Схемы на полевых транзисторах: ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Полевой транзистор – расчёт усилительных каскадов

Как просто рассчитать режимы работы и номиналы элементов схем на полевых транзисторах в различных схемах включения: c общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС, он же истоковый повторитель) и общим затвором (ОЗ).

Полевой (униполярный) транзистор – это полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на управлении сопротивлением токопроводящего канала (сток–исток) посредством электрического поля, создаваемого приложенным к управляющему электроду (затвору) напряжением.

Исток (source) – это электрод, из которого в канал входят (истекают) носители заряда, т. е. источник носителей тока;
Сток (drain) – это электрод, через который из канала выходят (стекают) носители заряда;
Затвор (gate) – это управляющий электрод, который регулирует поперечное сечения канала и, соответственно, ток, протекающий через канал.

Управление происходит посредством изменения напряжения между затвором и истоком (Uзи, Vgs).

Несмотря на крайне богатую терминологию различных типов полевых транзисторов, в большинстве практически встречающихся случаев мы имеем дело: либо с полевыми транзисторами со встроенным p-n переходом обеднённого типа (JFET-транзисторы), либо с полевыми МОП-транзисторами с изолированным затвором (они же MOSFET-ы в основном обогащённого типа), полное название которых звучит, как Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors.
И тот и другой типы полевиков могут быть любого знака полярности, т. е. как n-канальными, так и р-канальными.

Независимо от типов полевых транзисторов, они имеют схожие графики зависимости выходного тока от напряжения затвор‑исток, измеряемые при фиксированном значении напряжения стока.
Пример подобных вольт-амперных характеристик приведён на рисунке ниже.

Рис.1 ВАХ обеднённых JFET (1) и обогащённых MOSFET (2) полевых транзисторов n-типа.
Для p-канальных транзисторов – полярности напряжений смещения, подаваемых на электроды, а также направление тока стока противоположны.

Как можно увидеть, вольт-амперные характеристики обеднённых (1) и обогащённых (2) и полевых транзисторов отличаются только сдвигом напряжения отсечки затвор-исток. При этом n – канальный МОП‑транзистор обогащённого типа не проводит ток до тех пор, пока напряжение Uзи не достигнет некоторого положительного уровня Uотс, в то время как ток стока транзистора обеднённого типа при напряжении Uзи = 0 будет близок к максимальному.

Полевые транзисторы с р‑n ‑переходом – это всегда приборы обеднённого типа и смещение затвора относительно истока должно находиться в отрицательной области (для n – канального ПТ), а если и заходить в положительную, то не более чем на +0,5В во избежание открывания диодного перехода затвор‑канал.

Давайте рассмотрим, как можно рассчитать режимы работы полевика по постоянному току. Для примера возьмём распространённый транзистор 2SK117, широко используемый в каскадах усиления звукового диапазона частот. Приведём две его статических характеристики из datasheet-а и до кучи схему усилительного каскада с общим истоком.

Рис.2 Статическая характеристика транзистора 2SK117 и схема каскада с общим истоком

Что нам советуют делать при расчёте усилительных каскадов на ПТ практически все умные книжки?
Построить на семействе выходных вольт-амперных характеристик транзистора динамическую линию, также называемую нагрузочной прямой. Далее по пересечению этой нагрузочной линии с одним и графиков семейства выходных характеристик найти исходную рабочую точку, которая определяет ток стока и напряжение Uси в режиме покоя. И только после этого переходить к стоково-затворной характеристике ПТ, чтобы определить необходимую величину Uзи.

Конечно, ни один опытный схемотехник этого делать не будет! А делать он будет следующее:

1. Для начала надо определиться с током покоя транзистора Ic. Критериев выбора величины этого тока может быть множество, как с точки зрения достижений необходимой нагрузочной способности, так и других факторов, таких как: быстродействие, шумовые характеристики, энергопотребление, стабильность параметров и т. д. и т. п.
Поскольку 2SK117 является малошумящим полупроводником, а параметр шумовых характеристик в datasheet-е нормируется при токе стока Id=0.5 mA, то и мы для расчёта выберем этот ток равным

I_с = 0,5мА .

2. Мысленно проводим на графике зависимости тока стока от напряжения затвор-исток красную линию (Рис.2 слева), пересекающую Id = 0.5 mA. Величина напряжения затвор-исток, исходя из графика, получается U_зи ≈ -0,23В .

3. Поскольку крутизна передаточной характеристики полевого транзистора S = ΔI_c/ΔU_зи является величиной непостоянной, и существенно зависящей от тока покоя стока, то в datasheet-ах на современные транзисторы она либо отсутствует, либо не имеет большого практического смысла.
Давайте оценим её значение по всё тому же графику. Изменение напряжения Uзи в интервале – (0,3 …0,1) В приводит к росту стока 0,25…1,3 мА, что даёт нам ориентировочное значение параметра крутизны при заданном токе

S ≈ (1,3-0,25)/(0,3-0,1) = 5,25 мА/В.

4. Всё. Теперь можно вспомнить закон Ома и переходить к расчётам.
R_и = U_зи/I_c = 0,23/0,5 = 0,46 кОм.

Падение напряжения на резисторе Rc имеет смысл выбрать таким, чтобы напряжение стока в режиме покоя находилось в центре линейной области выходной характеристики транзистора. Это требование выполняется при условии U_c = (E_п + U_и)/2.
Если, для примера, напряжение питания выбрать равным 12В, то U_c = (12 + 0,23)/2 = 6,1 В, а
R_c = (E_п – U_с)/I_с = (12 – 6,1)/0,5 ≈ 12 кОм .

Расчёт по постоянному току окончен. Для того, чтобы рассчитать коэффициент передачи каскада ОИ с резистором в истоке (при отсутствии шунтирующего конденсатора), необходимо воспользоваться следующей редкой формулой:

К_u = R_c*S/(1 +R_и*S) .
Подставив все цифры, получим значение К_u = 18,2 .

А теперь давайте проверим полученные расчёты в симуляторе.

Глядя на показания измерительных приборов, убеждаемся, что Uc (5,45В) и Ic (0,545мА) находятся в приемлемом диапазоне по отношению к расчётным значениям.

На диаграммах осциллографа синим цветом указана входная осциллограмма сигнала, имеющего амплитуду 100 мВ, а красным – выходного с амплитудой около 1,8 В, что выдаёт нам в сухом остатке Кu = 18, что так же полностью совпадает с расчётной величиной.

Рис.3

Для увеличения усиления каскада с общим истоком (Рис.

2 справа) резистор Rи можно зашунтировать конденсатором Си и резистором Rи1. Тогда в формулу для расчёта Ku вместо значения Rи следует подставлять величину, равную Rи ll Rи1.
Если резистор Rи1 имеет нулевое значение, то формула для расчёта коэффициента усиления каскада приобретает совсем простой вид: К_u = R_c*S .
А ёмкость шунтирующего конденсатора Си (исходя из минимальной (нижней) усиливаемой частоты) можно рассчитать по формуле:
С_и(МкФ) > 1600/[F_мин(Гц)*R_и(кОм)] .

Точно таким же образом рассчитываются режимы по постоянному току и номиналы резисторов для схем с общим затвором (Рис.4б) и с общим стоком, в миру – истоковым повторителем (Рис.4в).

Рис.4 Схемы каскадов на полевых транзисторах ОИ, ОЗ, ОС и ОС со смещением

В случае использования ПТ с низким значением модуля Uотс – напряжение на истоке транзистора в каскаде с ОС (истоковый повторитель) может оказаться слишком мало для достижения необходимых динамических характеристик. В таком случае на затвор транзистора подают напряжение смещения Eсм, а номинал резистора Rи рассчитывают по формуле R_и = (Е_см – U_зи)/I_c .

Все расчёты, проведённые выше, были проделаны для наиболее распространённых в маломощных аналоговых цепях полевых транзисторов со встроенным p-n переходом обеднённого типа (JFET-транзисторы).
На самом же деле, все приведённые формулы и принципы расчёта справедливы и по отношению к МОП-транзисторам с изолированным затвором обогащённого типа (MOSFET-ы). Однако если всё ещё остались какие-либо вопросы, то на следующей странице проведём подобные манипуляции и для них.

 

5.4.2. Схема с общим затвором

Как правило, для полевых транзисторов схемы с общим затвором почти не применяются, так как при этом включении не используется свойство высокоомности цепи затвор-исток транзистора.

5.4.3. Схема с общим стоком, истоковый повторитель

Схема с общим стоком обладает значительно большим входным сопротивлением, чем схема с общим истоком. В большинстве случаев, однако, это не имеет особого значения, поскольку оно достаточно велико и для схем с общим истоком. Преимуществом такой схемы является то, что она существенно уменьшает входную емкость каскада. В отличие от эмиттерного повторителя выходное сопротивление истокового повторителя не зависит от внутреннего сопротивления Rg источника сигнала.

Рис 5.8 Истоковый повторитель

Типовые значения коэффициента усиления и выходного сопротивления истокового повторителя можно проиллюстрировать числовым примером. При крутизне характеристики транзистора 5 мА/В и сопротивлении в цепи истока Rs = 1 кОм

Из примера следует, что истоковый повторитель не позволяет достичь таких низких величин выходных сопротивлений, как эмиттерный повторитель. Причина этого состоит в том, что полевые транзисторы имеют меньшую крутизну, чем биполярные. Поэтому часто полевой и биполярный транзисторы включают совместно по так называемой схеме Дарлингтона изображенной на рис. 5.9.

Рис 5.9 Схема Дарлингтона на полевом и биполярном транзисторах.

5.5. Полевой транзистор как стабилизатор тока

Рис 5.10 Полевой транзистор в качестве источника стабильного тока

Схема, представленная на рис. 5.10, работает аналогично транзисторному стабилизатору тока, изображенному рис. 4.25. У нормально открытого полевого транзистора ток стока течет даже тогда, когда вспомогательное напряжение U_H равно нулю. Этот режим работы транстора представляет особый интерес, так как схема стабилизатора тока может бы выполнена в виде двухполюсника, как показано на рис. 5.11.

Рис 5.11 Стабилизатор тока на полевом транзисторе, выполненный по схеме без вспомогательного напряжения.

Благодаря этой особенности схема может быть включена вместо любого омического сопротивления. Чтобы найти сопротивление обратной связи Rs, следует определить величину U_GS для заданного тока стабилизации I передаточной характеристике транзистора. В соответствии с формулой (5.10) получаем

Для определения внутреннего сопротивления стабилизатора тока можно использовать выражение (4.29) для биполярного транзистора, положив  и r_BE стремящимися к бесконечности и заменив остальные параметры согласно таблице соответствия (5.6):

На числовом примере можно проиллюстрировать порядок получаемых величин. Для полевого транзистора, имеющего при токе стока I_D = 1 мА следующие параметры: r_DS = 80 кОм и S = 2 мА/В, получим при Rs = 2 кОм внутреннее сопротивление источника тока r_i = 400 кОм Эта величина заметно ниже, чем у аналогичной схемы стабилизатора тока на биполярном транзисторе.

Сравнив выражения (5.12) и (4.29), можно заметить принципиальное различие между стабилизаторами тока на полевом и биполярном транзисторах, а именно: если беспредельно увеличивать сопротивление R_E или соответственно R_S, то внутреннее сопротивление стабилизатора тока, выполненного на полевом транзисторе, будет стремиться к бесконечности, а на биполярном -к предельному значению, равному r_CE. Типовые зависимости r_i от R_E для биполярного или от Rs для полевого транзисторов изображены на рис. 5.12.

Рис 5.12 Сравнение внутренних сопротивлений стабилизаторов тока, выполненных на полевом и биполярном транзисторах. Представлены типовые зависимости внутреннего сопротивления от параметров схемы при токе стабилизации, равном 1 мА

Следует отметить, что при больших значениях сопротивления обратной связи лучшие характеристики достигаются для стабилизаторов на полевых транзисторах.

Для улучшения параметров стабилизаторов тока сопротивление обратной связи стабилизатора можно выполнить в виде отдельного стабилизатора тока. Если для этого использовать стабилизатор тока на биполярном транзисторе, как изображено на рис 5.13, то, согласно числовому примеру, рассмотренному в разд. 4.5.1, при токе стабилизации 1 мА дифференциальное сопротивление такого стабилизатора Гу, применяемого как сопротивление обратной связи, составит приблизительно 7 МОм. Внутреннее сопротивление стабилизатора с подключенным верхним в схеме полевым транзистором составит около 1,1 ГОм.

Рис 5.13 Каскадирование стабилизаторов тока.

Простые схемы на полевых транзисторах, которые вы можете собрать и использовать

В посте подробно описано много интересных и простых в сборке схем на полевых транзисторах и полевых МОП-транзисторах, которые можно использовать в повседневной жизни во многих полезных приложениях.

Силовой N-канальный МОП-транзистор IRF511 — один из самых дешевых компонентов с шестигранным полевым транзистором. Он имеет максимальное сопротивление в открытом состоянии 0,6 Ом, входную/выходную емкость менее 150 пикофарад (пФ), управляющее напряжение затвора от 2 до 4 В, максимальное напряжение сток-исток 60 В и максимальный ток стока 3 А.

Кроме того, устройство имеет максимальную рассеиваемую мощность 20 Вт и компактно упаковано.

Этот полупроводниковый полевой транзистор может применяться в различных схемах, включая инверторы, прерыватели, импульсные источники питания, регуляторы скорости двигателя, звуковые усилители и высокоэнергетические импульсные схемы.

Усилитель класса A

На первом рисунке выше показан IRF511 в схеме аудиоусилителя класса A. Когда применяется нулевое смещение затвора, Q1 ведет себя так, как будто он находится в выключенном состоянии, поэтому через нагрузочный резистор R2 ток не течет.

Напряжение на Q1 и нагрузочном резисторе должно быть одинаковым для работы класса A.

Потенциометр на 100 кОм (R3) и постоянный резистор на 1 МОм (R1) образуют стандартную регулируемую цепь смещения затвора.

Используйте вольтметр между стоком Q1 и заземлением цепи и отрегулируйте резистор R3. Вы увидите, что счетчик показывает 50% подаваемой мощности.

Вы можете выбрать любое значение для R2, ​​пока максимальный ток и номинальная мощность полевого транзистора не пересекаются.

При тестировании этой схемы рекомендуется выбрать любое значение от 22 до 100 Ом. Не забудьте включить радиатор при использовании больших токов.

Контроллер реле

Другая схема, показанная на рисунке выше, имеет силовой полевой транзистор (Q1), управляющий реле. Q1 работает как разомкнутый переключатель, когда применяется нулевое смещение затвора.

Однако, если на входные участки схемы подается постоянное напряжение более 5 В, Q1 будет включен. Это действие замыкает цепь реле, что приводит к срабатыванию катушки реле.

Вам потребуется менее 10 мкА входного тока смещения для срабатывания Q1 и срабатывания реле.

Требуемый ток в 1 миллион раз меньше, чем ток, необходимый для смещения знаменитого силового транзистора 2N3055 для срабатывания того же реле.

Бесконтактный переключатель

В нашей следующей схеме, представленной выше, мы обсудим чрезвычайно высокий входной импеданс и возможности регулирования мощности полевого транзистора для создания стандартного, но чувствительного датчика приближения и схемы управления сигнализацией.

Вы можете использовать печатную плату размером 3 x 3 дюйма или любую подходящую металлическую деталь, которая может работать как датчик. Это должно быть связано с воротами Q1.

Используйте резистор 100 МОм в качестве R2, который изолирует затвор Q1 от R1. Это действие позволяет входному импедансу оставаться чрезвычайно высоким.

Если резистор на 100 МОм недоступен, вы можете соединить пять резисторов на 22 МОм последовательно и использовать их как резистор R2. Полезно знать, что для повышения чувствительности просто увеличьте значение R2.

Потенциометр R1 настроен на точку, при которой пьезо-зуммер только начинает щелкать. Немедленно отступите немного назад до момента, когда зуммер перестанет издавать шум.

Проверка настройки резистора R1 поможет получить наилучшую настройку чувствительности схемы. Вы также можете установить резистор R1 в положение, при котором срабатывание должно быть подключено для срабатывания сигнализации.

В качестве альтернативы пьезоизлучателю вы можете использовать реле или другой компонент, отслеживающий ток, для управления любой внешней цепью.

Проблесковый маячок

Схема, показанная ниже, построена на основе двух мощных полевых транзисторов, которые настроены как типичный нестабильный мультивибратор для взаимозаменяемого включения и выключения пары ламп. Значения R/C, отображаемые в списке деталей, устанавливают частоту мигания около 0,333 Гц.

Изменяя одно из значений резистора или конденсатора, можно получить практически любую частоту мигания. Увеличьте значения либо C1 и C2, либо R1 и R2, чтобы уменьшить частоту мигания. Чтобы повысить скорость, просто уменьшите значения компонентов R/C.

Силовые полевые МОП-транзисторы не похожи ни на какие другие полупроводниковые устройства, поскольку их можно включать параллельно, не требуя устройств распределения тока, которые необходимы для регулирования больших токов нагрузки.

Это имеет решающее значение, когда такие устройства используются для включения ламп накаливания из-за морозостойкости лампы. Как правило, морозостойкость ниже, чем нормальная рабочая стойкость.

При использовании стандартной лампы #18151 от 12 до 14 В с сопротивлением около 6 Ом подается напряжение 12 В, начальный потребляемый ток близок к 2 А. При использовании той же лампы при напряжении 12 В требуется только 200 мА.

Известно, что в этом случае тепловое сопротивление как минимум в 10 раз превышает холодное сопротивление, или 60 Ом. Это знание жизненно важно при выборе любого полупроводникового компонента для управления лампой накаливания.

Генератор с переменной частотой (VFO)

Далее мы рассмотрим приведенную выше диаграмму, на которой силовой полевой транзистор установлен в выходном каскаде схемы звукового генератора с переменной частотой (VFO).

Эта схема VFO на полевых транзисторах может быть использована для тестирования звуковых тонов и превращена в типичный электронный музыкальный инструмент.

Например, несколько из них могут быть подключены параллельно друг другу, обладая индивидуально настроенными частотами. Используя только кнопочные переключатели, вы можете управлять питанием цепи, и у вас есть электронный орган.

U1-a и U1-b — два вентиля, соединенные в цепь VFO. Компоненты R1, R3 и C1 определяют частотный диапазон VFO.

Используя приведенные значения, выходной сигнал схемы может колебаться от нескольких сотен герц до нескольких тысяч герц, просто управляя резистором R3.

Самый простой способ изменить частотный диапазон генератора — применить различные значения емкости для C1. Требуемый диапазон частот можно выбрать с помощью поворотного переключателя, соединенного с несколькими конденсаторами.

Кассетный интерфейс

Хотя это и не актуально в современном мире, наша следующая схема ниже с двумя силовыми полевыми транзисторами (Q1 и Q2).

Они используются для создания основы интерфейсной схемы для подключения кассетного магнитофона к телефонной линии. Эта схема обеспечивает больше памяти для системы записи телефонных разговоров, которая часто переполняется из-за нежелательных коммерческих предложений.

После того, как интерфейсная схема развернута, вы должны нажать на кассетный магнитофон с длительным воспроизведением, нажать на переключатель записи и получить все входящие сообщения.

В качестве альтернативы, схема может функционировать как круглосуточный автоматический секретарь для записи всех входящих телефонных звонков.

Поскольку рабочее питание подается от самой телефонной линии, для этой цепи не требуется источник питания. Входящий сигнал подается по схеме мостового выпрямителя, состоящей из диодов D1-D4.

Если вы знакомы с процессом мостовых выпрямителей, то знаете, что мост гарантирует, что независимо от того, как схема полевого транзистора подключена к телефонным линиям, напряжение на стыке R1 и R3 всегда положительное.

Когда телефон не работает, напряжение на выходе моста (на стыке R1/R3) составляет около 48 В. Это напряжение подается через делитель напряжения, состоящий из R1 и R2.

Напряжение на соединении R1 и R2 подается на затвор Q1. Это действие включает его и позволяет снизить расход Q1 до минимума. Поскольку затвор Q2 подключен к стоку Q1, смещение, приложенное к затвору Q2, низкое, удерживая его в выключенном состоянии.

Когда автоответчик возвращается к вызову или трубка снимается, напряжение на телефонных линиях падает ниже 10 В, позволяя Q1 выключиться. На этом этапе напряжение на стоке Q1 начинает расти, что приводит к включению Q2.

Удаленный вход кассеты подключен к стоку и истоку Q2 через S1 и миниатюрную вилку, выбранную для соединения с гнездом удаленного входа.

Переключатель S1 должен быть установлен в такое положение, чтобы положительный вывод удаленного входа регистратора соединялся (через положение переключателя 1) со стоком Q2, а отрицательный вход с истоком Q2.

Переключатель S2 обеспечивает простой способ реверсирования триггерного выхода схемы без необходимости отпаивать и повторно припаивать выводы. Звук телефона подключается через С1, С2 и Т1 к микрофонному входу магнитолы.

Переключатель, активируемый звуком

В этой последней схеме, показанной на рисунке ниже, силовой полевой транзистор используется в качестве переключателя в цепи кассетного магнитофона, активируемого звуком.

Вы можете найти этот тип схем в проекте для автономной записи прерывистого шума или звуков дикой природы без непрерывной работы записывающего устройства.

Чувствительный электретный микрофон улавливает звук и подает сигнал на двухкаскадную схему усилителя, состоящую из U1-a и U1-b.

Выход усилителя U1-b подается на схему удвоителя напряжения (состоящую из D1, D2, C4 и C5). Выход удвоителя фактически является входом в вентиль Q1. Когда напряжение постоянного тока достигнет порогового уровня затвора, транзистор Q1 включится и запустит запись.

Внутренний или внешний микрофон кассеты можно использовать для записи стандартных уровней звука.

Однако для обнаружения слабых звуков необходимо использовать усиленный выходной сигнал для повышения уровня. Чувствительность схемы регулируется резистором R6, и вы можете поэкспериментировать с этим уровнем, чтобы получить наиболее оптимальное значение.

МОП-транзисторы идеально подходят для использования в высоковольтных цепях благодаря защите от пробоя вторичного напряжения, в отличие от обычного силового транзистора.

Вы также можете подключить любое количество полевых МОП-транзисторов в параллельном соединении, не прибегая к специальному согласующему резистору высокой мощности.

Высоковольтное зажигание на полевых транзисторах

На рисунке ниже показан шестигранный полевой транзистор IRF731, работающий в качестве сильноточного ключа в цепи зажигания высоковольтного генератора.

Пара вентилей шестнадцатеричного инвертирующего буфера 4049 (U1-a и U1-b) сконфигурирована как типичная схема генератора прямоугольных импульсов. На вывод 2 U1-b подается выход генератора прямоугольных импульсов (узкий положительный импульс).

Затем он подается на затвор (G) Q1 через комбинацию R/C (состоящую из R2 и C2), которая вызывает его включение и выключение с той же скоростью.

Ток быстрого переключения через первичную обмотку T1 превращается в высокое напряжение на вторичной обмотке T1’. Здесь необходимо проявлять крайнюю осторожность, и вы должны изолировать все прикрепленные части тела от выхода T1. Выход высокого напряжения T1 достаточно силен, чтобы хеджировать от выходной клеммы к одной или обеим первичным клеммам.

Если вам необходимо эксплуатировать высоковольтную цепь в течение длительного времени, не забывайте использовать радиатор с минимальной площадью ² для подключения к Q1.

В качестве альтернативы вы также можете использовать кусок алюминия. Эта схема FET может работать с входным напряжением до 16 В в течение короткого промежутка времени для более высоких выходных напряжений.

Что такое FET (полевой транзистор)?

Полевой транзистор (FET) представляет собой тип транзистора, который использует электрическое поле для управления током, протекающим через полупроводниковый канал. Полевые транзисторы широко используются в электронных схемах из-за их высокого входного сопротивления, низкого выходного сопротивления и высокого коэффициента усиления.

Как работает полевой транзистор (FET)?

Полевые транзисторы имеют три вывода: исток (S), сток (D) и затвор (G). Когда мы подаем напряжение на затвор, создается электрическое поле, которое либо притягивает, либо отталкивает носители заряда (электроны или дырки) в области канала. Притягиваются или отталкиваются носители заряда, зависит от полярности напряжения. Процесс подачи напряжения на затвор полевого транзистора управляет проводимостью канала и протеканием тока между выводами истока и стока.

Изображение MOSFET, подтипа FET. | Изображение: Shutterstock

Еще от этого экспертаЧто такое электрический заряд?

 

Характеристики полевого транзистора 

Устройство, управляемое напряжением

Полевой транзистор – это устройство, управляемое напряжением. Это означает, что его выходной ток контролируется напряжением, которое мы подаем на его клемму затвора.

 

Высокое входное сопротивление

Полевые транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление, что означает, что они не нагружают источник сигнала и могут использоваться в качестве буферных усилителей. Использование полевых транзисторов в качестве буферных усилителей может помочь предотвратить искажение сигнала и улучшить общее качество выходного сигнала схемы. Кроме того, полевые транзисторы энергоэффективны, что делает их привлекательным выбором для устройств с батарейным питанием.

 

Униполярное устройство

Полевые транзисторы являются униполярными устройствами, что означает, что они используют только один тип носителей заряда (электроны или дырки) для управления протеканием тока. Альтернативой монополярному устройству является биполярное устройство. В отличие от однополярного устройства, такого как полевой транзистор, биполярное устройство, такое как транзистор с биполярным переходом (BJT), использует как электроны, так и дырки для управления протеканием тока. Биполярные устройства имеют высокий коэффициент усиления по току и могут работать с более высокими уровнями мощности, что делает их подходящими для приложений с усилением мощности.

 

3 клеммы

Исток, сток и затвор — это три клеммы полевого транзистора. Исток и сток подключены к каналу, а затвор управляет протеканием тока через канал.

Соответствующие материалы Объяснение NMOS-транзисторов и PMOS-транзисторов

 

Проводимость канала

Мы можем контролировать проводимость канала в полевом транзисторе с помощью напряжения, подаваемого на затвор. В n-канальном полевом транзисторе положительное напряжение, приложенное к затвору, будет притягивать электроны к каналу и повышать его проводимость. В p-канальном полевом транзисторе отрицательное напряжение, приложенное к затвору, будет притягивать дырки к каналу и повышать его проводимость.

Произошла ошибка.

Невозможно выполнить JavaScript. Попробуйте посмотреть это видео на сайте www.youtube.com или включите JavaScript, если он отключен в вашем браузере.

Введение в полевые транзисторы (FET). | Видео: Neso Academy

 

Типы полевых транзисторов 

Соединительный полевой транзистор (JFET)

В JFET канал состоит из полупроводникового материала, и канал имеет две области на каждом конце. Они известны как клеммы источника и стока. Ворота представляют собой PN-переход, который формируется перпендикулярно каналу. Клемма затвора смещена в обратном направлении. Это создает область истощения, которая контролирует ширину канала. Когда мы подаем напряжение на затвор, обедненная область расширяется, тем самым уменьшая ширину канала и ток, протекающий через него.

 

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET)

Подобно JFET, в MOSFET канал также образован полупроводниковым материалом и имеет две области на каждом конце, известные как клеммы истока и стока. Однако в МОП-транзисторах затвор отделен от канала тонким изолирующим слоем, который обычно состоит из диоксида кремния. Как только на затвор подается напряжение, создается электрическое поле, которое притягивает или отталкивает носители заряда в канале в зависимости от полярности напряжения. Этот процесс управляет шириной канала и протеканием тока между выводами истока и стока.

МОП-транзисторы можно разделить на два подтипа: МОП-транзисторы с режимом улучшения и с режимом истощения.

 

МОП-транзисторы в режиме расширения

В полевых МОП-транзисторах в режиме расширения канал обычно закрыт, и для его включения необходимо подать положительное напряжение на затвор.

 

МОП-транзисторы с режимом истощения

В МОП-транзисторах с режимом истощения канал обычно включен, и для его выключения необходимо подать отрицательное напряжение на затвор.

 

Преимущества использования полевых транзисторов 

Полевые транзисторы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами транзисторов, что делает их популярными в различных электронных приложениях.

• Высокий входной импеданс : Полевые транзисторы имеют очень высокий входной импеданс, что означает, что мы можем использовать их для буферизации и усиления сигналов, не загружая источник сигнала. В результате полевые транзисторы идеально подходят для использования в предусилителях, смесителях и других схемах обработки сигналов.
• Низкий уровень шума : Полевые транзисторы имеют низкий уровень шума, что означает, что мы можем использовать их в малошумящих усилителях и других устройствах, где шум является проблемой.
• Низкое энергопотребление : Для работы полевых транзисторов требуется очень мало энергии, поэтому они идеально подходят для устройств с батарейным питанием и других приложений с низким энергопотреблением.
• Высокая скорость переключения : Полевые транзисторы имеют очень высокую скорость переключения, что делает их идеальными для использования в цифровых схемах, импульсных источниках питания и других высокочастотных устройствах.
• Температурная стабильность : Полевые транзисторы обладают превосходной температурной стабильностью, что означает, что их характеристики остаются стабильными в широком диапазоне температур.
• Способность работать с высоким напряжением : Полевые транзисторы могут работать с высоким напряжением, что делает их подходящими для использования в высоковольтных цепях, таких как усилители мощности и источники питания.

Еще из словаря Built In Tech Что такое ЭМИ?

 

Недостатки использования полевого транзистора 

Несмотря на свои преимущества, полевые транзисторы все же имеют некоторые недостатки, которые следует учитывать при проектировании электронных схем.

• Чувствительность к статическому электричеству : Полевые транзисторы чувствительны к статическому электричеству, которое может повредить устройство при обращении или сборке.
• Высокая входная емкость : Полевые транзисторы имеют высокую входную емкость, что может ограничивать их полосу пропускания и скорость в определенных приложениях, таких как высокочастотные усилители или схемы, где входная емкость полевых транзисторов может ограничивать полосу пропускания схемы.
• Температурная зависимость : хотя полевые транзисторы обладают хорошей температурной стабильностью, на их характеристики все же могут влиять изменения температуры, особенно в приложениях с большой мощностью, таких как источники питания, где полевые транзисторы подвергаются высоким уровням тока и рассеиваемой мощности.
• Более низкий коэффициент усиления, чем у биполярных транзисторов : Полевые транзисторы имеют более низкий коэффициент усиления, чем биполярные транзисторы.