Принцип действия полевого транзистора: 3. Принцип действия полевого транзистора. Вах полевого транзистора

3. Принцип действия полевого транзистора. Вах полевого транзистора

В отличии от биполярных транзисторов, униполярные транзисторы относятся к классу полевых элементов, принцип действия которых основан на использовании носителей одного знака. Управление током производится за счет изменения проводимости канала, через который протекает ток, под действием электрического поля.

Общие свойства: 1) Высокая технологичность изготовления, 2) Хорошая воспроизводимость параметров, 3) Большая плотность упаковки 4) сравнительно невысокая стоимость.

Главная особенность высокое входное сопротивление.

1. Устройство полевого транзистора.

Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал и управляемый электрическим полем. В отличие от биполярных  работа  полевых  транзисторов  основана  на  использовании  основных носителей заряда в полупроводнике.

По конструктивному исполнению и технологии изготовления  полевые транзисторы можно разделить на две группы: полевые транзисторы  с управляющим  р- п – переходом и полевые транзисторы с изолированным затвором.

   Полевой  транзистор с управляющим  р-п- переходом – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала р-п – переходом, смещенным в обратном направлении. Электрод , из  которого в канал входят носители заряда, называют истоком; электрод, через который  из  канала уходят носители заряда, – стоком; электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, – затвором. При подключении к истоку отрицательного (для п-канала), а к стоку положительного напряжения (рис. 1 ) в канале возникает электрический ток, создаваемый движением электронов от истока к стоку, т.е. основными носителями заряда. В этом заключается существенное отличие полевого транзистора от биполярного. Движение носителей заряда вдоль электронно-дырочного перехода (а не через переходы, как в биполярном транзисторе) является второй характерной  особенностью полевого транзистора.

    Электрическое поле, создаваемое между затвором и каналом, изменяет плотность носителей заряда в канале, т.е. величину протекающего тока. Так как управление происходит через обратно смещенный р-п-переход, сопротивление между управляющим электродом и каналом велико, а потребляемая мощность от источника сигнала в цепи затвора ничтожно мала. Поэтому полевой транзистор может обеспечить усиление электромагнитных колебаний как по мощности, так и по току и напряжению.

           Рис. 2. Структура  полевого транзистора с изолированным затвором: а – с индуцированным каналом ; б – со встроенным каналом.

    Полевой транзистор с изолированным затвором – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. Полевой транзистор с изолированным затвором  состоит из пластины полупроводника (подложки) с относительно высоким удельным сопротивлением, в которой созданы две области с противоположным типом электропроводности (рис. 2 ).

На эти области нанесены металлические электроды – исток и сток. Поверхность полупроводника  между истоком и стоком покрыта тонким  слоем диэлектрика (обычно слоем оксида кремния). На слой диэлектрика  нанесен металлический  электрод – затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным  затвором часто называют МДП- транзисторами или МОП- транзисторами (металл – оксид- полупроводник).    

   Существуют две разновидности МДП-транзисторов  с индуцированным и со встроенным каналами.

   В МДП-транзисторах с индуцированным каналом проводящий канал между сильнолегированными областями истока и стока и, следовательно, заметный ток стока  появляются только при определенной полярности  и при определенном значении напряжения на затворе относительно истока (отрицательного при  р-канале и положительного при п-канале). Это напряжение называют пороговым  (UЗИ.пор ). Так как появление и рост проводимости индуцированного канала связаны с обогащением его основными носителями заряда, то считают, что канал работает в режиме обогащения.

   В МДП – транзисторах  со встроенным каналом проводящий канал, изготавливается технологическим путем, образуется при напряжении на затворе равном нулю. Током стока можно управлять, изменяя значение и полярность напряжения между затвором и истоком. При некотором положительном напряжении затвор – исток транзистора с р – каналом или отрицательном напряжении транзистора с n -каналом ток в цепи стока прекращается. Это напряжение  называют напряжением отсечки (UЗИ.отс ). МДП – транзистор со встроенным каналом может работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения канала основными носителями заряда.

Схемы включения полевого транзистора.

  В зависимости от того, какой из электродов полевого транзистора подключен к общему выводу, различают схемы: с общим истоком и входом затвор; с общим стоком и входом на затвор; с общим затвором и входом на исток. Схемы включения полевого транзистора показаны на рис. 3.

    Параметры полевого транзистора.

  Входная проводимость определяется проводимостью участка затвор – исток уЗИ.  = у11 + у12 ; выходная проводимость – проводимость участка сток – исток уСИ   = у22  + у21 ; функции передачи – крутизной вольт-амперной характеристики  S = у21 – у12 ; функция обратной передачи – проходной проводимостью уЗС = у12 . Эти параметры применяются за первичные параметры полевого транзистора, используемого в качестве четырехполюсника. Если первичные параметры четырехполюсника для схем с общим истоком определены, то можно рассчитать параметры для любой другой схемы включения полевого транзистора.

    Начальный ток стока IС.нач – ток стока при напряжении между затвором и истоком, равном нулю и напряжении  на стоке, равном или превышающим напряжение насыщения. Остаточный ток стока IС.ост – ток стока при напряжении между затвором и истоком, превышающем напряжение отсечки. Ток утечки затвора IЗ.ут – ток затвора при заданном напряжении между затвором и остальными выводами, замкнутыми между собой. Обратный ток перехода затвор – сток  IЗСО – ток, протекающий в цепи затвор – сток при заданном обратном напряжении между затвором и стоком и разомкнутыми остальными выводами. Обратный ток перехода затвор – исток  I ЗИО – ток, протекающий в цепи затвор – исток при заданном обратном  напряжении между затвором и истоком и разомкнутыми остальными выводами.

    Напряжение отсечки полевого транзистора UЗИ.отс – напряжение   между затвором и истоком транзистора с р -п переходом или изолированным затвором, работающего в режиме обеднения, при котором ток стока достигает заданного низкого значения. Пороговое напряжение полевого транзистора  UЗИ.пор   – напряжение между затвором  и истоком транзистора с изолированным затвором, работающего в режиме обогащения, при котором ток стока достигает заданного низкого значения.

    Крутизна характеристик полевого транзистора S – отношение изменения тока  стока к изменению напряжения на затворе при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора  в схеме с общим истоком.

    Коэффициент усиления по мощности  Кур – отношение мощности на выходе полевого транзистора к мощности на входе при определенной частоте и схеме включения.

    Частотные свойства.

    Частотные свойства полевых транзисторов определяются постоянной времени  RC –  цепи  затвора. Поскольку входная емкость  С11и у транзисторов с  р-п  переходом велика (десятки пикофарад), их применение в усилительных каскадах с большим входным сопротивлением возможно в диапазоне частот, ре превышающих сотен килогерц – единиц мегагерц.

Рис. 7. Вольт – амперные характеристики полевого транзистора со встроеным

каналом n- типа:  а – стоковые;  б – стоко – затворные.

    Вольт – амперные характеристики полевых транзисторов устанавливают зависимость тока стока  I C от одного из напряжений UСИ или UЗИ при фиксированной величине второго.

   В МДП – транзисторе с индуцированным каналом  с подложкой  р-типа при UЗИ = 0 канал п-типа может находиться в проводящем состоянии.

При некотором пороговом напряжении UЗИ.ПОР < 0 за счет обеднения канала основными носителями проводимость его значительно уменьшается. Статические стоковые характеристики в этом случае будут иметь вид , изображенный на рис.  7 , а стоко – затворная характеристика пересекает ось ординат  в точке со значением  тока   IC.НАЧ.

    Особенностью МДП – транзистора с индуцированным каналом п – типа является возможность работы без постоянного напряжения смещения             ( U ЗИ = 0) в режиме как обеднения, так и  обогащения канала  основными носителями заряда. МДП – транзистор с встроенным  каналом имеет вольт-амперные характеристики , аналогичные изображенным  на рис.  7 .    

Применение полевого транзистора: устройство, использование, принцип работы

Пример HTML-страницы

Рассмотрим использование идей, реализованных в полевых транзисторах, в более сложных электронных устройствах.

Ячейка памяти на основе полевого транзистора с изолированным затвором (флэш-память). Рассмотрим структуру и принцип действия ячейки так называемой флэш-памяти.

Устройства флэш-памяти являются современными быстродействующими программируемыми постоянными запоминающими устройствами (ППЗУ) с электрической записью и электрическим стиранием информации (ЭСППЗУ; в аббревиатуре нет букв, соответствующих словам «электрическая запись», так как такая запись подразумевается).

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Эти устройства являются энергонезависимыми, так как информация не стирается при отключении питания. Ячейки памяти выдерживают не менее 100 000 циклов записи/стирания.

Изобразим упрощенную структуру ячейки флэш-памяти (рис. 1.107).

Слои полупроводника, обозначенные через n+, имеют повышенную концентрацию атомов-доноров. Изоляция затворов для упрощения рисунка не показана. Структура ячейки в некотором отношении подобна структуре МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Один из затворов называют плавающим, так как он гальванически не связан с электродами прибора и его потенциал изменяется в зависимости от заряда на нем («плавающий» потенциал).

При записи информации в ячейку памяти электроны из истока туннелируют через тонкий слой изолирующего окисла кремния (толщиной около 1 · 10^-8 м) и переходят на плавающий затвор. Накопленный отрицательный заряд на плавающем затворе увеличивает пороговое напряжение u из порог. Поэтому в будущем при обращении к транзистору такой ячейки он будет восприниматься как выключенный (ток стока равен нулю).

При стирании информации электроны уходят с плавающего затвора (также в результате туннелирования) в область истока. Транзистор без заряда на плавающем затворе воспринимается при считывании информации как включенный.

Длительность цикла считывания (чтения) информации составляет не более 85 нс. Состояние ячейки памяти может сохраняться более 10 лет.

Полупроводниковые приборы с зарядовой связью (ПЗС). Прибор с зарядовой связью имеет большое число расположенных на малом расстоянии затворов и соответствующих им структур металл — диэлектрик — полупроводник (МДП). Изобразим упрощенную структуру прибора с зарядовой связью (рис. 1.108).

При отрицательном напряжении на некотором затворе под ним скапливаются дырки, совокупность которых называют пакетом. Пакеты образуются из дырок, инжектированных истоком или возникающих в результате генерации пар электрон-дырка при поглощении оптического излучения. При соответствующем изменении напряжений на затворах пакеты перемещаются в направлении от истока к стоку.

Приборы с зарядовой связью используются

• в запоминающих устройствах ЭВМ;
• в устройствах преобразования световых (оптических) сигналов в электрические.

Классификация полевых транзисторов такая же, как и биполярных транзисторов, т. е. используется буквенно-цифровой код, в котором второй элемент — буква П, определяющая подкласс.

 Примеры обозначения приборов:

• КП310А— кремниевый транзистор малой мощности, с граничной частотой более 30 МГц, номер разработки 10, группа А;
• 2П701Б— кремниевый транзистор большой мощности, с граничной частотой не более 30 МГц, номер разработки 1, группа Б.

Объяснение значения, типов и принципов работы

• Новостная рассылка
• Белая бумага
• Вебинары

Откройте для себя PCIM Europe

• Продукты и приложения
• Новости отрасли
• Исследования и разработки
• Инструменты и программное обеспечение
• Эксперты
• Услуги

24.04.2023 От Венера Кохли

Связанные поставщики

EA Elektro-Automatik GmbH & Co. KG Диотек Полупроводник АГ РОМ Полупроводник ГмбХ

JFET представляет собой полевой транзистор, который управляет протеканием тока посредством изменения напряжения. Униполярный JFET используется как резистор, переключатель, усилитель и многое другое. В этой статье объясняется символ JFET, типы, операции, преимущества и области применения. Это также объясняет различия между двумя широко используемыми полевыми транзисторами — JFET и MOSFET.

JFET является аббревиатурой полевого транзистора. В конце статьи вы найдете сравнение JFET с популярным транзистором типа MOSFET.

(Источник: Kuzmick — stock.adobe.com)

Что такое JFET

Концепция полевых транзисторов была впервые запатентована двумя инженерами-электриками в 1925 и 1934 годах. полевой транзистор. Однако точечный контакт и биполярный переходной транзистор (BJT) были первыми транзисторами, которые были изобретены и продемонстрированы. Было предпринято много неудачных попыток изобрести полевой транзистор, но в 1952-1953, был построен первый полевой транзистор (JFET).

JFET определение

Полевой транзистор с переходом (JFET) представляет собой управляемое напряжением устройство с тремя выводами, широко используемое в цифровых схемах. Униполярный полевой транзистор имеет внутри своей структуры два PN-перехода. JFET работает по принципу обедненной области и обеспечивает протекание тока за счет обратного смещения клемм затвор-исток. В зависимости от примесей существует два типа транзисторов JFET: JFET с каналом n и JFET с каналом p.

Объяснение символа JFET

Направление стрелки в символе JFET объясняет направление тока затвора.

• Для n-канального JFET-транзистора стрелка движется к устройству.

• Для p-канального транзистора JFET стрелка удаляется от устройства.

Рис. 1. Объяснение символа JFET.

(Источник: Venus Kohli)

Стрелка может иногда появляться в центре устройства, а круг может охватывать или не охватывать JFET.

Два типа полевых транзисторов JFET

Транзистор JFET имеет три вывода: затвор, сток и исток. Как и в BJT, исток аналогичен эмиттеру, а сток — коллектору. JFET построен с использованием металлических контактов и легирования транзистора пятивалентными и трехвалентными примесями. Профиль легирования зависит от типа используемого JFET. Существует два типа транзисторов JFET: n-канальный JFET и p-канальный JFET.

JFET типа N

JFET с каналом n содержит материал N-типа между выводами стока и истока. Два материала P-типа встроены вдоль металлических контактов клеммы затвора. Наличие двух материалов P-типа образует два PN-перехода внутри полевого транзистора JFET.

Рис. 2. n-канальный JFET.

(Источник: Venus Kohli)

P-тип JFET

P-канальный JFET содержит материал P-типа между выводами стока и истока. Два материала N-типа встроены вдоль металлических контактов клеммы затвора. Наличие двух материалов N-типа образует два PN-перехода внутри полевого транзистора JFET.

Рис. 3. P-канальный JFET.

(Источник: Venus Kohli)

Когда транзистор JFET работает как усилитель, он имеет три топологии:

• Общий исток

• Общий затвор

• Общий сток (истоковой повторитель)

N-канальный усилитель JFET с общим истоком является предпочтительной конфигурацией.

Как работает JFET?

Рассмотрим работу n-канального JFET транзистора.

Случай 1: В _GS = 0, В _DS > 0– В _ДС = В _Сток

Рис. 4. Работа n-канального JFET-транзистора (вариант 1).

(Источник: Venus Kohli)

На клемме стока напряжение В _DS — некоторое положительное напряжение больше нуля. Но клемма источника находится на земле 0В. Очевидно, это означает, что по длине n-канала от стока к истоку напряжение падает в несколько раз. Положительный потенциал V _DS притягивает электроны из канала к источнику. Условный ток I _D течет от стока к истоку. Поскольку n-канал оказывает сопротивление потоку электронов, его можно рассматривать как сеть сопротивлений.

Эквивалентная резистивная последовательная сеть из четырех напряжений объясняет падение напряжения по длине n-канала JFET. Допустим В _ДС = 4В и последовательное соединение четырех резисторов по длине канала. Сопротивление каждого резистора 1 Ом.

В соответствии с законом Ома V = IR,

Падение напряжения в каждой точке составляет 3 В, 2 В, 1 В и, в конечном итоге, 0 В на земле источника.

Рис. 5. Последовательная резистивная цепь внутри JFET.

(Источник: Venus Kohli)

Резистивная сеть объясняет, что ширина области истощения увеличивается по направлению к терминалу стока. Область истощения по направлению к исходному терминалу уже, чем вышеперечисленные слои. Клемма затвор-исток имеет более низкий потенциал по сравнению со смещением сток-исток. Это означает, что PN-переход на клемме затвора смещен в обратном направлении.

Напряжение отсечки

В _GS = 0, В _DS = В _П

Ас В _ДС увеличивается, область истощения начинает увеличиваться вблизи стокового терминала. Когда напряжение сток-исток В _DS достигает напряжения отсечки В _P , кажется, что оба обедненных слоя соприкасаются. Однако области истощения никогда не соприкасаются из-за электростатического отталкивания и пропускают ток.

Рис. 6. Передаточные характеристики JFET.

(Источник: Venus Kohli)

Ток I _D увеличивается с увеличением V _DS t до штифта ch-off точка. Ток I _D достигает насыщения, чтобы стать постоянным и не увеличивается с увеличением V _DS . Ток стока в точке отсечки равен I _ДСС . JFET действует как источник постоянного тока при напряжении отсечки В _P .

Случай 2: В _GS < 0, В _DS > 0 – В _DS < В _Слив

Рисунок 7 , Работа n-канального полевого транзистора JFET (случай 2).

(Источник: Венера Кохли)

Когда V _GS делается более отрицательным, а V _DS положительным, но меньшим, чем в предыдущем случае V 9010 8 _Слив , см. рис. 8.

Рис. 8 , Работа n-канального полевого транзистора JFET.

(Источник: Venus Kohli)

Уровень насыщения может быть достигнут с гораздо меньшим значением V _DS , потому что PN переходы становятся более смещенными в обратном направлении. Значение напряжения отсечки V _P экспоненциально падает.

Рис. 9. Передаточная характеристика JFET.

(Источник: Venus Kohli)

Характеристики JFET

Характеристики JFET представляют собой график тока стока I _D по оси Y в зависимости от напряжения сток-исток В _ДС по оси X для разных значений напряжения затвор-эмиттер В _GS .

Подпишитесь на рассылку новостей сейчас

Не пропустите наш лучший контент

Деловая электронная почта

Нажав «Подписаться на рассылку новостей», я даю согласие на обработку и использование моих данных в соответствии с формой согласия ( пожалуйста, разверните для подробностей) и примите Условия использования. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Развернуть для подробностей вашего согласия

Характеристики JFET.

(Источник: Venus Kohli)

Характеристический график объясняет, что ток стока I _D получает постоянное значение при дальнейшем увеличении напряжения сток-исток В _DS .

Когда напряжение сток-исток В _DS достигает максимального уровня, в JFET начинает происходить пробой.

Преимущества JFET

JFET имеет много преимуществ по сравнению с другими транзисторами:

• JFET меньше по размеру

• Больше JFET изготавливается на одной ИС, поскольку она занимает меньше места

• JFET имеет высокое входное сопротивление 900 04

• JFET необходимо низкий входной ток

• JFET потребляет меньше энергии

• JFET обеспечивает очень высокий коэффициент усиления по мощности

• JFET производит меньше шума на высоких частотах

• JFET более термически стабилен, чем другие переходные транзисторы

• JFET действует как источник постоянного тока

Каковы наиболее распространенные области применения JFET?

Применение JFET:

• Резистор, управляемый напряжением (VCR)

• Резистор с переменным напряжением (VVR)

• Преобразователь сигнала

90 002

Переключатель

• Усилитель

• Интегральные схемы (ИС)

• Источник постоянного тока

• аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи

• Схемы выборки и хранения 900 04

JFET и MOSFET: что лучше? разница?

90 495

Параметр	JFET	МОП-транзистор ЭТ
Функция	JFET представляет собой полевой транзистор, который позволяет протекать току благодаря переходам	MOSFET позволяет протекать току за счет электрического поля
900 10 Терминал ворот	Терминал ворот находится в прямой контакт с металлическим контактом	Затвор изолирован от устройства слоем диоксида кремния
Температурный коэффициент	Отрицательный температурный коэффициент	Положительный температурный коэффициент
Принцип работы 90 480	Работы по принципу обеднения области	Работы по принципу электрического поля из-за плоского конденсатора
Режимы	Существуют только JFET в режиме истощения, нет режима расширения	Существуют полевые МОП-транзисторы в режиме истощения и режима расширения
Входное сопротивление	Ниже, чем у MOSFET	Выше, чем у JFET
Сопротивление стоку	Высокое сопротивление стоку	Низкое сопротивление стоку
Процесс изготовления	Сложный, но менее дорогой	Простой, но дорогой
Применение	Цифровые схемы	Широко используется в ИС

(ID:49416645)

Принцип действия полевого транзистора • Императорские электромонтажные работы

Содержание

ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР

Существует два основных типа транзисторов

1. Биполярный переходной транзистор (BJT) :- устройство, управляемое током, в котором выходные характеристики управляются током базы
2. Полевой транзистор (FET) : – выходные характеристики управляются входным напряжением, т. е. электрическим полем

Типы FET

• Полевой транзистор с переходом (JFET)
• Металлооксид-полупроводник Полевой транзистор (MOSFET)

Два типа транзисторов отличаются как рабочими характеристиками, так и внутренней конструкцией.
BJT назван так потому, что в процессе проводимости участвуют как дырки, так и электроны. Хотя проблема низкого входного импеданса может быть решена тщательным проектированием и использованием более одного транзистора.

имеет значительный уровень шума.

Разница между JFET и BJT

• Только один тип носителя, дырки в канале p-типа и электрон в канале n-типа в JFET, В то время как электрон и дырки участвуют в проводимости в BJT

• JFET имеет высокий входной импеданс, так как входная цепь смещена в обратном направлении, В то время как входная цепь биполярного транзистора смещена в прямом направлении, следовательно, он имеет низкий входной импеданс

• Ток не поступает на затвор JFET, т. е. IG = 0, ПОКА базовый ток биполярного транзистора составляет несколько мкА

• JFET использует напряжение, подаваемое на затвор, для управления током между стоком и истоком, В то время как BJT использует ток, подаваемый на базу, для управления большим током между коллектором и эмиттером

• В JFET нет перехода, как в BJT. Проводимость через полупроводниковый материал n-типа или p-типа, по этой причине уровень шума в BJT очень мал соединения по бокам, как показано на рисунке ниже. Стержень образует проводящий канал для носителей заряда. Если стержень n-типа, он называется n-канальным JFET, а если стержень p-типа, он называется p-канальным JFET. Два диода, образующие pn-переходы, соединены внутри, а общая клемма, называемая затвором, выведена наружу. Другие терминалы истока и стока вынесены из штанги. Таким образом, полевой транзистор JFET имеет по существу три вывода: затвор (G), исток (S) и сток (D). канала можно варьировать изменением обратного напряжения ВГС.
  Два p-n соединения сторон из двух слоев обеднения . Токопроводимость носителей заряда осуществляется через канал между двумя обедненными слоями и из стока. Шириной, а следовательно, и сопротивлением этого канала можно управлять, изменяя выходное напряжение ВГС. Чем больше обратное напряжение VGS, тем шире слои обеднения и уже будет проводящий канал. Более узкий канал означает большее сопротивление и, следовательно, ток между истоком и стоком уменьшается. Обратный случай при уменьшении ВГС . Величина тока (Is) может заряжаться от переменного ВГС.

  Работа полевого транзистора JFET

  Когда между клеммами стока и истока подается напряжение VGS, а Vas равен нулю, два p-n перехода по бокам стержня образуют обедненные слои. Электроны будут течь от истока к стоку через канал между обедненными слоями. Размер этих слоев определяет ширину канала и, следовательно, проводимость тока через шину.