Полевой транзистор
Устройство, обозначение, разновидности, как проверить
Что такое транзистор, мы с Вами ознакомились в статье Транзистор биполярный однако речь в ней шла лишь о самой простой разновидности- биполярном транзисторе, однако у этого полезного прибора существует еще и масса разновидностей.
К основным разновидностям транзисторов можно отнести следующие: транзисторы полевые, транзисторы составные и транзисторы специализированные.
О составных и специализированных мы поговорим в другой статье (читаем Разновидности транзисторов ), здесь же мы с Вами особое внимание уделим полевым транзисторам.
Итак, поехали…
Полевые транзисторы- устройство, принцип действия
Полевой транзистор, подобно и обычному биполярному транзистору, по своей конструкции представляет собою такой-же «слоеный PNP-пирог», однако выполнен он немного по другому: основой в полевом транзисторе служит подложка из полупроводникового материала определенной проводимости, в которую «вживляются» небольшие области из полупроводникового материала противоположной проводимости.
Для примера- давайте рассмотрим картинку:
Для увеличения картинок в статье- кликайте по ним
Здесь основою служит полупроводниковая пластина P-типа, в которую встроены две небольшие области N-типа.
К этим областям подключены электроды, которые называются ИСТОК и СТОК.
К основной зоне подключен еще один электрод, который получил название ЗАТВОР.
Конечно-же названия ИСТОК, СТОК и ЗАТВОР называются не просто так:
исток (англ. source) — электрод, из которого в канал входят основные носители заряда
сток (англ. drain) — электрод, через который из канала уходят основные носители заряда
затвор (англ. gate) — электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала.
Как все это работает?
Как уже было сказано выше- входное напряжение подается на ИСТОК. Сюда-же включается и нагрузка.
Как показано на картинке- основу полевого транзистора составляет подложка P-типа. То есть между ИСТОКОМ и подложкой получается PN- переход.
Так как входное напряжение на ИСТОКЕ будет выше, чем на стоке, то данный PN- переход окажется включенным обратном направлении (то есть будет заперт).
Если начать подавать на ЗАТВОР положительное напряжение, то тогда, за счет диффузии, вся подложка (P-зона) очень быстро заполнится положительными зарядами и произойдет открывание PN- перехода. Откроется он, в принципе практически точно как и в биполярном транзисторе, однако в полевом транзисторе проход электронов будет осуществляться не полностью через весь PN-переход, а, так сказать, по кратчайшему расстоянию- между ИСТОКОМ и СТОКОМ образуется некий канал (в данном примере это будет N-канал).
Причем, управляя током на ЗАТВОРЕ, возникнет возможность регулировать поперечное сечение этого канала- в полностью открытом виде сопротивление N-канала бут практически равно нулю (этот режим назвали режим насыщения).
Конечно все Вы понимаете что полевые транзисторы так-же имеют массу разновидностей- тот вид транзисторов, который рассматривался выше, называется полевой транзистор с N-каналом, с управляющим PN переходом (или по-буржуйски JFET). Есть конечно-же и полевые транзисторы с P-каналом, а есть и с изолированным затвором (так называемые МДП или MOSFET).
Конструктивно MOSFET выглядит вот так:
Полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET) — это полевой транзистор, затвор которого электрически изолирован от канала слоем диэлектрика.
В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который называют подложкой, созданы две сильно легированные области с противоположным относительно подложки типом проводимости. На эти области нанесены металлические электроды — исток и сток. Расстояние между сильно легированными областями истока и стока может быть меньше микрона. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. Так как исходным полупроводником для полевых транзисторов обычно является кремний, то в качестве диэлектрика используется слой диоксида кремния SiO2, выращенный на поверхности кристалла кремния путём высокотемпературного окисления. На слой диэлектрика нанесён металлический электрод — затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП-транзисторами.
Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным каналом и со встроенным каналом.
В МДП-транзисторах с индуцированным каналом (рисунок выше) проводящий канал между сильнолегированными областями истока и стока отсутствует и, следовательно, заметный ток стока появляется только при определённой полярности и при определённом значении напряжения на затворе относительно истока, которое называют пороговым напряжением (UЗИпор).
В МДП-транзисторах со встроенным каналом (следующий рисунок) у поверхности полупроводника под затвором при нулевом напряжении на затворе относительно истока существует инверсный слой — канал, который соединяет исток со стоком.
Изображённые на рисунках структуры полевых транзисторов с изолированным затвором имеют подложку с электропроводностью n-типа. Поэтому сильнолегированные области под истоком и стоком, а также индуцированный и встроенный канал имеют электропроводность p-типа. Если же аналогичные транзисторы созданы на подложке с электропроводностью p-типа, то канал у них будет иметь электропроводность n-типа.
Входное сопротивление МДП-транзисторов может достигать 1010…1014 Ом (у полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом 107…109), что является преимуществом при построении высокоточных устройств.
Таким образом все разновидности полевых транзисторов можно отобразить в виде таблицы:
Как маркируются полевые транзисторы
Насчет маркировки полевых транзисторов также, как и с биполярными, имеется несколько стандартов- отечественные полевые транзисторы имели маркировку КПxxx (например КП103, КП303 и так далее). Что касается параметров- то они носили справочный характер.
Среди зарубежной маркировки также существует несколько разновидностей. Самый простой вариант- это типа «ток- канал- напряжение».
Вот пример (см. картинку) на транзисторе написано 8N80
Это обозначает: 8 Ампер, 800 Вольт, N-канальный.
Однако многие производители любят добавлять и свои «фирменные» буквы. Например AO3400
В этом случае буквы «AO»- это уже фирменный знак производителя «ALPHA & OMEGA», и тут уже без документации (так называемого даташита) делать нечего…
Как проверить полевой транзистор
Проверяются полевые транзисторы немного иначе от биполярных. Там мы проверяли каждый переход в отдельности и общее отсутствие пробоев у прибора (на всякий случай, кто подзабыл или не в курсе, то все подробности были ВОТ ЗДЕСЬ).
У полевого транзистора наличие пробоев проверяется точно так-же, мультиметром, но здесь у нас есть еще уникальная возможность проверить работоспособность полевого транзистора. Мы можем ввести его в режим насыщения и убедиться что он открылся. Затем вывести его из режима насыщения и убедится что он заперся.
На словах все это звучит не совсем понятно, так что лучше один раз увидеть 😎
Начну с пары пояснений:
1. На практике чаще всего приходится иметь дело с N-канальными MOSFET, так что на них и будем тренироваться.
2. Конечно-же параметры у всех транзисторов отличаются и поэтому различным транзисторам требуется различный ток насыщения, уровень открывания перехода Исток- Сток также может быть различный и поэтому рассмотрим два варианта.
3. Если необходимо проверить P-канальный транзистор, то тогда полярность щупов на мультиметре нужно будет развернуть
Итак, начнем…
Опыт первый- транзистор APM4010N. Это N-канальный MOSFET в SMD корпусе (я его припаял к металлической пластине чтобы легче было закрепить щупы прибора). Встречались чаще всего в ЖК телеках Mystery в инверторах подсветки и источниках питания. Вот его цоколевка:
Между истоком- стоком имеется встроенный диод, и вот он на показаниях мультика
Не отпуская черный щуп, прикасаемся на секунду красным щупом к Затвору
Быстренько возвращаем красный щуп на место и видим что сопротивление упало почти до нуля. То есть транзистор открылся
Причем открылся он в обе стороны
Запираем транзистор. Для этого не отпуская Красный щуп, на секунду прикасаемся Черным щупом к затвору
Возвращаем черный щуп на место- транзистор заперся
Вывод- транзистор живой.
Опыт второй: транзистор 7N65. Тоже N-канальный MOSFET, в пластиковом корпусе, довольно распространенный. Вот его цоколевка
Проверяем переход Исток- Сток. В одну сторону проводимости нет, в другом направлении- встроенный диод и мультик его показал
Процедура точно такая-же как и в предыдущем варианте: не отпуская черный щуп, прикасаемся на секунду красным щупом к Затвору. Возвращаем щуп на место и видим что транзистор немного приоткрылся: проводимость стала не КЗ, но все-же появилась.
Запирается транзистор точно также как и в предыдущем случае.
Ну вот, на этом про полевые транзисторы, в общем, как-бы и все, но однако наш разговор о транзисторах на этом не закончен…
На практике довольно часто приходится сталкиваться со специализированными транзисторами, но это уже ОТДЕЛЬНЫЙ РАЗГОВОР
