Aniks-lift.ru

Подъемное оборудование
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Полевой транзистор

Начнём классификацией. Разновидности полевых транзисторов многочисленны, каждая работает сообразно алгоритму:

  1. Тип проводимости канала: n или р. Фактор определяет полярность управляющего напряжения.
  2. По структуре. С р-n-переходом сплавные, диффузионные, МДП (МОП), с барьером Шоттки, тонкопленочные.
  3. Число электродов – 3 или 4. В последнем случае подложка рассматривается обособленным субъектом, позволяя управлять протеканием тока по каналу (помимо затвора).
  4. Материал проводника. Сегодня распространены кремний, германий, арсенид галлия. Материал полупроводника маркируется условным обозначением буквами (К, Г, А) или (в изделиях военной промышленности) цифрами (1, 2, 3).
  5. Класс применения не входит в маркировку, указывается справочниками, дающими сведения, что полевой транзистор часто входит в состав усилителей, радиоприемных устройств. В мировой практике встречается деление по применяемости на следующие 5 групп: усилители высокой, низкой частоты, постоянного тока, модуляторы, ключевые.

Полупроводниковые транзистор

Помимо общей классификации придумана специализированная, определяющая принципы работы. Различают:

  1. Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом.
  2. Полевые транзисторы с барьером Шоттки.
  3. Полевые транзисторы с изолированным затвором:
  • С встроенным каналом.
  • С индуцированным каналом.

В литературе дополнительно упорядочивают структуры следующим образом: применять обозначение МОП нецелесообразно, конструкции на оксидах считают частным случаем МДП (металл, диэлектрик, полупроводник). Барьер Шоттки (МеП) следует отдельно выделять, поскольку это иная структура. Напоминает свойствами p-n-переход. Добавим, что конструктивно в состав транзистора способны входить одновременно диэлектрик (нитрид кремния), оксид (четырехвалентный кремния), как это случилось с КП305. Такие технические решения используются людьми, ищущими методы получения уникальных свойств изделия, удешевления.

FET устройства

Среди зарубежных аббревиатур для полевых транзисторов зарезервировано сочетание FET, иногда обозначает тип управления – с p-n-переходом. В последнем случае наравне с этим встретим JFET. Слова-синонимы. За рубежом принято отделять оксидные (MOSFET, MOS, MOST – синонимы), нитридные (MNS, MNSFET) полевые транзисторы. Наличие барьера Шоттки маркируется SBGT. По-видимому, материал значение, отечественная литература значение факта замалчивает.

Электроды полевых транзисторов на схемах обозначаются: D (drain) – сток, S (source) – исток, G (gate) – затвор. Подложку принято именовать substrate.

Характеристики транзисторов КП303

Полевые транзисторы КП303 – малой мощности с p-n переходом и каналом n-типа. Предназначены для применения во входных каскадах усилителей высокой частоты (КП303Д, КП303Е) и низкой (КП303А, КП303Б, КП303В, КП303Ж, КП303И) частоты с высоким входным сопротивлением. Транзистор КП303Г в основном предназначен для применения в зарядочувствительных усилителях и других устройствах ядерной спектрометрии. Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Тип прибора указывается на корпусе. Масса транзистора не более 0,5 г.

Зарубежный аналог КП303

  • Во многих случаях можно заменить на BF245

Корпусное исполнение и цоколевка КП303

Корпусное исполнение транзисторов КП303

Характеристики транзисторов КП303

Предельные параметры КП303

Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность полевого транзистора (Pmax) при Т = 25° C:

  • КП303А, КП303Б, КП303В, КП303Г, КП303Д, КП303Е, КП303Ж, КП303И — 200 мВт

Максимально допустимое напряжение сток-исток (UСИ max):

  • КП303А, КП303Б, КП303В, КП303Г, КП303Д, КП303Е, КП303Ж, КП303И — 25 В

Максимально допустимое напряжение затвор-сток (UЗС max):

  • КП303А, КП303Б, КП303В, КП303Г, КП303Д, КП303Е, КП303Ж, КП303И — 30 В

Максимально допустимое напряжение затвор-исток (UЗИ max):

  • КП303А, КП303Б, КП303В, КП303Г, КП303Д, КП303Е, КП303Ж, КП303И — 30 В

Максимально допустимый постоянный ток стока (IС max):

  • КП303А, КП303Б, КП303В, КП303Г, КП303Д, КП303Е, КП303Ж, КП303И — 20 мА

Максимально допустимая температура окружающей среды (Tmax):

  • КП303А, КП303Б, КП303В, КП303Г, КП303Д, КП303Е, КП303Ж, КП303И — 85 ° C

Напряжение отсечки полевого транзистора (UЗИ отс):

  • КП303А — 0,5-3 В
  • КП303Б — 0,5-3 В
  • КП303В — 1-4 В
  • КП303Г — 8 В
  • КП303Д — 8 В
  • КП303Е — 8 В
  • КП303Ж — 0,3-3 В
  • КП303И — 0,5-2 В

Электрические характеристики транзисторов КП303 при Т = 25 o С

Ток утечки затвора (IЗут) при UЗИ = 10 В

  • КП303А — 1 нА
  • КП303Б — 1 нА
  • КП303В — 1 нА
  • КП303Г — 0,1 нА
  • КП303Д — 1 нА
  • КП303Е — 1 нА
  • КП303Ж — 5 нА
  • КП303И — 5 нА

Крутизна характеристики полевого транзистора (S ) при UСИ = 10 В

Полевой транзистор

Назначение то же, что и биполярного, но разное строение. Транзисторы координируют более высокие мощности при аналогичных размерах.

В структуре есть элементы:

  • сток для приемки большого напряжения;
  • затвор для управляемого напряжения;
  • исток для раздачи напряжения при открытом положении.

Валера

Как работает

В устройстве полевого типа ток проходит к стоку сквозь канал в легированном проводнике под затвором. Он расположен между нелегированной прослойкой (в ней отсутствуют зарядные носители) и затвором. Здесь присутствует участок обеднения, где ток не проводится.

Размер канала по ширине ограничен областью между участком обеднения и прослойкой. Силой тока управляют с помощью изменения вольтажа, приложенного к затвору. В этом случае меняется канальное сечение, и ток на выходе меняет величину.

Схемы включения

Полевые транзисторы подключают одним из трех способов:

  • с общим стоком;
  • с совместным истоком;
  • с общей базой.

Схема с общим стоком аналогична подключению биполярного модуля с совместным коллектором. Используют тип подсоединения в согласующихся каскадах, где нужно входное напряжение большое, а на выходе — низкое. Включение поддерживает широкий диапазон частот.

Схема с общим истоком дает большое увеличение мощности и электротока, при этом фаза напряжения контура стока переворачивается. Сопротивление на входе может быть несколько сотен мегаОм, чтобы его снизить, добавляют между истоком и затвором резистор.

В схеме с общим затвором нет усиления электротока, повышение мощности небольшое. Напряжение находится в аналогичной фазе с управляющим. При изменении входного импульса напряжение на истоке повышается или понижается.

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) МДП-транзистора с индуцированным каналом.

ВАХ полевого транзистора с изолированным затвором похожи на ВАХ полевого транзистора с управляющим PN-переходом. Как видно на графике а), вначале ток Iси растет прямопропорционально росту напряжения Uси. Этот участок называют омическая область (действует закон Ома), или область насыщения (канал транзистора насыщается носителями заряда ). Потом, когда канал расширяется почти до максимума, ток Iси практически не растет. Этот участок называют активная область.

Когда Uси превышает определенное пороговое значение (напряжение пробоя PN-перехода), структура полупроводника разрушается, и транзистор превращается в обычный проводник. Данный процесс не восстановим, и прибор приходит в негодность.

Проверка и определение цоколевки MOSFET

Как показывает опыт, новички, сталкивающиеся с проверкой элементной базы подручными средствами, без каких-либо проблем справляются с проверкой диодов и биполярных транзисторов, но затрудняются при необходимости проверить столь распространенные сейчас MOSFET-транзисторы (разновидность полевых транзисторов). Я надеюсь, что данный материал поможет освоить этот нехитрый способ проверки полевых транзисторов.

Очень кратко о полевых транзисторах

На данный момент понаделано очень много всяких полевых транзисторов. На рисунке показаны графические обозначения некоторых разновидностей полевых транзисторов.

Типы MOSFET

G-затвор, S-исток, D-сток. Сравнивая полевой транзистор с биполярным, можно сказать, что затвор соответствует базе, исток – эмиттеру, сток полевого транзистора – коллектору биполярного транзистора.

Наиболее распространены n-канальные MOSFET – они используются в цепях питания материнских млат, видеокарт и т.п. У MOSFET имеется встроенный диод:

MOSFET n-канальный (слева) и p-канальный (справа).

Транзисторы лучше рисовать с диодом — чтобы потом было проще в схеме ориентироваться. Этот диод является паразитным и от него не удается избавиться на этапе изготовления транзистора. Вообще при изготовлении MOSFET возникает паразитный биполярный транзистор, а диод – один из его переходов. Правда нужно признать, что по схемотехнике этот диод все равно частенько приходится ставить, поэтому производители транзисторов этот диод шунтируют диодом с лучшими показателями как по быстродействию, так и по падению напряжения. В низковольтные MOSFET обычно встраивают диоды Шоттки. А вообще в идеале этого диода не должно было бы быть.

Типовое включение полевого (MOSFET) транзистора:

MOSFET типовое включение

Проверка полевых транзисторов (MOSFET)

И вот, иногда наступает момент, когда необходимо полевой транзистор проверить, прозвонить или определить его цоколевку. Сразу оговоримся, что проверить таким образом можно «logic-level» полевые транзисторы, которые можно встретить в цепях питания на материнских платах и видеокартах. «logic-level» в данном случае означает, что речь идет о приборах, которые управляются, т.е. способны полностью открывать переход D-S, при приложении к затвору относительно небольшого, до 5 вольт, напряжения. На самом деле очень многие MOSFET способны открыться, пусть даже и не полностью, напряжением на затворе до 5В.

В качестве примера возьмем N-канальный MOSFET IRF1010N для его проверки (прозвонки). Известно, что у него такая цоколевка: 1 – затвор (G), 2 – сток (D), 3 – исток (S). Выводы считаются как показано на рисунке ниже.

Распиновка корпуса TO-220

1. Мультиметр выставляем в режим проверки диодов, этот режим очень часто совмещен с прозвонкой. У цифрового мультиметра красный щуп «+», а черный «–», проверить это можно другим мультиметром.
На любом уважающем себя мультиметре есть такая штуковина

Прозвонка диодов, да и вообще полупроводниковых переходов на мультиметре.

Прозвонка диодов, да и вообще полупроводниковых переходов на мультиметре.

2. Щуп «+» на вывод 3, щуп «–» на вывод 2. Получаем на дисплее мультиметра значения 400…700 – это падение напряжения на внутреннем диоде.

3. Щуп «+» на вывод 2, щуп «–» на вывод 3. Получаем на дисплее мультиметра бесконечность. У мультиметров обычно обозначается как 1 в самом старшем разряде. У мультиметров подороже, с индикацией не 1999 а 4000 будет показано значение примерно 2,800 (2,8 вольта).

4. Теперь удерживая щуп «–» на выводе 3 коснуться щупом «+» вывода 1, потом вывода 2. Видим, что теперь щупы стоят так же, как и в п.3, но теперь мультиметр показывает 0…800мВ – у MOSFET открыт канал D-S. Если продолжать удерживать щупы достаточно долго, то станет заметно, что падение напряжения D-S увеличивается, что означает, что канал постепенно закрывается.

5. Удерживая щуп «+» на выводе 2, щупом «–» коснуться вывода 1, затем вернуть его на вывод 3. Как видим, канал опять закрылся и мультиметр показывает бесконечность.

Поясним, что же происходит. С прозвонкой внутреннего диода все понятно. Непонятно почему канал остается либо закрытым, либо открытым? На самом деле все просто. Дело в том, что у мощных MOSFET емкость между затвором и истоком достаточно большая, например у взятого мной транзистора IRF1010N измеренная емкость S-G составляла 3700пФ (3,7нФ). При этом сопротивление S-G составляет сотни ГОм (гигаом) и более. Не забыли – полевые транзисторы управляются электрическим полем, а не током в отличие от биболярных. Поэтому в п.4 касаясь “+” затвора (G) мы его заряжаем относительно истока (S) как обычный конденсатор и управляющее напряжение на затворе может держаться еще достаточно долго.

Если хвататься за выводы транзистора руками, особенно жирными и влажными, емкость транзистора будет разряжаться значительно быстрее, т.к. сопротивление будет определяться не диэлектриком у затвора транзистора, а поверхностным сопротивлением. Не смытый флюс также сильно снижает сопротивление. Поэтому рекомендую помыть транзистор, перед проверкой, например, в спирто-бензиновой смеси.

P.S. Спирто-бензиновая смесь при испарении может генерировать статическое электричество, которое, как известно, негативно действует на полевые транзисторы.

Небольшие пояснения о мультиметрах

1. У цифровых мультиметров режим проверки диодов проводится измерением падения напряжения на щупах, при этом по щупам прибор пропускает стабильный ток 1мА. Именно поэтому в данном режиме прибор показывает не сопротивление, а падение напряжения. Для германиевых диодов оно равно 0,3…0,4В, для кремниевых 0,6…0,8В. Но что бы там не измерялось напряжение на щупах прибора редко превышает 3В – это ограничение накладывается схемотехникой мультиметров.
2. В п.4 при измерении падения напряжения открытого канала величина, отображаемая мультиметром может сильно меняться от различных факторов: напряжения на щупах, температуры, тока стабилизации, характеристик самого полевого транзистора.

Тренировка =)

Теперь можно потренироваться в определении цоколевки мощного транзистора. Перед нами транзистор IRF5210 и его цоколевка мне неизвестна.

1. Начну с поиска диода. Попробую все варианты подключения к мультиметру. После каждого измерения корочу ножки транзистора фольгой чтобы обеспечить разряд емкостей транзистора. Возможные варианты показаны в таблице:

Т.е. диод находится между выводами 2 и 3, соответственно затвор (G) находится на выводе 1.

2. Осталось определить, где находятся сток (D) и исток (S) и полярность (n-канал или p-канал) полевого транзистора.

2.1. Если это n-канальный транзистор, то сток (D) – 3 вывод, исток (S) – 2 вывод. Проверяем. Прикладываем «–» щуп мультиметра к выводу 2, «+» к выводу 3 – канал закрыт, так и должно быть – мы же его еще не пытались открыть. Теперь не отнимая щупа «–» от вывода 2 щупом «+» касаемся вывода 1, затем «+» опять прикладываем к выводу 3. Канал не открылся – значит, наше предположение о том, что IRF5210 n-канальный транзистор оказалось неверным.

2.2. Если это p-канальный транзистор, то сток (D) – 2 вывод, исток (S) – 3. Проверяем. Прикладываем «+» щуп мультиметра к выводу 3, «–» к выводу 2 – канал закрыт, так и должно быть – мы же его еще не пытались открыть. Теперь не отнимая щупа «+» от вывода 3 щупом «–» касаемся вывода 1, затем «–» опять прикладываем к выводу 2. Канал открылся – значит, что IRF5210 p-канальный транзистор, вывод 1 – затвор, вывод 2 – сток, вывод 3 – исток.

На самом деле все не так сложно. Буквально пол часа тренировки – и вы сможете без каких-либо проблем проверять MOSFETы и определять их цоколевку!

↑ Файлы

thermal_calc.zip 2.33 Kb ⇣ 234
Краткая инструкция по использованию: редактируются только желтые ячейки, данные вписываются исходя из проектируемой конструкции (частота преобразования, напряжение питания, коэффициент заполнения) и из даташита на транзистор (все остальное).
В зеленых ячейках получаем результаты. Как интерпретировать, читайте выше.

Для преобразователей с жесткой коммутацией ключей (традиционные) ток в начале импульса (Ir) и ток в конце импульса (If) равны среднему току импульса.

Для нетрадиционных вариантов типа резонансных ZVC и прочих — согласно расчету, вплоть до 0.
Для примера, в таблицу уже внесены данные на полюбившийся IRFS840B, в полумостовом преобразователе с жесткой коммутацией ключей со средним током первичной обмотки 2А.

Очень надеюсь, что этот маленький опус поможет выбрать транзисторы правильно и при этом не убить нервы.
Всем удачи! Спасибо за внимание!

Основы проектирования схем на полевых транзисторах

Полевые транзисторы-2-2

Полевые транзисторы включенные с общим истоком

Схема с общим истоком

Схема подключения полевика с общим истоком, в принципе такая же как и у биполярного прибора включенного с общим эмиттером. Такой тип включения обусловлен возможностью передавать большой ток и мощность, при этом в цепи стока транзистора происходит переворот напряжения фазы.

Сопротивление на входе цепи затвор-исток становится очень высоким, которое насчитывает несколько сотен мОм. Однако его можно уменьшить, если включить в схему дополнительный резистор в разрыв затвора и истока, тем самым гальванически подтянется затвор на общую точку проводов. Такой вариант является защитой МОП-транзистора от электромагнитных наводок.

Номинальное сопротивление резистора защиты Rз может находится в диапазоне 1-3 мОм, а его подбор выполняется таким образом, чтобы этот шунт не мог очень влиять на сопротивление перехода затвор-исток, однако и нельзя позволить возникновению слишком большого напряжения от управляющего p-n перехода, смещенного в обратном направлении.

Значительное сопротивление на входе полевого транзистора, подключенного по схеме с общим истоком, можно считать важным преимуществом относительно других подобных полупроводников, особенно когда его применяют в конструкциях для усиления напряжения и мощности. Во всяком случае общее сопротивление резистора Rc, установленного в цепи стока, как правило больше нескольких килоом не бывает.

Полевые транзисторы-3

Полевые транзисторы включенные с общим стоком

Схема с общим стоком

Полевой транзистор с общим стоком, и если сравнивать этот тип подключения с биполярным прибором, то это, не что иное как подключение с общим коллектором. Такой способ подключение в основном применяется в каскадах согласования силовых цепей, и обеспечивать выходное напряжение совпадающее по фазе с входным.

МОП-транзисторы включенные с общим затвором

Схема с общим затвором

Полевик с общим затвором — по аналогии с биполярным прибором, будет означать — каскад с общей базой. Токовое усиление здесь отсутствует, соответственно и коэффициент усиления по мощности в несколько крат ниже каскада включенного с общим истоком. В период усиления, напряжение находится в той же фазе, которая является управляющей.

Справедливо считать, что если выходной ток имеет такое же значение как и входной, в таком случае коэффициент токового усиления равняется «1», а коэффициент увеличения напряжения, будет составлять более единицы.

В этом включении имеется особенная характеристика — обратная отрицательная токовая связь в параллели, так как во время увеличения напряжения управления на входе, возможности истока нарастают, а ток стока идет в сторону меньшего значения, следовательно понижает напряжение на установленном резисторе в цепочке истока Rи.

Исходя из выше сказанного можно определить, что в одном случае напряжение на истоковом резисторе увеличивается за счет повышения входящего сигнала, но вместе с тем происходит уменьшение снижение тока в цепи стока — это то, что называется отрицательной обратной связью.

Такое фактическое явление создает более широкий диапазон высоких частот, следовательно схема включения с общим затвором очень распространена в устройствах усиливающих высокочастотное напряжение.

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Как сделать из болгарки циркулярку своими руками
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector