Условное обозначение транзисторов на схемах
Транзистор (от английских слов transfer) — переносить и (re)sistor — сопротивление) — полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний. Наиболее распространены так называемые биполярные транзисторы. Электропроводность эмиттера и коллектора всегда одинаковая (p или n), базы — противоположная (n или p). Иными словами, биполярный транзистор содержит два р-n-перехода: один из них соединяет базу с эмиттером (эмиттерный переход), другой — с коллектором (коллекторный переход).
Буквенный код транзисторов — латинские буквы VT. На схемах эти полупроводниковые приборы обозначают, как показано на рис. 1. Здесь короткая черточка с линией от середины символизирует базу, две наклонные линии, проведенные к ее краям под углом 60°, — эмиттер и коллектор. Об электропроводности базы судят по символу эмиттера: если его стрелка направлена к базе (см.
Рис.1. Условное обозначение транзисторов
Знать электропроводность эмиттера базы и коллектора необходимо для того, чтобы правильно подключить транзистор к источнику питания. В справочниках эту информацию приводят в виде структурной формулы. Транзистор, база которого имеет электропроводимость типа n, обозначают формулой p-n-p, а транзистор с базой, имеющей электропроводность типа p-n-p. В первом случае на базу и коллектор следует подавать отрицательное по отношению к эмиттеру напряжение, во втором — положительное.
Для наглядности условное графическое обозначение дискретного транзистора обычно помещают в кружок, символизирующий его корпус. Иногда металлический корпус соединяют с одним из выводов транзистора.
На схемах это показывается точкой в месте пересечения соответствующего вывода с символом корпуса. Если же корпус снабжен отдельным выводом, линию-вывод допускается присоединять к кружку без точки (VT3 на рис. 1). В целях повышения информативности схем рядом с позиционным обозначением транзистора допускается указывать его тип.Линии электрической связи, идущие от эмиттера и коллектора проводят в одном из двух направлений: перпендикулярно или параллельно выводу базы (VT3-VT5). Излом вывода базы допускается лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (VT4).
Транзистор может иметь несколько эмиттерных областей (эмиттеров). В этом случае символы эмиттеров обычно изображают с одной стороны символа базы, а окружность обозначения корпуса заменяют овалом (рис. 1, VT6).
Стандарт допускает изображать транзисторы и без символа корпуса, например, при изображении бескорпусных транзисторов или когда на схеме необходимо показать транзисторы, входящие в состав сборки транзисторов или интегральной схемы.
Поскольку буквенный код VT предусмотрен для обозначения транзисторов, выполненных в виде самостоятельного прибора, транзисторы сборок обозначают одним из следующих способов: либо используют код VT и присваивают им порядковые номера наряду с другими транзисторами (В этом случае на поле схемы помещают такую, например, запись: VT1-VT4 К159НТ1), либо используют код аналоговых микросхем (DA) и указывают принадлежность транзисторов в сборке в позиционном обозначении (рис. 2, DA1.1, DA1.2). У выводов таких транзисторов, как правило, приводят условную нумерацию, присвоенную выводам корпуса, в котором выполнена матрица.
Рис.2. Условное обозначение транзисторных сборок
Без символа корпуса изображают на схемах и транзисторы аналоговых и цифровых микросхем (для примера на рис. 2 показаны транзисторы структуры n-p-n с тремя и четырьмя эмиттерами).
Условные графические обозначения некоторых разновидностей биполярных транзисторов получают введением в основной символ специальных знаков. Так, чтобы изобразить лавинный транзистор, между символами эмиттера и коллектора помещают знак эффекта лавинного пробоя (см. рис. 3, VTl, VT2). При повороте обозначения транзистора на схеме положение этого знака должно оставаться неизменным.
Рис.3. Условное обозначение лавинных транзисторов
Иначе построено обозначение однопереходного транзистора: у него один p-n-переход, но два вывода базы. Символ эмиттера в обозначении этого транзистора проводят к середине символа базы (рис. 3, VT3, VT4). Об электропроводности последней судят по символу эмиттера (направлению стрелки).
На символ однопереходного транзистора похоже обозначение большой группы транзисторов с p-n-переходом, получивших название полевых. Основа такого транзистора — созданный в полупроводнике и снабженный двумя выводами (исток и сток) канал с электропроводностью n или p-типа. Сопротивлением канала управляет третий электрод — затвор. Канал изображают так же, как и базу биполярного транзистора, но помещает в середине кружка-корпуса (рис. 4, VT1), символы истока и стока присоединяют к нему с одной стороны, затвора — с другой стороны на продолжении линии истока. Электропроводность канала указывают стрелкой на символе затвора (на рис. 4 условное графическое обозначение VT1 символизирует транзистор с каналом n-типа, VT2 – с каналом p-типа).
Рис.4. Условное обозначение полевых транзисторов
В условном графическом обозначении полевых транзисторов с изолированным затвором (его изображают черточкой, параллельной символу канала с выводом на продолжении линии истока) электропроводность канала показывают стрелкой, помещенной между символами истока и стока. Если стрелка направлена к каналу, то это значит, что изображен транзистор с каналом n-типа, а если в противоположную сторону (см. рис. 4, VT3) — с каналом р-типа. Аналогично поступают при наличии вывода от подложки (VT4), а также при изображении полевого транзистора с так называемым индуцированным каналом, символ которого – три коротких штриха (см.
В полевом транзисторе может быть несколько затворов. Изображают их более короткими черточками, причем линию-вывод первого затвора обязательно помещают на продолжении линии истока (VT9).
Линии-выводы полевого транзистора допускается изгибать лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (см. рис. 4, VT1). В некоторых типах полевых транзисторов корпус может быть соединен с одним из электродов или иметь самостоятельный вывод (например, транзисторы типа КП303).
Из транзисторов, управляемых внешними факторами, широкое применение находят фототранзисторы. В качестве примера на рис. 5 показаны условные графические обозначения фототранзисторов с выводом базы (VT1, VT2) и без него (VT3). Наряду с другими полупроводниковыми приборами, действие которых основано на фотоэлектрическом эффекте, фототранзисторы могут входить в состав оптронов.
Обозначение фототранзистора в этом случае вместе с обозначением излучателя (обычно светодиода) заключают в объединяющий их символ корпуса, а знак фотоэффекта — две наклонные стрелки заменяют стрелками, перпендикулярными символу базы.Рис.5. Условное обозначение фототранзисторов и оптронов
Для примера на рис. 5 изображена одна из оптопар сдвоенного оптрона (об этом говорит позиционное обозначение U1.1). Аналогично строится обозначение оптрона с составным транзистором (U2).
Полевые транзисторы
24 октября 2020 – Admin
Главная / Теория
Полевой транзистор – о чём говорит это название?
Полевые транзисторы бывают нескольких типов. Мы начнём знакомство с наиболее близкого по конструкции к биполярному транзистору, а именно:
Полевой транзистор с управляющим p-n переходом
Прежде, чем начать, сделаю важное замечание. Устройство полевых транзисторов – довольно сложная тема. Поэтому, предполагается, что читатель ориентируется в свойствах полупроводников, а также знаком с принципом работы полупроводникового диода и биполярного транзистора. А теперь, в путь!
Давайте возьмём и сделаем из биполярного транзистора полевой:
Устройство биполярного транзистора и полевого транзистора с управляющим p-n-переходом
Итак, здесь у нас появился канал, соединяющий исток и сток (аналоги эмиттера и коллектора). Хоть это и полу-, но всё же проводник, сопротивление у него небольшое. Значит, если к затвору (управляющему электроду) не приложен никакой потенциал, ток через полевой транзистор всё равно будет течь. Обратите внимание, здесь ток создаётся носителями одного типа, в данном примере, дырками. Поэтому полевые транзисторы иногда ещё называют униполярными. В отличие от биполярных, в которых в создании тока всегда участвуют оба типа зарядов.
Теперь посмотрим, что будет, если на затвор подать положительное (относительно истока) напряжение. Это будет запирающее напряжение. Как мы видели в полупроводниковых диодах, такое напряжение оттягивает носители зарядов от зоны p-n-перехода. Это значит, что в p-канале расширяется область, обеднённая зарядами, его сопротивление растёт. Это похоже на то, как в трубу вставили заслонку, которая перекрыла часть сечения трубы и поток воды уменьшился.
Принцип работы полевого транзистора с управляющим p-n переходом.
На рисунке обеднённая зарядами область заштрихована зелёным. Она неравномерная, расширяется к стоку потому, что кроме потенциала затвора на распределение зарядов ещё влияет потенциал исток-сток.
Если к затвору приложить достаточно большое напряжение, можно вообще вытолкнуть из канала практически все дырки. Ток через канал прекратится. Это называется режимом отсечки.
Далее мы ещё поговорим об особенностях и преимуществах полевых транзисторов, а пока обратим внимание на один ключевой момент. Ток затвора очень мал. Ведь, по сути, это диод, включенный в обратной полярности, в котором ток могут создавать случайные неосновные носители, которых очень мало.
В биполярном транзисторе управление шло током: чем больше ток через эмиттерный переход, чем больше зарядов попадает в область базы, тем больше их захватывается коллектором и создаёт коллекторный ток. В полевом же транзисторе управление идёт не током, а напряжением: чем больше потенциал, тем больше сопротивление канала.
То есть, напряжение на затворе может меняться значительно, а ток затвора при этом меняется очень слабо. Это означает высокое входное сопротивление. Если у биполярного транзистора входное сопротивление измеряется килоомами, то в данном типе полевых транзисторов оно составляет десятки и сотни мегаом.
Разумеется, можно сделать и «зеркальный» полевой транзистор с управляющим p-n переходом: с каналом n-типа и зоной p на затворе. Принцип работы будет тот же самый, только знаки напряжений поменяются на противоположные.
Да, англоязычное обозначение этого типа транзисторов – JFET (Junction-Field-Effect-Transistor). И раз уж заговорили об английском, приведём название выводов: G-gate-затвор, D-drain-сток, S-source-исток
Ну а мы переходим к следующему классу приборов:
Полевой транзистор с изолированным затвором
Устройство полевого транзистора с изолированным затвором
У полевого транзистора этого типа основу кристалла составляет слабо легированная зона n. Она называется подложкой. В ней созданы сильнолегированные зоны p (то есть там много основных носителей заряда) и тонкий канал между ними. А затвор вообще изолирован — он отделён от канала тонким слоем диэлектрика. Структура затвора дала название этому виду транзисторов: МДП (металл-диэлектрик-полупроводник). Ещё их иногда называют МОП (металл-окисел-полупроводник), поскольку в качестве диэлектрика обычно используется слой диоксида кремния. Ну а по-английски это MOSFET (Metal-Oxid-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).
Если предыдущий тип полевых транзисторов работал только при запирающих напряжениях на затворе, то МОП-транзисторы могут работать и при положительном и при отрицательном смещении.
Если приложить к затвору «плюс», он начнёт выталкивать из канала основные носители заряда (которыми, как мы помним, в зоне p являются дырки), тем самым повышая его сопротивление. Это режим обеднения. И, наоборот, минус на затворе притянет в канал некоторое дополнительное количество положительных зарядов из подложки, сопротивление канала уменьшится. Это режим обогащения .
Вы вправе спросить: откуда же в подложке положительные заряды (дырки), если она сделана из полупроводника типа n, с электронной проводимостью? Да, положительные заряды не являются основными в подложке. Но, как уже говорилось, она легирована слабо, и поэтому неосновных зарядов там достаточное количество, чтобы обогатить канал.
Прибор, который мы сейчас рассматриваем, называется МОП-транзистором со встроенным каналом. Но, оказывается, «физический» канал можно совсем убрать. В этом случае мы получим транзистор с индуцированным каналом.
МОП-транзистор с индуцированным каналом
Как же в этом случае идёт ток? Принцип тот же: минус на затворе притянет неосновные носители, положительно заряженные дырки. Так что они образуют небольшую область с положительной проводимостью — то есть «виртуальный» канал, который соединит исток и сток. И то, что их притянуло поле, перпендикулярное направлению канала, не мешает им двигаться вдоль канала, создавая электрический ток. Это как красивая витрина притягивает случайных прохожих, но не мешает им двигаться вдоль витрины.
Отметим, что входное сопротивление МОП-транзисторов ещё на несколько порядков выше, чем транзисторов с управляющим p-n-переходом, так как затвор физически отделён слоем диэлектрика, и токи затвора ничтожны.
Обозначение на схемах
Мы кратко разобрали основные типы полевых транзисторов. Зная их устройство, уже не запутаешься в обозначениях на схемах. Несколько простых правил:
- Затвор рисуется напротив истока
- Стрелка указывает направление от зоны p к зоне n (как и в биполярных транзисторах).
- Если у нас полевой транзистор с управляющим p-n переходом, стрелка рисуется на затворе. Если же это МОП-транзистор, у него рисуется четвёртый вывод между истоком и стоком, это подложка, и уже на ней рисуется стрелка. Кстати, иногда вывод от подложки действительно выводят наружу как 4ю ногу транзистора, в этом случае на рисунке соответствующая линия будет выходить за границы корпуса.
- Иногда подложка соединяется с истоком, это тоже показывается графически.
- Изолированный затвор на рисунке изображается отделённым от истока и стока.
- Индуцированный канал рисуется пунктирной линией, а встроенный канал — сплошной.
Несколько примеров (кликните для увеличения):
Обозначение полевых транзисторов на схемах
Паразитный диод
В полевых транзисторах МОП-типа, в силу конструкции, возникает одна неприятная штука. А именно — незапланированный биполярный транзистор. Посмотрим ещё раз на рисунок:
Паразитный биполярный транзистор внутри полевого
Получается, что подложка — это база, а сток и исток — это коллектор и эмиттер биполярного транзистора. Этот паразитный транзистор может вносить существенные искажения в работу прибора. Например, открываться в тот момент, когда полевой транзистор должен быть закрыт (если упрощённо, вследствие внутренних паразитных ёмкостей возникает ток в эмиттерном переходе, который открывает транзистор). Борются с этим явлением таким образом: соединяют исток и подложку, тем самым замыкая эмиттерный переход. Остаётся один коллекторный p-n-переход, то есть диод.
Диод включён в обратном направлении между истоком и стоком, поэтому он не мешает работать транзистору в стандартном режиме, когда ток течет от истока к стоку. А вот обратный ток, от стока к истоку, для этого диода будет прямой, то есть потечёт через паразитный диод. Поэтому, на схемах важно не путать исток и сток, хотя конструктивно эти области очень похожи. Наличие диода иногда отображают на схеме:
Диод в полевом транзисторе
Впрочем, сейчас инженеры научились регулировать параметры этого диода и даже вовсе от него избавляться (вернее, задействовать другие механизмы, устраняющие недостатки этого диода), но эта тема уже выходит за рамки данной статьи.
Отличие полевых транзисторов от биполярных
Подведём итог, перечислим отличия полевых транзисторов, имеющих значение для схемотехники.
- Высокое входное сопротивление
- Скорость переключения у полевых транзисторов выше, чем у биполярных, так как они не расходуют время на то, чтобы накопленные в области базы заряды рассосались. Впрочем, современные технологии позволяют делать и биполярные высокочастотники.
- Полевые транзисторы менее шумные. В биполярных транзисторах «шумит» процесс инжекции зарядов, а полевых он отсутствует.
- Чувствительность к статическому напряжению. Это относится к минусам полевого транзистора. В силу конструкции затвор очень нежен, статическое электричество легко его пробивает. Поэтому, рекомендуют даже связывать выводы транзистора проволокой, которая снимается только после монтажа. А также, пользоваться заземлённым паяльником и антистатическим ковриком.
- Повышенная теплоустойчивость. У биполярного транзистора с повышением температуры ток растёт (т. к. усиливается процесс инжекции зарядов из базы), что приводит к дальнейшему нагреву транзистора. Начинается цепная реакция, которая может привести к саморазогреву и выходу транзистора из строя. У полевого транзистора всё наоборот: с ростом температуры сопротивление канала растёт, поэтому он является как бы саморегулируемым: если температура поднимается, ток падает и температура снижается обратно.
- Возможность параллельного включения для повышения мощности. Это важное следствие из предыдущей особенности, теплоустойчивости. Если запараллелить биполярные транзисторы, из-за малейшего случайного дисбаланса один из них начнёт греться и неизбежно сгорит. А полярные саморегулирются и потому могут работать сообща. Это часто используют в конструкции в инверторов, где необходимо управлять весьма большими токами и один транзистор не справляется.
На этом завершаем первое знакомство с полевыми транзисторами. Вопросы и примечания можно оставить ниже, в комментариях.
Поделиться в соцсетях:
FET — учебник по проектированию схем » Electronics Notes
Полевые транзисторышироко используются как в дискретных, так и в интегральных схемах, где они обеспечивают усиление по напряжению и высокое входное сопротивление.
FET, схемотехника на полевых транзисторах Включает:
Основы схемотехники на полевых транзисторах
Конфигурации цепи
Общий источник
Общий сток / исток повторителя
Общие ворота
Полевые транзисторы используются в схемотехнике, поскольку они способны обеспечить очень высокие уровни входного импеданса наряду со значительными уровнями усиления по напряжению.
В отличие от биполярного транзистора, который управляется током, полевой транзистор управляется напряжением. Это делает способ проектирования схем на полевых транзисторах довольно отличным от способа проектирования схем на биполярных транзисторах.
Тем не менее, схемы с коэффициентом усиления по току и напряжению все еще могут быть разработаны, и используются аналогичные форматы схем.
Основы схемы FET
При рассмотрении вопроса об использовании схемы на полевых транзисторах необходимо учитывать технологию на полевых транзисторах, и тип полевого транзистора будет наиболее подходящим.
Примечание по технологии полевых транзисторов:
Полевой транзистор (FET) представляет собой трехвыводное устройство, обеспечивающее усиление по напряжению. Имея высокий входной импеданс, электрическое поле вблизи входной клеммы, называемой затвором, изменяет ток, протекающий в так называемом канале между клеммами, называемом истоком и стоком.
Подробнее о полевом транзисторе и принципах его работы
Полевой транзистор имеет три электрода:
- Источник: Источник — это электрод на полевом транзисторе, через который в канал поступают основные носители, т.е. он выступает в качестве источника носителей для устройства. Ток, поступающий в канал через источник, обозначается IS.
- Сток: Сток — это полевой электрод, через который основные носители покидают канал, т. е. они сливаются из канала. Условный ток, поступающий в канал через сток, обозначается буквами ID. Также напряжение сток-исток часто обозначается буквами VDS 9. 0039
- Затвор: Затвор — это терминал, который управляет проводимостью канала, поэтому уровень напряжения на затворе управляет током, протекающим на выходе устройства.
Расчетные параметры схемы FET
Приступая к проектированию схемы на полевых транзисторах, необходимо определить основные требования к схеме. Они будут определять многие решения, касающиеся типа используемой топологии схемы, а также типа используемого полевого транзистора.
В требованиях к конструкции транзисторной схемы может быть указан ряд параметров:
- Коэффициент усиления по напряжению: Коэффициент усиления по напряжению часто является ключевым требованием. Это напряжение выходного сигнала, деленное на напряжение входного сигнала.
- Коэффициент усиления по току: Это коэффициент усиления полевого транзистора по току. Может возникнуть необходимость подать в нагрузку ток высокого уровня.
- Входной импеданс: Это импеданс, который будет видеть предыдущий каскад, когда он подает сигнал на рассматриваемую схему полевого транзистора. Полевые транзисторы по своей природе имеют высокое входное сопротивление затвора, и поэтому полевые транзисторы часто используются там, где это имеет первостепенное значение.
- Выходное сопротивление: Выходное сопротивление также важно. Если схема FET управляет цепью с низким сопротивлением, то ее выход должен иметь низкое сопротивление, иначе в выходном каскаде транзистора произойдет большое падение напряжения.
- Частотная характеристика: Частотная характеристика — еще один важный фактор, влияющий на конструкцию схемы полевого транзистора. Конструкции низкочастотных или звуковых транзисторных схем могут отличаться от тех, которые используются для радиочастотных приложений. Кроме того, на выбор номиналов полевого транзистора и конденсатора в схеме сильно влияет требуемая частотная характеристика.
- Напряжение и ток питания: Во многих схемах напряжение питания определяется тем, что доступно. Также может быть ограничен ток, особенно если готовая схема полевого транзистора должна питаться от батареи.
Типы полевых транзисторов для схемотехники
Поскольку существует несколько различных типов полевых транзисторов, которые можно использовать, необходимо определить по крайней мере некоторые из полевых транзисторов, которые можно использовать в процессе проектирования схемы.
В приведенной ниже таблице указаны некоторые из различных типов и характеристик, с которыми можно столкнуться.
Полевые транзисторы для использования в схемотехнике | |
---|---|
Характеристика | Детали |
N-канальный | N-канальный полевой транзистор имеет канал, изготовленный из полупроводника N-типа, в котором основными носителями являются электроны. |
P-канал | Полевой транзистор с каналом P имеет канал, изготовленный из полупроводника P-типа, в котором основными носителями являются дырки. |
J-FET | J-FET или полевой транзистор с переходом представляет собой форму полевого транзистора, в которой затвор формируется с использованием диодного перехода на канале. Изоляция поддерживается за счет того, что диодный переход остается смещенным в обратном направлении при работе в цепи. Ключевым требованием к конструкции схемы полевого транзистора является обеспечение того, чтобы переход оставался смещенным в обратном направлении для удовлетворительной работы. |
МОП-транзистор | Этот тип полевого транзистора основан на оксиде металла между затвором и каналом. Он предлагает очень высокое входное сопротивление. |
МОП-транзистор с двумя затворами | Как следует из названия, эта форма МОП-транзистора имеет два затвора. В схемотехнике на полевых транзисторах это дает дополнительные возможности. |
Расширенный режим | Полевые транзисторы режима расширения выключены при нулевом напряжении затвор-исток. Они включаются подтягиванием напряжения затвора в направлении напряжения стока, т. е. к шине питания, положительной для N-канальных устройств и отрицательной для P-канальных. Другими словами, при приближении напряжения затвора к напряжению стока количество несущих в активном слое канала увеличивается. |
Режим истощения | В полевом МОП-транзисторе, работающем в режиме истощения, устройство нормально включено при нулевом напряжении затвор-исток. Любое напряжение затвора в направлении напряжения стока будет иметь тенденцию истощать активную площадь канала носителей и уменьшать протекающий ток. |
При проектировании схемы полевого транзистора сначала необходимо выбрать требуемый тип полевого транзистора. Прежде чем можно будет приступить к проектированию схемы, необходимо определить факторы, включая базовый тип полевого транзистора, включая то, является ли он переходным полевым транзистором, полевым МОП-транзистором или другим типом, а также тип режима и другие факторы.
Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Транзисторная конструкция
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
схемы полевых транзисторов
Символы цепи
Вернуться в меню «Конструкция схем». . .
Полевые транзисторы-Dummies
BY: Cathleen Shamieh и
Обновлен: 03-26-2016
Из книги: Electronics для Dummies
201201202020202020202.
Полевой транзистор (FET) состоит из канала из полупроводникового материала N- или P-типа, через который может протекать ток, с другим материалом (наложенным поперек участка канала), контролирующим проводимость канала .
В полевом транзисторе (FET) напряжение, подаваемое на затвор, управляет протеканием тока по каналу от истока к стоку.
Один конец канала известен как исток, другой конец канала называется стоком, , а механизм управления называется вентилем. Подавая напряжение на затвор, вы управляете потоком тока от истока к стоку. Выводы присоединяются к истоку, стоку и затвору. Некоторые полевые транзисторы включают четвертый вывод, поэтому вы можете заземлить часть полевого транзистора на шасси схемы. (Но не путайте этих четвероногих существ с МОП-транзисторы с двойным затвором, , которые также имеют четыре вывода.)
Полевые транзисторы(произносится как «fetts») бывают двух видов — N-канальные и P-канальные — в зависимости от типа полупроводникового материала (N-типа или P-типа соответственно), через который протекает ток. Существует два основных подтипа полевых транзисторов: MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник), и JFET (переходной полевой транзистор).