itciskra.ru
График передаточной характеристики полевого транзистора демонстрирует зависимость выходного тока от напряжения на затворе при различных значениях напряжения между стоком и источником. Этот график позволяет определить основные параметры работы транзистора, такие как усиление, режимы работы и максимальные значения тока и напряжения.
Особенностью полевого транзистора является то, что он работает в маломощном режиме и имеет высокий входной сопротивление, что упрощает его использование в различных схемах.
Понимание передаточной характеристики полевого транзистора позволяет электронным инженерам оптимизировать работу устройств, использующих этот прибор, а также предотвращать повреждение и неисправности при его эксплуатации.
Как работает полевой транзистор?
Основной принцип работы полевого транзистора основан на управлении электрическим полем вокруг канала, который образуется при приложении напряжения к его затвору. Ключевыми элементами полевого транзистора являются затвор (gate), исток (source) и сток (drain). Электрический ток протекает от истока к стоку через канал, который контролируется напряжением на затворе.
Когда напряжение на затворе положительное (в отношении истока), электрическое поле в затворной области привлекает носители заряда вблизи поверхности канала, создавая заряженные области. Это приводит к формированию канала с низким сопротивлением, через который легко протекает электрический ток.
Если напряжение на затворе отрицательное (в отношении истока), электрическое поле отталкивает носители заряда, что делает канал практически не проводящим. В этом случае электрический ток не протекает от истока к стоку.
Таким образом, полевой транзистор может служить включателем, который открывает и закрывает электрическую цепь с помощью управления затворным напряжением. Такой принцип работы делает полевой транзистор незаменимым элементом множества устройств, включая компьютеры, мобильные телефоны и телевизоры.
| Затворное напряжение (В) | Состояние транзистора |
|---|---|
| Положительное | Открыт |
| Отрицательное | Закрыт |
Определение полевого транзистора
Полевые транзисторы могут быть различных типов: усиливающие, переключающие, стабилизирующие и т.д. Они обладают низким потреблением энергии, высоким входным сопротивлением и малыми габаритными размерами. Это делает их широко используемыми в различных электронных устройствах.
Принцип работы полевого транзистора
Принцип работы полевого транзистора основывается на изменении ширины канала между источником и стоком, который определяет его сопротивление. Затвор влияет на электрическое поле вблизи канала и тем самым управляет его шириной.
В зависимости от типа полупроводникового материала, используемого в полевом транзисторе, можно выделить два основных типа транзисторов: N-канальный (N-полевой) и P-канальный (P-полевой). В N-канальном транзисторе источник и сток соединены кристаллом N-типа, а затвор – кристаллом P-типа. В P-канальном транзисторе наоборот: источник и сток – P-типа, а затвор – N-типа.
Режим работы полевого транзистора может быть различным в зависимости от напряжения на его затворе. В усилительных цепях наиболее распространенные режимы – усилительный и коммутационный. В усилительном режиме полевой транзистор используется для усиления слабого входного сигнала, а в коммутационном – для коммутации высоких частот или управления большими токами.
Преимущества полевых транзисторов перед биполярными транзисторами включают большую линейность передачи сигнала, низкое потребление мощности и большую мощность, которую они могут переносить. Однако полевые транзисторы более чувствительны к статическому электричеству и внешним электромагнитным помехам, поэтому требуется использование специальных мер предосторожности при их монтаже и эксплуатации.
| N-канальный транзистор | P-канальный транзистор | |
|---|---|---|
| Источник | N-тип | P-тип |
| Сток | N-тип | P-тип |
| Затвор | P-тип | N-тип |
Передаточная характеристика полевого транзистора
При построении передаточной характеристики полевого транзистора обычно используется две оси координат: горизонтальная ось (ось X) отображает напряжение на затворе, а вертикальная ось (ось Y) отображает выходной ток. График может быть линейным или нелинейным, в зависимости от типа транзистора и заданного режима работы.
Передаточная характеристика полевого транзистора имеет несколько особенностей:
| Тип транзистора | Особенности передаточной характеристики |
| P-канальный | — На графике выходной ток уменьшается с увеличением напряжения на затворе. — Транзистор находится в открытом состоянии при низком напряжении на затворе. — Пределы напряжения и тока определяются уровнем напряжения на истоке. |
| N-канальный | — На графике выходной ток увеличивается с увеличением напряжения на затворе. — Транзистор находится в закрытом состоянии при низком напряжении на затворе. — Пределы напряжения и тока определяются уровнем напряжения на истоке. |
На передаточной характеристике полевого транзистора также часто отображается точка переключения (threshold voltage), которая обозначает напряжение на затворе, при котором транзистор начинает открываться. Точка переключения может быть положительной или отрицательной величиной, в зависимости от типа транзистора.
График передаточной характеристики
На графике ПХ полевого транзистора обычно изображают две кривые, соответствующие различным режимам работы транзистора:
1. Режим с оборотной полярностью (насыщения) (VGS>Vth, VDS>VGS-Vth)
В этом режиме транзистор находится в насыщении, т.е. используются оба источника тока — источник тока затвора и источник тока стока. Ток стока достигает максимального значения (IDsat) и почти не зависит от напряжения на стоке.
На графике, для данного режима, ток стока начинает уровнем IDsat, и по мере увеличения напряжения на затворе, он остается примерно постоянным.
Важно отметить, что для работы транзистора в насыщении, напряжение между затвором и истоком (VGS) должно быть больше порогового напряжения (Vth), и разность напряжений между затвором и стоком (VGS-Vth) должна быть меньше напряжения между стоком и истоком (VDS).
2. Режим с прямой полярностью (разрезания) (VGSth, VDS>Vth)
В этом режиме транзистор находится в разрезании, т.е. ток стока отсутствует. Зависимость между ID и VGS в данном режиме наблюдается только при обратном напряжении на стоке. Ток стока подразумевает наличие затворного источника тока, но при значениях VGS меньше Vth — отсутствует.
На графике, для данного режима, ID равен нулю при VGS меньше Vth. При увеличении напряжения на затворе до значения, превышающего Vth, транзистор переходит в режим насыщения.
График передаточной характеристики полевого транзистора является важным инструментом при проектировании и анализе работы транзистора. Он помогает определить рабочие режимы транзистора и оценить его параметры, такие как пороговое напряжение и максимальный ток стока.
Зная график передаточной характеристики, можно определить точку работы транзистора и выбрать наиболее подходящий режим для конкретных нужд.