπορεί να ληφθεί πολύ μικρότερο κέρδος από το τρανζίστορ από ό,τι όταν εργάζεστε με χαμηλή τάση.

Ρύζι. 2,40. Η συμπερίληψη ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου σε κυκλώματα: α - με κοινή πηγή. β - με κοινή αποχέτευση

Τα σύγχρονα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου που κατασκευάζονται με βάση το πυρίτιο μπορούν να λειτουργήσουν μέχρι θερμοκρασία 120-150 C. Η συμπερίληψή τους στα κυκλώματα των σταδίων ενίσχυσης με κοινή πηγή και κοινή αποστράγγιση φαίνεται στο σχ. 2.40, α, β. Η σταθερή τάση παρέχει μια ορισμένη τιμή της αντίστασης του καναλιού και ένα ορισμένο ρεύμα αποστράγγισης. Όταν εφαρμόζεται μια ενισχυμένη τάση εισόδου, το δυναμικό της πύλης αλλάζει και τα ρεύματα αποστράγγισης και πηγής, καθώς και η πτώση τάσης στην αντίσταση R, αλλάζουν ανάλογα.

Η αύξηση της πτώσης τάσης στην αντίσταση R σε μεγάλη τιμή είναι πολύ μεγαλύτερη από τις αυξήσεις της τάσης εισόδου. Αυτό ενισχύει το σήμα. Λόγω του χαμηλού επιπολασμού, η ενεργοποίηση με κοινό κλείστρο δεν εμφανίζεται. Όταν αλλάζετε τον τύπο ηλεκτρικής αγωγιμότητας του καναλιού, αλλάζει μόνο η πολικότητα των εφαρμοζόμενων τάσεων και η κατεύθυνση των ρευμάτων, συμπεριλαμβανομένων των ισοδύναμων κυκλωμάτων.

Τα κύρια πλεονεκτήματα των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με σύνδεση ελέγχου p-n έναντι των διπολικών είναι η υψηλή αντίσταση εισόδου, ο χαμηλός θόρυβος, η ευκολία κατασκευής και η απουσία υπολειπόμενης τάσης σε ανοιχτή κατάσταση μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης ενός ανοιχτού τρανζίστορ.

Τα τρανζίστορ MIS μπορούν να είναι δύο τύπων: τρανζίστορ με ενσωματωμένα κανάλια (το κανάλι δημιουργείται κατά την κατασκευή) και τρανζίστορ με επαγόμενα κανάλια (το κανάλι εμφανίζεται υπό την επίδραση τάσης που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια ελέγχου).

Τα τρανζίστορ του πρώτου τύπου μπορούν να λειτουργήσουν τόσο στη λειτουργία εξάντλησης του καναλιού με φορείς φόρτισης όσο και στη λειτουργία εμπλουτισμού. Τα τρανζίστορ του δεύτερου τύπου μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο σε λειτουργία εμπλουτισμού. Στα τρανζίστορ MIS, σε αντίθεση με τα τρανζίστορ με σύνδεση ελέγχου p-n, η μεταλλική πύλη απομονώνεται από τον ημιαγωγό με ένα διηλεκτρικό στρώμα και υπάρχει μια πρόσθετη έξοδος από τον κρύσταλλο στον οποίο κατασκευάζεται η συσκευή (Εικ. 2.41), που ονομάζεται υπόστρωμα.

Ρύζι. 2.41. Δομές του τρανζίστορ MIS: α - επίπεδο τρανζίστορ με επαγόμενο κανάλι. β - επίπεδο τρανζίστορ με ενσωματωμένο κανάλι. , τρανζίστορ - και .

Ρύζι. 2.42. Κατανομή φορέων φορτίου στο επιφανειακό στρώμα

Η τάση ελέγχου μπορεί να εφαρμοστεί τόσο μεταξύ της πύλης και του υποστρώματος, όσο και ανεξάρτητα στο υπόστρωμα και την πύλη. Υπό την επίδραση του προκύπτοντος ηλεκτρικού πεδίου, ένα κανάλι τύπου εμφανίζεται κοντά στην επιφάνεια του ημιαγωγού λόγω της απώθησης των ηλεκτρονίων από την επιφάνεια στο βάθος του ημιαγωγού σε ένα τρανζίστορ με επαγόμενο κανάλι. Σε ένα τρανζίστορ με ενσωματωμένο κανάλι, το υπάρχον κανάλι επεκτείνεται ή περιορίζεται. Η αλλαγή της τάσης ελέγχου αλλάζει το πλάτος του καναλιού και, κατά συνέπεια, την αντίσταση και το ρεύμα του τρανζίστορ.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των τρανζίστορ MIS είναι η υψηλή αντίσταση εισόδου τους, φτάνοντας τις τιμές Ohm (για τρανζίστορ με διασταύρωση ελέγχου Ohm).

Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα τη λειτουργία ενός τρανζίστορ MIS με επαγόμενο κανάλι. Αφήστε ως πηγήΤο τρανζίστορ χρησιμοποιεί πυρίτιο με ηλεκτρική αγωγιμότητα τύπου. Ο ρόλος της διηλεκτρικής μεμβράνης εκτελείται από το διοξείδιο του πυριτίου. Ελλείψει προκατάληψης, το στρώμα κοντά στην επιφάνεια ενός ημιαγωγού συνήθως εμπλουτίζεται με ηλεκτρόνια (Εικ. 2.42, α). Αυτό οφείλεται στην παρουσία θετικά φορτισμένων ιόντων στο διηλεκτρικό φιλμ, που είναι συνέπεια της προηγούμενης οξείδωσης του πυριτίου και της φωτολιθογραφικής επεξεργασίας του, καθώς και της παρουσίας παγίδων στη διεπιφάνεια. Θυμηθείτε ότι οι παγίδες είναι ένα σύνολο ενεργειακών επιπέδων που βρίσκονται βαθιά στο διάκενο ζώνης, κοντά στη μέση του.

Όταν εφαρμόζεται αρνητική τάση στην πύλη, τα ηλεκτρόνια του στρώματος κοντά στην επιφάνεια απωθούνται στο βάθος του ημιαγωγού και οι οπές κινούνται προς την επιφάνεια. Το επιφανειακό στρώμα αποκτά ηλεκτρική αγωγιμότητα οπής (Εικ. 2.42, β). Ένα λεπτό αντίστροφο στρώμα εμφανίζεται σε αυτό, που συνδέει την αποχέτευση με την πηγή. Αυτό το στρώμα παίζει το ρόλο ενός καναλιού. Εάν εφαρμόζεται τάση μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης, τότε οι οπές, που κινούνται κατά μήκος του καναλιού, δημιουργούν ένα ρεύμα αποστράγγισης. Με την αλλαγή της τάσης της πύλης, είναι δυνατό να επεκταθεί ή να περιοριστεί το κανάλι και έτσι να αυξηθεί ή να μειωθεί το ρεύμα αποστράγγισης.

Η τάση πύλης στην οποία επάγεται το κανάλι ονομάζεται τάση κατωφλίου. Δεδομένου ότι το κανάλι εμφανίζεται σταδιακά, καθώς αυξάνεται η τάση πύλης, για να εξαλειφθεί η ασάφεια στον ορισμό του, συνήθως ορίζεται μια συγκεκριμένη τιμή ρεύματος αποστράγγισης, πάνω από την οποία θεωρείται ότι το δυναμικό της πύλης έχει φτάσει την τάση κατωφλίου .

Καθώς η απόσταση από την επιφάνεια του ημιαγωγού αυξάνεται, η συγκέντρωση των επαγόμενων οπών μειώνεται. Σε απόσταση περίπου ίση με το πάχος του καναλιού, η ηλεκτρική αγωγιμότητα γίνεται εγγενής. Στη συνέχεια έρχεται το τμήμα που έχει εξαντληθεί από τους κύριους φορείς φόρτισης (-transition). Χάρη σε αυτόν, η αποστράγγιση, η πηγή και το κανάλι απομονώνονται από το υπόστρωμα. - η διασταύρωση πολώνεται από την εφαρμοζόμενη τάση προς την αντίθετη κατεύθυνση. Προφανώς, το πλάτος και το πλάτος του καναλιού του μπορούν να αλλάξουν εφαρμόζοντας πρόσθετη τάση στο υπόστρωμα σε σχέση με τα ηλεκτρόδια αποστράγγισης και πηγής του τρανζίστορ. Επομένως, το ρεύμα αποστράγγισης μπορεί να ελεγχθεί όχι μόνο αλλάζοντας την τάση της πύλης, αλλά και αλλάζοντας την τάση του υποστρώματος. Σε αυτή την περίπτωση, ο έλεγχος του τρανζίστορ MOS είναι παρόμοιος με τον έλεγχο ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με διασταύρωση ελέγχου. Για να σχηματιστεί ένα κανάλι, μια τάση μεγαλύτερη από .

Το πάχος του αντίστροφου στρώματος είναι πολύ μικρότερο από το πάχος του εξαντλημένου στρώματος. Εάν το τελευταίο είναι εκατοντάδες - χιλιάδες nm, τότε το πάχος του επαγόμενου καναλιού είναι μόνο 1-5 nm. Με άλλα λόγια, οι οπές του επαγόμενου καναλιού «πιέζονται» στην επιφάνεια του ημιαγωγού· επομένως, η δομή και οι ιδιότητες της διεπαφής ημιαγωγού-μονωτή παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στα τρανζίστορ MOS.

Οι οπές που σχηματίζουν το κανάλι εισέρχονται σε αυτό όχι μόνο από το υπόστρωμα τύπου, όπου υπάρχουν λίγα από αυτά και δημιουργούνται σχετικά αργά, αλλά και από τα στρώματα τύπου πηγής και αποστράγγισης, όπου η συγκέντρωσή τους είναι πρακτικά απεριόριστη, και το πεδίο η αντοχή κοντά σε αυτά τα ηλεκτρόδια είναι αρκετά υψηλή.

Σε τρανζίστορ με ενσωματωμένο κανάλι, το ρεύμα στο κύκλωμα αποστράγγισης θα ρέει επίσης με μηδενική τάση πύλης. Για να το σταματήσετε, είναι απαραίτητο να εφαρμόσετε μια θετική τάση στην πύλη (στην περίπτωση δομής καναλιού τύπου) ίση με ή περισσότερη τάσηαποκοπές . Σε αυτή την περίπτωση, οι οπές από το αντίστροφο στρώμα θα εξαναγκαστούν σχεδόν πλήρως στο βάθος του ημιαγωγού και το κανάλι θα εξαφανιστεί. Όταν εφαρμόζεται αρνητική τάση, το κανάλι διαστέλλεται και το ρεύμα αυξάνεται. Με αυτόν τον τρόπο. Τα τρανζίστορ MOS με ενσωματωμένα κανάλια λειτουργούν και σε λειτουργίες εξάντλησης και εμπλουτισμού.

Ρύζι. 2.43. Η δομή του τρανζίστορ MIS με αλλαγμένο πλάτος καναλιού κατά τη ροή του ρεύματος (a). Τα χαρακτηριστικά εξόδου του με επαγόμενα κανάλια (β) και ενσωματωμένα (γ): I απότομη περιοχή. II - επίπεδη περιοχή ή περιοχή κορεσμού. III - περιοχή κατανομής. 1 - μεσημεριανό στρώμα

Όπως τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με διασταύρωση ελέγχου, τα τρανζίστορ MIS σε χαμηλές τάσεις (στην περιοχή του Σχ. 2.43, b, c) συμπεριφέρονται σαν μια γραμμική ελεγχόμενη αντίσταση. Καθώς η τάση αυξάνεται, το πλάτος του καναλιού μειώνεται λόγω μιας πτώσης τάσης σε αυτό και μιας αλλαγής στο ηλεκτρικό πεδίο που προκύπτει. Αυτό είναι ιδιαίτερα έντονο σε εκείνο το τμήμα του καναλιού, το οποίο βρίσκεται κοντά στην αποχέτευση (Εικ. 2.43, α). Οι πτώσεις τάσης που δημιουργούνται από το ρεύμα οδηγούν σε ανομοιόμορφη κατανομή της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου κατά μήκος του καναλιού και αυξάνεται καθώς πλησιάζει την αποχέτευση. Υπό τάση, το κανάλι κοντά στην αποστράγγιση γίνεται τόσο στενό που συμβαίνει μια δυναμική ισορροπία, όταν μια αύξηση της τάσης προκαλεί μείωση στο πλάτος του καναλιού και αύξηση της αντίστασής του. Ως αποτέλεσμα, το ρεύμα αλλάζει ελάχιστα με περαιτέρω αύξηση της τάσης. Αυτές οι διαδικασίες αλλαγής του πλάτους του καναλιού ανάλογα με την τάση είναι οι ίδιες όπως στα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με διασταύρωση p-n ελέγχου.

Τα χαρακτηριστικά εξόδου των τρανζίστορ MIS είναι παρόμοια με εκείνα των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με χειριστήριο (Εικ. 2.43, b, c). Μπορούν να χωριστούν σε απότομες και επίπεδες περιοχές, καθώς και στην περιοχή διάσπασης. Σε μια απότομη περιοχή, το τρανζίστορ MIS μπορεί να λειτουργήσει ως ηλεκτρικά ελεγχόμενη αντίσταση. Η επίπεδη περιοχή II χρησιμοποιείται συνήθως στην κατασκευή ενισχυτικών καταρρακτών. Αναλυτικές προσεγγίσεις χαρακτηριστικά βολτ-αμπέρΤα τρανζίστορ MIS δεν είναι πολύ βολικά και χρησιμοποιούνται σπάνια στην πρακτική της μηχανικής. Για κατά προσέγγιση εκτιμήσεις του ρεύματος αποστράγγισης στην περιοχή κορεσμού, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την εξίσωση

Για τρανζίστορ με ενσωματωμένο κανάλι, οι εξισώσεις (2.79) μπορούν να χρησιμοποιηθούν εάν αντικαταστήσουμε και λάβουμε υπόψη τα σημάδια των τάσεων και .. Χαρακτηρίζουν τις παραμέτρους ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, το οποίο, για μια δεδομένη λειτουργία μέτρησης, είναι αντιπροσωπεύεται από ένα ισοδύναμο κύκλωμα στο Σχ. 2.44, ε. Αντικατοπτρίζει χειρότερα τα χαρακτηριστικά του τρανζίστορ, αλλά οι παράμετροί του είναι γνωστές ή μπορούν εύκολα να μετρηθούν (χωρητικότητα εισόδου, μέσω χωρητικότητας, χωρητικότητα εξόδου).

Η εξίσωση χειριστή για την κλίση των χαρακτηριστικών των τρανζίστορ MOS έχει την ίδια μορφή με τα τρανζίστορ πεδίου με σήμα ελέγχου.Σε αυτή την περίπτωση, η σταθερά χρόνου είναι . Σε μια τυπική περίπτωση, με μήκος καναλιού 5 μm, η οριακή συχνότητα στην οποία η κλίση του χαρακτηριστικού μειώνεται κατά 0,7 βρίσκεται μέσα σε μερικές εκατοντάδες megahertz.

Η εξάρτηση από τη θερμοκρασία της οριακής τάσης και της τάσης αποκοπής οφείλεται σε αλλαγή στη θέση του επιπέδου Fermi, σε αλλαγή στο φορτίο χώρου στην περιοχή εξάντλησης και στην επίδραση της θερμοκρασίας στην τιμή του φορτίου στο διηλεκτρικό. Τα τρανζίστορ MOS έχουν επίσης ένα θερμικά σταθερό σημείο λειτουργίας όπου το ρεύμα αποστράγγισης επηρεάζεται ελάχιστα από τη θερμοκρασία. Στο διαφορετικά τρανζίστορη τιμή του ρεύματος αποστράγγισης στο θερμοσταθερό σημείο είναι εντός . Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των τρανζίστορ MIS έναντι των διπολικών είναι η χαμηλή πτώση τάσης κατά την εναλλαγή μικρών σημάτων. Έτσι, εάν σε διπολικά τρανζίστορ σε λειτουργία κορεσμού η τάση

Όταν μειώνεται, μπορεί να μειωθεί σε τιμή που τείνει στο μηδέν. Δεδομένου ότι τα τρανζίστορ MIS με διηλεκτρικό διοξείδιο του πυριτίου χρησιμοποιούνται ευρέως, θα τα ονομάσουμε περαιτέρω τρανζίστορ MOS.

Επί του παρόντος, η βιομηχανία παράγει επίσης MOSFET με δύο μονωμένες πύλες (tetrode), για παράδειγμα. Η παρουσία μιας δεύτερης πύλης σάς επιτρέπει να ελέγχετε ταυτόχρονα το ρεύμα του τρανζίστορ χρησιμοποιώντας δύο τάσεις ελέγχου, οι οποίες διευκολύνουν την κατασκευή διαφόρων συσκευών ενίσχυσης και πολλαπλασιασμού. Τα χαρακτηριστικά τους είναι παρόμοια με τα χαρακτηριστικά των τρανζίστορ πεδίου μονής πύλης, μόνο που ο αριθμός τους είναι μεγαλύτερος, αφού είναι κατασκευασμένοι για την τάση κάθε πύλης με σταθερή τάση στην άλλη πύλη. Κατά συνέπεια, διακρίνεται η κλίση του χαρακτηριστικού για την πρώτη και τη δεύτερη πύλη, την τάση αποκοπής της πρώτης και της δεύτερης πύλης κ.λπ.. Η εφαρμογή τάσης στις πύλες δεν διαφέρει από την εφαρμογή τάσης στην πύλη ενός MOSFET μονής πύλης.

Πρέπει να υπερβεί το όριο. Διαφορετικά, το κανάλι δεν θα εμφανιστεί και το τρανζίστορ θα κλειδωθεί.

Τα τρανζίστορ εφέ πεδίου είναι συσκευές ημιαγωγών. Το χαρακτηριστικό τους είναι ότι το ρεύμα εξόδου ελέγχεται από ένα ηλεκτρικό πεδίο και μια τάση μιας πολικότητας. Το σήμα ελέγχου εφαρμόζεται στην πύλη και ρυθμίζει την αγωγιμότητα της διασταύρωσης του τρανζίστορ. Σε αυτό διαφέρουν από τα διπολικά τρανζίστορ, στα οποία το σήμα είναι δυνατό με διαφορετική πολικότητα. Μια άλλη χαρακτηριστική ιδιότητα ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου είναι ο σχηματισμός ηλεκτρικού ρεύματος από τους κύριους φορείς της ίδιας πολικότητας.

ποικιλίες

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι τρανζίστορ εφέ πεδίου, που λειτουργούν με τα δικά τους χαρακτηριστικά.

• τύπος αγωγιμότητας. Η πολικότητα της τάσης ελέγχου εξαρτάται από αυτό.
• Δομή: διάχυση, κράμα, MIS, φράγμα Schottky.
• Αριθμός ηλεκτροδίων: υπάρχουν τρανζίστορ με 3 ή 4 ηλεκτρόδια. Στην έκδοση με 4 ηλεκτρόδια, το υπόστρωμα είναι ένα ξεχωριστό μέρος, το οποίο καθιστά δυνατό τον έλεγχο της διέλευσης του ρεύματος μέσω της διασταύρωσης.
• Υλικό παραγωγής: συσκευές με βάση το γερμάνιο, το πυρίτιο έγιναν οι πιο δημοφιλείς. Στη σήμανση του τρανζίστορ, το γράμμα σημαίνει το υλικό του ημιαγωγού. Στα τρανζίστορ που παράγονται για στρατιωτικό εξοπλισμό, το υλικό σημειώνεται με αριθμούς.
• Είδος αίτησης: αναφέρεται σε βιβλία αναφοράς, δεν αναγράφεται στην ετικέτα. Στην πράξη, είναι γνωστές πέντε ομάδες εργαζομένων πεδίου: σε ενισχυτές χαμηλής και υψηλής συχνότητας, όπως ηλεκτρονικά κλειδιά, διαμορφωτές, ενισχυτές DC.
• Εύρος παραμέτρων λειτουργίας: Ένα σύνολο δεδομένων εντός των οποίων μπορούν να λειτουργήσουν οι εργαζόμενοι στον τομέα.
• Χαρακτηριστικά της συσκευής: unitrons, gridistors, alkatrons. Όλες οι συσκευές έχουν τα δικά τους διακριτικά δεδομένα.
• Αριθμός δομικών στοιχείων: συμπληρωματικά, δίδυμα κ.λπ.

Εκτός από την κύρια ταξινόμηση των "εργαζομένων πεδίου", υπάρχει μια ειδική ταξινόμηση που έχει την αρχή λειτουργίας:

• FET με μετάβαση p-nπου καταφέρνει.
• Τρανζίστορ πεδίου με φράγμα Schottky.
• "Εργάτες πεδίου" με μονωμένο παντζούρι, οι οποίοι χωρίζονται:
  - με επαγωγική μετάβαση.
  - με ενσωματωμένη μετάβαση.

Στην επιστημονική βιβλιογραφία έχει προταθεί μια βοηθητική ταξινόμηση. Λέει ότι ο ημιαγωγός που βασίζεται στο φράγμα Schottky πρέπει να κατανεμηθεί σε ξεχωριστή κατηγορία, καθώς πρόκειται για ξεχωριστή δομή. Το ίδιο τρανζίστορ μπορεί να περιλαμβάνει ένα οξείδιο και ένα διηλεκτρικό ταυτόχρονα, όπως στο τρανζίστορ KP 305. Τέτοιες μέθοδοι χρησιμοποιούνται για τον σχηματισμό νέων ιδιοτήτων ενός ημιαγωγού ή για τη μείωση του κόστους τους.

Στα διαγράμματα, οι εργαζόμενοι στον τομέα έχουν ονομασίες τερματικού: G - πύλη, D - αποστράγγιση, S - πηγή. Το υπόστρωμα ενός τρανζίστορ ονομάζεται «υπόστρωμα».

Χαρακτηριστικά σχεδίου

Το ηλεκτρόδιο ελέγχου ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου στα ηλεκτρονικά ονομάζεται πύλη. Η μετάβασή του πραγματοποιείται από ημιαγωγό με οποιοδήποτε τύπο αγωγιμότητας. Η πολικότητα της τάσης ελέγχου μπορεί να είναι με οποιοδήποτε σημάδι. Ένα ηλεκτρικό πεδίο ορισμένης πολικότητας απελευθερώνει ελεύθερα ηλεκτρόνια έως ότου η διασταύρωση τελειώσει από ελεύθερα ηλεκτρόνια. Αυτό επιτυγχάνεται με την εφαρμογή ηλεκτρικού πεδίου στον ημιαγωγό, μετά από το οποίο η τιμή του ρεύματος πλησιάζει το μηδέν. Αυτή είναι η δράση του τρανζίστορ εφέ πεδίου.

Το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει από την πηγή στην αποχέτευση. Ας αναλύσουμε τις διαφορές μεταξύ αυτών των δύο ακροδεκτών του τρανζίστορ. Η κατεύθυνση των ηλεκτρονίων δεν έχει σημασία. Τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου έχουν την ιδιότητα της αναστρεψιμότητας. Στη ραδιομηχανική, τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου έχουν βρει τη δημοτικότητά τους, καθώς δεν δημιουργούν θόρυβο λόγω της μονοπολικότητας των φορέων φορτίου.

Το κύριο χαρακτηριστικό των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου είναι η σημαντική αντίσταση εισόδου. Αυτό είναι ιδιαίτερα αισθητό σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Αυτή η κατάσταση επιτυγχάνεται λόγω του ελέγχου από την αντίστροφη μετάβαση Schottky με μια συγκεκριμένη προκατάληψη ή από την χωρητικότητα του πυκνωτή κοντά στην πύλη.

Το υλικό του υποστρώματος είναι ένας ημιαγωγός χωρίς επικάλυψη. Για "εργάτες πεδίου" με μετάβαση Schottky, αντί για υπόστρωμα, τοποθετείται αρσενίδιο του γαλλίου, το οποίο στην καθαρή του μορφή είναι καλός μονωτής.

Στην πράξη, είναι δύσκολο να δημιουργηθεί ένα δομικό στρώμα με πολύπλοκη σύνθεση που να πληροί τις απαραίτητες προϋποθέσεις. Ως εκ τούτου, μια πρόσθετη απαίτηση είναι η ικανότητα να χτίζεται αργά το υπόστρωμα στο επιθυμητό μέγεθος.

Τρανζίστορ πεδίου με p-nμετάβαση

Σε ένα τέτοιο σχέδιο, ο τύπος αγωγιμότητας της πύλης διαφέρει από αυτόν της διασταύρωσης. Στην πράξη, εφαρμόζονται διάφορες βελτιώσεις. Το κλείστρο μπορεί να κατασκευαστεί από πολλές περιοχές. Ως αποτέλεσμα, η μικρότερη τάση μπορεί να ελέγξει τη διέλευση του ρεύματος, γεγονός που αυξάνει το κέρδος.

Χρησιμοποιείται σε διάφορα σχήματα αντίστροφη όψημετατόπιση. Όσο μεγαλύτερη είναι η μετατόπιση, τόσο μικρότερο είναι το πλάτος της μετάβασης για τη διέλευση του ρεύματος. Σε μια συγκεκριμένη τιμή τάσης, το τρανζίστορ κλείνει. Δεν συνιστάται η χρήση πόλωσης προς τα εμπρός, καθώς το κύκλωμα μετάδοσης κίνησης υψηλής ισχύος μπορεί να επηρεάσει την πύλη. Κατά τη διάρκεια μιας ανοιχτής μετάβασης, περνάει ένα σημαντικό ρεύμα ή αυξημένη τάση. Η εργασία κανονικής λειτουργίας δημιουργείται από σωστή επιλογήπόλους και άλλες ιδιότητες της πηγής ισχύος, καθώς και την επιλογή του σημείου λειτουργίας του τρανζίστορ.

Σε πολλές περιπτώσεις χρησιμοποιούνται ειδικά ρεύματα πύλης. Αυτή η λειτουργία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί από τρανζίστορ στα οποία το υπόστρωμα σχηματίζει μια διασταύρωση τύπου p-n. Η φόρτιση από την πηγή χωρίζεται σε μια αποχέτευση και μια πύλη. Υπάρχει μια περιοχή με μεγάλο συντελεστή ενίσχυσης ρεύματος. Αυτή η λειτουργία ελέγχεται με κλείστρο. Ωστόσο, όσο αυξάνεται το ρεύμα, αυτές οι παράμετροι πέφτουν απότομα.

Μια παρόμοια σύνδεση χρησιμοποιείται στο κύκλωμα ανιχνευτή πύλης συχνότητας. Εφαρμόζει ιδιότητες διόρθωσης μετάβασης καναλιών και πύλης. Σε αυτήν την περίπτωση, η προκατάληψη προς τα εμπρός είναι μηδέν. Το τρανζίστορ κινείται επίσης από ρεύμα πύλης. Μια μεγάλη ενίσχυση σήματος δημιουργείται στο κύκλωμα αποστράγγισης. Η τάση για την πύλη ποικίλλει σύμφωνα με το νόμο της εισόδου και εμποδίζει την πύλη.

Η τάση στο κύκλωμα αποστράγγισης έχει τα ακόλουθα στοιχεία:

• Συνεχής. Δεν εφαρμόζεται.
• Σήμα φορέα. Εκκενώνεται στο έδαφος χρησιμοποιώντας φίλτρα.
• Διαμόρφωση σήματος συχνότητας. Υποβάλλεται σε επεξεργασία για τη λήψη πληροφοριών από αυτό .

Ως μειονέκτημα του ανιχνευτή κλείστρου, συνιστάται να ξεχωρίσετε έναν σημαντικό παράγοντα παραμόρφωσης. Τα αποτελέσματα για αυτόν είναι αρνητικά για τους δυνατούς και αδύναμα σήματα. Ένα ελαφρώς καλύτερο αποτέλεσμα δείχνει έναν ανιχνευτή φάσης κατασκευασμένο σε τρανζίστορ με δύο πύλες. Το σήμα αναφοράς εφαρμόζεται σε ένα από τα ηλεκτρόδια ελέγχου και το σήμα πληροφοριών, που ενισχύεται από τον εργάτη πεδίου, εμφανίζεται στην αποχέτευση.

Παρά τη σημαντική παραμόρφωση, αυτό το αποτέλεσμα έχει το σκοπό του. Σε επιλεκτικούς ενισχυτές που περνούν ορισμένη δόση συγκεκριμένου φάσματος συχνοτήτων. Αρμονικές δονήσειςφιλτράρονται και δεν επηρεάζουν την ποιότητα του σχήματος.

Τα τρανζίστορ MeP, που σημαίνει μέταλλο-ημιαγωγός, με διασταύρωση Schottky πρακτικά δεν διαφέρουν από τα τρανζίστορ με σύνδεση p-n. Δεδομένου ότι η διασταύρωση MeN έχει ειδικές ιδιότητες, αυτά τα τρανζίστορ μπορούν να λειτουργήσουν με αυξημένη συχνότητα. Και επίσης, η δομή MeP είναι εύκολη στην κατασκευή. Τα χαρακτηριστικά συχνότητας εξαρτώνται από το χρόνο φόρτισης του στοιχείου πύλης.

Τρανζίστορ MIS

Η βάση των ημιαγωγικών στοιχείων επεκτείνεται συνεχώς. Κάθε νέα εξέλιξη αλλάζει ηλεκτρονικά συστήματα. Νέα όργανα και συσκευές εμφανίζονται στη βάση τους. Το τρανζίστορ MOS λειτουργεί αλλάζοντας την αγωγιμότητα του στρώματος ημιαγωγών χρησιμοποιώντας ηλεκτρικό πεδίο. Από αυτό προήλθε το όνομα - πεδίο.

Η ονομασία MIS σημαίνει μέταλλο-μονωτής-ημιαγωγός. Αυτό δίνει μια περιγραφή της σύνθεσης της συσκευής. Η πύλη απομονώνεται από την πηγή και αποστραγγίζεται με ένα λεπτό διηλεκτρικό. Το τρανζίστορ MIS σύγχρονου τύπου έχει μέγεθος πύλης 0,6 microns, μέσα από το οποίο μπορεί να ρέει μόνο ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Επηρεάζει την κατάσταση του ημιαγωγού.

Όταν το επιθυμητό δυναμικό εμφανίζεται στην πύλη, δημιουργείται ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το οποίο επηρεάζει την αντίσταση του τμήματος της πηγής αποστράγγισης.

Τα πλεονεκτήματα αυτής της χρήσης της συσκευής είναι:

• Αυξημένη αντίσταση εισόδου της συσκευής. Αυτή η ιδιότητα είναι σχετική για χρήση σε κυκλώματα χαμηλού ρεύματος.
• Η μικρή χωρητικότητα του τμήματος της πηγής αποστράγγισης καθιστά δυνατή τη χρήση του τρανζίστορ MIS σε συσκευές υψηλής συχνότητας. Δεν παρατηρείται παραμόρφωση κατά τη μετάδοση του σήματος.
• Η πρόοδος στις νέες τεχνολογίες κατασκευής ημιαγωγών έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη τρανζίστορ IGBT, τα οποία περιλαμβάνουν θετικά σημείαδιπολικές συσκευές και συσκευές πεδίου. Οι μονάδες ισχύος που βασίζονται σε αυτές χρησιμοποιούνται ευρέως σε μαλακούς εκκινητές και μετατροπείς συχνότητας.

Κατά την ανάπτυξη τέτοιων στοιχείων, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τα τρανζίστορ MIS είναι πιο ευαίσθητα στην υψηλή τάση και τον στατικό ηλεκτρισμό. Το τρανζίστορ μπορεί να καεί αν αγγίξετε τις ακίδες ελέγχου του. Επομένως, κατά την τοποθέτησή τους, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε ειδική γείωση.

Αυτά τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου έχουν πολλές μοναδικές ιδιότητες (για παράδειγμα, έλεγχος ηλεκτρικού πεδίου), επομένως είναι δημοφιλή στον ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι η τεχνολογία κατασκευής τρανζίστορ ενημερώνεται συνεχώς.

Ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου είναι μια ηλεκτρική συσκευή ημιαγωγών της οποίας το ρεύμα εξόδου ελέγχεται από ένα πεδίο, άρα και τάση, του ίδιου πρόσημου. Το σήμα διαμόρφωσης τροφοδοτείται στην πύλη, ρυθμίζει την αγωγιμότητα του καναλιού τύπου n ή p. Σε αντίθεση με τα διπολικά τρανζίστορ, όπου το σήμα είναι μεταβλητής πολικότητας. Το δεύτερο σημάδι είναι ο σχηματισμός του ρεύματος αποκλειστικά από τους κύριους φορείς (του ίδιου ζωδίου).

Ταξινόμηση τρανζίστορ φαινομένου πεδίου

Ας ξεκινήσουμε με την ταξινόμηση. Υπάρχουν πολλοί τύποι τρανζίστορ εφέ πεδίου, το καθένα λειτουργεί σύμφωνα με τον αλγόριθμο:

Εκτός από τη γενική ταξινόμηση, επινοήθηκε μια εξειδικευμένη που καθορίζει τις αρχές της εργασίας. Διακρίνω:

1. Τρανζίστορ εφέ πεδίου με διασταύρωση p-n-control.
2. Τρανζίστορ πεδίου με φράγμα Schottky.
3. Τρανζίστορ εφέ πεδίου με μόνωση πύλης:

• Με ενσωματωμένο κανάλι.
• Με επαγόμενο κανάλι.

Στη βιβλιογραφία, οι δομές ταξινομούνται επιπλέον ως εξής: είναι ακατάλληλο να χρησιμοποιείται η ονομασία MOS, οι δομές που βασίζονται σε οξείδια θεωρούνται ειδική περίπτωση MIS (μέταλλο, μονωτήρας, ημιαγωγός). Το φράγμα Schottky (MeB) θα πρέπει να ξεχωρίσουμε ξεχωριστά, καθώς πρόκειται για διαφορετική δομή. Υπενθυμίζει ιδιότητες p-n-junction. Ας προσθέσουμε ότι δομικά, ένα διηλεκτρικό (νιτρίδιο πυριτίου), ένα οξείδιο (τετρασθενές πυρίτιο) μπορούν ταυτόχρονα να εισέλθουν στη σύνθεση του τρανζίστορ, όπως συνέβη με το KP305. Τέτοιος τεχνικές λύσειςχρησιμοποιείται από ανθρώπους αναζήτηση μεθόδωναποκτώντας μοναδικές ιδιότητες του προϊόντος, μειώνοντας το κόστος.

Μεταξύ των ξένων συντομογραφιών για τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, ο συνδυασμός FET είναι δεσμευμένος, μερικές φορές υποδηλώνει τον τύπο ελέγχου - με μια διασταύρωση p-n. Στην τελευταία περίπτωση, μαζί με αυτό, θα συναντήσουμε και το JFET. Λέξεις-συνώνυμα. Στο εξωτερικό, συνηθίζεται να διαχωρίζονται τρανζίστορ πεδίου δράσης οξειδίων (MOSFET, MOS, MOST - συνώνυμα), νιτριδίου (MNS, MNSFET). Η παρουσία ενός φραγμού Schottky ονομάζεται SBGT. Προφανώς, το υλικό νόημα, η εγχώρια λογοτεχνία, το νόημα του γεγονότος έχει αποσιωπηθεί.

Τα ηλεκτρόδια των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου στα διαγράμματα υποδεικνύονται: D (αποχέτευση) - αποστράγγιση, S (πηγή) - πηγή, G (πύλη) - πύλη. Το υπόστρωμα ονομάζεται υπόστρωμα.

Συσκευή FET

Το ηλεκτρόδιο ελέγχου ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου ονομάζεται πύλη. Το κανάλι σχηματίζεται από έναν ημιαγωγό αυθαίρετου τύπου αγωγιμότητας. Κατά συνέπεια, η πολικότητα της τάσης ελέγχου είναι θετική ή αρνητική. Το πεδίο του αντίστοιχου σημείου εκτοπίζει τους ελεύθερους φορείς έως ότου ο ισθμός κάτω από το ηλεκτρόδιο πύλης αδειάσει εντελώς. Επιτυγχάνεται με την έκθεση του πεδίου είτε σε σύνδεση p-n είτε σε ομογενή ημιαγωγό. Το ρεύμα γίνεται μηδέν. Έτσι λειτουργεί ένα τρανζίστορ εφέ πεδίου.

Το ρεύμα ρέει από την πηγή προς την αποχέτευση· οι αρχάριοι βασανίζονται παραδοσιακά από το ζήτημα της διάκρισης μεταξύ των δύο υποδεικνυόμενων ηλεκτροδίων. Δεν υπάρχει διαφορά προς ποια κατεύθυνση κινούνται τα φορτία. Το τρανζίστορ εφέ πεδίου είναι αναστρέψιμο. Η μονοπολικότητα των φορέων φόρτισης εξηγεί το χαμηλό επίπεδο θορύβου. Επομένως, τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου κατέχουν κυρίαρχη θέση στην τεχνολογία.

Το βασικό χαρακτηριστικό των συσκευών είναι η μεγάλη αντίσταση εισόδου, ειδικά στο εναλλασσόμενο ρεύμα. Ένα προφανές γεγονός που προκύπτει από τον έλεγχο μιας ανάστροφης πόλωσης σύνδεσης p-n (διασταύρωση Schottky), ή η χωρητικότητα ενός τεχνολογικού πυκνωτή στην περιοχή μιας μονωμένης πύλης.

Το υπόστρωμα ευνοείται συχνά από έναν μη επικαλυμμένο ημιαγωγό. Για τρανζίστορ πεδίου με πύλη Schottky - αρσενίδιο γαλλίου. Στην καθαρή του μορφή, ένας καλός μονωτήρας, στον οποίο επιβάλλονται οι ακόλουθες απαιτήσεις ως μέρος του προϊόντος:

Είναι δύσκολο να δημιουργηθεί ένα σημαντικό πάχος του στρώματος που να πληροί τη λίστα των συνθηκών. Επομένως, προστίθεται μια πέμπτη απαίτηση, η οποία συνίσταται στη δυνατότητα σταδιακής κατασκευής του υποστρώματος στις απαιτούμενες διαστάσεις.

Τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με έλεγχο p-n-junction και MeP

Σε αυτή την περίπτωση, ο τύπος αγωγιμότητας του υλικού της πύλης διαφέρει από αυτόν που χρησιμοποιείται από το κανάλι. Στην πράξη, θα βρείτε διάφορες βελτιώσεις. Το κλείστρο αποτελείται από πέντε περιοχές σε εσοχή στο κανάλι. Μια χαμηλότερη τάση μπορεί να ελέγξει τη ροή του ρεύματος. Σημαίνει αύξηση κέρδους.

διπολικό τρανζίστορ

Τα κυκλώματα χρησιμοποιούν την αντίστροφη πόλωση της σύνδεσης p-n, όσο ισχυρότερο, τόσο στενότερο είναι το κανάλι για τη ροή του ρεύματος. Σε μια συγκεκριμένη τιμή τάσης, το τρανζίστορ είναι κλειδωμένο. Η χρήση της προκατάληψης προς τα εμπρός είναι επικίνδυνη επειδή ένα ισχυρό ελεγχόμενο κύκλωμα μπορεί να επηρεάσει το κύκλωμα της πύλης. Εάν η διασταύρωση είναι ανοιχτή, θα ρέει μεγάλο ρεύμα ή α υψηλής τάσης. Παρέχεται κανονική λειτουργία η σωστή επιλογήπολικότητα και άλλα χαρακτηριστικά του τροφοδοτικού, η επιλογή του σημείου λειτουργίας του τρανζίστορ.

Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται σκοπίμως συνεχή ρεύματα πύλης. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτή η λειτουργία μπορεί να χρησιμοποιηθεί από εκείνα τα τρανζίστορ MIS, όπου το υπόστρωμα σχηματίζει μια σύνδεση p-n με το κανάλι. Το κινούμενο φορτίο της πηγής μοιράζεται μεταξύ της πύλης και της αποχέτευσης. Μπορείτε να βρείτε μια περιοχή όπου επιτυγχάνεται σημαντικό τρέχον κέρδος. Η λειτουργία κλείστρου ελέγχεται. Με αύξηση του ρεύματος iz (έως 100 μA), οι παράμετροι του κυκλώματος επιδεινώνονται απότομα.

Μια παρόμοια συμπερίληψη χρησιμοποιείται από το κύκλωμα του λεγόμενου ανιχνευτή συχνότητας πύλης. Ο σχεδιασμός εκμεταλλεύεται τις ιδιότητες ανορθωτή της διασταύρωσης p-n μεταξύ της πύλης και του καναλιού. Η προκατάληψη προς τα εμπρός είναι μικρή ή εντελώς μηδενική. Η συσκευή εξακολουθεί να ελέγχεται από το ρεύμα πύλης. Στο κύκλωμα αποστράγγισης, επιτυγχάνεται σημαντική ενίσχυση σήματος. Η διορθωμένη τάση για την πύλη μπλοκάρει, αλλάζει σύμφωνα με το νόμο εισόδου. Η ενίσχυση του σήματος επιτυγχάνεται ταυτόχρονα με την ανίχνευση. Η τάση του κυκλώματος αποστράγγισης περιέχει τα ακόλουθα στοιχεία:

• σταθερό συστατικό. Δεν χρησιμοποιείται καθόλου.
• Σήμα συχνότητας φορέα. Φέρεται στο έδαφος με τη χρήση δεξαμενών φίλτρου.
• Σήμα με τη συχνότητα του σήματος διαμόρφωσης. Έγινε επεξεργασία για εξαγωγή ενσωματωμένων πληροφοριών.

Το μειονέκτημα του ανιχνευτή συχνότητας πύλης θεωρείται ότι είναι ένας μεγάλος συντελεστής μη γραμμικής παραμόρφωσης. Επιπλέον, τα αποτελέσματα είναι εξίσου άσχημα για αδύναμα (τετραγωνική εξάρτηση του χαρακτηριστικού λειτουργίας) και ισχυρά (έξοδος στη λειτουργία αποκοπής) σήματα. Κάπως καλύτερα φαίνεται από τον ανιχνευτή φάσης σε ένα τρανζίστορ διπλής πύλης. Ένα σήμα αναφοράς εφαρμόζεται σε ένα ηλεκτρόδιο ελέγχου και ένα στοιχείο πληροφοριών σχηματίζεται στην αποστράγγιση, που ενισχύεται από ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου.

Παρά τις μεγάλες γραμμικές παραμορφώσεις, το εφέ βρίσκει εφαρμογή. Για παράδειγμα, σε ενισχυτές επιλεκτικής ισχύος, με δοσομέτρηση που διέρχεται από ένα στενό φάσμα συχνοτήτων. Οι αρμονικές φιλτράρονται και δεν έχουν μεγάλη επίδραση στη συνολική απόδοση του κυκλώματος.

Τα τρανζίστορ μεταλλικών ημιαγωγών (MeS) με φράγμα Schottky σχεδόν δεν διαφέρουν από εκείνα με διασταύρωση p-n. Τουλάχιστον όσον αφορά τις αρχές λειτουργίας. Αλλά λόγω των ειδικών ιδιοτήτων της μετάβασης μετάλλου-ημιαγωγού, τα προϊόντα είναι σε θέση να λειτουργούν σε αυξημένη συχνότητα (δεκάδες GHz, συχνότητες αποκοπής στην περιοχή των 100 GHz). Ταυτόχρονα, η δομή του MeP είναι ευκολότερο να εφαρμοστεί όταν πρόκειται για παραγωγικές και τεχνολογικές διαδικασίες. Χαρακτηριστικά συχνότηταςκαθορίζονται από τον χρόνο φόρτισης της πύλης και την κινητικότητα του φορέα (για GaA πάνω από 10.000 τετραγωνικά cm/V s).

Τρανζίστορ MIS

Στις δομές MIS, η πύλη είναι αξιόπιστα απομονωμένη από το κανάλι και ο έλεγχος γίνεται εξ ολοκλήρου λόγω της δράσης του πεδίου. Η μόνωση πραγματοποιείται με οξείδιο του πυριτίου ή νιτρίδιο. Είναι αυτές οι επικαλύψεις που εφαρμόζονται ευκολότερα στην κρυσταλλική επιφάνεια. Είναι αξιοσημείωτο ότι σε αυτή την περίπτωση υπάρχουν και σύνδεσμοι μετάλλου-ημιαγωγού στις περιοχές πηγής και αποστράγγισης, όπως σε κάθε πολικό τρανζίστορ. Πολλοί συγγραφείς ξεχνούν αυτό το γεγονός ή το αναφέρουν εν παρόδω χρησιμοποιώντας τη μυστηριώδη φράση ωμικές επαφές.

Στο θέμα για τη δίοδο Schottky, τέθηκε αυτό το ερώτημα. Ένα φράγμα δεν εμφανίζεται πάντα στη διασταύρωση ενός μετάλλου και ενός ημιαγωγού. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η επαφή είναι ωμική. Εξαρτάται ως επί το πλείστον από τα χαρακτηριστικά της τεχνολογικής επεξεργασίας και τις γεωμετρικές διαστάσεις. ΠροδιαγραφέςΟι πραγματικές συσκευές εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από διάφορα ελαττώματα του στρώματος οξειδίου (νιτριδίου). Εδω είναι μερικά:

1. Η ατέλεια του κρυσταλλικού πλέγματος στην περιοχή της επιφάνειας οφείλεται σε σπασμένους δεσμούς στο όριο της αλλαγής των υλικών. Η επίδραση ασκείται τόσο από τα ελεύθερα άτομα του ημιαγωγού, όσο και από ακαθαρσίες όπως το οξυγόνο, το οποίο υπάρχει σε κάθε περίπτωση. Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιούνται μέθοδοι επιταξίας. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζονται επίπεδα ενέργειας που βρίσκονται βαθιά στο διάκενο.
2. Στη διεπιφάνεια μεταξύ του οξειδίου και του ημιαγωγού (πάχος 3 nm), σχηματίζεται ένα πλεόνασμα φορτίου, η φύση του οποίου δεν έχει ακόμη εξηγηθεί. Μάλλον θετικό κενές θέσεις(τρύπες) ελαττωματικών ατόμων του ίδιου του ημιαγωγού και οξυγόνου.
3. Η μετατόπιση ιονισμένων ατόμων νατρίου, καλίου και άλλων αλκαλικών μετάλλων συμβαίνει σε χαμηλές τάσεις στο ηλεκτρόδιο. Αυτό αυξάνει το φορτίο που συσσωρεύεται στο όριο του στρώματος. Για τον αποκλεισμό αυτής της επίδρασης στο οξείδιο του πυριτίου, χρησιμοποιείται οξείδιο του φωσφόρου (ανυδρίτης).

FETΟνομάζεται μια συσκευή ενίσχυσης ημιαγωγών, η αντίσταση της οποίας μπορεί να αλλάξει υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου. Η αλλαγή της αντίστασης επιτυγχάνεται με αλλαγή της ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης του στρώματος ημιαγωγών ή με αλλαγή του όγκου του ημιαγωγού από τον οποίο διέρχεται το ηλεκτρικό ρεύμα.

Τα τρανζίστορ εφέ πεδίου χρησιμοποιούν διάφορα εφέ, όπως αλλαγή της έντασης R-Π- μετάβαση όταν αλλάζει η τάση μπλοκαρίσματος που ενεργεί σε αυτήν. φαινόμενα εξάντλησης, εμπλουτισμού με φορείς φορτίου ή αντιστροφής του τύπου αγωγιμότητας στο εγγύς επιφανειακό στρώμα ενός ημιαγωγού. Τα FET μερικές φορές αναφέρονται ως μονοπολική, γιατί το ρεύμα που τα διαρρέει οφείλεται σε φορείς ενός μόνο σημείου. Τα τρανζίστορ εφέ πεδίου ονομάζονται επίσης κανάλιτρανζίστορ, καθώς το ηλεκτρικό πεδίο που ελέγχει τη λειτουργία του τρανζίστορ διεισδύει στον ημιαγωγό σχετικά ρηχά και όλες οι διεργασίες λαμβάνουν χώρα σε ένα λεπτό στρώμα που ονομάζεται Κανάλι.

Το κύκλωμα ελέγχου του τρανζίστορ φαινομένου πεδίου πρακτικά δεν καταναλώνει ρεύμα και ισχύ. Αυτό καθιστά δυνατή την ενίσχυση σημάτων από πηγές με πολύ υψηλή εσωτερική αντίσταση και χαμηλή ισχύ. Επιπλέον, αυτό καθιστά δυνατή την τοποθέτηση εκατοντάδων χιλιάδων τρανζίστορ σε ένα μόνο τσιπ μικροκυκλώματος.

Τρανζίστορ εφέ πεδίου με διασταύρωση pn ελέγχου

Το τρανζίστορ εφέ πεδίου μπορεί να κατασκευαστεί με τη μορφή πλάκας ημιαγωγών (με Π-ή R-αγωγιμότητα), σε μια από τις επιφάνειες της οποίας συντήκεται ένα στρώμα μετάλλου, που ονομάζεται παραθυρόφυλλο, σχηματίζοντας ένα επίπεδο r-p-μετάβαση (Εικ. 5.1). Οι αγωγοί συνδέονται στο κάτω και στο άνω άκρο της πλάκας, που ονομάζονται αντίστοιχα πηγήκαι διοχετεύω.Εάν εφαρμοστεί τάση μπλοκαρίσματος στην πύλη (θετική προς Π- κλείστρο και αρνητικό ανοιχτό R- κλείστρο), μετά ανάλογα με την τιμή του στο κανάλι ( r-p-μετάβαση), εμφανίζεται ένα στρώμα εξαντλημένο σε φορείς φορτίου, το οποίο είναι πρακτικά ένας μονωτήρας.

Με την αλλαγή της τάσης πύλης από το μηδέν σε κάποια αρκετά μεγάλη τάση, καλείται τάση αποκοπής (τάση απενεργοποίησης, ή οριακή τάση, βλέπε εικ. 5.6), είναι δυνατή η επέκταση του όγκου του ημιαγωγού που καταλαμβάνεται από r-p-μετάβαση ότι θα καταλάβει ολόκληρο το κανάλι και η κίνηση των φορέων φορτίου μεταξύ της πηγής και της αποχέτευσης θα γίνει αδύνατη. Το τρανζίστορ θα κλείσει τελείως (Εικ. 5.2).

Σε αντίθεση με τα διπολικά τρανζίστορ που ελέγχονται από ρεύμα, τα FET ελέγχονται με τάση και δεδομένου ότι αυτή η τάση εφαρμόζεται στον έλεγχο r-p- μια μετάβαση στην αντίστροφη πολικότητα (μπλοκάρισμα), τότε το ρεύμα στο κύκλωμα ελέγχου πρακτικά δεν ρέει (σε ​​τάση 5 V, το ρεύμα ελέγχου δεν υπερβαίνει τα 10 -10 A).

Τρανζίστορ εφέ πεδίου με μόνωση πύλης

τρανζίστορ πεδίου με επαγόμενο κανάλι

Στο σχ. Το 5.3 δείχνει ένα μονωμένο τρανζίστορ εφέ πεδίου πύλης που ονομάζεται Τρανζίστορ MIS. Αυτό το όνομα οφείλεται στο σχέδιο: η πύλη είναι κατασκευασμένη από μέταλλο (M) και χωρίζεται από ένα λεπτό στρώμα διηλεκτρικού (D) από τον ημιαγωγό (P) από τον οποίο είναι κατασκευασμένο το τρανζίστορ. Εάν το τρανζίστορ είναι κατασκευασμένο από πυρίτιο, τότε χρησιμοποιείται ως διηλεκτρικό ένα λεπτό φιλμ οξειδίου του πυριτίου. Σε αυτήν την περίπτωση, το όνομα αλλάζει σε MOSFET(μέταλλο-οξείδιο-ημιαγωγός).

Εμφανίζεται στο σχ. 5.3 στα αριστερά, το τρανζίστορ είναι κατασκευασμένο με βάση μια πλάκα ( υποστρώματα, ή λόγους) από πυρίτιο με R-αγώγιμο. Στην επιφάνεια της πλάκας, δύο περιοχές με Π-αγωγιμότητα (πηγή και αποχέτευση), που χωρίζονται από μια περιοχή Π- κανάλι που έχει κυρίαρχο R-αγώγιμο. Ως αποτέλεσμα, όταν εφαρμόζεται τάση στο τρανζίστορ, το ρεύμα δεν θα ρέει μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης, επειδή οι ενώσεις βάσης αποστράγγισης και βάσης πηγής σχηματίζουν δύο πλάτη με πλάτη r-p-μετάβαση, ένα από τα οποία θα είναι κλειστό σε οποιαδήποτε πολικότητα της εφαρμοζόμενης τάσης.

Ωστόσο, εάν το επιφανειακό στρώμα R-ο ημιαγωγός να ενεργεί με ένα αρκετά ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο εφαρμόζοντας μια τάση θετικής πολικότητας μεταξύ της πύλης και της βάσης, τότε ένα ρεύμα θα αρχίσει να ρέει μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι από το επιφανειακό στρώμα του ημιαγωγού που βρίσκεται κάτω από την πύλη, οι οπές θα ωθηθούν στην άκρη από το ηλεκτρικό πεδίο και θα συγκεντρωθούν ηλεκτρόνια, σχηματίζοντας ένα κανάλι (με Π- αγωγιμότητα που φαίνεται στο σχ. 5.3 με διακεκομμένη γραμμή), ως αποτέλεσμα του οποίου r-p-οι συνδέσεις πηγής-καναλιού και καναλιού-πηγής θα πάψουν να υπάρχουν. Αγώγιμο Π-Το κανάλι θα είναι όσο μεγαλύτερο, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση που εφαρμόζεται μεταξύ της πύλης και της βάσης.

Το τρανζίστορ του εξεταζόμενου σχεδίου ονομάζεται Τρανζίστορ MIS με επαγόμενο κανάλι.

Η βάση συνήθως συνδέεται με την πηγή, αλλά μερικές φορές η τάση εφαρμόζεται σε αυτήν ξεχωριστά και στη συνέχεια η βάση λειτουργεί ως πρόσθετη πύλη.

Αν η βάση είναι κατασκευασμένη από Π-πυρίτιο, η πηγή και η αποχέτευση σχηματίζονται από βαριά ντοπαρισμένες περιοχές με R-αγωγιμότητα, και το οξείδιο του πυριτίου χρησιμοποιείται ως μονωτής, αποδεικνύεται Επαγόμενο MOSFET καναλιού p(με αγωγιμότητα R) (Εικ. 5.3 στα δεξιά).

τρανζίστορ πεδίου με ενσωματωμένο κανάλι

Τα MOSFET μπορούν να κατασκευαστούν με ενσωματωμένο κανάλι. Για παράδειγμα, στο σχ. 5.4 στα αριστερά είναι ένα διάγραμμα της συσκευής ενός τέτοιου τρανζίστορ με Π-Κανάλι. Η βάση είναι κατασκευασμένη από R-πυρίτιο, και η πηγή και η αποχέτευση έχουν Π-αγωγιμότητα και λαμβάνεται με τη μέθοδο διάχυσης. Η πηγή και η αποχέτευση συνδέονται με ένα σχετικά λεπτό κανάλι με λίγα R-αγώγιμο.

Αν η βάση είναι κατασκευασμένη από Π-πυρίτιο, και πηγή και αποστράγγιση - από R-πυρίτιο, τότε το τρανζίστορ έχει ενσωματωμένο κανάλι p (Εικ. 5.4 στα δεξιά) .

δουλειά Π-Το κανάλι MOSFET μπορεί να εξηγηθεί ως εξής. Εάν μια αρνητική (σε σχέση με τη βάση) τάση εφαρμοστεί στην πύλη, τότε τα ηλεκτρόνια αγωγιμότητας μετατοπίζονται από Π-κανάλι στη βάση και η αγωγιμότητα του καναλιού μειώνεται, μέχρι την πλήρη εξάντληση και απόφραξη του καναλιού .

Όταν εφαρμόζεται θετική τάση στην πύλη Π-Το κανάλι εμπλουτίζεται με ηλεκτρόνια και η αγωγιμότητά του αυξάνεται (Εικ.5.6).

Ταξινόμηση και χαρακτηριστικά τρανζίστορ φαινομένου πεδίου

Τα τρανζίστορ εφέ πεδίου είναι εξαντλημένα και εμπλουτισμένα. Τα πρώτα περιλαμβάνουν όλα τα τρανζίστορ με r‑p-μετάβαση και Π-MOSFET καναλιού εξαντλημένου τύπου. Τα εμπλουτισμένα MOSFET είναι διαθέσιμα ως Π- κανάλι και R-κανάλι (Εικ. 5.5).

Τα τρανζίστορ εμπλουτισμένου και εξαντλημένου τύπου διαφέρουν μόνο ως προς την αξία του λεγόμενου οριακή τάση, που προκύπτει με παρέκταση της ευθύγραμμης τομής του χαρακτηριστικού (Εικ. 5.6.).

χαρακτηριστικά εξόδουτρανζίστορ πεδίου ονομάζονται οι εξαρτήσεις του ρεύματος αποστράγγισης από την τάση της πηγής αποστράγγισης για διάφορες τάσεις πύλης πηγής.

Το FET είναι μια πολύ καλή συσκευή όσον αφορά την αγωγιμότητα εξόδου - σε σταθερή τάση πύλης-πηγής, το ρεύμα αποστράγγισης είναι σχεδόν ανεξάρτητο από την τάση (εκτός από την περιοχή των χαμηλών τάσεων της πηγής αποστράγγισης). Στο σχ. Το 5.7 δείχνει τυπικές εξαρτήσεις Εγώαπό από u si για μια σειρά τιμών u zi.