Электроника для начинающих

Данный принцип действия сравним с принципом работы крана, открытие которого управляется потоком воды, а не поворотом ручки. Три вывода полевого транзистора носят названия сток, исток и затвор. Затвор является управляющим выводом.

Различия с биполярным транзистором:

• полевой транзистор представляет собой устройство, управляемое с помощью приложенного напряжения, а не тока;

• ток течет между стоком и истоком, даже если к затвору не прикладывается напряжение, потому что нет никаких препятствий;

• затвор (почти) не поглощает ток (лишь несколько пикоампер);

• при использовании в качестве усилителя он усиливает незначительно, но не поглощает ток от устройств, подсоединенных на входе (полезен в случае слабых сигналов).

Существуют полевые транзисторы р-типа или n-типа в зависимости от материала, используемого для основного канала.

Рис. 4.24. Некоторые полевые транзисторы и их символы

Режимы работы полевого транзистора отличаются от режимов работы биполярного транзистора:

• линейный режим или омическая область – устройство ведет себя как резистор, значение которого зависит от приложенного напряжения;

• режим насыщения – ток между стоком и истоком регулируется непосредственно напряжением на затворе;

• инверсный режим – когда напряжение на затворе меньше определенного значения, транзистор ведет себя как разомкнутая цепь;

• режим отсечки – когда напряжение между стоком и истоком превышает определенное значение, то управление прекращается, и ток в устройстве течет свободно.

Рис. 4.25. График для полевого транзистора при разных режимах работы (линейный режим обозначен желтым цветом, режим насыщения – зеленым, инверсный режим – серым, режим отсечки – розовым). Для каждой разности потенциалов, приложенной между затвором и истоком, мы имеем разные кривые

Полевые транзисторы имеют пластиковый или металлический корпус, как и биполярные транзисторы. Как и всегда, прежде чем использовать транзистор, проверяем расположение его выводов в техническом описании. Некоторыми распространенными моделями являются 2N5457 или 2N5460. В действительности полевые транзисторы не часто встречаются в продаже и не очень удобны в использовании. В большинстве случаев используются МОП-транзисторы, гораздо более распространенные и более простые в использовании.

МОП-транзистор

МОП-транзисторы (сокращение от «металл-оксид-полупроводник») принадлежат к семейству полевых транзисторов и ведут себя похожим с ними образом. Также они оснащены тремя выводами, называемыми затвором, истокоми стоком. При подаче напряжения на затвор можно контролировать ток, текущий через полупроводник, к которому подключены сток и исток (эта связь также называется каналом).

Через затвор полевого транзистора проходит очень маленький ток (несколько пикоампер), но через МОП-транзистор проходит ток еще меньшей величины, по этой причине входное сопротивление составляет порядка 10¹⁴ Ом по сравнению с сопротивлением 10⁹ Ом полевого транзистора. Этот вид транзисторов также изготовлен из полупроводников р-типа и n-типа. Затвор МОП-транзистора электрически изолирован от канала между стоком и истоком и образует своего рода конденсатор. По этой причине МОП-транзисторы очень чувствительны к статическому электричеству, работать с данными транзисторами стоит с особой осторожностью, чтобы не повредить их простым прикосновением.

В качестве мер предосторожности можно использовать специальные антистатические браслеты, которые заземляются с помощью проводов через кран, батареи и т. д. Для заземления можно использовать даже небольшой металлический шкаф.

Существует два вида технологий, по которым производят МОП-транзисторы: технология насыщения и технология истощения; для каждой технологии есть два варианта конструкции: N-канальная и Р-канальная.

Рис. 4.26. Символы МОП-транзисторов в схемах цепей, конструкции с каналом n-типа и р-типа для технологии насыщения и истощения

МОП-транзистор по технологии истощения всегда пропускает ток между стоком и истоком, в то время как в транзисторах, изготовленных по технологии насыщения, канал между стоком и истоком закрыт до тех пор, пока на затвор не подастся напряжение. В следующей таблице приведены различные модели поведения. Из таблицы следует, что устройства с каналом N-типа более доступны для использования, поскольку они требуют положительного напряжения, прикладываемого между затвором и истоком, которое колеблется в пределах от 0 В до напряжения в источнике питания. В устройствах с каналом Р-типа напряжение между затвором и истоком должно быть отрицательным.

Таблица 4.1. Схема поведения МОП-транзисторов

МОП-транзистор в качестве переключателя