Mosfet - що це таке? Застосування і перевірка транзисторів

У статті ви дізнаєтеся про MOSFET транзистори, що це, які схеми включення бувають. Є тип польового транзистора, у якого вхід електрично ізольований від основного струму несучого каналу. І тому називається він польовий транзистор з ізольованим затвором. Найбільш поширеним типом такого польового транзистора, який використовується в багатьох типах електронних схем, називається польовий транзистор метал-оксид-напівпровідник на основі переходу або ж МОП-транзистор (скорочена абревіатура цього елемента).

Що таке MOSFET транзистори?

МОП-транзистор являє собою керований напругою польовий транзистор, який відрізняється від польового тим, що він має "метал-оксид" електрод затвора, який електрично ізольований від основного напівпровідника п-каналом чи каналом р-типу з дуже тонким шаром ізолюючого матеріалу. Як правило, це діоксид кремнію (а якщо простіше, то скло). Цей ультратонкий ізольований металевий електрод затвора можна розглядати як одну пластину конденсатора. Ізоляція керуючого входу робить опір МДН-транзистора надзвичайно високим, практично нескінченним. Як і польові, МОП-транзистори мають дуже високий вхідний опір. Може легко накопичувати велику кількість статичного заряду, що призводить до пошкодження, якщо ретельно не захищені ланцюга.

Відмінності МОСФЕТ від польових транзисторів

Основна відмінність від польових у тому, що МОП-транзистори випускаються в двох основних формах:

Виснаження – транзистор вимагає напруги затвор-витік для перемикання пристрою в положення "Откл". Режим виснаження МДН-транзистора еквівалентно "нормально закритого" перемикачу.

Насичення – транзистор вимагає напруги затвор-витік, щоб включити пристрій. Режим посилення МДН-транзистора еквівалентно комутатора з "нормально замкнутими" контактами.

Графічні позначення транзисторів на схемах

Лінія між сполуками стоку і витоку являє собою напівпровідниковий канал. Якщо на схемі, на якій зображені MOSFET транзистори, вона представлена суцільною жирною лінією, то елемент працює в режимі виснаження. Так як струм з стоку може протікати з нульовим потенціалом затвора. Якщо лінія каналу показана пунктиром або ламаною, то транзистор працює в режимі насичення, так як тече струм з нульовим потенціалом затвора. Напрям стрілки вказує на провідний канал, р-типу або напівпровідниковий прилад п-типу. Причому вітчизняні транзистори позначаються точно так само, як і зарубіжні аналоги.

Базова структура MOSFET транзистори

Конструкція MOSFET (що це, розказано в статті докладно) дуже відрізняється від польових. Обидва типи транзисторів використовують електричне поле, створюване напругою на затворі. Щоб змінити потік носіїв заряду електронів для п-каналу або отвору для р-каналу, через полупроводящий канал стік-витік. Електрод затвора поміщений на вершині дуже тонким ізолюючим шаром, і є пара невеликих областей п-типу тільки під стік і джерело електродів. За допомогою ізольованого пристрою затвора для МДН-транзистора ніяких обмежень не застосовується. Тому можна з'єднувати з затвором польового МДН-транзистора джерело сигналу в будь-якій полярності (позитивний або негативний). Варто відзначити, що частіше зустрічаються імпортні транзистори, ніж їх вітчизняні аналоги.
Це робить MOSFET пристрої особливо цінними в якості електронних перемикачів або логічних приладів, тому що без впливу ззовні вони, як правило, не проводять струм. І причина цьому високий вхідний опір затвора. Отже, дуже маленький або несуттєвий контроль необхідний для МДН-транзисторів. Адже вони являють собою пристрої, керовані ззовні напругою.

Режим виснаження МДН-транзистора

Режим виснаження зустрічається значно рідше, ніж режими посилення без додатка напруги зсуву до затвору. Тобто, канал проводить при нульовому напрузі на затворі, отже, прилад "нормально закритий". На схемах використовується суцільна лінія для позначення нормально замкнутого проводить каналу. Для п-канального МОП-транзистора виснаження, негативне напруга затвор-витік негативне, буде виснажувати (звідси назва) проводить канал своїх вільних електронів транзистора. Аналогічно для р-канального МОП-транзистора збіднення позитивного напруги затвор-витік, буде виснажувати канал своїх вільних дірок, перевівши пристрій в непроводящее стан. А ось прозвонка транзистора не залежить від того, який режим роботи. Іншими словами, для режиму виснаження п-канального МОП-транзистора:

Позитивне напруга на стоці означає більшу кількість електронів і струму.

Негативне напруга означає менше електронів і струм.

Зворотні твердження також вірні і для транзисторів р-каналу. Тоді режим виснаження МДН-транзистора еквівалентно "нормально розімкнутого" перемикачу.

N-канальних МДН-транзистор в режимі виснаження

Режим виснаження МДН-транзистора побудований таким же чином, як і у польових транзисторів. Причому канал стік-витік – це провідний шар з електронами і дірками, який присутній в п-типу або р-типу каналах. Таке легування каналу створює проводить шлях низького опору між стоком і джерела з нульовим напругою. Використовуючи тестер транзисторів, можна провести вимірювання струмів та напруг на його виході і вході.

Режим посилення МДН-транзистора

Більш поширеним у транзисторів MOSFET є режим підсилення, він зворотний для режиму виснаження. Тут провідний канал слаболегированний або навіть нелегований, що робить його непроводящая. Це призводить до того, що пристрій в режимі спокою не проводить струм (коли напруга зсуву затвора дорівнює нулю). На схемах для позначення МДН-транзисторів такого типу використовують ламану лінію, щоб позначити нормально відкритий токоизолирующий канал. Для підвищення N-канального МОП-транзистора струм стоку буде текти тільки тоді, коли напруга на затворі прикладається до затвору більше, ніж порогове напруга. При подачі позитивного напруги на затвор до п-типу MOSFET (що це, режими роботи, схеми включення, описані в статті) залучає більшу кількість електронів в напрямку оксидного шару навколо затвора, тим самим збільшуючи посилення (звідси назва) товщини каналу, дозволяючи вільніше протікати струму.

Особливості режиму посилення

Збільшення позитивного напруги затвора викличе появу опору в каналі. Це не покаже тестер транзисторів, він може тільки перевірити цілісність переходів. Щоб зменшити подальше зростання, потрібно збільшити струму стоку. Іншими словами, для посилення режиму п-канального МОП-транзистора:

Позитивний сигнал транзистор переводить у провідний режим.

Відсутність сигналу або ж його від'ємне значення переводить в непровідний режим транзистор. Отже, в режимі посилення МОП-транзистор еквівалентний "нормально розімкнутого" перемикачу.

Зворотні твердження справедливі для посилення режимів р-канальних МОН-транзисторів. При нульовому напрузі пристрій в режимі «Off» і канал відкритий. Застосування напруги від'ємного значення до затвору р-типу у MOSFET збільшує провідність каналів, переводячи його режим «Вкл». Перевірити можна, використовуючи тестер (цифровий або стрілочний). Тоді для посилення режиму р-канального МОП-транзистора:

Позитивний сигнал переводить транзистор «Викл».

Негативний включає транзистор в режим «Вкл».

Режим посилення N-канального МОП-транзистора

У режимі посилення МДН-транзистори мають низький вхідний опір в провідному режимі і надзвичайно висока в непроводящем. Також їх нескінченно високий вхідний опір з-за їх ізольованого затвора. Режиму підсилення транзисторів використовується в інтегральних схемах для одержання типу КМОП логічних вентилів і комутації силових ланцюгів у формі, як PMOS (P-канал) і NMOS (N-канал) входів. CMOS – це комплементарний МОП в тому сенсі, що це логічний пристрій має як PMOS, так і NMOS у своїй конструкції.

Підсилювач на MOSFET

Так само, як і польові, MOSFET транзистори можуть бути використані для виготовлення підсилювачів класу «А». Схеми підсилювачів з N-канальних МОН-транзистором загального початкового режиму посилення, є найбільш популярною. На МОП-транзисторах підсилювачі в режимі збіднення дуже схожі на схеми з використанням польових приладів, за винятком того, що MOSFET (що це, і які бувають типи, розглянуто вище) має більш високий вхідний імпеданс. Цей імпеданс управляється по входу смещающей резистивної ланцюгом, утвореної резисторами R1 і R2. Крім того, вихідний сигнал для загального джерела підсилювача на транзисторах MOSFET в режимі посилення інвертується, тому що, коли вхідна напруга низька, то перехід транзистора розімкнений. Це можна перевірити, маючи в арсеналі лише тестер (цифровий або навіть стрілочний). При високому вхідному напрузі транзистор у включеному режимі, на виході напруга вкрай низьке.