Полевые транзисторы разновидности

June 26, 2010 by admin Комментировать »

Типы полевых транзисторов гораздо более разнообразны, чем биполярных (к полевым, кстати, и принадлежал самый Первый прототип транзистора, изо­бретенный Шокли еще в 1946 году). Только основных разновидностей суще­ствует более десятка, но всем им присущи общие черты, которые мы сейчас кратко и рассмотрим.

Простейший полевой транзистор с /2-«-переходом показан на рис. 6.10, а— в данном случае с «-каналом. Аналогичные базе, коллектору и эмиттеру выво­ды называются затвор, сток и исток. Если потенциал затвора равен потенциа­лу истока (то есть имеется в виду аналог замыкания цепи база-эмиттер у би­полярного), то, в отличие от биполярного, полевой транзистор с р-п-переходом открыт. Но есть и еще одно существенное отличие — если бипо­лярный транзистор при полном открывании имеет почти нулевое сопротив­ление цепи коллектор-эмиттер, то полевой в этих условиях работает доволь­но стабильным источником тока: ток в цепи истока почти не зависит от напряжения на стоке. Сама величина тока зависит от конкретного экземпляра транзистора и называется начальный ток стока. Запереть его удается пода­чей отрицательного (порядка 7—10 В) напряжения на затвор относительно истока, а в промежутке полевик с w-каналом находится в активном режиме, когда ток стока зависит от напряжения на затворе.

clip_image002

Рис. 6.10. Полевые транзисторы: а — включение полевого транзистора с р-п-переходом и п-каналом; б — полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET) в режиме ключа; в — внутренняя структура IGBT-транзистора

Уникальной особенностью полевого транзистора является то, что в рабочем режиме он фактически не потребляет тока по входу затвора — достаточно иметь соответствующий потенциал, ведь диод затвор-исток в рабочем режи­ме смещен в обратном направлении и ток через него определяется только токами утечки, которые равны нано- и микроамперам, как говорилось ранее! В этом отношении полевой транзистор аналогичен электронной лампе. А ес­ли мы сместим этот переход в положительном направлении (когда потенциал затвора превысит потенциал истока и диод затвор-исток откроется), то поле­вой транзистор с /2-«-переходом уже перестанет работать как транзистор.

В различных типах полевых транзисторов с изолированным затвором (т. н. МОП-транзисторах, от «металл-окисел-полупроводник» или, по-английски, ‘ MOS, иначе их называют MOSFET), последний вообще изолирован от цепи сток-исток тонким слоем окисла кремния Si02, и там в принципе нет и не может быть никакого тока через цепь затвора. Правда, когда на затвор пода­ется переменное напряжение или короткий импульс, в дело вступает конден­сатор, образованный затвором и истоком. Как следует из главы 5, перезаряд этого конденсатора (его емкость может составлять десятки пикофарад) мо­жет приводить к значительному реактивному току в цепи затвора. На подоб­ных транзисторах построены практически все современные логические мик­росхемы, отличающиеся практически нулевым потреблением тока в статическом режиме (см. главу 15).

Старые образцы MOSFET-транзисторов с «-каналом (например, отечествен­ные КП305, КПЗ 13) требовали для полного запирания небольшого отрица­тельного смещения на затворе относительно истока (порядка 0,5—0,8 В). Со­временные MOSFET-транзисторы (рис. 6.10,6) управляются аналогично биполярному в схеме с общим эмиттером — при нулевом напряжении на за­творе относительно истока транзистор заперт, при положительном напряже­нии порядка 8—20 В — полностью открыт, причем в открытом состоянии он представляет собой крайне малое сопротивление — у некоторых типов менее 0,01 Ом. Такие транзисторы выпускаются на мощности от единиц до сотен ватт и используются, например, для управления шаговыми двигателями или в импульсных источниках питания.

Вообще полевики гораздо ближе к той модели транзистора, когда проме­жуток коллектор-эмиттер или сток-исток представляются, как управляемое сопротивление — у полевых транзисторбв это действительно сопротивле­ние. Условно говоря, со схемотехнической точки зрения биполярные тран­зисторы являются приборами для усиления тока, а полевые — для усиления напряжения.

Приведенные нами примеры не исчерпывают разнообразия типов полевых транзисторов. Например, т. н. ЮВТ-транзисторы (Insulated Gate Bipolar Transistors— биполярный транзистор с изолированным затвором), появив­шиеся в 1980-е годы, объединяют в себе полевую и биполярную структуры, отчего управляющий электрод в них зовется, как и в полевых, затвором, а два других, аналогично биполярным, — коллектором и эмиттером. На самом де­ле ЮВТ-транзистор представляет собой довольно сложную полупроводнико­вую структуру (рис. 6.10, в), с положительной обратной связью между разно-полярными «обычными» транзисторами и с управлением от полевого (ср. со структурой однопереходного транзистора на рис. 10.3).

ЮВТ-транзисторы используются в качестве мощных ключей (десятки-сотни ампер при напряжениях более 1000 вольт). Управляются они положительным напряжением на затвор? относительно эмиттера, причем у некоторых типов насыщение наступает уже при подаче 2,7—4 В на затвор, и такие транзисто­ры могут управляться непосредственно от логических схем. Платой за такую роскошь является довольно высокое напряжение насыщения между коллек­тором и эмиттером, характерное для биполярных транзисторов — от 1 В для относительно маломощных приборов (единицы ампер) до 2—3 В для более мощных (десятки и сотни ампер).

1 комментарий

  1. Иван says:

    “ЮВТ-транзисторы”…..
    бред
    это должны быть IGBT

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты