حالا بیایید در مورد اینکه ترانزیستورهای اثر میدانی چه هستند یاد بگیریم. ترانزیستورهای اثر میدان هم در مدارهای قدیمی و هم در مدارهای مدرن بسیار رایج هستند. در حال حاضر دستگاه های با کرکره عایق به میزان بیشتری در مورد انواع استفاده می شود ترانزیستورهای اثر میدانیو ویژگی های آنها امروز ما صحبت خواهیم کرد. در مقاله در جاهای جداگانه مقایسه ای با ترانزیستورهای دوقطبی انجام خواهم داد.

تعریف

ترانزیستور اثر میدانی یک سوئیچ نیمه هادی کاملا قابل کنترل است که توسط میدان الکتریکی کنترل می شود.این تفاوت اصلی از نظر عملکرد با ترانزیستورهای دوقطبی است که توسط جریان کنترل می شوند. میدان الکتریکی توسط ولتاژ اعمال شده به دروازه نسبت به منبع ایجاد می شود. قطبیت ولتاژ کنترل به نوع کانال ترانزیستور بستگی دارد. در اینجا قیاس خوبی با لوله های خلاء الکترونیکی وجود دارد.

نام دیگر ترانزیستورهای اثر میدان تک قطبی است. "UNO" به معنای یکی است. در ترانزیستورهای اثر میدان، بسته به نوع کانال، جریان تنها توسط یک نوع حامل، حفره یا الکترون انجام می شود. در ترانزیستورهای دوقطبی، جریان از دو نوع حامل بار - الکترون ها و حفره ها، صرف نظر از نوع دستگاه ها تشکیل می شود. ترانزیستورهای اثر میدان را می توان به طور کلی به موارد زیر تقسیم کرد:

ترانزیستورها با اتصال p-n کنترل؛

ترانزیستورهای گیت عایق شده

هر دوی آنها می توانند کانال n و کانال p باشند، برای باز کردن کلید باید یک ولتاژ کنترل مثبت به دروازه اول اعمال شود و برای دومی - منفی با توجه به منبع.

همه انواع ترانزیستورهای اثر میدانی دارای سه خروجی هستند (گاهی اوقات 4 عدد، اما به ندرت، من فقط در شوروی ملاقات کردم و به کیس وصل شد).

1. منبع (منبع حامل های بار، آنالوگ امیتر روی دوقطبی).

2. تخلیه (گیرنده حامل های شارژ از منبع، آنالوگ کلکتور ترانزیستور دوقطبی).

3. گیت (الکترود کنترل، آنالوگ شبکه روی لامپ ها و پایه های ترانزیستورهای دوقطبی).

ترانزیستور با اتصال pn کنترل

ترانزیستور از قسمت های زیر تشکیل شده است:

4. شاتر.

در تصویری که ساختار شماتیک چنین ترانزیستوری را مشاهده می کنید، سرنخ ها به بخش های فلزی گیت، منبع و تخلیه متصل شده اند. در یک مدار خاص (این یک دستگاه کانال p است)، گیت یک لایه n است، مقاومت کمتری نسبت به ناحیه کانال (لایه p) دارد، و ناحیه اتصال p-n برای این کار بیشتر در ناحیه p قرار دارد. دلیل.

a - ترانزیستور اثر میدانی نوع n، ترانزیستور اثر میدانی نوع b

برای راحت تر به خاطر سپردن، نام دیود را به خاطر بسپارید، جایی که فلش از ناحیه p به ناحیه n اشاره می کند. همچنین اینجا.

اولین حالت اعمال یک ولتاژ خارجی است.

اگر ولتاژی به چنین ترانزیستوری اعمال شود، به علاوه به تخلیه و منهای به منبع، جریان زیادی از آن عبور می کند، تنها توسط مقاومت کانال، مقاومت های خارجی و مقاومت داخلی منبع تغذیه محدود می شود. یک قیاس را می توان با یک کلید معمولی بسته رسم کرد. این جریان را Isnach یا جریان تخلیه اولیه در Uzi=0 می نامند.

یک ترانزیستور اثر میدانی با یک اتصال p-n کنترلی، بدون ولتاژ کنترل اعمال شده به گیت، تا حد امکان باز است.

ولتاژ به تخلیه و منبع به این ترتیب اعمال می شود:

حامل های شارژ اصلی از طریق منبع معرفی می شوند!

این بدان معنی است که اگر ترانزیستور کانال p باشد، ترمینال مثبت منبع تغذیه به منبع متصل می شود، زیرا. حامل های اصلی سوراخ ها (حامل بار مثبت) هستند - این به اصطلاح رسانایی سوراخ است. اگر ترانزیستور کانال n به منبع متصل باشد، ترمینال منفی منبع تغذیه، زیرا در آن، حامل های بار اصلی الکترون ها (حامل بار منفی) هستند.

منبع منبع حامل های شارژ اصلی است.

در اینجا نتایج شبیه سازی چنین وضعیتی آورده شده است. در سمت چپ یک کانال p و در سمت راست یک ترانزیستور کانال n قرار دارد.

حالت دوم - ولتاژ را به دروازه اعمال کنید

هنگامی که یک ولتاژ مثبت به دروازه نسبت به منبع (Uzi) برای کانال p و منفی برای کانال n اعمال می شود، در جهت مخالف جابجا می شود، ناحیه اتصال p-n به سمت کانال گسترش می یابد. . در نتیجه، عرض کانال کاهش می یابد، جریان کاهش می یابد. ولتاژ دروازه ای که در آن هیچ جریانی از کلید عبور نمی کند ولتاژ قطع نامیده می شود.

ولتاژ قطع شده است و کلید کاملا بسته است. تصویر با نتایج شبیه‌سازی چنین حالتی را برای دانگل p-channel (چپ) و n-channel (راست) نشان می‌دهد. به هر حال زبان انگلیسیچنین ترانزیستوری JFET نامیده می شود.

حالت کار ترانزیستور زمانی که ولتاژ Uzi صفر یا معکوس باشد. به دلیل ولتاژ معکوس، می توانید ترانزیستور را بپوشانید، از آن در تقویت کننده های کلاس A و سایر مدارهایی که نیاز به تنظیم صاف است استفاده می شود.

حالت قطع زمانی اتفاق می افتد که Uzi = Ucutoff برای هر ترانزیستور متفاوت است، اما در هر صورت در جهت مخالف اعمال می شود.

ویژگی ها، VAC

مشخصه خروجی نموداری است که وابستگی جریان تخلیه را به Us نشان می دهد (که برای پایانه های تخلیه و منبع اعمال می شود)، در ولتاژهای گیت مختلف.

می توان آن را به سه حوزه تقسیم کرد. در ابتدا (در سمت چپ نمودار)، ناحیه اهمی را می بینیم - در این شکاف، ترانزیستور مانند یک مقاومت رفتار می کند، جریان تقریباً خطی افزایش می یابد، به یک سطح معین می رسد، به منطقه اشباع می رود (در مرکز نمودار).

در سمت راست نمودار، می بینیم که جریان دوباره شروع به رشد می کند، این منطقه شکست است، ترانزیستور نباید اینجا باشد. بالاترین شاخه نشان داده شده در شکل، جریان در صفر Uzi است، می بینیم که جریان در اینجا بزرگترین است.

هر چه ولتاژ Uzi بیشتر باشد، جریان تخلیه کمتر است. هر یک از شاخه ها 0.5 ولت در دروازه متفاوت است. چیزی که ما با شبیه سازی تایید کرده ایم.

ویژگی دروازه تخلیه در اینجا نشان داده شده است، یعنی. وابستگی جریان تخلیه به ولتاژ دروازه در همان ولتاژ منبع تخلیه (در این مثال 10 ولت)، در اینجا گام شبکه نیز 0.5 ولت است، دوباره می بینیم که هر چه ولتاژ Uzi به 0 نزدیکتر باشد، جریان تخلیه بیشتر است.

در ترانزیستورهای دوقطبی، پارامتری مانند ضریب انتقال جریان یا بهره وجود داشت که به عنوان B یا H21e یا Hfe تعیین شد. در میدان، برای نمایش توانایی تقویت ولتاژ، از شیب تند استفاده می شود که با حرف S نشان داده می شود.

یعنی شیب نشان می‌دهد که با افزایش ولتاژ منبع دروازه به تعداد ولت‌هایی که ولتاژ منبع تخلیه ثابت دارند، جریان تخلیه چند میلی‌آمپر (یا آمپر) افزایش می‌یابد. می توان آن را از مشخصه زهکشی محاسبه کرد، در مثال بالا شیب حدود 8 میلی آمپر / ولت است.

طرح های سوئیچینگ

مانند ترانزیستورهای دوقطبی، سه مدار کلیدزنی معمولی وجود دارد:

1. با منبع مشترک (الف). بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، جریان و قدرت را افزایش می دهد.

2. با کرکره مشترک (ب). به ندرت استفاده می شود، امپدانس ورودی کم، بدون بهره.

3. با زهکش مشترک (ج). بهره ولتاژ نزدیک به 1، امپدانس ورودی بالا و خروجی کم است. نام دیگر فالوور منبع است.

ویژگی ها، مزایا، معایب

مزیت اصلی ترانزیستور اثر میدانی امپدانس ورودی بالا. مقاومت ورودی نسبت جریان به ولتاژ منبع دروازه است. اصل کار در کنترل با استفاده از یک میدان الکتریکی نهفته است و با اعمال ولتاژ تشکیل می شود. به این معنا که FET ها با ولتاژ کنترل می شوند.

• عملا جریان کنترل را مصرف نمی کند،این هست کاهش کنترل، اعوجاج سیگنال،اضافه بار جریان منبع سیگنال...

فرکانس متوسط عملکرد FET بهتر از دوقطبی است، این به این دلیل است که زمان کمتری برای "تجذب" حامل های بار در مناطق ترانزیستور دوقطبی مورد نیاز است. برخی از ترانزیستورهای دوقطبی مدرن ممکن است برتر از ترانزیستورهای اثر میدانی باشند، این به دلیل استفاده از فناوری های پیشرفته تر، کاهش عرض پایه و موارد دیگر است.

سطح نویز کم ترانزیستورهای اثر میدانی به دلیل عدم وجود فرآیند تزریق بار است، مانند ترانزیستورهای دوقطبی.

پایداری تحت تغییر دما

مصرف انرژی کم در حالت رسانا - کارایی بیشتر دستگاه های شما.

ساده ترین مثال استفاده از امپدانس ورودی بالا در دستگاه های تطبیق برای اتصال گیتارهای آکوستیک آکوستیک با پیکاپ های پیزو و گیتارهای الکتریک با پیکاپ های الکترومغناطیسی به ورودی های خطی با امپدانس ورودی کم است.

امپدانس ورودی کم می تواند باعث افت سیگنال ورودی شود و شکل آن را به درجات مختلف بسته به فرکانس سیگنال تغییر دهد. این بدان معنی است که شما باید با معرفی یک آبشار با امپدانس ورودی بالا از این امر جلوگیری کنید. اینجا ساده ترین مدارچنین وسیله ای مناسب برای اتصال گیتار الکتریک ورودی خطکارت صوتی کامپیوتر با استفاده از آن، صدا روشن تر می شود و صدا غنی تر می شود.

عیب اصلی این است که چنین ترانزیستورهایی از استاتیک می ترسند. شما می توانید یک عنصر را با دست های برق گرفته بردارید، و بلافاصله از کار می افتد، این نتیجه کنترل کلید با کمک میدان است. توصیه می شود با آنها در دستکش های دی الکتریک متصل شده از طریق یک دستبند مخصوص به زمین، با یک آهن لحیم کاری ولتاژ پایین با نوک عایق کار کنید و می توان سرنخ های ترانزیستور را با سیم گره زد تا آنها را در هنگام نصب کوتاه کرد.

دستگاه های مدرن عملاً از این نمی ترسند، زیرا می توان دستگاه های محافظی مانند دیودهای زنر را در ورودی آنها تعبیه کرد که در صورت افزایش ولتاژ کار می کنند.

گاهی اوقات برای آماتورهای رادیویی مبتدی، ترس به حد پوچ می رسد، مانند گذاشتن کلاه فویل روی سر. هر آنچه در بالا توضیح داده شد اگرچه اجباری است اما رعایت نکردن هیچ شرایطی تضمین کننده خرابی دستگاه نیست.

ترانزیستورهای اثر میدان گیت عایق

این نوع ترانزیستورها به طور فعال به عنوان کلیدهای نیمه هادی کنترل می شوند. علاوه بر این، آنها اغلب در حالت کلید (دو موقعیت "روشن" و "خاموش") کار می کنند. آنها چندین نام دارند:

1. ترانزیستور MIS (فلز-دی الکتریک-نیمه هادی).

2. ماسفت (فلز-اکسید-نیمه هادی).

3. ترانزیستور ماسفت (فلز-اکسید-نیمه هادی).

به یاد داشته باشید - اینها فقط تغییراتی با همین نام هستند. دی الکتریک یا همان اکسیدی که به آن نیز گفته می شود، نقش یک عایق برای دروازه را بازی می کند. در نمودار زیر، عایق بین ناحیه n نزدیک دروازه و دروازه به صورت یک ناحیه سفید با نقطه نشان داده شده است. از دی اکسید سیلیکون ساخته شده است.

دی الکتریک مستثنی می شود تماس الکتریکیبین الکترود دروازه و بستر. برخلاف اتصال p-n کنترلی، بر اساس اصل انبساط پیوند و همپوشانی کانال عمل نمی کند، بلکه بر اساس اصل تغییر غلظت حامل های بار در یک نیمه هادی تحت تأثیر میدان الکتریکی خارجی عمل می کند. ماسفت ها دو نوع هستند:

1. با کانال داخلی.

2. با کانال القایی

در نمودار شما یک ترانزیستور با یک کانال داخلی را مشاهده می کنید. از روی آن می توانید حدس بزنید که اصل عملکرد آن شبیه ترانزیستور اثر میدانی با اتصال p-n کنترل است، یعنی. هنگامی که ولتاژ دروازه صفر است، جریان از طریق کلید عبور می کند.

دو ناحیه با محتوای بالای حامل های ناخالصی (n+) با افزایش رسانایی در نزدیکی منبع و تخلیه ایجاد می شود. یک بستر یک پایه از نوع P است (در این مورد).

لطفاً توجه داشته باشید که کریستال (زیر لایه) به منبع متصل است؛ روی بسیاری از نمادهای گرافیکی معمولی، به این ترتیب ترسیم شده است. هنگامی که ولتاژ دروازه افزایش می یابد، یک میدان الکتریکی عرضی در کانال ظاهر می شود، حامل های بار (الکترون ها) را دفع می کند و با رسیدن به آستانه Uz، کانال بسته می شود.

هنگامی که یک ولتاژ منبع دروازه منفی اعمال می شود، جریان تخلیه کاهش می یابد، ترانزیستور شروع به بسته شدن می کند - این حالت تخلیه نامیده می شود.

هنگامی که یک ولتاژ مثبت به منبع دروازه اعمال می شود، روند معکوس رخ می دهد - الکترون ها جذب می شوند، جریان افزایش می یابد. این حالت غنی سازی است.

همه موارد فوق برای ماسفت هایی با کانال نوع N داخلی صادق است. اگر یک کانال نوع p همه کلمات "الکترون" را به "حفره" تغییر دهد، قطبیت ولتاژ معکوس می شود.

با توجه به دیتاشیت این ترانزیستور، ولتاژ آستانه گیت منبع در ناحیه یک ولت است و مقدار معمولی آن 1.2 ولت است، اجازه دهید این را بررسی کنیم.

جریان بر حسب میکرو آمپر است. اگر ولتاژ را کمی بیشتر کنید کاملا از بین می رود.

من یک ترانزیستور را به طور تصادفی انتخاب کردم و با یک دستگاه نسبتاً حساس روبرو شدم. من سعی می کنم قطبیت ولتاژ را تغییر دهم تا دروازه پتانسیل مثبت داشته باشد، حالت غنی سازی را بررسی کنید.

در ولتاژ گیت 1 ولت، جریان در مقایسه با ولتاژ 0 ولت چهار برابر افزایش یافت (تصویر اول در این بخش). بر خلاف نوع قبلی ترانزیستورها و ترانزیستورهای دوقطبی، بدون تسمه اضافی، می تواند هم برای افزایش جریان و هم برای کاهش آن کار کند. این گفته بسیار بی ادبانه است، اما در تقریب اول حق وجود دارد.

همه چیز در اینجا تقریباً مانند یک ترانزیستور با یک انتقال کنترل است، به استثنای وجود حالت غنی سازی در مشخصه خروجی.

در مشخصه دروازه تخلیه، به وضوح مشاهده می شود که ولتاژ منفی باعث کاهش حالت و بسته شدن کلید و ولتاژ مثبت در دروازه - غنی سازی و باز شدن بیشتر کلید می شود.

ماسفت‌های دارای کانال القایی در صورت عدم وجود ولتاژ در گیت، جریان را هدایت نمی‌کنند، یا بهتر است بگوییم، جریان وجود دارد، اما بسیار کم است، زیرا. این جریان معکوس بین زیرلایه و مناطق تخلیه و منبع به شدت دوپ شده است.

ترانزیستور اثر میدانی با یک گیت عایق و یک کانال القایی، آنالوگ یک کلید معمولی باز است، بدون جریان است.

در حضور یک ولتاژ گیت منبع، زیرا ما کانال القایی نوع n را در نظر می گیریم، سپس ولتاژ مثبت است، تحت عمل میدان، حامل های بار منفی به ناحیه دروازه جذب می شوند.

به این صورت است که یک "راهرو" برای الکترون ها از منبع تا تخلیه ظاهر می شود، بنابراین یک کانال ظاهر می شود، ترانزیستور باز می شود و جریان شروع به عبور از آن می کند. ما یک بستر نوع p داریم، اصلی ترین آنها حامل های بار مثبت (سوراخ ها) هستند، حامل های منفی بسیار کمی هستند، اما تحت عمل میدان از اتم های خود جدا می شوند و حرکت آنها آغاز می شود. از این رو عدم هدایت در غیاب ولتاژ.

مشخصه خروجی دقیقاً همان را برای موارد قبلی تکرار می کند، تنها تفاوت این است که ولتاژهای Uzi مثبت می شوند.

مشخصه drain-gate همین را نشان می دهد، تفاوت ها دوباره در ولتاژ دروازه است.

هنگام در نظر گرفتن ویژگی های ولتاژ جریان، بسیار مهم است که به دقت مقادیر تجویز شده در امتداد محورها را بررسی کنید.

ولتاژ 12 ولت به کلید داده شد و روی گیت 0 داریم جریان از ترانزیستور عبور نمی کند.

یعنی ترانزیستور کاملا باز است، اگر نبود جریان در این مدار 10/12 = 1.2 آمپر می شد، بعداً نحوه کار این ترانزیستور را مطالعه کردم و متوجه شدم که در ولتاژ 4 ولت شروع به باز شدن می کند.

با اضافه کردن هر یک 0.1 ولت، متوجه شدم که با هر دهم ولت، جریان بیشتر و بیشتر می شود و با 4.6 ولت ترانزیستور تقریباً کاملاً باز است، تفاوت ولتاژ گیت 20 ولت در جریان تخلیه تنها 41 میلی آمپر است. ، در 1.1 A این مزخرف است.

این آزمایش نشان دهنده این واقعیت است که ترانزیستور کانال القایی تنها زمانی روشن می شود که به ولتاژ آستانه رسیده باشد، که به آن اجازه می دهد تا به عنوان یک سوئیچ در مدارهای سوئیچینگ کاملاً کار کند. در واقع، IRF740 یکی از رایج ترین ها است.

اندازه گیری جریان گیت نشان داد که ترانزیستورهای اثر میدانی تقریباً هیچ جریان کنترلی مصرف نمی کنند. در ولتاژ 4.6 ولت، جریان فقط 888 nA (نانو!!!) بود.

در ولتاژ 20 ولت، 3.55 μA (میکرو) بود. برای یک ترانزیستور دوقطبی، بسته به بهره، حدود 10 میلی آمپر خواهد بود، که ده ها هزار بار بیشتر از ترانزیستور میدان است.

همه کلیدها با چنین ولتاژهایی باز نمی شوند، این به دلیل طراحی و ویژگی های مدار دستگاه هایی است که در آن استفاده می شود.

یک خازن تخلیه شده در اولین لحظه زمان نیاز به جریان شارژ زیادی دارد و دستگاه های کنترلی کمیاب (کنترل کننده های pwm و میکروکنترلرها) خروجی های قوی دارند، بنابراین از درایور برای گیت های میدان، هم در ترانزیستورهای اثر میدانی و هم در (دو قطبی با عایق) استفاده می کنند. دروازه). این تقویت‌کننده‌ای است که سیگنال ورودی را به خروجی با شدت جریان و اندازه کافی برای روشن و خاموش کردن ترانزیستور تبدیل می‌کند. جریان شارژ نیز توسط یک مقاومت سری با گیت محدود می شود.

در عین حال، برخی از گیت ها را می توان از طریق یک مقاومت (همان IRF740) از درگاه میکروکنترلر نیز کنترل کرد. ما به این موضوع پرداخته ایم.

آنها شبیه ترانزیستورهای اثر میدانی با یک گیت کنترل هستند، اما در UGO تفاوت دارند، همانطور که در خود ترانزیستور، دروازه از بستر جدا شده است و فلش در مرکز نوع کانال را نشان می دهد، اما از کانال هدایت می شود. بستر را به کانال اگر ماسفت n کانال است - به سمت شاتر و بالعکس.

برای کلیدهای دارای کانال القایی:

ممکن است به این شکل باشد:

به نام انگلیسی پین ها توجه کنید، آنها اغلب در دیتاشیت ها و نمودارها نشان داده می شوند.

برای کلیدهای دارای کانال داخلی:

دستگاه های نیمه هادی که عملکرد آنها بر اساس مدولاسیون مقاومت یک ماده نیمه هادی توسط یک میدان الکتریکی عرضی است، ترانزیستورهای اثر میدان نامیده می شوند. آنها در حال ساخت هستند جریان الکتریسیتهفقط یک نوع حامل بار (الکترون یا سوراخ) درگیر است.

ترانزیستورهای اثر میدانی دو نوع هستند: با اتصال p-n کنترلی و با ساختار فلز-دی الکتریک-نیمه هادی (ترانزیستورهای MIS).

برنج. 2.37. ساختار ساده ترانزیستور اثر میدانی با کنترل (a)؛ نمادهای یک ترانزیستور دارای کانال نوع n (b) و کانال نوع p (c)؛ ساختارهای معمولی (d, e): ساختار ترانزیستوری با افزایش سرعت (e)

ترانزیستور با اتصال p-n کنترلی (شکل 2.37) صفحه (بخش) یک ماده نیمه هادی است که نوع خاصی از رسانایی الکتریکی دارد که از انتهای آن دو نتیجه گرفته می شود - الکترودهای تخلیه و منبع. یک اتصال الکتریکی (اتصال p-n یا مانع شاتکی) در امتداد صفحه ساخته شده است که از آن نتیجه سوم گرفته می شود - یک دریچه.

ولتاژهای خارجی به گونه ای اعمال می شوند که جریان الکتریکی بین الکترودهای تخلیه و منبع جریان داشته باشد و ولتاژ اعمال شده به دروازه، اتصال الکتریکی را در جهت مخالف بایاس می کند. مقاومت ناحیه واقع در زیر اتصال الکتریکی که کانال نامیده می شود به ولتاژ گیت بستگی دارد. این به این دلیل است که ابعاد انتقال با افزایش ولتاژ معکوس اعمال شده به آن افزایش می یابد و افزایش منطقه خالی از حامل های بار منجر به افزایش مقاومت الکتریکی کانال می شود.

بنابراین، عملکرد یک ترانزیستور اثر میدانی با یک اتصال p-n کنترلی مبتنی بر تغییر در مقاومت کانال به دلیل تغییر در اندازه ناحیه تخلیه شده از حامل های اصلی است که تحت تأثیر یک ولتاژ معکوس رخ می دهد. به دروازه اعمال شد.

الکترودی که حامل های بار اصلی در کانال از آن شروع به حرکت می کنند منبع و الکترودی که حامل های بار اصلی به سمت آن حرکت می کنند تخلیه نامیده می شود. ساختار ساده ترانزیستور اثر میدانی با اتصال p-n کنترلی در شکل نشان داده شده است. 2.37 a. کنوانسیون هادر شکل آورده شده است. 2.37، b، c، و ساختار ترانزیستورهای اثر میدانی تولید شده تجاری در شکل نشان داده شده است. 2.37، آقای ه.

اگر مناطقی با رسانایی الکتریکی نوع p در یک صفحه نیمه هادی ایجاد شود، به عنوان مثال، نوع n، آنگاه وقتی ولتاژی به اتصال p-n اعمال می شود که آن را در جهت مخالف هدایت می کند، مناطقی تشکیل می شوند که توسط بار اصلی تخلیه می شوند. حامل ها (شکل 2.37، a). مقاومت نیمه هادی بین منبع و الکترودهای تخلیه افزایش می یابد زیرا جریان فقط از کانال باریک بین اتصالات عبور می کند. تغییر در ولتاژ منبع دروازه منجر به تغییر در اندازه منطقه شارژ فضایی (ابعاد)، یعنی تغییر در مقاومت کانال می‌شود. کانال را می توان تقریباً به طور کامل مسدود کرد و سپس مقاومت بین منبع و تخلیه بسیار زیاد خواهد بود (چند - ده).

ولتاژ بین دروازه و منبع که در آن جریان تخلیه به مقدار مشخص شده می رسد کم ارزش، ولتاژ قطع ترانزیستور اثر میدان نامیده می شود. به عبارت دقیق تر، در ولتاژ قطع، ترانزیستور باید به طور کامل بسته شود، اما وجود نشتی و دشواری اندازه گیری جریان های کوچک، باعث می شود ولتاژ قطع را ولتاژی بدانیم که در آن جریان به مقدار کمی می رسد. بنابراین، در مشخصات فنی، ترانزیستور نشان داده شده است که اندازه گیری در چه جریان تخلیه انجام شده است.

عرض اتصال pn نیز به جریان عبوری از کانال بستگی دارد. اگر، برای مثال (شکل 2.37، a)، آنگاه جریانی که از طریق ترانزیستور می گذرد، یک افت ولتاژ در طول ترانزیستور ایجاد می کند، که به نظر می رسد انتقال گیت-کانال را مسدود می کند.

برنج. 2.38. مشخصات خروجی ترانزیستور اثر میدانی با مشخصه ورودی کنترلی (6) و مشخصه انتقال (دروازه استوک) (c): I - ناحیه شیب دار. II - منطقه مسطح یا ناحیه اشباع. III - منطقه شکست

این منجر به افزایش عرض و در نتیجه کاهش سطح مقطع و هدایت کانال می شود و عرض اتصال p-n با نزدیک شدن به منطقه تخلیه افزایش می یابد، جایی که بزرگترین افت ولتاژ ناشی از آن وجود خواهد داشت. جریان روی مقاومت کانال بنابراین، اگر فرض کنیم که مقاومت ترانزیستور فقط با مقاومت کانال تعیین می شود، در لبه اتصال p-n رو به منبع، ولتاژ عمل می کند و در لبه رو به درین، ولتاژ عمل می کند. . در مقادیر ولتاژ پایین و کوچک، ترانزیستور مانند یک مقاومت خطی رفتار می کند. افزایش منجر به افزایش تقریبا خطی می شود و کاهش منجر به کاهش متناظر می شود. همانطور که مشخصه رشد می کند، بیشتر و بیشتر از خطی منحرف می شود که با باریک شدن کانال در انتهای تخلیه همراه است. در مقدار مشخصی از جریان، حالت به اصطلاح اشباع رخ می دهد (بخش II در شکل 2.38، a)، که با آن مشخص می شود. که با افزایش جریان، جریان کمی تغییر می کند. این به این دلیل است که در ولتاژ بالا، کانال تخلیه به یک گردن باریک منقبض می شود. نوعی تعادل دینامیکی ایجاد می شود که در آن افزایش و افزایش جریان باعث باریک شدن بیشتر کانال و در نتیجه کاهش جریان می شود. در نتیجه، دومی تقریبا ثابت می ماند. ولتاژی که در آن اشباع رخ می دهد، ولتاژ اشباع نامیده می شود. همانطور که از شکل مشاهده می شود این است. ، با تغییر ولتاژ تغییر می کند. از آنجایی که تأثیر روی عرض کانال در خروجی تخلیه تقریباً یکسان است، پس

بنابراین، ولتاژ قطع، که در ولتاژ پایین تعیین می شود، از نظر عددی برابر با ولتاژ اشباع در ولتاژ است، و ولتاژ اشباع در یک ولتاژ دروازه معین برابر است با اختلاف بین ولتاژ قطع و ولتاژ منبع دروازه.

با افزایش قابل توجه ولتاژ انتهای تخلیه، شکستگی اتصال p-n مشاهده می شود.

در مشخصات خروجی ترانزیستور اثر میدانی، دو ناحیه کاری OA و OB قابل تشخیص هستند. ناحیه OA ناحیه مشخصه شیب دار نامیده می شود و ناحیه AB ناحیه مسطح یا اشباع نامیده می شود. در منطقه شیب دار، ترانزیستور می تواند به عنوان یک مقاومت کنترل شده اهمی استفاده شود. در مراحل تقویت، ترانزیستور بر روی یک بخش مسطح از مشخصه کار می کند. فراتر از نقطه B، شکست انتقال الکتریکی رخ می دهد.

مشخصه ورودی یک ترانزیستور اثر میدانی با یک اتصال کنترلی (شکل 2.38، b) شاخه معکوس مشخصه جریان-ولتاژ اتصال است. اگرچه جریان دروازه تا حدودی با ولتاژ تغییر می کند و در شرایط اتصال کوتاه منبع و پایانه های تخلیه (جریان نشتی دروازه) به بالاترین مقدار خود می رسد - در بیشتر موارد می توان از آن صرف نظر کرد. تغییر در ولتاژ باعث تغییرات قابل توجهی در جریان دروازه نمی شود که برای اتصال جریان معکوس معمول است.

هنگام کار در یک منطقه مسطح از مشخصه ولتاژ جریان، جریان تخلیه در یک ولتاژ معین 11sh از عبارت تعیین می شود

جریان تخلیه اولیه کجاست که تحت آن جریان در و ولتاژ تخلیه از ولتاژ اشباع بیشتر است: .

از آنجایی که ترانزیستور اثر میدان توسط ولتاژ گیت کنترل می شود، شیب مشخصه برای تعیین کمیت عملکرد کنترل گیت استفاده می شود.

شیب مشخصه به حداکثر مقدار خود در . برای تعیین مقدار S در هر ولتاژ، عبارت را متمایز می کنیم

برای، عبارت (2.73) شکل می گیرد

با جایگزینی (1.74) به بیان (1.73)، ما به دست می آوریم.

بنابراین، شیب مشخصه یک ترانزیستور اثر میدانی با افزایش ولتاژ اعمال شده به گیت آن کاهش می یابد.

مقدار اولیه شیب مشخصه را می توان با روش تحلیلی نموداری تعیین کرد. برای انجام این کار، یک مماس از یک نقطه به مشخصه دروازه تخلیه رسم می کنیم (شکل 2.38. ج). قطعه ای را در محور تنش قطع می کند و شیب آن مقدار .

خواص تقویت کننده ترانزیستورهای اثر میدان با بهره مشخص می شود

که با معادله به شیب مشخصه و مقاومت داخلی مربوط می شود که مقاومت داخلی دیفرانسیل ترانزیستور کجاست.

در واقع، به طور کلی.

اگر با تغییر همزمان در و، پس از کجا

همانند ترانزیستورهای دوقطبی، ترانزیستورهای اثر میدان بین حالت سیگنال بزرگ و کوچک تمایز قائل می شوند. حالت سیگنال بزرگ اغلب با استفاده از مشخصات ورودی و خروجی ترانزیستور و مدار معادل شکل 1 محاسبه می شود. 2.39، الف. برای تجزیه و تحلیل رژیم سیگنال کوچک، مدارهای معادل سیگنال کوچک به طور گسترده در شکل 1 استفاده می شود. 2.39، b-g (ترانزیستور با کانال نوع p). از آنجایی که مقاومت اتصالات بسته در ترانزیستورهای اثر میدان سیلیکونی بزرگ است (ده ها تا صدها MΩ)، در بیشتر موارد می توان آنها را نادیده گرفت. برای محاسبات عملی، مدار معادل در شکل 1 راحت ترین است. 2.39، d، اگرچه منعکس کننده فرآیندهای فیزیکی واقعی است که در ترانزیستورهای مورد بررسی بسیار بدتر اتفاق می افتد. تمام خازن های گیت در مدار با یک خازن معادل C جایگزین می شوند که از طریق مقاومت معادل متوسط ​​شارژ می شود.

برنج. 2.39. مدار معادل FET ساده شده با کنترل اتصال p-n برای جریان مستقیم(آ)؛ مدارهای معادل سیگنال کوچک: کامل (ب)، ساده شده (ج)، اصلاح شده (د).

ما می توانیم فرض کنیم که برابر است با مقاومت ایستا در ناحیه شیب دار ویژگی ها - مقاومت بین تخلیه و منبع در حالت باز ترانزیستور در یک ولتاژ منبع تخلیه معین، کمتر از ولتاژ اشباع. مقاومت دروازه (اهمی) منعکس شده است مقاومت معادل، که با توجه به آن واجد اهمیت زیاد(ده ها-صد) را می توان نادیده گرفت.

مقادیر معمولی پارامترهای ترانزیستورهای سیلیکونی موجود در مدار معادل: .

ظرفیت ترانزیستور اثر میدان و همچنین سرعت نهایی حامل های بار در کانال، خواص اینرسی آن را تعیین می کند. اینرسی ترانزیستور در تقریب اول با معرفی شیب عملگر مشخصه در نظر گرفته می شود.

فرکانس محدود کننده در سطح 0.7 مقدار استاتیک شیب مشخصه تعیین می شود.

هنگامی که دما تغییر می کند، پارامترها و ویژگی های ترانزیستورهای اثر میدانی با یک کنترل به دلیل تأثیر عوامل زیر تغییر می کند: تغییر در جریان معکوس یک اتصال p-n بسته. تغییرات در اختلاف پتانسیل تماس تغییر در مقاومت کانال.

جریان معکوس در جریان بسته با افزایش دما به صورت تصاعدی افزایش می یابد. به طور آزمایشی، می توان در نظر گرفت که با افزایش دما به میزان 6-8 درجه سانتیگراد، دو برابر می شود. اگر مقاومت خارجی زیادی در مدار دروازه ترانزیستور وجود داشته باشد، افت ولتاژ در آن، ناشی از تغییر جریان، می تواند به طور قابل توجهی تغییر کند. ولتاژ دروازه

اختلاف پتانسیل تماس با افزایش دما تقریباً کاهش می یابد. با یک ولتاژ دروازه ثابت، این منجر به افزایش جریان تخلیه می شود. برای ترانزیستورهای با ولتاژ قطع پایین، این اثر غالب است و تغییرات در جریان تخلیه مثبت خواهد بود.

از آنجایی که ضریب دمایی مشخص کننده تغییر در مقاومت کانال مثبت است، جریان تخلیه با افزایش دما کاهش می یابد. این امکان انتخاب صحیح موقعیت نقطه کار ترانزیستور را برای جبران متقابل تغییرات جریان ناشی از تغییر در اختلاف پتانسیل تماس و مقاومت کانال باز می کند. در نتیجه، جریان تخلیه در طیف وسیعی از دماها تقریباً ثابت خواهد بود.

نقطه عملیاتی که در آن تغییر دبی با تغییر دما دارد حداقل مقدار، نقطه حرارت پایدار نامیده می شود. موقعیت تقریبی آن را می توان از معادله پیدا کرد

از (2.78) می توان دریافت که با شیب قابل توجهی از مشخصه در یک نقطه پایدار حرارتی کوچک است و بهره بسیار کمتری را می توان از ترانزیستور نسبت به هنگام کار با ولتاژ پایین به دست آورد.

برنج. 2.40. گنجاندن ترانزیستور اثر میدانی در مدارها: a - با منبع مشترک. ب - با زهکش مشترک

ترانزیستورهای اثر میدان مدرن ساخته شده بر اساس سیلیکون تا دمای 120-150 درجه سانتیگراد قابل استفاده هستند. گنجاندن آنها در مدارهای مراحل تقویت کننده با یک منبع مشترک و یک تخلیه مشترک در شکل نشان داده شده است. 2.40، a، b. ولتاژ ثابت مقدار معینی از مقاومت کانال و جریان تخلیه مشخصی را فراهم می کند. هنگامی که یک ولتاژ تقویت شده ورودی اعمال می شود، پتانسیل گیت تغییر می کند و جریان تخلیه و منبع، و همچنین افت ولتاژ در مقاومت R مطابق با آن تغییر می کند.

افزایش افت ولتاژ در مقاومت R در یک مقدار زیاد بسیار بیشتر از افزایش ولتاژ ورودی است. این سیگنال را تقویت می کند. به دلیل شیوع کم، روشن شدن با شاتر معمولی نشان داده نمی شود. هنگامی که نوع هدایت الکتریکی کانال را تغییر می دهید، فقط قطبیت ولتاژهای اعمال شده و جهت جریان ها تغییر می کند، از جمله در مدارهای معادل.

مزایای اصلی ترانزیستورهای اثر میدانی با اتصال p-n کنترلی نسبت به ترانزیستورهای دوقطبی، مقاومت بالای ورودی، نویز کم، سهولت ساخت و عدم وجود ولتاژ باقیمانده در حالت باز بین منبع و تخلیه ترانزیستور باز است.

ترانزیستورهای MIS می توانند دو نوع باشند: ترانزیستور با کانال های داخلی (کانال در حین ساخت ایجاد می شود) و ترانزیستور با کانال های القایی (کانال تحت تأثیر ولتاژ اعمال شده به الکترودهای کنترل ظاهر می شود).

ترانزیستورهای نوع اول می توانند هم در حالت تخلیه کانال با حامل های شارژ و هم در حالت غنی سازی کار کنند. ترانزیستورهای نوع دوم فقط در حالت غنی سازی قابل استفاده هستند. در ترانزیستورهای MIS، بر خلاف ترانزیستورهای دارای اتصال p-n کنترلی، دروازه فلزی توسط یک لایه دی الکتریک از نیمه هادی جدا می شود و یک خروجی اضافی از کریستالی که دستگاه روی آن ساخته شده است (شکل 2.41) وجود دارد که به آن زیرلایه می گویند.

برنج. 2.41. ساختار ترانزیستور MIS: a - ترانزیستور مسطح با کانال القایی. ب - ترانزیستور مسطح با کانال داخلی؛ ، ترانزیستور - و .

برنج. 2.42. توزیع حامل های بار در لایه سطحی

ولتاژ کنترل را می توان هم بین دروازه و زیرلایه و هم به طور مستقل به زیرلایه و دروازه اعمال کرد. تحت تأثیر میدان الکتریکی حاصل، یک کانال از نوع در نزدیکی سطح نیمه هادی به دلیل دفع الکترون ها از سطح به عمق نیمه هادی در یک ترانزیستور با کانال القایی ظاهر می شود. در یک ترانزیستور با یک کانال داخلی، کانال موجود منبسط یا باریک می شود. با تغییر ولتاژ کنترل، عرض کانال و بر این اساس، مقاومت و جریان ترانزیستور تغییر می کند.

مزیت قابل توجه ترانزیستورهای MIS مقاومت بالای ورودی آنها است که به مقادیر اهم می رسد (برای ترانزیستورهای دارای اتصال کنترل اهم).

اجازه دهید عملکرد یک ترانزیستور MIS با یک کانال القایی را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم. اجازه دهید به عنوان منبع موادترانزیستور از سیلیکون استفاده می کند که دارای رسانایی الکتریکی نوع خاصی است. نقش فیلم دی الکتریک توسط دی اکسید سیلیکون انجام می شود. در غیاب بایاس، لایه نزدیک به سطح یک نیمه هادی معمولاً با الکترون غنی می شود (شکل 2.42، a). این با حضور یون‌های با بار مثبت در فیلم دی‌الکتریک توضیح داده می‌شود که نتیجه اکسیداسیون قبلی سیلیکون و پردازش فوتولیتوگرافی آن و همچنین وجود تله‌ها در سطح مشترک است. به یاد بیاورید که تله ها مجموعه ای از سطوح انرژی هستند که در عمق شکاف نواری، نزدیک به وسط آن قرار دارند.

هنگامی که یک ولتاژ منفی به گیت اعمال می شود، الکترون های لایه نزدیک به سطح به عمق نیمه هادی دفع می شوند و سوراخ ها به سمت سطح حرکت می کنند. لایه سطحی هدایت الکتریکی سوراخ را به دست می آورد (شکل 2.42، ب). یک لایه معکوس نازک در آن ظاهر می شود که تخلیه را به منبع متصل می کند. این لایه نقش یک کانال را بازی می کند. اگر بین منبع و تخلیه ولتاژ اعمال شود، سوراخ ها که در امتداد کانال حرکت می کنند، جریان تخلیه ایجاد می کنند. با تغییر ولتاژ گیت می توان کانال را منبسط یا باریک کرد و در نتیجه جریان تخلیه را افزایش یا کاهش داد.

ولتاژ دروازه ای که کانال در آن القا می شود، ولتاژ آستانه نامیده می شود. از آنجایی که کانال به تدریج ظاهر می شود، با افزایش ولتاژ دروازه، برای رفع ابهام در تعریف آن، معمولاً مقدار جریان تخلیه مشخصی تنظیم می شود که بالاتر از آن در نظر گرفته می شود که پتانسیل گیت به ولتاژ آستانه رسیده است.

با افزایش فاصله از سطح نیمه هادی، غلظت سوراخ های القایی کاهش می یابد. در فاصله ای تقریبا برابر با ضخامت کانال، هدایت الکتریکی ذاتی می شود. سپس بخش خالی از حامل های بار اصلی (-transition) می آید. به لطف او، زهکشی، منبع و کانال از بستر جدا می شوند. - اتصال توسط ولتاژ اعمال شده در جهت مخالف بایاس می شود. بدیهی است که عرض و عرض کانال آن را می توان با اعمال ولتاژ اضافی به زیرلایه نسبت به الکترودهای تخلیه و منبع ترانزیستور تغییر داد. بنابراین، جریان تخلیه را می توان نه تنها با تغییر ولتاژ دروازه، بلکه با تغییر ولتاژ زیرلایه کنترل کرد. در این حالت، کنترل ترانزیستور MOS مشابه کنترل ترانزیستور اثر میدانی با اتصال کنترلی است. برای تشکیل یک کانال، ولتاژ بزرگتر از .

ضخامت لایه معکوس بسیار کمتر از ضخامت لایه تخلیه شده است. اگر دومی صدها - هزاران نانومتر باشد، ضخامت کانال القا شده تنها 1-5 نانومتر است. به عبارت دیگر، سوراخ های کانال القایی به سطح نیمه هادی "فشرده" می شوند؛ بنابراین ساختار و ویژگی های رابط نیمه هادی-عایق نقش بسیار مهمی در ترانزیستورهای MIS ایفا می کند.

سوراخ‌هایی که کانال را تشکیل می‌دهند نه تنها از بستر نوع - که تعداد کمی از آنها وجود دارد و نسبتاً آهسته ایجاد می‌شوند، وارد آن می‌شوند، بلکه از لایه‌های نوع منبع و زهکشی که غلظت آنها عملاً نامحدود است، وارد آن می‌شوند. قدرت میدان در نزدیکی این الکترودها بسیار زیاد است.

در ترانزیستورهای دارای کانال داخلی، جریان در مدار تخلیه نیز با ولتاژ دروازه صفر جریان خواهد داشت. برای متوقف کردن آن، لازم است یک ولتاژ مثبت به گیت (با ساختار کانالی نوع)، برابر یا بیشتر از ولتاژ قطع اعمال شود. در این حالت، سوراخ های لایه معکوس تقریباً به طور کامل به عمق نیمه هادی وارد می شود و کانال ناپدید می شود. هنگامی که یک ولتاژ منفی اعمال می شود، کانال منبسط می شود و جریان افزایش می یابد. به این ترتیب. ترانزیستورهای MOS با کانال های داخلی در هر دو حالت تخلیه و غنی سازی کار می کنند.

برنج. 2.43. ساختار ترانزیستور MIS با عرض کانال تغییر یافته در طول جریان جریان (a)؛ ویژگی های خروجی آن با کانال های القایی (b) و داخلی (c): منطقه I شیب دار. II - منطقه مسطح یا ناحیه اشباع. III - منطقه شکست؛ 1 - لایه ناهار

مانند ترانزیستورهای اثر میدانی با یک اتصال کنترل، ترانزیستورهای MIS در ولتاژهای پایین (در ناحیه شکل 2.43، b, c) مانند یک مقاومت کنترل شده خطی رفتار می کنند. با افزایش ولتاژ، عرض کانال به دلیل افت ولتاژ در آن و تغییر در میدان الکتریکی حاصل کاهش می یابد. این امر به ویژه در آن قسمت از کانال که در نزدیکی زهکشی قرار دارد مشخص می شود (شکل 2.43، a). افت ولتاژ ایجاد شده توسط جریان منجر به توزیع نابرابر قدرت میدان الکتریکی در طول کانال می شود و با نزدیک شدن به تخلیه افزایش می یابد. تحت ولتاژ، کانال نزدیک درین به قدری باریک می شود که تعادل دینامیکی رخ می دهد، زمانی که افزایش ولتاژ باعث کاهش عرض کانال و افزایش مقاومت آن می شود. در نتیجه، جریان با افزایش بیشتر ولتاژ کمی تغییر می کند. این فرآیندهای تغییر عرض کانال بسته به ولتاژ مانند ترانزیستورهای اثر میدانی با اتصال p-n کنترلی است.

مشخصات خروجی ترانزیستورهای MIS مشابه ترانزیستورهای اثر میدانی با کنترل است (شکل 2.43، b، c). آنها را می توان به مناطق شیب دار و مسطح و همچنین منطقه شکست تقسیم کرد. در یک منطقه شیب دار، ترانزیستور MIS می تواند به عنوان یک مقاومت کنترل شده الکتریکی عمل کند. از ناحیه مسطح II معمولاً در ساخت آبشارهای تقویت کننده استفاده می شود. تقریب تحلیلی مشخصات جریان-ولتاژ ترانزیستورهای MIS خیلی راحت نیست و به ندرت در عمل مهندسی استفاده می شود. برای تخمین تقریبی جریان تخلیه در ناحیه اشباع، می توانید از معادله استفاده کنید

برای ترانزیستورهای دارای کانال داخلی، معادلات (2.79) را می توان استفاده کرد اگر علائم ولتاژ و .. را جایگزین کنیم و آنها را در نظر بگیریم. آنها پارامترهای یک ترانزیستور اثر میدان را مشخص می کنند، که برای یک حالت اندازه گیری معین، نشان داده شده توسط یک مدار معادل در شکل. 2.44، e. ویژگی های ترانزیستور را بدتر منعکس می کند، اما پارامترهای آن شناخته شده است یا می توان به راحتی اندازه گیری کرد (خازن ورودی، از طریق خازن، ظرفیت خروجی).

معادله عملگر برای شیب مشخصات ترانزیستورهای MOS مانند ترانزیستورهای اثر میدانی با سیگنال کنترل است.در این حالت ثابت زمانی برابر است با . در یک حالت معمولی، با طول کانال 5 میکرومتر، فرکانس محدودی که در آن شیب مشخصه با ضریب 0.7 کاهش می‌یابد در چند صد مگاهرتز قرار دارد.

وابستگی دمایی ولتاژ آستانه و ولتاژ قطع به دلیل تغییر در موقعیت سطح فرمی، تغییر در بار فضایی در ناحیه تخلیه و تأثیر دما بر مقدار بار در دی الکتریک است. ترانزیستورهای MOS همچنین دارای یک نقطه عملیاتی پایدار از نظر حرارتی هستند که در آن جریان تخلیه کمی تحت تأثیر دما قرار می گیرد. در ترانزیستورهای مختلفمقدار جریان تخلیه در نقطه حرارت پایدار در داخل است. یکی از مزیت های مهم ترانزیستورهای MIS نسبت به ترانزیستورهای دوقطبی، افت ولتاژ پایین آن ها هنگام تعویض سیگنال های کوچک است. بنابراین، اگر در ترانزیستورهای دوقطبی در حالت اشباع ولتاژ

هنگام کاهش، می توان آن را به مقداری کاهش داد که تمایل به صفر دارد. از آنجایی که ترانزیستورهای MIS با دی الکتریک دی اکسید سیلیکون به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، ما آنها را ترانزیستور MOS می نامیم.

در حال حاضر، به عنوان مثال، این صنعت ماسفت هایی با دو دروازه عایق (تترود) نیز تولید می کند. وجود یک گیت دوم به شما امکان می دهد به طور همزمان جریان ترانزیستور را با استفاده از دو ولتاژ کنترل کنترل کنید که ساخت انواع دستگاه های تقویت کننده و ضرب را تسهیل می کند. مشخصات آنها شبیه به خصوصیات ترانزیستورهای اثر میدانی تک گیت است، فقط تعداد آنها بیشتر است، زیرا آنها برای ولتاژ هر گیت با ولتاژ ثابت روی دروازه دیگر ساخته شده اند. بر این اساس شیب مشخصه برای گیت های اول و دوم، ولتاژ قطع دروازه های اول و دوم و ... از هم متمایز می شوند که اعمال ولتاژ به گیت ها هیچ تفاوتی با اعمال ولتاژ به گیت ماسفت تک دروازه ای ندارد.

باید از آستانه فراتر رود. در غیر این صورت کانال ظاهر نمی شود و ترانزیستور قفل می شود.

ترانزیستورهای اثر میدانی دستگاه های نیمه هادی هستند. ویژگی آنها این است که جریان خروجی توسط یک میدان الکتریکی و یک ولتاژ یک قطبی کنترل می شود. سیگنال کنترل به گیت اعمال می شود و رسانایی اتصال ترانزیستور را تنظیم می کند. در این مورد، آنها با ترانزیستورهای دوقطبی متفاوت هستند، که در آنها سیگنال با قطبیت های مختلف امکان پذیر است. یکی دیگر از ویژگی های متمایز ترانزیستور اثر میدان، تشکیل جریان الکتریکی توسط حامل های اصلی با همان قطبیت است.

انواع

انواع مختلفی از ترانزیستورهای اثر میدانی وجود دارد که با ویژگی های خاص خود کار می کنند.

• نوع هدایت قطبیت ولتاژ کنترل به آن بستگی دارد.
• ساختار: انتشار، آلیاژ، MIS، مانع شاتکی.
• تعداد الکترودها: ترانزیستورهایی با 3 یا 4 الکترود وجود دارد. در نسخه با 4 الکترود، بستر یک قسمت جداگانه است که امکان کنترل عبور جریان از محل اتصال را فراهم می کند.
• مواد تولید: دستگاه های مبتنی بر ژرمانیوم، سیلیکون محبوب ترین شدند. در علامت گذاری ترانزیستور، حرف به معنای مواد نیمه هادی است. در ترانزیستورهای تولید شده برای تجهیزات نظامی، مواد با اعداد مشخص می شوند.
• نوع کاربرد: در کتاب های مرجع ذکر شده است، روی برچسب ذکر نشده است. در عمل، پنج گروه از کارگران میدان شناخته شده است: در تقویت کننده های فرکانس پایین و بالا، به عنوان کلیدهای الکترونیکی، مدولاتورها، تقویت کننده های DC.
• محدوده پارامتر عملیاتی: مجموعه ای از داده ها که کارگران میدانی می توانند در آن فعالیت کنند.
• ویژگی های دستگاه: یونیترون، گریدیستور، آلکاترون. همه دستگاه ها داده های متمایز خود را دارند.
• تعداد عناصر ساختاری: مکمل، دوقلو و غیره.

علاوه بر طبقه بندی اصلی "کارگران مزرعه"، طبقه بندی خاصی وجود دارد که اصل عملکرد را دارد:

• FET ها با انتقال p-nکه مدیریت می کند.
• ترانزیستورهای اثر میدانی با مانع شاتکی.
• "کارگران صحرایی" با کرکره عایق بندی شده که تقسیم می شوند:
  - با انتقال القایی؛
  - با انتقال داخلی.

یک طبقه بندی کمکی در ادبیات علمی پیشنهاد شده است. می گوید که نیمه هادی مبتنی بر مانع شاتکی باید به یک کلاس جداگانه اختصاص داده شود، زیرا این یک ساختار جداگانه است. همان ترانزیستور می تواند به طور همزمان یک اکسید و یک دی الکتریک را شامل شود، مانند ترانزیستور KP 305. از این روش ها برای ایجاد ویژگی های جدید یک نیمه هادی یا کاهش هزینه آنها استفاده می شود.

در نمودارها، کارگران مزرعه دارای عناوین پایانه هستند: G - دروازه، D - تخلیه، S - منبع. زیرلایه یک ترانزیستور را "زیر لایه" می نامند.

ویژگی های طراحی

الکترود کنترل ترانزیستور اثر میدان در الکترونیک گیت نامیده می شود. انتقال آن از یک نیمه هادی با هر نوع رسانایی انجام می شود. قطبیت ولتاژ کنترل می تواند با هر علامتی باشد. یک میدان الکتریکی با قطبیت مشخص، الکترون‌های آزاد آزاد می‌کند تا زمانی که اتصال الکترون‌های آزاد تمام شود. این با اعمال میدان الکتریکی بر روی نیمه هادی حاصل می شود که پس از آن مقدار جریان به صفر نزدیک می شود. این عمل ترانزیستور اثر میدانی است.

جریان الکتریکی از منبع به سمت تخلیه جریان می یابد. بیایید تفاوت بین این دو ترمینال ترانزیستور را تجزیه و تحلیل کنیم. جهت الکترون ها مهم نیست. ترانزیستورهای اثر میدان خاصیت برگشت پذیری دارند. در مهندسی رادیو، ترانزیستورهای اثر میدانی محبوبیت خود را پیدا کرده اند، زیرا به دلیل تک قطبی بودن حامل های شارژ، نویز ایجاد نمی کنند.

ویژگی اصلی ترانزیستورهای اثر میدان مقاومت ورودی قابل توجهی است. این امر به ویژه در جریان متناوب. این وضعیت به دلیل کنترل توسط انتقال معکوس شاتکی با یک بایاس خاص یا توسط ظرفیت خازن در نزدیکی دروازه به دست می آید.

ماده زیرلایه یک نیمه هادی بدون دولا است. برای "کارگران مزرعه" با انتقال شاتکی، به جای بستر، آرسنید گالیم گذاشته می شود که به شکل خالص آن یک عایق خوب است.

در عمل، ایجاد یک لایه ساختاری با ترکیب پیچیده ای که شرایط لازم را داشته باشد، دشوار است. بنابراین، یک نیاز اضافی، توانایی ساخت آهسته بستر به اندازه دلخواه است.

ترانزیستورهای اثر میدانی با p-nانتقال

در چنین طراحی، نوع هدایت دروازه با محل اتصال متفاوت است. در عمل، پیشرفت های مختلفی اعمال می شود. شاتر را می توان از چندین ناحیه ساخت. در نتیجه، کوچکترین ولتاژ می تواند عبور جریان را کنترل کند که باعث افزایش بهره می شود.

در طرح های مختلف استفاده می شود نمای معکوسانتقال افست هر چه افست بزرگتر باشد، عرض انتقال برای عبور جریان کمتر است. در یک مقدار ولتاژ مشخص، ترانزیستور بسته می شود. استفاده از بایاس رو به جلو توصیه نمی شود زیرا مدار درایو با قدرت بالا ممکن است بر گیت تأثیر بگذارد. در طول انتقال باز، جریان قابل توجهی یا ولتاژ افزایش یافته عبور می کند. کار حالت عادی توسط ایجاد می شود انتخاب صحیحقطب ها و سایر ویژگی های منبع تغذیه و همچنین انتخاب نقطه کار ترانزیستور.

در بسیاری از موارد از جریان مستقیم دروازه به طور خاص استفاده می شود. این حالت می تواند توسط ترانزیستورهایی که در آن بستر یک اتصال را تشکیل می دهد نیز استفاده شود p-n را تایپ کنید. شارژ از منبع به یک تخلیه و یک دروازه تقسیم می شود. منطقه ای با ضریب تقویت جریان بزرگ وجود دارد. این حالت با شاتر کنترل می شود. با این حال، با افزایش جریان، این پارامترها به شدت کاهش می یابد.

اتصال مشابهی در مدار آشکارساز گیت فرکانس استفاده می شود. خواص تصحیح انتقال کانال و گیت را اعمال می کند. در این حالت بایاس رو به جلو صفر است. ترانزیستور نیز توسط جریان گیت هدایت می شود. یک تقویت سیگنال بزرگ در مدار تخلیه تولید می شود. ولتاژ برای گیت بر اساس قانون ورودی متفاوت است و برای گیت مسدود می شود.

ولتاژ در مدار تخلیه دارای عناصر زیر است:

• مقدار ثابت. قابل اجرا نیست.
• سیگنال حامل با استفاده از فیلترها به زمین تخلیه می شود.
• تعدیل سیگنال فرکانس برای به دست آوردن اطلاعات از آن پردازش می شود .

به عنوان نقطه ضعف آشکارساز شاتر، توصیه می شود یک عامل اعوجاج قابل توجه را مشخص کنید. نتایج برای او منفی برای قوی و سیگنال های ضعیف. یک نتیجه کمی بهتر یک آشکارساز فاز ساخته شده روی یک ترانزیستور با دو دروازه را نشان می دهد. سیگنال مرجع به یکی از الکترودهای کنترل اعمال می شود و سیگنال اطلاعاتی که توسط کارگر صحرایی تقویت می شود، روی تخلیه ظاهر می شود.

با وجود تحریف قابل توجه، این اثر هدف خود را دارد. در تقویت کننده های انتخابی که دوز معینی از یک طیف فرکانس مشخص را عبور می دهند. ارتعاشات هارمونیکفیلتر شده اند و بر کیفیت طرح تأثیر نمی گذارند.

ترانزیستورهای MeP که به معنای نیمه هادی فلزی است، با اتصال شاتکی عملاً با ترانزیستورهای دارای پیوند p-n تفاوتی ندارند. از آنجایی که اتصال MeN دارای خواص ویژه ای است، این ترانزیستورها می توانند با فرکانس افزایش یافته کار کنند. و همچنین، ساخت ساختار MeP آسان است. مشخصات فرکانس به زمان شارژ عنصر دروازه بستگی دارد.

ترانزیستورهای MIS

پایه عناصر نیمه هادی به طور مداوم در حال گسترش است. هر توسعه جدید تغییر می کند سیستم های الکترونیکی. ابزار و دستگاه های جدید بر اساس آنها ظاهر می شوند. ترانزیستور MOS با تغییر رسانایی لایه نیمه هادی با استفاده از میدان الکتریکی عمل می کند. از این نام - فیلد آمد.

نام MIS مخفف فلز-عایق-نیمه هادی است. این توضیحی از ترکیب دستگاه می دهد. دروازه توسط یک دی الکتریک نازک از منبع جدا شده و تخلیه می شود. ترانزیستور MIS از نوع مدرن دارای اندازه دروازه 0.6 میکرون است که فقط یک میدان الکترومغناطیسی می تواند از طریق آن جریان یابد. بر وضعیت نیمه هادی تأثیر می گذارد.

هنگامی که پتانسیل مورد نظر در دروازه رخ می دهد، یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد می شود که بر مقاومت بخش منبع تخلیه تأثیر می گذارد.

مزایای استفاده از این دستگاه عبارتند از:

• افزایش مقاومت ورودی دستگاه این ویژگی برای استفاده در مدارهای جریان کم مرتبط است.
• ظرفیت کوچک بخش منبع تخلیه، استفاده از ترانزیستور MIS را در دستگاه های فرکانس بالا امکان پذیر می کند. هیچ اعوجاج در هنگام انتقال سیگنال مشاهده نمی شود.
• پیشرفت در فناوری های جدید تولید نیمه هادی منجر به توسعه ترانزیستورهای IGBT شده است که شامل نکات مثبتدستگاه های دوقطبی و میدانی ماژول های قدرت مبتنی بر آنها به طور گسترده در سافت استارترها و مبدل های فرکانس استفاده می شوند.

هنگام توسعه چنین عناصری، باید در نظر گرفت که ترانزیستورهای MIS به ولتاژ بالا و الکتریسیته ساکن حساس تر هستند. ترانزیستور می تواند بسوزد اگر پین های کنترل آن را لمس کنید. بنابراین هنگام نصب آنها باید از زمین مخصوص استفاده کرد.

این ترانزیستورهای اثر میدان دارای خواص منحصر به فرد بسیاری هستند (مثلاً کنترل میدان الکتریکی)، بنابراین در تجهیزات الکترونیکی محبوب هستند. همچنین لازم به ذکر است که فناوری ساخت ترانزیستور به طور مداوم در حال به روز رسانی است.

ترانزیستور اثر میدانی یک دستگاه نیمه هادی الکتریکی است که جریان خروجی آن توسط میدان و در نتیجه ولتاژی با همان علامت کنترل می شود. سیگنال شکل دهی به گیت تغذیه می شود و هدایت کانال نوع n یا p را تنظیم می کند. برخلاف ترانزیستورهای دوقطبی، که در آن سیگنال دارای قطبیت متغیر است. علامت دوم، تشکیل جریان منحصراً توسط حامل های اصلی (همان علامت) است.

طبقه بندی ترانزیستورهای اثر میدانی

بیایید با طبقه بندی شروع کنیم. انواع مختلفی از ترانزیستورهای اثر میدانی وجود دارد که هر کدام طبق الگوریتم کار می کنند:

علاوه بر طبقه بندی کلی، یک طبقه بندی تخصصی اختراع شد که اصول کار را مشخص می کند. تمیز دادن:

1. ترانزیستورهای اثر میدانی با پیوند کنترلی p-n.
2. ترانزیستورهای اثر میدانی با مانع شاتکی.
3. ترانزیستورهای اثر میدان گیت عایق:

• دارای کانال داخلی
• با کانال القایی.

در ادبیات، سازه ها علاوه بر این به شرح زیر سفارش می شوند: استفاده از نام MOS نامناسب است، سازه های مبتنی بر اکسیدها یک مورد خاص از MIS (فلز، عایق، نیمه هادی) در نظر گرفته می شوند. مانع شاتکی (MeB) باید به طور جداگانه مشخص شود، زیرا ساختار متفاوتی است. خصوصیات p-n-junction را یادآوری می کند. ما اضافه می کنیم که از نظر ساختاری، یک دی الکتریک (نیترید سیلیکون)، یک اکسید (سیلیکون چهار ظرفیتی) می توانند به طور همزمان وارد ترکیب ترانزیستور شوند، همانطور که در مورد KP305 اتفاق افتاد. چنین راه حل های فنیتوسط مردم استفاده می شود به دنبال روش هابه دست آوردن خواص منحصر به فرد محصول، کاهش هزینه.

در میان اختصارات خارجی ترانزیستورهای اثر میدانی، ترکیب FET رزرو شده است، گاهی اوقات نوع کنترل را نشان می دهد - با اتصال p-n. در مورد دوم، در کنار این، با JFET روبرو خواهیم شد. کلمات - مترادف. در خارج از کشور، جداسازی ترانزیستورهای اثر میدانی اکسید (MOSFET، MOS، MOST - مترادف)، نیترید (MNS، MNSFET) مرسوم است. وجود یک مانع شاتکی SBGT نامگذاری شده است. ظاهراً معنای مادی، ادبیات داخلی، معنای واقعیت خاموش است.

الکترودهای ترانزیستورهای اثر میدان در نمودارها نشان داده شده است: D (تخلیه) - تخلیه، S (منبع) - منبع، G (دروازه) - دروازه. زیرلایه را زیرلایه می گویند.

دستگاه FET

الکترود کنترل ترانزیستور اثر میدان را گیت می نامند. کانال توسط یک نیمه هادی از نوع هدایت دلخواه تشکیل شده است. بر این اساس، قطبیت ولتاژ کنترل مثبت یا منفی است. میدان علامت مربوطه، حامل های آزاد را جابجا می کند تا جایی که تنگه زیر الکترود دروازه کاملاً خالی شود. با قرار دادن میدان در معرض یک اتصال p-n یا یک نیمه هادی همگن به دست می آید. جریان صفر می شود. ترانزیستور اثر میدانی به این صورت است.

جریان از منبع به سمت تخلیه جریان می یابد؛ مبتدیان به طور سنتی با سؤال تمایز بین دو الکترود مشخص شده عذاب می کشند. هیچ تفاوتی در جهت حرکت بارها وجود ندارد. ترانزیستور اثر میدان برگشت پذیر است. تک قطبی بودن حامل های شارژ سطح کم نویز را توضیح می دهد. بنابراین، ترانزیستورهای اثر میدانی جایگاه غالبی را در فناوری اشغال می کنند.

ویژگی کلیدی دستگاه ها مقاومت زیاد ورودی به خصوص در برابر جریان متناوب است. یک واقعیت آشکار ناشی از کنترل یک اتصال p-n با بایاس معکوس (اتصال شاتکی)، یا ظرفیت خازن تکنولوژیکی در ناحیه یک گیت عایق شده.

زیرلایه اغلب توسط یک نیمه هادی بدون دود مورد علاقه قرار می گیرد. برای ترانزیستورهای اثر میدانی با گیت شاتکی - آرسنید گالیم. در شکل خالص خود، یک عایق خوب است که الزامات زیر به عنوان بخشی از محصول به آن تحمیل می شود:

ایجاد ضخامت قابل توجهی از لایه ای که لیست شرایط را برآورده می کند دشوار است. بنابراین، نیاز پنجم اضافه می شود که شامل امکان ساخت تدریجی بستر به ابعاد مورد نیاز است.

ترانزیستورهای اثر میدانی با اتصال p-n کنترل و MeP

در این مورد، نوع هدایت مواد دروازه با رسانایی مورد استفاده توسط کانال متفاوت است. در عمل، پیشرفت های مختلفی را خواهید دید. شاتر از پنج ناحیه فرو رفته در کانال تشکیل شده است. ولتاژ کمتر می تواند جریان جریان را کنترل کند. به معنای افزایش سود.

ترانزیستور دوقطبی

مدارها از بایاس معکوس اتصال p-n استفاده می کنند، هر چه قوی تر باشد، کانال برای جریان جریان باریک تر است. در یک مقدار ولتاژ معین، ترانزیستور قفل می شود. استفاده از بایاس رو به جلو خطرناک است زیرا یک مدار کنترل شده قدرتمند می تواند بر مدار گیت تأثیر بگذارد. اگر محل اتصال باز باشد، جریان زیادی جریان می یابد یا الف ولتاژ بالا. حالت عادی ارائه شده است انتخاب درستقطبیت و سایر ویژگی های منبع تغذیه، انتخاب نقطه عملیاتی ترانزیستور.

با این حال، در برخی موارد جریان مستقیم دروازه به عمد استفاده می شود. قابل توجه است که این حالت می تواند توسط آن دسته از ترانزیستورهای MIS استفاده شود که در آن بستر یک اتصال p-n با کانال ایجاد می کند. بار متحرک منبع بین دروازه و درین تقسیم می شود. شما می توانید منطقه ای را پیدا کنید که در آن سود قابل توجهی به دست می آید. حالت شاتر کنترل می شود. با افزایش iz جریان (تا 100 μA)، پارامترهای مدار به شدت بدتر می شوند.

یک گنجاندن مشابه توسط مدار به اصطلاح آشکارساز فرکانس گیت استفاده می شود. این طرح از ویژگی های یکسو کننده اتصال p-n بین گیت و کانال استفاده می کند. بایاس رو به جلو کوچک یا کاملاً صفر است. دستگاه همچنان توسط جریان گیت کنترل می شود. در مدار تخلیه، یک تقویت سیگنال قابل توجهی به دست می آید. ولتاژ تصحیح شده برای گیت مسدود می شود، طبق قانون ورودی تغییر می کند. تقویت سیگنال به طور همزمان با تشخیص به دست می آید. ولتاژ مدار تخلیه شامل اجزای زیر است:

• جزء ثابت اصلا استفاده نشده
• سیگنال فرکانس حامل با استفاده از مخازن فیلتر به زمین آورده می شود.
• سیگنال با فرکانس سیگنال تعدیل کننده. برای استخراج اطلاعات جاسازی شده پردازش شده است.

نقطه ضعف آشکارساز فرکانس گیت، ضریب بزرگ اعوجاج غیر خطی در نظر گرفته می شود. علاوه بر این، نتایج برای سیگنال های ضعیف (وابستگی درجه دوم مشخصه عملیاتی) و قوی (خروج از حالت قطع) به همان اندازه بد هستند. آشکارساز فاز روی یک ترانزیستور دو دروازه تا حدودی بهتر نشان داده می شود. یک سیگنال مرجع به یک الکترود کنترل اعمال می شود و یک جزء اطلاعاتی روی درین تشکیل می شود که توسط یک ترانزیستور اثر میدانی تقویت می شود.

با وجود اعوجاج های خطی بزرگ، این اثر کاربرد پیدا می کند. به عنوان مثال، در تقویت کننده های قدرت انتخابی، دوز عبور از یک طیف فرکانس باریک. هارمونیک ها فیلتر شده اند و تاثیر زیادی روی عملکرد کلی مدار ندارند.

ترانزیستورهای نیمه هادی فلزی (MeS) با مانع شاتکی تقریباً با ترانزیستورهای دارای اتصال p-n تفاوتی ندارند. حداقل در مورد اصول عملیاتی. اما به دلیل ویژگی های خاص انتقال فلز-نیمه هادی، محصولات می توانند با فرکانس افزایش یافته (ده ها گیگاهرتز، فرکانس های قطع در منطقه 100 گیگاهرتز) کار کنند. در عین حال، ساختار MeP برای اجرای فرآیندهای تولید و فناوری آسان‌تر است. ویژگی های فرکانستوسط زمان شارژ گیت و تحرک حامل (برای GaAهای بیش از 10000 سانتی‌متر مربع بر ولت ثانیه) تعیین می‌شوند.

ترانزیستورهای MIS

در ساختارهای MIS، دروازه به طور قابل اعتمادی از کانال جدا می شود و کنترل کاملاً به دلیل عمل میدان اتفاق می افتد. عایق کاری توسط اکسید سیلیکون یا نیترید انجام می شود. این پوشش ها هستند که راحت تر روی سطح کریستال اعمال می شوند. قابل توجه است که در این مورد نیز مانند هر ترانزیستور قطبی، اتصالات فلزی نیمه هادی در مناطق منبع و تخلیه وجود دارد. بسیاری از نویسندگان این واقعیت را فراموش می کنند یا با استفاده از عبارت مرموز اهمی مخاطبین به طور گذرا به آن اشاره می کنند.

در تاپیک در مورد دیود شاتکی این سوال مطرح شد. یک مانع همیشه در محل اتصال یک فلز و یک نیمه هادی ظاهر نمی شود. در برخی موارد، تماس اهمی است. این بیشتر به ویژگی های پردازش تکنولوژیکی و ابعاد هندسی بستگی دارد. مشخصات فنیدستگاه های واقعی به شدت به عیوب مختلف لایه اکسید (نیترید) بستگی دارند. در اینجا برخی از:

1. ناقص بودن شبکه کریستالی در ناحیه سطح به دلیل شکستگی پیوندها در مرز تغییر مواد است. این تأثیر هم توسط اتم های آزاد نیمه هادی اعمال می شود و هم ناخالصی هایی مانند اکسیژن وجود دارد که در هر صورت وجود دارد. به عنوان مثال، هنگام استفاده از روش های اپیتاکسی. در نتیجه، سطوح انرژی به نظر می رسد که در عمق باند قرار دارند.
2. در سطح مشترک بین اکسید و نیمه هادی (ضخامت 3 نانومتر)، بار اضافی تشکیل می شود که ماهیت آن هنوز توضیح داده نشده است. احتمالا مثبته جای خالی(سوراخ) اتم های معیوب خود نیمه هادی و اکسیژن.
3. رانش اتم های یونیزه شده سدیم، پتاسیم و سایر فلزات قلیایی در ولتاژهای پایین روی الکترود رخ می دهد. این باعث افزایش بار انباشته شده در مرز لایه می شود. برای جلوگیری از این اثر در اکسید سیلیکون، از اکسید فسفر (انیدرید) استفاده می شود.

FETیک دستگاه تقویت کننده نیمه هادی نامیده می شود که مقاومت آن می تواند تحت تأثیر میدان الکتریکی تغییر کند. تغییر در مقاومت با تغییر مقاومت الکتریکی لایه نیمه هادی یا با تغییر حجم نیمه هادی که جریان الکتریکی از آن عبور می کند به دست می آید.

ترانزیستورهای اثر میدانی از افکت های مختلفی مانند تغییر ولوم استفاده می کنند آر-پ- انتقال هنگامی که ولتاژ مسدود کننده که روی آن تغییر می کند. اثرات تخلیه، غنی سازی با حامل های بار، یا وارونگی نوع رسانش در لایه نزدیک به سطح یک نیمه هادی. FET ها گاهی اوقات به عنوان نامیده می شوند تک قطبی، زیرا جریانی که از آنها می گذرد به دلیل حاملان تنها یک علامت است. ترانزیستورهای اثر میدانی نیز نامیده می شوند کانالترانزیستورها، از آنجایی که میدان الکتریکی که عملکرد ترانزیستور را کنترل می کند، نسبتاً کم عمق در نیمه هادی نفوذ می کند و همه فرآیندها در یک لایه نازک به نام کانال.

مدار کنترل ترانزیستور اثر میدان عملاً جریان و توان مصرف نمی کند. این امکان تقویت سیگنال از منابع با مقاومت داخلی بسیار بالا و توان کم را فراهم می کند. علاوه بر این، این امکان قرار دادن صدها هزار ترانزیستور روی یک تراشه ریز مدار را فراهم می کند.

ترانزیستورهای اثر میدانی با اتصال pn کنترلی

ترانزیستور اثر میدانی را می توان به شکل صفحه نیمه هادی (با پ-یا آر-رسانایی) که در یکی از سطوح آن لایه ای از فلز ذوب شده است، به نام کرکره، تشکیل یک تخت r-pانتقال (شکل 5.1). سرنخ ها به انتهای پایین و بالایی صفحه به ترتیب به نام متصل می شوند منبعو زه کشی.اگر یک ولتاژ مسدود کننده به گیت اعمال شود (مثبت به پ-شاتر و منفی روشن است آر-شاتر)، سپس بسته به مقدار آن در کانال ( r-p-transition)، یک لایه تخلیه شده در حامل های بار ظاهر می شود که عملاً یک عایق است.

با تغییر ولتاژ گیت از صفر به مقداری ولتاژ به اندازه کافی بزرگ، نامیده می شود ولتاژ قطع (ولتاژ خاموش، یا ولتاژ آستانه، شکل را ببینید. 5.6)، می توان حجم نیمه هادی اشغال شده را گسترش داد r-p- انتقال که کل کانال را اشغال می کند و حرکت حامل های بار بین منبع و تخلیه غیرممکن می شود. ترانزیستور به طور کامل بسته می شود (شکل 5.2).

بر خلاف ترانزیستورهای دوقطبی کنترل شده با جریان، FET ها با ولتاژ کنترل می شوند و از آنجایی که این ولتاژ به کنترل اعمال می شود. r-p- انتقال در قطب معکوس (مسدود کننده) ، سپس جریان در مدار کنترل عملاً جریان نمی یابد (در ولتاژ 5 ولت ، جریان کنترل از 10 -10 A تجاوز نمی کند).

ترانزیستورهای اثر میدان گیت عایق

ترانزیستورهای اثر میدانی با کانال القایی

روی انجیر شکل 5.3 یک ترانزیستور اثر میدان گیت عایق به نام را نشان می دهد ترانزیستور MIS. این نام به دلیل طراحی است: دروازه از فلز (M) ساخته شده است و توسط یک لایه نازک دی الکتریک (D) از نیمه هادی (P) که ترانزیستور از آن ساخته شده است جدا می شود. اگر ترانزیستور از سیلیکون ساخته شده باشد، از یک لایه نازک اکسید سیلیکون به عنوان دی الکتریک استفاده می شود. در این صورت نام به تغییر می یابد ماسفت(فلز-اکسید-نیمه هادی).

در شکل نشان داده شده است. 5.3 در سمت چپ، ترانزیستور بر اساس یک صفحه ساخته شده است ( بسترها، یا زمینه) از سیلیکون با آر-رسانایی در سطح صفحه، دو منطقه با پرسانایی (منبع و زهکش)، که توسط یک منطقه از هم جدا شده اند پ- کانال دارای غالب است آر-رسانایی در نتیجه، هنگامی که ولتاژ به ترانزیستور اعمال می شود، جریانی بین منبع و درین جریان نمی یابد، زیرا اتصالات پایه تخلیه و پایه منبع، دو پشت سر هم تشکیل می دهند. r-p-انتقال، که یکی از آنها در هر قطبی از ولتاژ اعمال شده بسته خواهد شد.

با این حال، اگر لایه سطحی آر-نیمه هادی با اعمال یک ولتاژ قطبی مثبت بین دروازه و پایه، با یک میدان الکتریکی به اندازه کافی قوی عمل می کند، سپس جریانی بین منبع و تخلیه شروع به جریان می کند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که از لایه سطحی نیمه هادی واقع در زیر دروازه، حفره ها توسط میدان الکتریکی کنار زده می شوند و الکترون ها جمع می شوند و کانالی را تشکیل می دهند (با پ-رسانایی نشان داده شده در شکل. 5.3 با خط نقطه چین)، در نتیجه r-p-اتصالات منبع به کانال و کانال به منبع وجود نخواهد داشت. رسانایی پ-هر چه کانال بزرگتر باشد، ولتاژ اعمال شده بین گیت و پایه بیشتر خواهد بود.

ترانزیستور طرح مورد نظر نامیده می شود ترانزیستور MIS با کانال القایی.

پایه معمولاً به منبع متصل است، اما گاهی اوقات ولتاژ به طور جداگانه به آن اعمال می شود و سپس پایه به عنوان یک دروازه اضافی عمل می کند.

اگر پایه از پ-سیلیکون، منبع و زهکشی توسط مناطق به شدت دوپ شده با تشکیل شده است R-رسانایی، و اکسید سیلیکون به عنوان یک عایق استفاده می شود، معلوم است ماسفت کانال p القایی(با رسانایی آر) (شکل 5.3 در سمت راست).

ترانزیستورهای اثر میدانی با کانال داخلی

ماسفت ها را می توان با یک کانال تعبیه شده ساخت. به عنوان مثال، در شکل. 5.4 در سمت چپ نموداری از دستگاه چنین ترانزیستوری با پ-کانال پایه ساخته شده از آر-سیلیکون و منبع و تخلیه دارند پ-رسانایی و با روش انتشار به دست می آید. منبع و تخلیه توسط یک کانال نسبتا نازک با اندکی به هم وصل می شوند R-رسانایی

اگر پایه از پ-سیلیکون و منبع و تخلیه - از جانب آر-سیلیکون، سپس ترانزیستور دارای یک کانال p داخلی است (شکل 5.4 در سمت راست) .

کار کردن پ-کانال ماسفت را می توان به صورت زیر توضیح داد. اگر یک ولتاژ منفی (نسبت به پایه) به دروازه اعمال شود، الکترون های رسانا از پکانال به پایه، و رسانایی کانال کاهش می یابد، تا تخلیه و مسدود شدن کامل کانال .

هنگامی که یک ولتاژ مثبت به دروازه اعمال می شود پ-کانال با الکترون ها غنی می شود و رسانایی آن افزایش می یابد (شکل 5.6).

طبقه بندی و ویژگی های ترانزیستورهای اثر میدانی

ترانزیستورهای اثر میدانی از نوع تخلیه شده و غنی شده هستند. اولی شامل تمام ترانزیستورهای با r‑p-انتقال و پماسفت های کانالی از نوع تخلیه شده اند. ماسفت های غنی شده به عنوان موجود هستند پ- کانال، و آر-کانال (شکل 5.5).

ترانزیستورهای نوع غنی شده و تخلیه شده فقط در ارزش به اصطلاح متفاوت هستند ولتاژ آستانه، به دست آمده از برون یابی از بخش مستطیل مشخصه (شکل 5.6.).

ویژگی های خروجیترانزیستور اثر میدانی به وابستگی جریان تخلیه به ولتاژ منبع تخلیه برای ولتاژهای مختلف گیت منبع گفته می شود.

FET از نظر رسانایی خروجی دستگاه بسیار خوبی است - در یک ولتاژ منبع دروازه ثابت، جریان تخلیه تقریباً مستقل از ولتاژ است (به جز در ناحیه ولتاژهای منبع تخلیه پایین). روی انجیر 5.7 وابستگی های معمولی را نشان می دهد مناز تو si برای طیف وسیعی از مقادیر تو zi.