Ключевой режим работы полевого транзистора

Ключевой режим работы полевого транзистора

Применение полевого транзистора в качестве ключа. (10+)

Полевой транзистор — силовой ключ

Материал является пояснением и дополнением к статье:
Полевой транзистор
Полевой транзистор. Определение. Обозначение. Классификация

Как я уже писал полевой транзистор, как усилительный элемент никуда не годится. Но есть область, для которой полевые транзисторы подходят практически идеально. Это силовые устройства, где необходимо замыкать и размыкать силовые цепи постоянного тока. Это импульсные источники питания, регуляторы мощности потребителей постоянного тока, автоматика.

Полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление постоянному току, что является неоспоримым преимуществом при относительно редком переключении. Расход энергии на управление полевиком в этом случае минимален. Если переключаться надо часто, то в дело вступают емкости затвор — исток и затвор — сток. На их зарядку нужно тратить энергию. Так что по мере роста частоты переключений расход энергии растет, и у полевого транзистора появляются конкуренты, например, биполярные. Но есть еще одно ключевое преимущество — отрицательный температурный коэффициент при большом токе нагрузки. Этот эффект проявляется в том, что по мере нагрева при большом токе стока сопротивление полевого транзистора нарастает. С одной стороны это позволяет соединять полевые транзисторы параллельно без всяких проблем. Токи в них быстро выравниваются самостоятельно, без всякого нашего участия. С другой стороны цельный мощный полевой транзистор можно представить, как соединенные параллельно маломощные (такие полосочки токопроводящего канала полевика). Сила тока в этих полосочках при прогреве выравнивается, так что полевой транзистор проводит ток по всему сечению канала равномерно. Это обуславливает способность полевых транзисторов работать при больших токах. Например, биполярный транзистор имеет положительный температурный коэффициент. Если в какой-то части кристалла появляется большая проводимость, чем вокруг, то это место прогревается сильнее, туда устремляется все больший ток. Итак до прогорания.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Управляющее напряжение мощного ключа на полевом транзисторе

Чтобы минимизировать потери силового ключа на электропроводимость, необходимо, чтобы падение напряжения на открытом ключе было минимальным. Для этого нужно правильно выбрать открывающее напряжение. Тут есть некоторая путаница, которая нередко является причиной ошибок. Нам необходим режим, когда падение напряжения на силовом ключе зависит только от внешних причин (силы тока через него), а не от напряжения на затворе. Похожий режим у биполярного транзистора (когда ток базы столь велик, что падение напряжения на транзисторе уже не зависит от него), называется режимом насыщения. Но если Вы посмотрите описание работы полевого транзистора, такой режим будет соответствовать линейному участку, а вовсе не участку насыщения.

На этом участке сопротивление полевого транзистора (fet) обратно пропорционально управляющему напряжению. Так что теоретически, чем больше управляющее напряжение, тем меньше сопротивление, а значит потери. Однако, есть предельно допустимое напряжение затвор — исток, которое никак нельзя превышать во избежание пробоя. Так что обычно управляющее напряжение силового ключа выбирается вблизи предельно допустимого, но с запасом на скачки вследствие переходных процессов. Имеет смысл выбирать управляющее напряжение 3 / 4 от максимально допустимого.

Потери на проводимость полевого транзисторного ключа

Оценим потери на силовом ключе в открытом состоянии (потери на проводимость). Все эти потери рассеиваются силовым ключом в виде тепловой мощности. В справочнике по мощному полевому транзистору Вы найдете сопротивление сток — исток в открытом состоянии (RDS(ON)). В комментарии к этой величине приводится режим измерения, а именно управляющее напряжение и ток стока. Мы всегда будем выбирать управляющее напряжение выше или равное приведенному в режиме измерения. Так что потери можно оценить сверху по формуле:

[Потери на проводимость, Вт] = [Время в открытом состоянии, с] / ([Время в открытом состоянии, с] + [Время в закрытом состоянии, с]) * [Сопротивление сток — исток в открытом состоянии, Ом] * [Сила тока в открытом состоянии, А] ^ 2

Обратите внимание, в формуле используется сила тока в открытом состоянии, а не средняя сила тока. Так как зависимость мощности от силы тока квадратичная, то простое усреднение неприменимо. Полученная величина в сумме с потерями на переключение не должна превышать максимально допустимую рассеиваемую мощность полевого транзистора с учетом системы его охлаждения. В справочниках приводится максимальная мощность при условии идеального охлаждения. Чтобы точно оценить достаточность мощности силового транзистора, нужно рассчитать потери на переключение. Об этом будет отдельная статья. Подпишитесь на новости, чтобы не пропустить.

Кроме того, нам важно знать максимально допустимый импульсный ток и максимально допустимую периодически выделяемую энергию. Действительно, если у Вас транзистор открывается на очень короткое время, то средняя рассеиваемая мощность будет невелика, но импульсный ток может превысить допустимые значения. Если время в открытом состоянии среднее, то и мощность и максимально допустимый импульсный ток могут быть в норме, но может зашкалить импульсно выделенная энергия.

[Выделенная энергия, Дж] = [Время в открытом состоянии, с] * [Сопротивление сток — исток в открытом состоянии, Ом] * [Сила тока в открытом состоянии, А] ^ 2

Вообще эти расчеты довольно замысловатые. Я обычно, если нет каких-то особых требований по габаритам устройства и применяемым элементам, применяю простое соображение. Средний ток не должен превышать максимально допустимый постоянный ток в открытом состоянии, а максимально возможный импульсный ток не должен превышать удвоенную эту величину.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Я собрал уже вторую схему Алмаг 1. При включении выходные ирф640 мгновенно сильно нагреваются под нагрузкой катушек магнитов. Без катушек нагрева нет, а в телефоне поставленном вместо магнита слышен низкочастотный треск работающего генератора. В деталях и монтаже брака не обнаружил. Пожалуйста объясните в чем может быть причина и как устранить устранить нагрев. Первый вариан Читать ответ.

Плавная регулировка, изменение яркости свечения светодиодов. Регулятор.
Плавное управление яркостью свечения светодиодов. Схема устройства с питанием ка.

Зарядное устройство. Импульсный автомобильный зарядник. Зарядка аккуму.
Схема импульсного зарядного устройства. Расчет на разные напряжения и токи.

Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида.
Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при.

Пушпульный импульсный преобразователь напряжения, источник питания. Вы.
Как выбрать частоту работы контроллера и скважность для пуш-пульного преобразова.

Оптроны, оптопары тиристорные, динисторные. MOC3061, MOC3062, MOC3063.
Описание и параметры MOC3061, MOC3062, MOC3063. Применение в тиристорных схемах .

Обратноходовый импульсный преобразователь напряжения, источник питания.
Как сконструировать обратноходовый импульсный преобразователь. Как выбрать часто.

Источник: gyrator.ru

Режимы работы и схемы включения полевых транзисторов

Анализируя возможность использования полевых транзисторов для усиления электрических сигналов мы ограничивались только одним частным случаем подачи на электроды транзистора определенных напряжений и не рассматривали некоторые достаточно важные физические процессы в полупроводниках. Но помимо уже описанной ситуации возможны и другие, приводящие, например, к протеканию в канале тока не от истока к стоку, а наоборот — от стока к истоку и т.п.

В общем случае для полевого транзистора, так же как и для биполярного, возможны различные устойчивые состояния (режимы работы). Они отличаются друг от друга тем, в каком состоянии находится канал, соединяющий исток и сток транзистора, а также направлением тока, протекающего в канале. В полевых транзисторах дополнительно принято классифицировать также режим воздействия затвора на канал (стимулирует или подавляет протекание тока в нем).

Ниже при описании режимов работы полевых транзисторов мы применим ту же терминологию, какая используется для биполярных транзисторов. Однако следует понимать, что в полевых транзисторах физические процессы протекают иначе и зачастую нельзя однозначно утверждать, что транзистор находится в таком-то режиме без некоторых уточнений. Например, в нашей транскрипции активный режим и режим насыщения могут существовать одновременно независимо друг от друга.

Активный режим — соответствует случаям, рассмотренным при анализе усилительных свойств полевых транзисторов. Именно в активном режиме транзистор наилучшим образом проявляет свои усилительные свойства. Часто такой режим называюют основным, усилительным или нормальным (на усилительные свойства полевого транзистора также оказывает влияние состояние канала, а именно находится ли он в режиме насыщения — см. ниже). При рассмотрении полевых транзисторов мы практически всегда (за исключением ключевых схем) имеем дело с активным режимом, но здесь имеется одна тонкость, о которой также часто говорят как о режиме работы транзистора (или как о режиме работы затвора). В различных видах полевых транзисторов и при различных внешних напряжениях затвор может оказывать два вида воздействий на канал: в первом случае (например, в полевых транзисторах с управляющим (p)-(n)-переходом при напряжениях на электродах, соответствующих рис. 2-1.5) он препятствует протеканию тока через канал, уменьшая число носителей зарядов, проходящих через него (такой режим называют режимом обеднения канала), во втором случае (например, в МДП-транзисторах с индуцированным каналом, включенных в соответствии с рис. 2-1.7) затвор, наоборот, стимулирует протекание тока через канал, увеличивая число носителей зарядов в потоке (режим обогащения канала). Часто просто говорят о режиме обеднения и режиме обогащения. Заметим, что МДП-транзисторы с индуцированным каналом могут находиться в активном режиме только в случае режима обогащения канала, а для МДП-транзисторов со встроенным каналом это может быть и режим обогащения, и режим обеднения. В полевых транзисторах с управляющим (p)-(n)-переходом попытка приложить прямое смещение на этот переход вызывает его открытие и протекание существенного тока в цепи затвора. Реальные процессы в транзисторе в этом случае сильно зависят от его конструкции, практически никогда не документируются и трудно предсказуемы. Поэтому говорить о режиме обогащения для полевых транзисторов с управляющим переходом не принято да и просто бессмысленно.

Читать еще:  Кто должен менять электросчетчики в подъезде

Инверсный режим — по процессам в канале противоположен активному режиму, т.е. поток носителей зарядов в канале протекает не от истока к стоку, а наоборот — от стока к истоку. Для инверсного режима требуется только изменение полярности напряжения на канале, полярность напряжения на затворе остается неизменной. В таком режиме транзистор также может использоваться для усиления. Обычно из-за конструктивных различий между областями стока и истока усилительные свойства транзистора в инверсном режиме проявляются хуже, чем в режиме активном. Впрочем, в некоторых видах МДП-транзисторов конструктивная ассиметрия минимальна, что приводит к симметричности выходных статических характеристик такого транзистора относительно изменения полярности напряжения сток—исток. Данный режим практически никогда не используется в усилительных схемах, но для аналоговых переключателей на полевых транзисторах он оказывается полезен. Однако здесь есть одна ловушка, в которую довольно легко попасть начинающему. Дело в том, что в большинстве МДП-транзисторов (особенно в мощных) производители соединяют подложку с истоком внутри корпуса прибора, что фактически означает, что в этих транзисторах между истоком и стоком имеется диод который не позволяет подавать на переход исток—сток инверсное напряжение, превышающее прямое падение напряжения на этом диоде, т.е. инверсный режим в таком транзисторе попросту невозможен. Вообще, в случае полевых транзисторов о режиме работы вспоминают гораздо реже, чем для биполярных. Дело здесь в том, что каждый конкретный тип полевого транзистора имеет конструкцию строго ориентированную на выполнение какой-то конкретной функции (усиление слабых сигналов, ключ и т.п.), все документируемые параметры транзистора в этом случае характеризуют его работу именно в основном режиме при выполнении предназначенной функции. Поэтому имеет смысл говорить просто о нормальном режиме работы, когда все соответствует документации, или о ненормальном, который в документации просто не предусмотрен (да и вряд ли кому-то понадобиться использовать его в схемах).

Режим насыщения — характеризует состояние не всего транзистора в целом, как это было для биполярных приборов, а только токопроводящего канала между истоком и стоком. Данный режим соответствует насыщению канала основными носителями зарядов. Такое явление как насыщение является одним из важнейших физических свойств полупроводников. Оказывается, что при приложении внешнего напряжения к полупроводниковому каналу, ток в нем линейно зависит от этого напряжения лишь до определенного предела (напряжение насыщения), а по достижении этого предела стабилизируется и остается практически неизменным вплоть до пробоя структуры. В приложении к полевым транзисторам это означает, что при превышении напряжением сток—исток некоторого порогового уровня оно перестает влиять на ток в цепи. Если для биполярных транзисторов режим насыщения означал полную потерю усилительных свойств, то для полевых это не так. Здесь наоборот, насыщение канала приводит к повышению коэффициента усиления и уменьшению нелинейных искажений. До достижения напряжением сток—исток уровня насыщения ток через канал линейно увеличивается с ростом напряжения (т.е. ведет себя так же, как и в обычном резисторе). Автору неизвестно какого-либо устоявшегося названия для такого состояния полевого транзистора (когда ток через канал идет, но канал ненасыщен), будем называть его режимом ненасыщенного канала (он находит применение в аналоговых ключах на полевых транзисторах). Режим насыщения канала обычно является нормальным при включении полевого транзистора в усилительные цепи, поэтому в дальнейшем при рассмотрении работы транзисторов в схемах мы не будем делать особого акцента на этом, подразумевая, что между стоком и истоком транзистора присутствует напряжение, достаточное для насыщения канала.

Режим отсечки — режим, в котором ток через канал полевого транзистора не протекает. Переход полевого транзистора в режим отсечки происходит по достижении напряжением на затворе определенного порога (напряжение отсечки). В полевых транзисторах с управляющим (p)-(n)-переходом это имеет место при постепенном увеличении обратного смещения на перереходе, а в МДП-транзисторах со встроенным каналом при увеличении разности потенциалов между истоком и затвором при условии работы в режиме обеднения канала. В МДП-транзисторах с индуцированным каналом режим отсечки имеет место при нулевой разности напряжений между истоком и затвором, а по достижении напряжения отсечки (или порогового напряжения) канал открывается. Поскольку выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю, он используется в ключевых схемах и соответвует размыканию транзисторного ключа.

Помимо режима работы для эксплуатации полевых транзисторов имеет значение то, каким образом транзистор включен в каскад усиления (как поданы питающие напряжения на его электроды, в какие цепи включены нагрузка и источник сигнала). Так же как и для биполярных транзисторов, здесь различают три основных способа (рис. 2-1.8): схема с общим истоком (ОИ), схема с общим стоком (ОС) и схема с общим затвором (ОЗ).

Рис. 2-1.8. Схемы включения полевых транзисторов (направления токов соответствуют активному режиму работы)

Для полевых транзисторов полностью сохраняется понятие класса усиления в том же виде, в каком оно описано в подразделе Классы усиления для биполярных транзисторов. Отличие лишь в том, что критерием нахождения транзистора в режиме усиления здесь служит наличие потока зарядов через канал от истока к стоку.

Источник: www.club155.ru

Транзистор полевой

В современной цифровой электронике, транзисторы работают, как правило — в ключевом (импульсном) режиме: открыт-закрыт. Для таких режимов оптимально подходят – полевые транзисторы. Название «полевой» происходит от «электрическое поле». Это значит, что они управляются полем, которое образует напряжение, приложенное к управляющему электроду. Другое их название – униполярный транзистор. Так подчеркивается, что используются только одного типа носители заряда (электроны или дырки), в отличии от классического биполярного транзистора. «Полевики» по типу проводимости канала и типу носителей бывают двух видов: n-канальный – носители электроны и p-канальный – носители дырки. Транзистор имеет три вывода: исток, сток, затвор.

исток (source) — электрод, из которого в канал входят (истекают) носители заряда, источник носителей. В традиционной схеме включения, цепь истока n-канального транзистора подключается к минусу питания, p-канального — к плюсу питания.

сток (drain) — электрод, через который из канала выходят (стекают) носители заряда. В традиционной схеме включения, цепь стока n-канального транзистора подключается к плюсу питания, p-канального — к минусу питания.

затвор (gate) — управляющий электрод, регулирует поперечное сечения канала и соответственно ток протекающий через канал. Управление происходит напряжением между затвором и истоком – Vgs.

Полевые транзисторы бывают двух основных видов: с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором. С изолированным затвором делятся на: с встроенным и индуцированным каналом. На рис.1 изображены типы полевых транзисторов и их обозначения на схемах.

Рис.1. Типы полевых транзисторов и их схематическое обозначение.

«Полевик» с изолированным затвором и индуцированным каналом

Нас интересуют транзисторы Q5 и Q6. Именно они используются в цифровой и силовой электронике. Это полевые транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом. Их называют МОП (метал-оксид-полупроводник) или МДП (метал-диэлектрик-полупроводник) транзисторами. Английское название MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Таким названием подчеркивается, что затвор отделен слоем диэлектрика от проводящего канала. Жаргонные названия: «полевик», «мосфет», «ключ».

Читать еще:  Духовой шкаф электрический мощность квт

Индуцированный канал — означает, что проводимость в нем появляется, канал индуцируется носителями (открывается транзистор) только при подаче напряжения на затвор. В отличии от транзисторов Q3 и Q4 которые тоже МОП транзисторы, но со встроеным каналом, канал всегда открыт, даже при нулевом напряжении на затворе. Схематически, разница между этими двумя типами транзисторов на схемах обозначается сплошной (встроенный) или пунктирной (индуцированный) линией канала. Другое название индуцированного канала – обогащенный, встроенного – обеднённый.

Обратный диод

Технология изготовления МОП транзисторов такова, что образуются некоторые паразитные элементы, в частности биполярный транзистор, включенный параллельно силовым выводам. См. рис.2. Он оказывает негативное влияние на характеристики транзистора, поэтому технологической перемычкой замыкают вывод истока с подложкой (замыкают переход: база-эмиттер, паразитного транзистора), а оставшийся переход: коллектор-база, образует диод, включенный параллельно стоку-истоку, в направлении обратном протеканию тока (в классической схеме включения). Параметры этого диода производители уже могут контролировать, поэтому он не оказывает существенного влияния на работу транзистора. И даже наоборот, его наличие специально используется в некоторых схематических решениях.

Именно этот диод (стабилитрон) обозначается на схематическом изображении МОП транзистора, а технологическая перемычка показана стрелкой соединенной с истоком. Существуют и транзисторы без технологической перемычки, на их условном обозначения нет стрелкой.

В зависимости от модели транзистора, диод может быть, как и штатный – паразитный, низкочастотный, так и специально добавленный, с заданными характеристиками (высокочастотный или стабилитрон). Это указывается в документации к транзистору.

Рис.2. Паразитные элементы в составе полевого транзистора.

Основные преимущества MOSFET

  • меньшее потребление, высокий КПД. Транзисторы управляются напряжением, и в статике не потребляют ток управления.
  • простая схема управления.Схемы управления напряжением более просты, чем схемы управления током.
  • высокая скорость переключения.Отсутствуют неосновные носители. Следовательно не тратится время на их рассасывание. Частота работы сотни и тысячи килогерц
  • повышеная теплоустойчивость. С ростом температуры растет сопротивление канала, следовательно понижается ток, а это приводит к понижению температуры. Происходит саморегуляция.

Основные характеристики MOSFET

  • Vds(max) – максимальное напряжение сток-исток в закрытом состоянии транзистора
  • Rds(on) – активное сопротивление канала в открытом состоянии транзистора. Этот параметр указывают для определенных значений Vgs 10В или 4.5В или 2.5 В при которых сопротивление становится минимальным.
  • Vgs(th) – пороговое напряжение при котором транзистор начнет открываться.
  • Ids – максимальный постоянный ток через транзистор.
  • Ids(Imp) – импульсный (кратковременный) ток, который выдерживает транзистор.
  • Ciss, Crss, Coss – емкость затвор-исток (input), затвор-сток (reverse), сток-исток(output).
  • Qg – заряд который необходимо передать затвору для переключения.
  • Vgs(max) – максимальное допустимое напряжение затвор-исток.
  • t(on), t(of) – время переключения транзистора.
  • характеристики обратного диода сток-исток ( максимальный ток, падение напряжения, время восстановление)

Что еще нужно знать про полевой транзистор?

P-канальные транзисторы имеют хуже характеристики чем N-канальные. Меньше рабочая частота, больше сопротивление, больше площадь кристалла. Они реже используются и выпускаются в меньшем ассортименте.

МОП транзистор — потенциальный прибор и управляется напряжением (потенциалом), затвор отделен слоем диэлектрика , по сути это конденсатор и через него не протекает постоянный ток, поэтому он не потребляет ток управления в статике, но во время переключения требуется приличный ток для заряда-разряда емкости.

МОП транзистор имеет хоть и не большое, но активное сопротивление в открытом состоянии Rds. Это сопротивление уменьшается с ростом отпирающего напряжения и становится минимальным при определенном напряжении затвор-исток, 4.5В или 10В. По сути – это резистор, сопротивление которого управляется напряжением Vgs.

Vgs – управляющее напряжение, Vg-Vs. Если измерять относительно общего минуса, то: для n канального Vgs>0, для p канального Vgs

Схема включения MOSFET

Традиционная, классическая схема включения «мосфет», работающего в режиме ключа (открыт-закрыт), приведена на рис 3. Это схема, с общим истоком. Она наиболее распространена, легка в реализации и имеет самый простой способ управления транзистором.

Нагрузку включают в цепь стока. Встроенный диод, оказывается включенным в обратном направлении и ток через него не протекает.

Для n-канального: исток на землю, сток через нагрузку к плюсу. Тогда для его открытия, на затвор нужно подать положительное напряжение, подтянуть к плюсу питания. При работе от ШИМ (широтно импульсный модулятор), открывать его будет положительный импульс.

Для p-канального: исток на плюс питания, сток через нагрузку на землю. Тогда для его открытия, на затвор нужно подать отрицательное напряжение, подтянуть к минусу питания (земле). При управлении от ШИМ, открывающим будет – отрицательный импульс (отсутствие импульса).

Рис. 3. Классическая схема включения MOSFET в ключевом режиме.

МОП транзистор, в открытом состоянии, будет пропускать ток как от истока к стоку, так и от стока к истоку. Также и нагрузку можно включать как в цепь стока, так и истока. Но при «нестандартном» включении, усложняется управление транзистором, так для n-канального может потребоваться, напряжение выше питания, а для p-канального – отрицательное напряжение ниже земли (двухполярное питание).

МОП транзис торы, используемые в цифровой электронике, делятся на два типа.

  1. Мощные силовые – используются в импульсных преобразователях напряжения и в цепях питания.
  2. Транзисторы логического уровня – используются как ключи, коммутируют различные сигналы и управляются микросхемами.

Транзисторы бывают в разных корпусах, с разным количеством выводов, часто в одном корпусе объединяют два транзистора.

Другие популярные статьи

MacBook не включается. Что делать?

Читателей за год: 9213

Пожалуй одна из самых распространенных неисправностей, заявленная клиентами при сдаче в ремонт своего MacBook — не включается. В этой заметке рассмотрим следующие вопросы.

Типовые неисправности MacBook Pro A1398

Читателей за год: 8519

МасBook Pro Retina A1398 появился в середине 2012 года. С 2012 года было выпущено 5 платформ A1398 и с десяток комплектаций. К сожалению, все модели имеют типовые неисправности.

Проблемы с видео в MacBook и их лечение

Читателей за год: 6744

В нашу мастерскую часто попадают MacBook’и с неисправностью графического процессора (он же видеокарта, видеоускоритель, видеочип). Некоторые проблемы решаются софтовым путем — настройка или переустановка системы. В большинство же случаев требуются вмешательство на уровне «железа» — компонентный ремонт — замена чипа на паяльной станции.

Оставить комментарий

Что делать если Mac не включается? (видео) Новое в блоге Поломки iMac. Часть 4. Неисправность видеокарты iMac 10 октября 2019 г. Цены на iPhone резко растут, говорят аналитики. Или нет? 7 октября 2019 г. В США и ЕС запретили перевозить в самолётах MacBook Pro 2015 года из-за дефекта батареи 27 сентября 2019 г. Список расширенных программ замены и ремонта MacBook от Apple 24 сентября 2019 г. MacBook не грузится дальше «яблока» после обновления macOS Mojave 10.14.5 7 июня 2019 г. Проверить статус заказа

Введите номер телефона, указанный в заказе:

Источник: www.macmachine.ru

Полевые транзисторы: описание, режимы работы

Полевые транзисторы – это активные полупроводниковые элементы, в которых управление выходным током осуществляется при помощи изменения электрического поля. В обычных, биполярных, транзисторах управление происходит с помощью входного тока. Полевые транзисторы также называются униполярными, потому что в процессе прохождения электрического тока принимает участие всего один тип носителей. Существует два типа полевых транзисторов: с изолированным затвором (в свою очередь, они делятся на приборы с встроенным и с индукционным каналом) и с управляемым переходом.

Описание и параметры

Полевые транзисторы состоят из истока (источника носителей тока), затвора (управляющего электрода), стока (электрода, в который стекаются носители). Затвор — это вывод полевого полупроводникового прибора, к которому подведено управляющее напряжение. Исток – это электрод, который предназначен для передачи в транзистор от устройства электропитания носителей заряда. Сток – вывод прибора, через который заряд покидает транзистор. Канал полевого транзистора – это область полупроводникового прибора, в которой происходит перемещение носителей заряда. Такие каналы бывают с электронной и дырочной проводимостью. Полевые транзисторы имеют следующие основные параметры:

— входное сопротивление — это отношение приращения разницы потенциалов «затвор – исток» к приращению тока в затворе;

— внутренне (выходное) сопротивление элемента – отношение приращения разницы потенциалов «сток — исток» к приращению величины тока в истоке при заданном значении напряжения «затвор — исток»;

— крутизна стокозатворной характеристики – отношение приращения величины тока в стоке к приращению разницы потенциалов «затвор — исток» при неизменном значении напряжения «сток — исток».

Читать еще:  Кованые лавочки на кладбище

Ключевой режим работы транзистора

Ключевым считают такой режим работы полупроводникового прибора, при котором транзистор будет или полностью открыт, или полностью закрыт, промежуточные состояния отсутствуют. Мощность, выделяемая в элементе (статический режим), равна произведению протекающего через электроды «сток — исток» тока и разницы потенциалов между этими контактами. В режиме полного открытия (насыщения) полевого транзистора величина сопротивления между электродами «сток — исток» приближается к нулю. Значение мощности потерь в таком состоянии представляет собой произведение нуля на величину тока, и в результате мощность тоже равна нулю. В режиме полного закрытия прибора (режим отсечки) сопротивление между контактами «сток — исток» стремится к бесконечности. Значение мощности потерь в таком состоянии представляет собой произведение значения напряжения на нуль, в результате мощность снова равна нулю. Это в теории, а на практике, когда полупроводниковый полевой транзистор находится в полностью открытом состоянии, в приборе присутствует незначительное значение сопротивления «сток — исток». В закрытом же состоянии по электродам «сток — исток» протекают незначительные токи. В результате значение мощности потерь не равно нулю, но является ничтожно малым. В динамическом (переходном) режиме рабочая точка транзистора пересекает линейную область, значения тока в которой составляет половину максимальной величины тока стока; значение разницы потенциалов «сток — исток» также достигает половины величины максимального напряжения. Получается, что в переходном режиме транзистором выделяется значительная мощность потерь. Но длительность этого процесса намного меньше, чем длительность статического режима. Соответственно, КПД каскада полевого транзистора, находящегося в ключевом режиме, очень высок – 93/98 процентов. Приборы, которые работают в ключевом режиме, широко применяются в силовых преобразовательных устройствах, импульсных источниках, в выходных каскадах передатчиков.

Проверка полевого транзистора

Диагностика полевых приборов достаточно элементарна, понадобится стандартный мультиметр. Для проверки полевого транзистора N-канального типа выставляется измерительный прибор в режим прозвонки. Черным щупом касаемся подложки транзистора (стока), а красным — истока. Прибор покажет падение напряжения (около 500 мВ), значит, транзистор закрыт. После этого касаемся красным щупом затвора и снова возвращаемся на исток, теперь мультиметр покажет 0 мВ, значит, транзистор открыт. Теперь, если черным щупом коснуться затвора и снова вернуться на сток, то транзистор снова закроется. Проверка окончена, элемент исправен. Для проверки P-канального полевого прибора меняем полярность напряжения.

Источник: www.syl.ru

Ключевой режим работы полевых транзисторов

Читайте также:

  1. I. Анализ результатов контрольной работы.
  2. I. Анализ результатов самостоятельной работы.
  3. I. Организация учащихся на выполнение работы.
  4. I. Организация учащихся на выполнение работы.
  5. I. Организация учащихся на выполнение работы.
  6. I. Организация учащихся на выполнение работы.
  7. I. Организация учащихся на выполнение работы.
  8. I. Организация учащихся на выполнение работы.
  9. I. Организация учащихся на выполнение работы.
  10. I. Организация учащихся на выполнение работы.
  11. I. Организация учащихся на выполнение работы.
  12. I. Организация учащихся на проведение работы.

Ключевой режим работы полевых транзисторов широко используется в цифровых устройствах. Наиболее широко применяются транзисторы с индуцированным каналом, которые являются основным элементом МДП-транзисторных интегральных схем. На рис.32 показана схема ключа на транзисторе с индуцированным n-каналом и расположение рабочих точек на выходной характеристике.

На схеме рис.32а показана также емкость СН, на которую нагружена выходная цепь транзистора, которая определяет быстродействие ключа. В эту емкость кроме емкости нагрузки входит также емкость ССП самого транзистора.

В точке A транзистор заперт, на затвор подано напряжение -8 – 10 -10 А, поэтому падением напряжения ICRC можно пренебречь и считать напряжение в этой точке равным EC

Для отпирания ключа на затвор подается напряжение >UПОР. Это напряжение должно быть достаточно большим, чтобы остаточное напряжение было как можно меньше. Тогда рабочий ток открытого ключа (ток насыщения) определяется, как и у биполярного транзистора, внешними элементами схемы:

Рабочая точка B лежит на начальном, квазилинейном участке характеристики МДП-транзистора. Поэтому Uост можно найти умножая ток насыщения (73) на сопротивление канала (63):

(75)

Инерционность МДП-транзисторных ключей обусловлена главным образом перезарядом емкостей, входящих в состав комплексной нагрузки. Инерционность канала, характеризуемую постоянной времени tS (70), при необходимости можно учесть складывая tS с постоянной времени перезаряда емкостей.

Переходные процессы в МДП-транзисторном ключе показаны на рис.33.

Пусть в исходном состоянии транзистор открыт и на нем падает небольшое остаточное напряжение. При поступлении запирающего напряжения ток в транзисторе уменьшается до нуля с весьма малой постоянной времени tS – практически мгновенно. После запирания транзистора емкость СН заряжается от источника питания EC через резистор RC с постоянной времени τС = RC СН. Процесс заряда описывается простейшей экспоненциальной функцией:

Длительность фронта напряжения на уровне 0,9 EC составляет

Заменив сопротивление RC отношением EC /IСН, можно записать (76) в более общем виде:

Отпирание ключа и формирование среза импульса напряжения протекает несколько сложнее. После подачи отпирающего сигнала ток IC практически мгновенно (с постоянной времени tS) достигает значения, определяемого формулой (64):

Этим током начинает разряжаться емкость СН. По мере разряда емкости напряжение на стоке UC уменьшается. До тех пор, пока оно остается больше напряжения насыщения UНАС= UПОР, транзистор работает на пологом участке характеристики и ток сохраняет значение IC(0). Когда напряжение UC становится меньше UНАС, ток IC начинает падать, стремясь в пределе к значению IСН. Длительность среза положительного импульса оказывается значительно меньше длительности фронта. Для расчетов принята приближенная формула

Содержание задач контрольной работы

По заданным статическим характеристикам биполярного транзистора (Приложение1, рис.П.1, П.2, П3) и табличным высокочастотным параметрам (Приложение 2, табл.1) выполнить следующие расчеты в заданной рабочей точке:

а) рассчитать низкочастотные малосигнальные h-параметры и построить эквивалентную схему прибора на низкой частоте;

б) рассчитать параметры физической эквивалентной схемы прибора на высокой частоте и построить ее для этой же рабочей точки.

По заданным статическим характеристикам биполярного транзистора (Приложение1, рис.П.4, П.5) выполнить следующие графо-аналитические расчеты для усилительного каскада:

а) построить линию нагрузки;

б) построить на характеристиках временные диаграммы токов и напряжений и выявить наличие или отсутствие искажений формы сигнала;

в) рассчитать для линейного (мало искажающего) режима входное сопротивление, а также коэффициенты усиления по току Ki, напряжению Ku и мощности Kp. Найти полезную мощность в нагрузке и мощность PK, рассеиваемую в коллекторе.

По заданным статическим характеристикам полевого транзистора (Приложение 1, рис.П.6, П.7) выполнить следующие графо-аналитические расчеты для усилительного каскада:

а) построить линию нагрузки;

б) построить на характеристиках временные диаграммы токов и напряжений и выявить наличие или отсутствие искажений формы сигнала;

в) рассчитать для линейного (мало искажающего) режима коэффициент усиления по напряжению Ku.. Найти полезную мощность в нагрузке и мощность PС, рассеиваемую в транзисторе.

По заданным статическим характеристикам полевого транзистора (Приложение1, рис.П.6, П.7) и табличным высокочастотным параметрам (Приложение 2, табл.2) выполнить следующие расчеты в заданной рабочей точке:

а) рассчитать низкочастотные дифференциальные параметры,

б) рассчитать параметры физической эквивалентной схемы прибора на высокой частоте и построить ее для этой же рабочей точки,

в) найти граничную частоту крутизны и рассчитать активную и реактивную части входной проводимости на граничной частоте.

По заданным статическим характеристикам биполярного транзистора (Приложение 1, рис.П.1, П.2, П3) выполнить следующие графо-аналитические расчеты для электронного ключа:

а) построить линию нагрузки;

б) рассчитать остаточное напряжение открытого ключа, считая инверсный коэффициент передачи тока базы Βi=1, степень насыщения S=2÷5, сравнить со значением, найденным по характеристике, определить омическое сопротивление коллектора;

в) определить мощность, потребляемую входной цепью, мощность PK, рассеиваемую в коллекторе, и сопротивление открытого ключа.

По заданным статическим характеристикам полевого транзистора (Приложение 3, рис.П.7, П.8) выполнить следующие графо-аналитические расчеты для электронного ключа:

а) построить линию нагрузки;

б) рассчитать остаточное напряжение открытого ключа, сравнить со значением, найденным по характеристике,

в) определить мощность, потребляемую замкнутым ключом P, и мощность Pтр, рассеиваемую в открытом транзисторе;

г) определить длительность фронта и среза выходного импульса при емкости нагрузки СН=5пФ.

Выбор варианта задания

Студенты, имеющие нечетную предпоследнюю цифру номера зачетной книжки, выполняют задачи 1,3,5. Студенты, имеющие четную цифру, – задачи 2,4,6. Исходные данные к решаемым задачам определяется из таблиц 1 и 2 Приложения 3 по двум последним цифрам номера зачетной книжки

Дата добавления: 2014-11-29 ; Просмотров: 1740 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник: studopedia.su

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector