Lauko efekto tranzistoriai (FET)

Išbandykite Mūsų Instrumentą, Kaip Pašalinti Problemas





The lauko tranzistorius (FET) yra elektroninis prietaisas, kuriame elektrinis laukas naudojama srovės srautui reguliuoti. Norėdami tai įgyvendinti, prietaiso vartų ir šaltinių gnybtuose yra potencialų skirtumas, kuris keičia laidumą tarp drenažo ir šaltinio gnybtų, todėl kontroliuojama srovė teka per šiuos gnybtus.

Skambina FET vienpoliai tranzistoriai nes jie skirti veikti kaip vieno nešlio tipo įtaisai. Rasite įvairių tipų lauko tranzistorių.



Simbolis

N-kanalų ir p-kanalų JFET grafinius simbolius galima pavaizduoti toliau pateiktuose paveiksluose.

Galite aiškiai pastebėti, kad rodyklės žymos, nukreiptos į vidų, n-kanalo įrenginiui nurodant kryptį, kuria ašG(vartų srovė) turėtų tekėti, kai p-n sandūra buvo nukreipta į priekį.



P kanalo įtaiso atveju sąlygos yra identiškos, išskyrus rodyklės simbolio krypties skirtumą.

Skirtumas tarp FET ir BJT

Lauko efekto tranzistorius (FET) yra trijų gnybtų įtaisas, sukurtas įvairioms grandinėms pritaikyti ir labai gerai papildantis BJT tranzistorių.

Nors rasite didelių skirtumų tarp BJT ir JFET, iš tikrųjų yra keletas atitikimo charakteristikų, apie kurias bus kalbama tolesnėse diskusijose. Pagrindinis skirtumas tarp šių prietaisų yra BJT yra srove valdomas įtaisas, kaip parodyta 5.1a paveiksle, o JFET tranzistorius yra įtampos valdomas įtaisas, kaip nurodyta 5.1b paveiksle.

Paprasčiau tariant, dabartinis ašC5.1a pav. yra tiesioginė I lygio funkcijaB. FET srovė I yra įtampos V funkcijaGSkaip parodyta 5.1b pav.

Abiem atvejais išėjimo grandinės srovę reguliuos įvesties grandinės parametras. Vienoje situacijoje srovės lygis, o kitoje - įtampa.

Kaip ir npn ir pnp bipoliniams tranzistoriams, taip pat rasite n kanalų ir p kanalų lauko tranzistorius. Tačiau turėtumėte atsiminti, kad BJT tranzistorius yra dvipolis įtaisas, kurio priešdėlis bi- rodo, kad laidumo lygis priklauso nuo dviejų krūvininkų, elektronų ir skylių.

Kita vertus, FET yra a vienpolis prietaisas tai priklauso tik nuo elektrono (n kanalo) arba skylės (p kanalo) laidumo.

Frazę „lauko efektas“ galima paaiškinti taip: visi žinome nuolatinio magneto galią pritraukti metalines dildes link magneto be jokio fizinio kontakto. Panašiai FET viduje elektrinį lauką sukuria esami krūviai, kurie daro įtaką išėjimo grandinės laidumui, neturėdami jokio tiesioginio kontakto tarp kontroliuojamų ir kontroliuojamų dydžių. Tikriausiai vienas iš svarbiausių FET bruožų yra jo didelė įvesties varža.

Tai svyruoja nuo 1 iki daugybės šimtų megomų, o tai žymiai viršija įprastus BJT konfigūracijų įėjimo varžos diapazonus, o tai yra ypač svarbus požymis kuriant tiesinio kintamosios srovės stiprintuvo modelius.

Tačiau BJT turi didesnį jautrumą įvesties signalo kitimams. Reiškia, išėjimo srovės pokytis paprastai yra žymiai didesnis BJT, o ne FET, tuo pačiu pokyčiu jų įėjimo įtampoje.

Dėl to standartinis BJT stiprintuvų kintamosios srovės įtampos padidėjimas gali būti daug didesnis, palyginti su FET.

Apskritai, FET yra žymiai atsparesni šilumai nei BJT, taip pat dažnai yra mažesnio dydžio, palyginti su BJT, todėl jie yra specialiai tinkami integruoti kaip integrinę grandinę (IC)traškučiai.

Kita vertus, kai kurių FET struktūrinės ypatybės gali leisti jiems būti ypač jautriems fiziniams kontaktams nei BJT.

Daugiau BJT / JFET santykių

  • Dėl BJT VBE= 0,7 V yra svarbus veiksnys pradedant jo konfigūracijos analizę.
  • Panašiai ir I parametrasG= 0 A paprastai yra pirmas dalykas, į kurį reikia atsižvelgti analizuojant JFET grandinę.
  • Norėdami nustatyti BJT konfigūraciją, ašBdažnai yra pirmasis faktorius, kurį reikia nustatyti.
  • JFET taip pat paprastai yra VGS.

Šiame straipsnyje mes sutelksime dėmesį į JFET arba jungiamojo lauko tranzistorius, kitame straipsnyje aptarsime metalo oksido-puslaidininkio lauko efceto tranzistorių arba MOS-FET.

JFET KONSTRUKCIJA IR CHARAKTERISTIKOS

Kaip sužinojome „earliet“, JFET turi 3 vadovus. Vienas iš jų kontroliuoja dabartinį srautą tarp kitų dviejų.

Kaip ir BJT, taip ir JFET, n kanalų įrenginys naudojamas ryškiau nei p kanalo analogai, nes n prietaisai yra efektyvesni ir patogesni vartotojui, palyginti su p įrenginiu.

Kitame paveiksle galime pamatyti pagrindinę n kanalo JFET struktūrą arba konstrukciją. Matome, kad n tipo kompozicija sudaro pagrindinį kanalą p tipo sluoksniuose.

Viršutinė n tipo kanalo dalis yra sujungta per ominį kontaktą su termnaliu, pavadintu nutekėjimu (D), o to paties kanalo apatinė dalis taip pat sujungta per ominį kontaktą su kitu terminalu, pavadintu šaltiniu (S).

Pora p tipo medžiagų yra sujungtos su terminalu, vadinamu vartais (G). Iš esmės mes pastebime, kad drenažo ir šaltinio gnybtai yra sujungti su n tipo kanalo galais. Vartų terminalas sujungtas su p-kanalų medžiagos pora.

Kai jfete nėra įtampos, dvi jo p-n sankryžos neturi jokių šališkumo sąlygų. Šioje situacijoje kiekvienoje sankryžoje yra išeikvojimo sritis, kaip nurodyta aukščiau pateiktame paveikslėlyje, kuri atrodo visiškai kaip diodo p-n sritis be jokio šališkumo.

Vandens analogija

JFET darbo ir valdymo operacijas galima suprasti pagal šią vandens analogiją.

Čia vandens slėgį galima palyginti su taikomu įtampos dydžiu nuo nutekėjimo link šaltinio.

Vandens srautą galima palyginti su elektronų srautu. Čiaupo žiotys imituoja JFET šaltinio terminalą, o viršutinė čiaupo dalis, kurioje priverstas vanduo, vaizduoja JFET kanalizaciją.

Čiaupo rankenėlė veikia kaip JFET vartai. Įvesties potencialo pagalba jis valdo elektronų srautą (krūvį) iš nutekėjimo į šaltinį, kaip ir čiaupo rankenėlė valdo vandens srautą ant burnos angos.

Iš JFET struktūros galime pamatyti, kad nutekėjimas ir šaltinio gnybtai yra priešinguose n-kanalo galuose, o kadangi terminas pagrįstas elektronų srautu, galime parašyti:

VGS= 0 V, VDSTam tikra teigiama vertė

5.4 paveiksle galime pamatyti teigiamą įtampą VDStaikoma visame n kanale. Vartų terminalas yra tiesiogiai sujungtas su šaltiniu, kad būtų sukurta sąlyga VGS= 0 V. Tai leidžia vartams ir šaltinio gnybtams būti vienodo potencialo ir lemia kiekvienos p-medžiagos apatinio galo išeikvojimo sritį, tiksliai taip, kaip matome pirmoje pirmiau pateiktoje diagramoje su ne šališkumo sąlyga.

Kai tik įtampa VDD(= VDS), elektronai traukiami link drenažo gnybto, sukuriant įprastą srovės ID srautą, kaip parodyta 5.4 pav.

Krovinio srauto kryptis rodo, kad drenažo ir šaltinio srovė yra vienodo dydžio (ID= AšS). Pagal sąlygas, pavaizduotas 5.4 pav., Krūvio srautas atrodo gana nevaržomas ir jį veikia tik n kanalo tarp drenažo ir šaltinio atsparumas.

JFET VGS = 0V ir VDS = 0V

Galite pastebėti, kad išsekimo sritis yra didesnė aplink abiejų p tipo medžiagų viršutinę dalį. Šis regiono dydžio skirtumas idealiai paaiškinamas 5.5 pav. Įsivaizduokime, kad n-kanale yra vienodas pasipriešinimas, todėl jį galima padalyti į sekcijas, nurodytas 5.5 pav.

Kintantys atvirkštinio šališkumo potencialai visoje n-kanalo JFET p-n sankryžoje

Dabartinis ašDgali sukurti įtampos diapazonus per kanalą, kaip nurodyta tame pačiame paveiksle. Dėl to p tipo medžiagos viršutinė sritis bus atvirkščiai įtempta maždaug 1,5 V lygiu, o apatinė sritis tik atvirkščiai - 0,5 V.

Taškas, kad p-n sandūra yra atvirkštinė visame kanale, sukelia vartų srovę su nulinėmis amperais, kaip parodyta tame pačiame paveiksle. Ši savybė, kuri veda į ašG= 0 A yra svarbi JFET charakteristika.

Kaip sakė VDSpotencialas padidinamas nuo 0 iki kai kurių voltų, srovė padidėja pagal Ohmo įstatymą ir I siužetąD5 eilutėDSgali atrodyti kaip įrodyta 5.6 pav.

Lyginamasis brėžinio tiesumas rodo, kad mažos vertės V regionamsDS, varža iš esmės yra vienoda. Kaip sakė VDSpakyla ir artėja prie lygio, žinomo kaip VP 5.6 pav., išeikvojimo regionai išsiplečia, kaip parodyta 5.4 pav.

Dėl to akivaizdžiai sumažėja kanalo plotis. Sumažėjęs laidumo kelias lemia atsparumo padidėjimą, sukeldamas kreivę 5.6 pav.

Kuo kreivė tampa horizontalesnė, tuo didesnis pasipriešinimas rodo, kad pasipriešinimas horizontaliame regione artėja prie „begalinių“ omų. Kai VDSpadidėja tiek, kiek atrodo, kad du išeikvojimo regionai gali „susiliesti“, kaip parodyta 5.7 pav., sukelia situaciją, vadinamą „užspaudimu“.

Suma, kuria VDSvystosi ši situacija vadinama prispausti įtampa ir ją simbolizuoja VPkaip parodyta 5.6 pav. Apskritai žodis „užspaudimas“ yra klaidinantis, nes jis reiškia dabartinį „I“Dyra „užsikimšęs“ ir nukrenta iki 0 A. Kaip įrodyta 5.6 pav., šiuo atveju tai vargu ar atrodo akivaizdu. AšDišlaiko prisotinimo lygį, apibūdinamą kaip IDSS5.6 pav.

Tiesa yra tai, kad kanalas tebėra labai mažas, jo srovė yra labai didelė.

Taškas, kuriame ID neišlenda prispausti ir išsaugo sodrumo lygį, kaip nurodyta 5.6 pav., Patvirtinamas tokiu įrodymu:

Kadangi nėra nutekėjimo srovės, per n-kanalų medžiagą pašalinama įvairių potencialių lygių galimybė nustatyti kintančius atvirkštinio poslinkio dydžius palei p-n sankryžą. Galutinis rezultatas - praradimas išeikvoto regiono pasiskirstymo prispausti Pradėti su.

užspaudimas VGS = oV, VDS = Vp

Didinant VDSvirš VP, artimo kontakto sritis, kurioje susidurs du išeikvojimo regionai, ilgis išilgai kanalo. Tačiau ID lygis iš esmės nesikeičia.

Taigi momentas VDSyra didesnis už Vp, JFET įgyja srovės šaltinio charakteristikas.

Kaip įrodyta 5.8 paveiksle, srovė JFET nustatoma ties ID= AšDSS, bet įtampa VDSdidesnis nei VP nustatomas prijungus apkrovą.

IDSS žymėjimo pasirinkimas grindžiamas tuo, kad tai yra „Drain to Source“ srovė, turinti trumpą jungimą tarp vartų ir šaltinių.

Tolesnis tyrimas suteikia mums tokį vertinimą:

DSSyra didžiausia JFET nutekėjimo srovė ir nustatoma pagal V sąlygasGS= 0 V ir VDS> | VP |

Atkreipkite dėmesį, kad 5.6 pav. VGSyra 0 V visam kreivės ruožui. Tolesniuose skyriuose sužinosime, kaip 5.6 pav. Atributai tampa paveikti, kai V lygisGSyra įvairus.

VGS <0V

Volatage, vartojamas per vartus ir šaltinį, žymimas kaip VGS, kuris yra atsakingas už JFET operacijų kontrolę.

Jei imsime BJT pavyzdį, kaip ir aš, kreivėsCprieš V.TAIyra nustatomi įvairiems I lygiamsB, panašiai ir I kreivėsDprieš V.DSįvairiems V lygiamsGSgalima sukurti JFET kolegai.

Tam vartų terminalas yra nustatytas toliau esant žemesniam potencialui žemiau šaltinio potencialo lygio.

Remiantis žemiau esančia 5.9 pav., Vartams / šaltinio gnybtams, esant sumažintam V, taikomas -1 VDSlygiu.

neigiamos įtampos taikymas JFET vartams

Neigiamo potencialo šališkumo tikslas VGSyra sukurti išsekimo regionus, panašius į V padėtįGS= 0, bet esant žymiai sumažėjusiai VDS.

Dėl to vartai pasiekia prisotinimo tašką su žemesniais V lygiaisDSkaip nurodyta 5.10 pav. (VGS= -1 V).

Atitinkamas I prisotinimo lygisDgali būti nustatyta, kad jis yra sumažėjęs ir iš tikrųjų tiesiog mažėja, nes VGSyra daromas neigiamesnis.

5.10 pav. Galite aiškiai pamatyti, kaip nukritimo įtampa krinta parabolinės formos, kaip VGStampa vis labiau neigiamas.

Pagaliau, kai VGS= -Vp, jis tampa pakankamai neigiamas, kad būtų nustatytas soties lygis, kuris galiausiai yra 0 mA. Šiame lygyje JFET yra visiškai „išjungtas“.

n kanalo JFET charakteristikos, kai IDSS = 8 mA

V lygisGSdėl ko ašDpasiekti 0 mA, būdinga VGS= VPkur VPyra neigiama įtampa n-kanalų įtaisams ir teigiama įtampa p-kanalų JFET.

Dažniausiai galite rasti daugumą JFET duomenų lapų prispausti įtampa nurodyta kaip VGS (išjungta)vietoj VP.

Ankstesniame paveiksle esanti sritis dešinėje užspaudžiamos lokuso vietoje yra vieta, paprastai naudojama linijiniuose stiprintuvuose, kad būtų pasiektas be iškraipymų signalas. Šis regionas paprastai vadinamas pastovios srovės, prisotinimo ar tiesinės amplifikacijos sritis.

Įtampa valdomas rezistorius

Plotas, esantis kairiajame toje pačioje paveiksle esančio nulipusio lokuso pusėje, vadinamas omos sritis arba įtampos valdoma varžos sritis.

Šiame regione prietaisas iš tikrųjų gali būti valdomas kaip kintamas rezistorius (pavyzdžiui, naudojant automatinį stiprinimo valdymą), jo atsparumas valdomas per taikomą vartų / šaltinio potencialą.

Galite pamatyti, kad kiekvienos iš kreivių nuolydis taip pat reiškia JFET nutekėjimo / šaltinio atsparumą VDS Pbūna taikomo V funkcijaGSpotencialus.

Kai mes darome VGS aukštesnį, turėdami neigiamą potencialą, kiekvienos kreivės nuolydis tampa vis horizontalesnis, proporcingai didėjant atsparumo lygiams.

Pagal šią lygtį mes galime gauti gerą pradinį atsparumo lygį, palyginti su VGS įtampa.

„p-Channel JFET Working“

Vidinis p-kanalo JFET išdėstymas ir konstrukcija yra tiksliai identiški n-kanalo atitikmeniui, išskyrus tai, kad p ir n tipo medžiagų regionai yra pakeisti, kaip parodyta žemiau:

p kanalo JFET

Srovės srauto kryptys taip pat gali būti vertinamos kaip atvirkštinės, kartu su tikraisiais VGS ir VDS įtampos poliškumais. Jei yra p-kanalo JFET, kanalas bus suvaržytas atsižvelgiant į didėjantį teigiamą potencialą vartuose / šaltinyje.

Žymėjimas su dvigubu V indeksuDSsukels neigiamą įtampą VDS, kaip parodyta 5.12 pav. charakteristikose. Čia galite rasti maneDSSesant 6 mA, o įtampos įtampa esant VGS= + 6V.

Prašau nesusimąstyti dėl to, kad yra minuso ženklas VDS. Tai tiesiog rodo, kad šaltinis turi didesnį potencialą nei nutekėjimas.

p kanalo JFET charakteristikos

Matote, kad aukšto V kreivėsDSlygis staiga pakyla iki vertybių, kurios atrodo nevaržomos. Nurodytas vertikalus pakilimas simbolizuoja gedimo situaciją, o tai reiškia, kad kanalo įtaiso srovę šiuo metu visiškai valdo išorinė grandinė.

Nors n-kanalų įtaisui tai nėra akivaizdu 5.10 pav., Tai gali būti galimybė esant pakankamai aukštai įtampai.

Šis regionas gali būti pašalintas, jei VDS (maks.)yra pažymėta iš prietaiso duomenų lapo, o įrenginys sukonfigūruotas taip, kad tikrasis VDSvertė yra mažesnė už šią bet kurio V reikšmęGS.




Pora: Ištirtos 5 geriausios 40 vatų stiprintuvo grandinės Kitas: „2N3055“ duomenų lapas, „Pinout“, taikymo grandinės