Tranzystory polowe
Tranzystory polowe
Tranzystory polowe
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Tranzystory</strong> <strong>polowe</strong><br />
FET(JFET),<br />
MOSFET<br />
Ryszard J. Barczyński, 2012<br />
Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego<br />
Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego<br />
Publikacja współfinansowana<br />
ze środków Unii Europejskiej<br />
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Tranzystor polowy złączowy<br />
FET, JFET, JFET
Zasada działania tranzystora JFET<br />
budowa jest dosyć prosta...<br />
Tranzystor polowy złączowy, JFET (Junction Field-Effect Transistor) składa się<br />
z warstwy półprzewodnika (na przykład typu n) oraz silnie domieszkowanej<br />
warstwy półprzewodnika przeciwnego typu. Wyprowadzone są trzy końcówki:<br />
dren (drain, D); źródło (source, S) oraz bramka (gate, G)
Zasada działania tranzystora JFET<br />
zasada działania<br />
również jest prosta...<br />
Wytworzenie się złącza p-n powoduje wnikanie w obszar kanału obszaru<br />
zubożonego. Zaporowa polaryzacja bramki spowoduje zwiększenie<br />
tego obszaru i zmniejszenie efektywnej szerokości kanału - a zatem<br />
wzrost jego oporu.
Zasada działania tranzystora JFET<br />
W kanale tranzystora FET<br />
potencjał zmienia się wraz<br />
z położeniem.<br />
W zasadzie kanał możemy<br />
traktować jako rezystor<br />
o rozłożonej rezystancji<br />
przewodzący prąd I DS<br />
.
Zasada działania tranzystora FET<br />
Charakterystyka napięciowoprądowa<br />
Załóżmy, że bramka jest zwarta ze źródłem (U GS<br />
=0). Przy niewielkich prądach<br />
płynących przez kanał szerokość warstw zubożonych jest praktycznie<br />
równa na całej jego długości. I charakterystyka prądowo-napięciowa<br />
jest w przybliżeniu liniowa.
Zasada działania tranzystora FET<br />
Charakterystyka napięciowoprądowa<br />
W miarę wzrostu prądu zmienia się rozkład potencjału wzdłuż kanału<br />
i szerokość obszaru zubożonego wzrasta w stronę drenu. Ogranicza to<br />
efektywny przekrój kanału i charakterystyka odchyla się od<br />
linii prostej.
Zasada działania tranzystora FET<br />
budowa jest dosyć prosta...<br />
Dalszy wzrost napięcia drenu doprowadza w końcu do zetknięcia się<br />
obszarów zubożonych w sąsiedztwie drenu i zamknięcia (zaciśnięcia)<br />
kanału. W tych warunkach dalszy wzrost napięcia przestanie wywoływać<br />
wzrost prądu.
Zasada działania tranzystora FET<br />
budowa jest dosyć prosta...<br />
Przy ujemnej polaryzacji bramki następuje zwiększenie rezystancji kanału<br />
(mniejsza jest jego szerokość) i wcześniejsze zamknięcie kanału.<br />
Powyżej napięcia zamknięcia tranzystor daje się wykorzystać<br />
jako przyrząd wzmacniający (sterowany napięciem).
Tranzystor FET<br />
praca w układzie<br />
wspólnego źródła
Tranzystor FET<br />
praca w układzie<br />
wspólnego drenu
Tranzystor FET<br />
praca w układzie<br />
wspólnej bramki
Praktyczne parametry tranzystora FET<br />
(na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET<br />
(na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET<br />
(na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET<br />
(na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET<br />
(na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET<br />
(na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET<br />
(na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET<br />
(na przykładzie BF245)
<strong>Tranzystory</strong> <strong>polowe</strong><br />
z izolowaną bramką<br />
MOSFET, MISFET
Zasada działania tranzystora MOSFET<br />
z kanałem dyfuzyjnym<br />
Obszar kanału (tutaj typu n)<br />
jest wytworzony poprzez dyfuzję<br />
domieszki w obszar p o dużej<br />
rezystywności. Metalowa bramka (G)<br />
jest oddzielona od kanału warstwą<br />
izolatora.<br />
Tego typu przyrząd działa na zasadzie zmiany koncentracji nośników<br />
w obszarze kanału poprzez zmiany napięcia przyłożonego do bramki
Zasada działania tranzystora MOSFET<br />
z kanałem dyfuzyjnym<br />
Przy doprowadzeniu do bramki<br />
dodatniego napięcia powoduje<br />
zwiększenie w obszarze kanału<br />
koncentracji nośników ujemnych<br />
(wzbogacenie), a więc wzrost<br />
jego przewodnictwa.<br />
Przyłożenie do bramki napięcia<br />
ujemnego spowoduje spadek koncentracji nośników w kanale (zubożenie),<br />
a co za tym idzie spadek jego przewodnictwa.
Zasada działania tranzystora MOSFET<br />
z kanałem indukowanym<br />
Bardzo ciekawym przyrządem<br />
jest tranzystor MOS, w którym<br />
pomiędzy obszarami dreny i źródła<br />
nie ma wdyfundowanego kanału.<br />
Po przyłożeniu do bramki napięcia dodatniego jej pobliże są przyciągane<br />
nośniki ujemne.
Zasada działania tranzystora MOSFET<br />
z kanałem indukowanym<br />
Po przyłożeniu do bramki napięcia<br />
dodatniego jej pobliże są przyciągane<br />
nośniki ujemne.<br />
Gdy napięcie to jest odpowiednio duże zaczynają one przeważać nad<br />
dziurami. Tworzy sie w ten sposób warstwa inwersyjna formująca<br />
przewodzący kanał pomiędzy obszarami źródła i drenu.
Symbole tranzystorów MOSFET<br />
normalnie<br />
włączone<br />
(zubożane)<br />
normalnie<br />
wyłączone<br />
(wzbogacane)<br />
nMOS<br />
(z kanałem typu n)<br />
pMOS<br />
(z kanałem typu p)
Charakterystyki tranzystorów MOSFET<br />
<strong>Tranzystory</strong> normalnie włączone<br />
(z kanałem dyfundowanym)<br />
mogą pracować z kanałem zarówno<br />
zubożanym (II) jak i wzbogacanym(I)<br />
<strong>Tranzystory</strong> normalnie wyłączone<br />
(z kanałem indukowanym)<br />
do przepływu prądu wymagają<br />
jego wzbogacenia
CMOS<br />
komplementarne<br />
tranzystory<br />
MOS<br />
Wytworzone w jednej strukturze półprzewodnika tranzystory MOS o obu<br />
rodzajach domieszkowania kanału to podstawa współczesnych technologii<br />
wytwarzania układów scalonych.
<strong>Tranzystory</strong> <strong>polowe</strong> (FET)<br />
zestawienie
<strong>Tranzystory</strong> <strong>polowe</strong><br />
Małosygnałowy model idealnego tranzystora <strong>polowe</strong>go dla sygnałów małej<br />
częstotliwości w zakresie nasycenia (zamknięcia kanału).
<strong>Tranzystory</strong> <strong>polowe</strong><br />
modele<br />
Małosygnałowy model<br />
rzeczywistego tranzystora<br />
<strong>polowe</strong>go dla sygnałów małej<br />
częstotliwości w zakresie<br />
nasycenia.<br />
Małosygnałowy model<br />
rzeczywistego tranzystora<br />
<strong>polowe</strong>go dla sygnałów większej<br />
częstotliwości w zakresie<br />
nasycenia.
<strong>Tranzystory</strong> <strong>polowe</strong><br />
jako bramka analogowa<br />
Napięcie e s<br />
(t) przełącza tranzystor ze stanu przewodzenia do nieprzewodzenia.<br />
W stanie przewodzenia sygnał wejściowy jest przenoszony do obciążenia.<br />
Rezystancja bramki powinna być w tym stanie jak najmniejsza. W stanie<br />
wyłączenia rezystancja kanału jest duża – typowo rzędu megaomów lub więcej.<br />
Ze względu na symetrię tranzystora MOS bramka jest dwukierunkowa.
<strong>Tranzystory</strong> <strong>polowe</strong><br />
jako źródło prądowe<br />
<strong>Tranzystory</strong> <strong>polowe</strong> dają się wykorzystać jako bardzo<br />
proste żródła prądowe. Przy zerowej polaryzacji<br />
bramki dostarczają prądu I DSS<br />
. Takie źródło może<br />
dostarczać zarówno prądu wpływającego jak i<br />
wypływającego.<br />
Prąd można zmniejszyć za pomocą rezystora R S<br />
. W<br />
handlu dostępne są dwukońcówkowe źródła prądowe<br />
kalibrowane na okreslone prądy.
Tranzystor polowy jako sterowana rezystancja<br />
Sterowany dzielnik<br />
napięcia z tranzystorem<br />
polowym.<br />
Dla napięć żródło – dren mniejszych od<br />
napięcia kolana tranzystory <strong>polowe</strong> zachowują<br />
się nieomal jak rezystory – ich rezystancja R DS<br />
mało zależy od napięcia drenu.<br />
R DS ≈ ∣ U p ∣R DSmin<br />
U GS −U p
Tranzystor polowy jako sterowana rezystancja<br />
Układ linearyzacji<br />
charakterystyk.<br />
W układzie ze sprzężeniem zwrotnym, gdy część napięcia drenu jest<br />
dostarczana na bramkę następuje linearyzacja charakterystyk w dość<br />
szerokim zakresie.
Bibliografia<br />
●<br />
Witold J. Stepowicz, Elementy półprzewodnikowe i układy scalone, Wydawnictwo PG, Gdańsk 1995.<br />
●<br />
Michał Polowczyk, Eugeniusz Klugmann, Przyrządy półprzewodnikowe, Wydawnictwo PG, Gdańsk 2001.<br />
●<br />
Ben G. Streetman, Przyrządy półprzewodnikowe. Podstawy fizyczne..., WNT<br />
Dodatkowe źródła ilustracji wykorzystanych w prezentacji:<br />
●<br />
http://commons.wikimedia.org/<br />
●<br />
http://www.williamsonlabs.com/<br />
●<br />
http://www.fairchild.com/
Change language