Mosfet транзисторы принцип работы

Краткий курс: как проверить полевой транзистор мультиметром на исправность

В технике и радиолюбительской практике часто применяются полевые транзисторы. Такие устройства отличаются от обычных, биполярных, транзисторов тем, что в них управление выходным сигналом осуществляется управляющим электрическим полем. Особенно часто используются полевые транзисторы с изолированным затвором.

Англоязычное обозначение таких транзисторов – MOSFET, что означает «управляемый полем металло-оксидный полупроводниковый транзистор». В отечественной литературе эти приборы часто называют МДП или МОП транзисторами. В зависимости от технологии изготовления такие транзисторы могут быть n- или p-канальными.

Особенности конструкции, хранения и монтажа

При работе с полевыми транзисторами необходимо учитывать их чувствительность к воздействию электрического поля. Поэтому хранить их надо с закороченными фольгой выводами, а перед пайкой необходимо закоротить выводы проволочкой. Паять полевые транзисторы надо с использованием паяльной станции, которая обеспечивает защиту от статического электричества.

Прежде, чем начать проверку исправности полевого транзистора, необходимо определить его цоколевку. Часто на импортном приборе наносятся метки, определяющие соответствующие выводы транзистора. Буквой G обозначается затвор прибора, буквой S – исток, а буквой D- сток.
При отсутствии цоколевки на приборе необходимо посмотреть ее в документации на данный прибор.

Схема проверки полевого транзистора n-канального типа мультиметром

Перед тем, как проверить исправность полевого транзистора, необходимо учитывать, что в современных радиодеталях типа MOSFET между стоком и истоком есть дополнительный диод. Этот элемент обычно присутствует на схеме прибора. Его полярность зависит от типа транзистора.

Работоспособность катушки зажигания определяют проверкой сопротивлений на первичной и вторичной обмотках с помощью мультиметра.

Снять статическое электричество с транзистора.
Перевести мультиметр в режим проверки диодов.
Подключить черный провод мультиметра к минусу измерительного прибора, а красный – к плюсу.
Подключить красный провод к истоку, а черный – к стоку транзистора. Если транзистор исправен, то мультиметр покажет напряжение на переходе 0,5 — 0,7 В.

Подключить красный провод мультиметра к стоку, а черный – к истоку транзистора. При исправном приборе мультиметр покажет единицу, что означает бесконечность.
Подключить черный провод к истоку, а красный – к затвору. Таким образом, осуществляется открытие транзистора.
Черный провод оставляется на истоке, а красный подсоединяется к стоку. При исправном приборе мультиметр покажет напряжение от 0 до 800 мВ.
При смене полярности щупов мультиметра величина показаний не должна измениться.
Подключить красный провод к истоку, а черный – к затвору. Произойдет закрытие транзистора.
При этом транзистор возвратиться в состояние, соответствующее п.п.4 и 5.

По проделанным измерениям можно сделать вывод, что если полевой транзистор открывается и закрывается с помощью постоянного напряжения с мультиметра, то он исправен.

Проверка исправности р-канального полевого транзистора производится таким же образом, что и n-канального. Отличие состоит в том, что в п. 3 к минусу мультиметра надо подключить красный провод, а к плюсу мультиметра – черный провод.

Полевой транзистор с изолированным затвором. Практический пример.

Начинаем, конечно, с обозначения MOSFET транзисторов на принципиальных схемах. Наличие разных типов диктует, в свою очередь, необходимость в их отличающихся вариантах обозначения:

Что тут можно отметить отдельно, во-первых, само собой полевые транзисторы с индуцированным и встроенным каналом выглядят на схемах по-разному. Кроме того, вывод подложки может быть как замкнут внутри транзистора с истоком, так и выходить в мир в виде отдельного вывода. В результате этого внутреннего соединения между стоком и истоком образуется паразитный диод, который может и не обозначаться на схемах, но его присутствие всегда надо учитывать.

Не исключено, что этому я посвящу отдельный пост, а пока возвращаемся к базовому примеру, который призван подтвердить теоретические аспекты, рассмотренные нами ранее. В качестве экспериментального образца возьмем 2N7002. Такой выбор связан с тем, что 2N7002 — это бесспорный топ, если говорить о популярности и распространенности.

Из документации можно почерпнуть все необходимые данные — предельные значения напряжений и токов, характеристики и т. д., дублировать не буду. Эта статья именно про физические процессы внутри транзистора с изолированным затвором, в ближайшее время разберем пример, где подробнее углубимся в характеристики, расчеты, сопротивления, паразитные диоды и далее по списку.

В контексте данной статьи сразу отметим, что он относится к типу MOSFET с индуцированным каналом. Собираем схему из статьи, без изменений, для случая, когда U_{ЗИ} = 0, U_{СИ} поставим равным 3 В:

Какой ток мы ожидали увидеть? Именно такой, какой и увидели — нулевой, в точности так, как и должно было быть для полевого транзистора с изолированным затвором и индуцированным каналом.

Добавим источник напряжения между затвором и истоком и будем задавать разные значения. Что планируем получить? Четко по графику:

Начиная с некоторого значения U_{ЗИ} (из даташита — в районе 2 В) ток начнет увеличиваться. Проверяем:

Четко, надежно, стабильно Оставим U_{ЗИ} равным 2.1 В и увеличим U_{СИ}:

Очевидно, что транзистор находится в режиме насыщения, что также соответствует принципу его работы:

На этом на сегодня остановимся. Данный простенький пример подтвердил теорию, что и неудивительно. В следующей части уже рассмотрим расчеты для реальных задач и случаев, не пропустите

Для чего нужен

ПТ нужны для того, чтобы управлять выходным током с помощью создаваемого электрического поля и изменять его важнейшие параметры. Структуры, созданные на основе полевого транзистора, часто используются в интегральных схемах цифрового и аналогового вида.

Именно за счет полевого управления, эти транзисторы воздействуют на величину приложенного к их затвору напряжения. Это отличает их от биполярных транзисторов, которые управляются током, который протекает через их базу. ПТ потребляют значительно меньшее количество электроэнергии, что и определило их популярность при использовании в ждущих и следящих устройствах, а также интегральных схемах малого потребления ( при организации спящего режима).

Важно! Одними из наиболее известных устройств, основанных на действии полевых транзисторов, являются пульты управления от телевизора, наручные часы электронного типа. Эти устройства за счет своего строения и применения ПТ могут годами работать от одного крошечного источника питания в виде батарейки

Типы униполярных транзисторов

Униполярные транзисторы бывают разных типов, каждый из которых полностью отличается от других. На этот раз мы обсудим популярные MOSFET (металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы), потому что они чаще всего используются в ситуациях, когда необходимо управлять компонентом, потребляющим большой ток (например, двигателем).

Типы униполярных транзисторов — выделим, среди прочего JFET и MOSFET транзисторы с обедненным и обогащенным каналом

Здесь стоит упомянуть, что большинство интегральных схем производятся с использованием только униполярных транзисторов. Позже в этой статье мы обсудим особенности, которые делают эти типы транзисторов столь широко используемыми.

Маркировка

Первые символы в обозначении irf840 указывают на его первого производителя — американскую компанию, специализирующуюся на изготовлении электронных компонентов International Rectifier (IR). Эта компании также известна созданием в 1979 году передовой технологии Hexfet, позволившей значительно снизить сопротивление открытого канала у полевого транзистора. По данной технологии по настоящее время изготавливается рассматриваемый образец. В настоящее время компания IR стала одним из подразделений Vishay, которая выпускает транзисторы по без свинцовой технологии с маркикровой irf840PbF (SiHF840-E3) .

IRFS630A Datasheet (PDF)

1.1. irfs630a.pdf Size:508K _samsung

Advanced Power MOSFET FEATURES BVDSS = 200 V Avalanche Rugged Technology RDS(on) = 0.4 ? Rugged Gate Ox >4.1. irfs634b.pdf Size:858K _upd

November 2001 IRF634B/IRFS634B 250V N-Channel MOSFET General Description Features These N-Channel enhancement mode power field effect • 8.1A, 250V, RDS(on) = 0.45Ω @VGS = 10 V transistors are produced using Fairchild’s proprietary, • Low gate charge ( typical 29 nC) planar, DMOS technology. • Low Crss ( typical 20 pF) This advanced technology has been especially tailored to �

4.2. irf634b irfs634b.pdf Size:859K _fairchild_semi

November 2001 IRF634B/IRFS634B 250V N-Channel MOSFET General Description Features These N-Channel enhancement mode power field effect � 8.1A, 250V, RDS(on) = 0.45? @VGS = 10 V transistors are produced using Fairchild�s proprietary, � Low gate charge ( typical 29 nC) planar, DMOS technology. � Low Crss ( typical 20 pF) This advanced technology has been especially tailored to � Fast switchi

4.3. irfs634a.pdf Size:505K _samsung

Advanced Power MOSFET FEATURES BVDSS = 250 V Avalanche Rugged Technology RDS(on) = 0.45 ? Rugged Gate Ox >

Кратко о IGBT

Модуль IGBT также является полностью управляемым коммутатором с тремя контактами (затвор, коллектор и эмиттер). Его управляющий сигнал подается между затвором и эмиттером и нагрузкой между коллектором и эмиттером.

Модуль IGBT специально разработан для быстрого включения и выключения. Фактически частота повторения импульсов достигает УЗ диапазона. Эта уникальная способность делает IGBT часто используемыми в усилителях класса D для синтеза сложных сигналов с широтно-импульсной модуляцией и фильтрами нижних частот. Они также используются для генерации импульсов большой мощности в таких областях, как физика элементарных частиц и плазма, а также играют важную роль в современных устройствах — электромобили, электровелосипеды, поезда, холодильники с регулируемой скоростью вращения компрессора, кондиционеры и многое другое.

Что это такое

Полевой транзистор — это радиоэлемент полупроводникового типа. Он используется для усиления электросигнала. В любом цифровом приборе схема с полевым транзистором исполняет роль ключа, который управляет переключением логических элементов прибора. В этом случае использование ПТ является очень выгодным решением проблемы с точки зрения уменьшения размеров устройства и платы. Обусловлено это тем, что цепь управления радиокомпонентами требует не очень большой мощности, а значит, что на одном кристалле могут располагаться тысячи и десятки тысяч транзисторов.

Материалами, из которых делают полупроводниковые элементы и транзисторы в том числе, являются:

Фосфид индия;
Нитрид галлия;
Арсенид галлия;
Карбид кремния.

Важно! Полевые транзисторы также называют униполярными, так как при протекания через них электротока используется только один вид носителей

Какие случаются неисправности

Полевые транзисторы могут быть перегружены током во время проведения проверки и, в результате перегрева прийти в неисправное состояние.

Важно! Они уязвимы к статическому напряжению. В процессе проведения работы нужно обеспечить, чтобы оно не попадало на проверяемую деталь

При работе в составе схемы может произойти пробой, в результате которого полевой транзистор становится неисправным и подлежит замене. Его можно обнаружить по низкому сопротивлению p-n-переходов в обоих направлениях.

Определить то, насколько транзистор является работоспособным можно, если прозвонить его с помощью цифрового мультиметра.

Назначение выводов

Это нужно делать следующим образом (для примера используется широко распространённая модель М-831, рассматривается полевой транзистор с каналом n-типа):

Мультиметр нужно переключить в режим диодной проверки. Он отмечен на панели схематическим изображением диода.
К прибору присоединены два щупа: чёрный и красный. На лицевой панели имеются три гнезда. Чёрный устанавливают в нижнее, красный — в среднее. Первый из них соответствует отрицательному полюсу, второй — положительному.
Нужно на тестируемом полевом транзисторе определить, какие выходы соответствуют истоку, затвору и стоку.
В некоторых моделях дополнительно предусмотрен внутренний диод, защищающий деталь от перегрузки. Сначала нужно проверить то, как он работает. Для этого красный провод присоединяют к истоку, а чёрный — к стоку.

Вам это будет интересно Установка двухзонного счетчика

Проверка диода в прямом направлении

На индикаторе должно появиться значение, входящее в промежуток 0,5-0,7. Если провода поменять местами, то на экране будет указана единица, что означает, что ток в этом направлении не проходит.

Проверка диода в обратном направлении

Дальше осуществляется проверка работоспособности транзистора.

Если присоединить щупы к истоку и стоку, то ток не будет проходить по ним. Чтобы открыть затвор. Необходимо подать положительное напряжение на затвор. Нужно учитывать, что на красный щуп подан от мультиметра положительный потенциал. Теперь достаточно его соединить с затвором, а чёрный со стоком или истоком, для того, чтобы транзистор стал пропускать ток.

Открытие канала

Теперь, если красный провод подключить к истоку, а чёрный — к стоку, то мультиметр покажет определённую величину падения напряжения, например, 60. Если подключить наоборот, то показатель будет примерно таким же.

Если на затвор подать отрицательный потенциал, то это закроет транзистор в обоих направлениях, однако будет работать встроенный диод. Если полевик закрыт не будет, то это указывает на его неисправность.

Проверка мофсета с p-каналом выполняется аналогичным образом. Отличие состоит в том, что при проверке там, где раньше использовался красный щуп, теперь используется чёрный и наоборот.

Работа полевого МДП транзистора

Работа МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом N-типа.

Подключим напряжение любой полярности между стоком и истоком. В этом случае электрический ток не пойдет,
поскольку между зонами N+ находиться область P, не пропускающая электроны.
Далее, если подать на затвор положительное напряжение относительно истока U_зи, возникнет электрическое поле.
Оно будет выталкивать положительные ионы (дырки) из зоны P в сторону подложки. В результате под затвором
концентрация дырок начнет уменьшаться, и их место займут электроны, притягиваемые положительным
напряжением на затворе.

Когда U_зи достигнет своего порогового значения, концентрация электронов в области затвора превысит концентрацию дырок.
Между стоком и истоком сформируется тонкий канал с электропроводностью N-типа, по которому пойдет ток I_си.
Чем выше напряжение на затворе транзистора U_зи, тем шире канал и, следовательно, больше сила тока.
Такой режим работы полевого транзистора называется режимом обогащения.

Принцип работы МДП-транзистора с каналом P–типа такой же,
только на затвор нужно подавать отрицательное напряжение относительно истока.

MOSFET-транзистор — влияние напряжения затвора

Мы уже знаем, что резистор на затворе MOSFET не влияет на работу схемы, т.к. затвор практически не потребляет ток. В такой ситуации смена резистора, ограничивающего максимальный ток, ничего не меняет. Именно здесь напряжение затвор-исток является ключевым.

Поэтому, на этот раз, мы проверим, как ведет себя эта схема, когда мы подаем на затвор другое напряжение. Для этой цели мы, конечно, будем использовать потенциометр в качестве делителя напряжения. Поворачивая головку потенциометра, мы сможем плавно регулировать напряжение, которое попадает на затвор.

Схема с потенциометром

Собранная схема на практике может выглядеть так:


Схема сборки	Примерная реализация схемы

После включения питания, зуммер может свистеть, а может и не свистеть — все зависит от настройки потенциометра. Вначале стоит повернуть ее в сторону понижения, чтобы схема не издавала ни звука. В этом случае на затвор подается очень небольшое напряжение, поэтому ничего не происходит. Итак, мы начинаем медленно поворачивать головку потенциометра в другую сторону. В какой-то момент зуммер начнет издавать мягкий звук — это признак того, что транзистор начинает проводить (из-за превышения порогового напряжения).

Пороговое напряжение в документации транзистора BS170

В этой ситуации стоит измерить напряжение между затвором и истоком (т.е. землей). Во время этого эксперимента зуммер начинал пищать, когда напряжение составляло 1,86 В.

Пример измерения напряжения UGSth

При дальнейшем повороте головки, зуммер начинает звучать громче. Итак, мы находимся в линейной области — увеличение напряжения, протекающего на затвор, заставляет больше тока течь между истоком и стоком. Однако в какой-то момент мы дойдем до того, что дальнейшее изменение настроек потенциометра не повлияет на громкость зуммера — это так называемая область насыщения, которая возникает, когда на затвор подается напряжение более 2,6 В. В этой ситуации, ток, протекающий через полевой МОП-транзистор, ограничивается только зуммером, подключенным последовательно со стоком.

Как проверить устройство с помощью мультиметра

Основная часть полевиков проверяется с помощью стандартного мультиметра. Первым делом нужно проверить, как работает так называемый диод-паразит, соединяющий выводы истока и стока. Далее — проверьте как мофсет открывают и закрывают одновременным быстрым прикосновением щупов оборудования к контактам G и S.

Если такая подача положительного заряда на первый вывод открывает транзистора, а между первым и вторым возникает короткое замыкание, значит, устройство находится в рабочем состоянии. При проблемах с его открытием, он нерабочий.

Но чтобы провести полноценную проверку мофсета, не достаточно одного мультиметра. Чтобы его открыть, на затворе должно быть напряжение максимум 4-5 В, а мультиметр выдает всего лишь 0,3. Так что, для проверки нужен запас источников питания, к примеру, стандартная крона.

Если быстро коснуться с помощью “минусовой” клеммы этой кроны контакта И, или “плюсово” — G, открывается транзистора. При этих условиях ток движется в 2 направлениях, можно сказать об исправности транзистора. До проверки на степени закрытия и открытия, проверьте, исправен ли паразитный диод. Взгляните на схему.

MOSFET-транзистор — влияние резистора затвора

Большинство полевых МОП-транзисторов используются как переключатели, управляемые напряжением. Эти элементы очень популярны по двум причинам. Во-первых, их ворота не потребляют электричество. Во-вторых, из-за низкого сопротивления открытого канала происходят очень маленькие потери (что всегда является большим преимуществом).

Лучше всего проверить это на практике. На этот раз для выполнения упражнения вам понадобятся:

1 × зуммер с генератором,
1 × транзистор BS170,
Резистор 1 × 100 R,
Резистор 1 × 1 кОм,
Резистор 1 × 1М,
Батарея 4 × AA,
1 × корзина для 4 батареек АА,
1 × макетная плата,
Комплект соединительных проводов.

Описание выводов транзистора BS170 (слева вид снизу, т.е. со стороны выводов)

Теперь нам необходимо собрать простую схему, в которой мы заменим резистор, подключенный к затвору — пусть в начале он будет 10 кОм. Если хотите, для безопасности, при сборке схемы, можно закоротить ножки транзистора фольгой — не забудьте снять ее непосредственно перед подключением батареи.

Пример использования полевого МОП-транзистора

На практике схема может выглядеть так:


Схема на макетной плате	MOSFET на практике

Если схема собрана правильно, зуммер должен пищать. В такой ситуации стоит измерить ток, протекающий через зуммер, и напряжение между стоком и истоком транзистора. Также стоит измерить напряжение между выводами резистора.


Измерение напряжения сток-исток	Измерение тока стока

Измерение напряжения затвор-исток	Измерение тока затвора

Когда измерения готовы, замените наш резистор на резистор большего размера, то есть на 1 МОм, и повторите измерения, затем то же самое для резистора 100 Ом. Наконец, также стоит проверить, что произойдет, если мы подключим затвор через резистор к земле.

Схема с заземлением

В этом эксперименте, каждый раз, напряжение транзистора UGS превышало пороговое значение напряжения. Это произошло из-за того, что исток был подключен к земле, а затвор — к напряжению, близкому к +6 В, а пороговое напряжение этого транзистора было от 2 до 3 В. В свою очередь, подключение затвора к земле вызвал исчезновение канала и отсутствие тока, потому что UGS = 0.

Идеально работающий мультиметр имел бы бесконечно большое сопротивление. Однако наш мультиметр имеет сопротивление 1 МОм, что приводит к большим искажениям при последовательном измерении с R = 1 МОм.

Результаты, полученные нами в этом упражнении, могут отличаться от ваших

Собранные в таблице данные, наглядно показывают состояние засорения и насыщения транзистора. В насыщенном состоянии (когда UGS намного больше, чем UGSth), сопротивление между стоком и истоком незначительно, следовательно, падение напряжения составляет порядка нескольких мВ, а сток ограничен током, ограниченным только зуммером. В засоренном состоянии сопротивление настолько велико, что ток стока практически не течет, и почти все напряжение протекает между стоком и истоком. Все эти наблюдения не зависят от используемого резистора затвора (ситуация была бы иной в случае с биполярными транзисторами).

Если резистор удален из работающей схемы (что мы не рекомендуем делать из-за возможности повреждения транзистора), зуммер все еще мог бы издавать звуковой сигнал. Почему? Затвор отделен от канала изолятором, поэтому там создается емкость, то есть там есть небольшой внутренний конденсатор. Только через некоторое время из-за несовершенства изолятора он разрядится.

Аналоги

Тип	Pd	Uds	Ugs	Ugs(th)	Id	Tj	Qg	Tr	Cd	Rds	Корпус
IRF630	100 W	200 V	20 V	4 V	10 A	150 °C	40 nC		1500 pf	0,4 Ohm	TO220
STP30NF20	125 W	200 V	20 V	4 V	30 A	150 °C	38 nC	15,7 ns	320 pf	0,075 Ohm	TO220
STP19NM50N	110 W	500 V	25 V	4 V	14 A	150 °C	34 nC	16 ns	72 pf	0,25 Ohm	TO220
STP13N60M2	110 W	600 V	25 V	4 V	11 A	150 °C	17 nC	10 ns	32 pf	0,38 Ohm	TO‑220
NCE65T130	260 W	650 V	30 V	4 V	28 A	150 °C	37,5 nC	12 ns	120 pf	0,13 Ohm	TO220
IRFP640	125 W	200 V	20 V	4 V	18 A	150 °C		51 ns	430 pf	0,18 Ohm	TO220
IRFB5620	144 W	200 V	20 V		25 A		25 nC			0,0725 Ohm	TO220AB
IRFB4620	144 W	200 V	20 V		25 A		25 nC			0,0725 Ohm	TO220AB
IRFB4020	100 W	200 V	20 V		18 A		18 nC			0,1 Ohm	TO220AB
IRF644A	139 W	250 V			14 A	150 °C			1230 pf	0,28 Ohm	TO220
IRF640A	139 W	200 V			18 A	150 °C			1160 pf	0,18 Ohm	TO220
IPP60R199CP	139 W	600 V	20 V	3,5 V	16 A	150 °C	32 nC	5 ns	72 pf	0,199 Ohm	TO220
IPP600N25N3G	136 W	250 V	20 V	4 V	25 A	175 °C	22 nC	10 ns	112 pf	0,06 Ohm	TO220
IPP50R190CE	127 W	500 V	20 V	3,5 V	18,5 A	150 °C		8,5 ns	68 pf	0,19 Ohm	TO‑220
IPP410N30N	300 W	300 V	20 V	4 V	44 A	175 °C		9 ns	374 pf	0,041 Ohm	TO‑220
IPP320N20N3	136 W	200 V	20 V	4 V	34 A	175 °C	22 nC	9 ns	135 pf	0,032 Ohm	TO‑220
IPP220N25NFD	300 W	250 V	20 V	4 V	61 A	175 °C		10 ns	398 pf	0,022 Ohm	TO‑220
IPA50R199CP	139 W	500 V	20 V	3,5 V	17 A	150 °C	34 nC	14 ns	80 pf	0,199 Ohm	TO220FP
FCP13N60N	116 W	600 V	30 V	4 V	13 A	150 °C	30,4 nC			0,258 Ohm	TO220
BUZ61	150 W	400 V	20 V		12,5 A	150 °C				0,4 Ohm	TO‑220AB
BUZ30A	125 W	200 V	20 V	4 V	21 A	150 °C		70 ns	280 pf	0,13 Ohm	TO‑220
AOT42S60L	417 W	600 V	30 V	3,8 V	39 A	150 °C		53 ns	135 pf	0,099 Ohm	TO220
AOT11S60	178 W	600 V	30 V		11 A	150 °C		20 ns	37,3 pf	0,399 Ohm	TO‑220
18N20	110 W	200 V	30 V		18 A	150 °C		21,1 ns	81,2 pf	0,16 Ohm	TO251 TO252 TO220
18N40	360 W	400 V	30 V		18 A	150 °C		22 ns	280 pf	0,18 Ohm	TO‑247 TO‑220 TO‑220F1
18N50	277 W	500 V	30 V		18 A	150 °C		165 ns	330 pf	0,24 Ohm	TO‑3P TO‑263 TO‑220 TO‑230 TO‑220F1 TO‑220F2
15N40	170 W	400 V	30 V		15 A	150 °C		55 ns	210 pf	0,26 Ohm	TO‑220 TO‑220F1
15N50	170 W	500 V	30 V		15 A	150 °C		150 ns	250 pf	0,26 Ohm	TO‑220F2
12N40	192 W	400 V	30 V		12 A	150 °C		105 ns	900 pf	0,34 Ohm	TO‑220 TO‑220F1

В качестве отечественных аналогов могут подойти полевые транзисторы КП630 и КП737А.

Примечание: данные в таблицах взяты из даташип компаний-производителей.

Обозначение и классификация (виды, типы) полевых транзисторов

Полевые транзисторы бывают с изолированным затвором (MOSFET, МОП) (первая буква индекса на картинке ‘A’) и с p-n переходом (первая буква индекса на картинке ‘B’). Прибор с изолированным затвором может работать при любой полярности напряжения на затворе, так как затвор изолирован от канала. Прибор с p-n переходом работает, только если p-n переход не проводит электрический ток, то есть прямое напряжение не может превышать нескольких десятых вольта.

Полевые транзисторы бывают с каналом n — типа (вторая буква индекса на картинке ‘A’) и p — типа (вторая буква индекса на картинке ‘B’). n — канальные транзисторы работают, когда напряжение на истоке меньше напряжения на стоке, p — канальные, наоборот, когда напряжение на истоке больше напряжения на стоке. На затвор n — канального полевого транзистора с p-n переходом нужно подавать отрицательное напряжение относительно истока, на затвор p — канального — положительное.

На изображении обозначены: (1) — сток, (2) — исток, (3) — затвор, (4) — подложка. Когда подложка соединена с истоком, это соединение показывается на изображении.

n — канальные полевые транзисторы с изолированным затвором могут быть обедненного типа и обогащенного типа. Обогащенные полевые транзисторы проводят ток, только если напряжение на затворе выше, чем на истоке. Обедненные перестают проводить ток (запираются) при некотором отрицательном напряжении на затворе относительно истока.

р — канальные полевые транзисторы бывают только обогащенными. Они начинают проводить ток (отпираются) при некотором отрицательном относительно истока напряжении на затворе.

Как работает полевой транзистор?

ПТ с индуцированным каналом содержит три электрода — исток (source), сток (drain), и затвор (gate).

Принцип работы ПТ наполовину понятен из графического обозначения и названия электродов.

Канал ПТ – это «водяная труба», в которую втекает «вода» (поток заряженных частиц, образующих электрический ток) через «источник» (исток).

«Вода» вытекает из другого конца «трубы» через «слив» (сток). Затвор – это «кран», который открывает или перекрывает поток. Чтобы «вода» пошла по «трубе», надо создать в ней «давление», т.е. приложить напряжение между стоком и истоком.

Если напряжение не приложено («давления в системе нет»), тока в канале не будет.

Если приложено напряжение, то «открыть кран» можно подачей напряжения на затвор относительно истока.

Чем большее подано напряжение, тем сильнее открыт «кран», больше ток в канале «сток-исток» и меньше сопротивление канала.

В источниках питания ПТ используется в ключевом режиме, т.е. канал или полностью открыт, или полностью закрыт.

Честно сказать, принципы действия ПТ гораздо более сложны, он может работать не только в ключевом режиме. Его работа описывается многими заумными формулами, но мы не будем здесь все это описывать, а ограничимся этими простыми аналогиями.

Скажем только, что ПТ могут быть с n-каналом (при этом ток в канале создается отрицательно заряженными частицами) и p-каналом (ток создается положительно заряженными частицами). На графическом изображении у ПТ с n-каналом стрелка направлена внутрь, у ПТ с p-каналом – наружу.

Собственно, «труба» — это кусочек полупроводника (чаще всего – кремния) с примесями химических элементов различного типа, что обуславливает наличие положительных или отрицательных зарядов в канале.

Теперь переходим к практике и поговорим о том,