Транзистори са ефектом поља (ФЕТ)

Тхе транзистор са ефектом поља (ФЕТ) је електронски уређај у коме је електрично поље користи се за регулисање протока струје. Да би се то применило, разлика потенцијала се примењује на прикључцима гејта и извора уређаја, што мења проводљивост између одводне и изворне стезаљке, услед чега тече контролисана струја преко ових терминала.

ФЕТ-ови се зову униполарни транзистори јер су они дизајнирани да раде као уређаји типа једног носача. Наћи ћете различите типове транзистора са ефектом поља.

Симбол

Графички симболи за н-каналне и п-каналне ЈФЕТ-ове могу се приказати на следећим сликама.

Јасно можете приметити да стрелице које воде према унутра за н-канални уређај означавају смер у којем И._Г.(струја капија) треба да тече када је п-н спој био пристрасан.

У случају п-каналног уређаја услови су идентични, осим разлике у смеру симбола стрелице.

Разлика између ФЕТ и БЈТ

Транзистор са пољским ефектом (ФЕТ) је трокраки уређај дизајниран за широк спектар апликација кола које до великог нивоа допуњују оне БЈТ транзистора.

Иако ћете пронаћи значајне разлике између БЈТ-а и ЈФЕТ-а, заправо постоји неколико подударних карактеристика о којима ће бити речи у следећим дискусијама. Главна разлика између ових уређаја је што је БЈТ уређај којим се контролише струја, као што је приказано на слици 5.1а, док је ЈФЕТ транзистор уређај под напоном, као што је приказано на слици 5.1б.

Једноставно речено, тренутни И_Ц.на слици 5.1а је непосредна функција нивоа И_Б.. За ФЕТ, струја И је функција напона В_ГСдато улазном колу као што је приказано на слици 5.1б.

У оба случаја струјом излазног круга управљаће параметар улазног круга. У једној ситуацији тренутни ниво, ау другој примењени напон.

Баш као и нпн и пнп за биполарне транзисторе, пронаћи ћете н-каналне и п-каналне транзисторе са ефектом поља. Али, требате имати на уму да је БЈТ транзистор биполарни уређај, који префикс двоструко показује да је ниво проводљивости функција два носача наелектрисања, електрона и рупа.

С друге стране, ФЕТ је униполарни уређај то зависи само од проводљивости електрона (н-канал) или рупе (п-канал).

Израз „ефекат поља“ може се објаснити овако: сви смо свесни снаге трајног магнета да привлачи металне опиљке ка магнету без икаквог физичког контакта. На сличан начин унутар ФЕТ-а електрично поље се ствара од постојећих наелектрисања која утичу на проводну путању излазног кола без директног контакта између контролне и контролисане величине. Вероватно једна од најважнијих карактеристика ФЕТ-а је његова велика улазна импеданса.

У распону од величине од 1 до стотина мегагома, значајно премашује нормалне опсеге улазног отпора у БЈТ конфигурацијама, изузетно важан атрибут током развоја линеарних модела појачавача наизменичне струје.

Међутим, БЈТ носи већу осетљивост на варијације улазног сигнала. Значи, промена излазне струје је обично знатно већа за БЈТ-ове него за ФЕТ-ове за исту количину промене њихових улазних напона.

Због тога, стандардни добици наизменичног напона за БЈТ појачала могу бити много већи у поређењу са ФЕТ-овима.

Уопштено говорећи, ФЕТ-ови су знатно термички отпорнији од БЈТ-ова, а такође су често мање величине у поређењу са БЈТ-има, што их чини посебно погодним за уграђивање у интегрисани круг (И_Ц)чипс.

Структурне карактеристике неких ФЕТ-ова, с друге стране, могу им омогућити да буду посебно осетљиви на физичке контакте од БЈТ-а.

Више БЈТ / ЈФЕТ односа

• За БЈТ В._БЕ= 0,7 В је важан фактор за започињање анализе његове конфигурације.
• Слично томе, параметар И_Г.= 0 А је обично прва ствар која се узима у обзир за анализу ЈФЕТ кола.
• За БЈТ конфигурацију, И._Б.је често први фактор који постаје неопходно утврдити.
• Исто тако, за ЈФЕТ је обично В_ГС.

У овом чланку ћемо се фокусирати на ЈФЕТ-ове или транзисторе са ефектом спојних поља, у следећем чланку ћемо размотрити транзистор са пољским ефектом метал-оксид-полупроводник или МОС-ФЕТ.

КОНСТРУКЦИЈА И КАРАКТЕРИСТИКЕ ЈФЕТ-ова

Као што смо научили Еарлиет, ЈФЕТ има 3 водича. Један од њих контролише проток струје између друга два.

Баш као и БЈТ-ови, и у ЈФЕТ-овима н-канални уређај се користи истакнутије од п-канала, јер н уређаји теже ефикаснијим и једноставнијим за употребу у поређењу са п-уређајима.

На следећој слици можемо видети основну структуру или конструкцију н-каналног ЈФЕТ-а. Можемо видети да композиција типа н формира главни канал кроз слојеве типа п.

Горњи део канала н-типа повезан је преко омског контакта са терминалом названим одвод (Д), док је доњи део истог канала такође повезан омским контактом са другим терминалом под називом извор (С).

Пар материјала типа п заједно су повезани са терминалом који се назива капија (Г). У основи откривамо да су одводни и изворни прикључци спојени на крајеве канала н-типа. Стезаљка капије је спојена са паром п-каналног материјала.

Када на јфету нема напона који се примењује, његова два п-н споја су без било каквих пристрасних услова. У овој ситуацији постоји регион исцрпљивања на сваком споју, као што је назначено на горњој слици, који изгледа прилично попут диодног п-н региона без пристрасности.

Аналогија воде

Радне и контролне операције ЈФЕТ-а могу се разумети кроз следећу водену аналогију.

Овде се притисак воде може упоредити са примењеном величином напона од одвода ка извору.

Проток воде се може упоредити са протоком електрона. Ушће славине имитира изворни прикључак ЈФЕТ-а, док горњи део славине у који је присиљена вода приказује сливник ЈФЕТ-а.

Гумб за славину делује као Капија ЈФЕТ-а. Уз помоћ улазног потенцијала контролише проток електрона (наелектрисања) од одвода до извора, баш као што дугме славине контролише проток воде на отвору уста.

Из ЈФЕТ структуре можемо видети да су одводни и изворни терминали на супротним крајевима н-канала, а како се термин заснива на протоку електрона, можемо написати:

В._ГС= 0 В, В_ДСНеке позитивне вредности

На слици 5.4 можемо видети позитивни напон В_ДСпримењен преко н-канала. Терминал капије је директно повезан са извором да би се створио услов В_ГС= 0В. Ово омогућава да улазни и изворни терминали буду са идентичним потенцијалом, што резултира доњим делом исцрпљивања сваког п-материјала, тачно онако како видимо на првом дијаграму изнад са условом непристрасности.

Чим напон В._ДД(= В_ДС), електрони се повлаче према одводном терминалу, генеришући конвенционални ток ИД струје, како је приказано на слици 5.4.

Смер протока наелектрисања открива да су одводна и изворна струја једнаке величине (И_Д.= И_С.). Према условима приказаним на слици 5.4, проток наелектрисања делује прилично неограничено и на њега утиче само отпор н-канала између одвода и извора.

Можете приметити да је подручје исцрпљивања веће око горњег дела оба материјала типа п. Ова разлика у величини региона је идеално објашњена на слици 5.5. Замислимо да имамо равномерни отпор у н-каналу, који се може поделити на делове назначене на слици 5.5.

Садашњи И._Д.могу да граде распоне напона кроз канал како је истакнуто на истој слици. Као резултат тога, горњи регион материјала п-типа ће бити обрнуто пристрасан за ниво од око 1,5 В, с тим да ће доњи регион бити само обрнуто пристран за 0,5 В.

Тачка да је п-н спој уназад пристрасан дуж читавог канала доводи до струје капија са нула ампера као што је приказано на истој слици. Ова карактеристика која води ка И._Г.= 0 А је важна карактеристика ЈФЕТ-а.

Као што је В._ДСпотенцијал се повећава са 0 на неки волти, струја се повећава према Охмовом закону и графикону И_Д.ред 5_ДСможе изгледати доказано на слици 5.6.

Упоредна равност цртања показује да је за регионе мале вредности В_ДС, отпор је у основи једнолик. Као што је В._ДСрасте и приближава се нивоу познатом као ВП на слици 5.6, региони исцрпљивања се шире како је дато на слици 5.4.

То резултира привидним смањењем ширине канала. Смањена путања проводљивости доводи до повећања отпора што доводи до криве са слике 5.6.

Што кривина постане хоризонталнија, отпор је већи, што указује на то да отпор расте према „бесконачним“ охима у хоризонталном подручју. Када је В._ДСповећава се до те мере да би се чинило да би се два региона исцрпљивања могла „додиривати” како је приказано на слици 5.7, што доводи до ситуације познате као одвајање.

Износ за који је В._ДСразвија ову ситуацију назива се пинцх-офф напона и то симболизује В._П.како је приказано на слици 5.6. Генерално, реч пинцх-офф је обмањујућа јер подразумева тренутни И_Д.је „откљештен“ и пада на 0 А. Као што је доказано на слици 5.6, ово у овом случају тешко изгледа евидентно. Ја_Д.задржава ниво засићења окарактерисан као И_ДССна слици 5.6.

Истина је да врло мало канала и даље постоји, са струјом знатно високе концентрације.

Тачка на којој ИД не пада пинцх-офф и задржава ниво засићења како је приказано на слици 5.6, потврђује се следећим доказом:

Будући да нема одводне струје, елиминише се могућност различитих нивоа потенцијала кроз материјал н-канала за одређивање променљивих количина обрнуте пристрасности дуж п-н споја. Крајњи резултат је губитак дистрибуције региона исцрпљивања која је покренута пинцх-офф за почетак.

Како повећавамо В._ДСизнад В._П., регион блиског контакта где ће се два региона исцрпљивања међусобно сусрести повећавају дужину дуж канала. Међутим, ниво личне карте и даље остаје у основи непромењен.

Тако је тренутак В._ДСје већи од В._стр, ЈФЕТ стиче карактеристике тренутног извора.

Као што је доказано на слици 5.8, струја у ЈФЕТ-у се одређује на И_Д.= И_ДСС, али напон В._ДСвећи од ВП успоставља се повезаним оптерећењем.

Избор ИДСС нотације заснован је на чињеници да је струја Одвод до извора која има кратки спој преко капије до извора.

Даља истрага даје нам следећу оцену:

Ја_ДССје највећа одводна струја за ЈФЕТ и утврђена је условима В._ГС= 0 В и В_ДС> | ВП |.

Приметите да је на слици 5.6 В_ГСје 0В за комплетно истезање криве. У следећим одељцима научићемо како атрибути са слике 5.6 утичу на ниво В_ГСје разнолик.

В._ГС <0V

Волатација примењена на капији и извору означена је као ВГС, која је одговорна за контролу ЈФЕТ операција.

Ако узмемо пример БЈТ, баш као и криве И._Ц.вс В_ОВОодређују се за различите нивое И._Б., слично кривуљама И_Д.вс В_ДСза различите нивое В._ГСможе се створити за ЈФЕТ колегу.

Због тога се терминал за врата поставља на континуирано нижи потенцијал испод нивоа изворног потенцијала.

Позивајући се на Сл. 5.9 доле, -1В се примењује преко терминала капија / извор за смањени В_ДСниво.

Циљ негативне потенцијалне пристрасности В._ГСје развити регионе за исцрпљивање који подсећају на ситуацију В._ГС= 0, али при значајно смањеном В_ДС.

Ово доводи до тога да капија достигне тачку засићења са нижим нивоима В._ДСкако је назначено на слици 5.10 (В_ГС= -1В).

Одговарајући ниво засићења за И._Д.може се утврдити да се смањује и заправо наставља да се смањује како В._ГСје негативнији.

На слици 5.10 можете јасно видети како се пинцх-офф напон спушта у параболичном облику као В_ГСпостаје све негативнији.

Коначно, када је В._ГС= -В_стр, постаје довољно негативан да успостави ниво засићења који је на крају 0 мА. На овом нивоу, ЈФЕТ је потпуно „ИСКЉУЧЕН“.

Ниво В._ГСшто узрокује И._Д.да достигне 0 мА карактерише В._ГС= В_П., при чему В_П.је негативни напон за н-каналне уређаје и позитивни напон за п-каналне ЈФЕТ-ове.

Обично можете пронаћи већину ЈФЕТ листова са подацима пинцх-офф напон наведен као В_{ГС (искључено)}уместо В._П..

Подручје на десној страни локуса од стезања на горњој слици место је које се уобичајено користи у линеарним појачалима за постизање сигнала без изобличења. Овај регион се обично назива регион константне струје, засићења или линеарног појачања.

Отпорник под напоном

Подручје које се на истој слици налази на левој страни лопатице прикљештења назива се омски регион или регион напона контролисаног отпора.

У овом региону уређај у ствари може да ради као променљиви отпорник (на пример у апликацији за аутоматско управљање појачавањем), чији се отпор контролише кроз примењени потенцијал врата / извора.

Можете видети да нагиб сваке кривине који такође означава отпор одвода / извора ЈФЕТ-а за В_ДС П.случајно је функција примењеног В._ГСпотенцијал.

Како повећавамо ВГС са негативним потенцијалом, нагиб сваке кривине постаје све више и више водораван, показујући пропорционално повећавајући ниво отпора.

Успели смо да добијемо добру почетну апроксимацију нивоа отпора у односу на ВГС напон, кроз следећу једначину.

п-Цханнел ЈФЕТ ради

Унутрашњи распоред и конструкција п-каналног ЈФЕТ-а је потпуно идентичан са н-каналним колегом, осим што су региони материјала п- и н-типа обрнути, као што је приказано у наставку:

Правци струјног тока такође се могу видети обрнути, заједно са стварним поларитетима напона ВГС и ВДС. У случају пф-канала ЈФЕТ, канал ће бити ограничен као одговор на повећање позитивног потенцијала кроз улаз / извор.

Запис са двоструким индексом за В._ДСствориће негативни напон за В_ДС, као што је приказано на карактеристикама на сл.5.12. Овде можете пронаћи ја_ДССна 6 мА, док је пинцх-офф напон на В._ГС= + 6В.

Молимо вас да се не збуните због присуства знака тхе минус за В_ДС. То једноставно указује да извор носи већи потенцијал од одвода.

Можете видети да су криве за високе В._ДСнивои се нагло подижу до вредности које изгледају неограничено. Наведени успони који су вертикални симболизују ситуацију квара, што значи да струја кроз канални уређај у овом тренутку у потпуности контролише спољни склоп.

Иако то није очигледно на слици 5.10 за н-канални уређај, то може бити могућност под довољно високим напоном.

Овај регион се може елиминисати ако В._{ДС (макс.)}бележи се из техничког листа уређаја, а уређај је конфигурисан тако да стварни В_ДСвредност је нижа од ове забележене вредности за било који В_ГС.