IRF230 IRF231 IRF232 IRF233 IRF234 IRF235 IRF236 IRF237 IRF240 IRF241 IRF242 IRF243 IRF244 IRF245 IRF246 IRF247 IRF250 IRF251 IRF252 IRF253 IRF254 IRF255 IRF256 IRF257 IRF300 IRF301 IRF305 IRF320 IRF321 IRF322 IRF323 IRF330 IRF331 IRF333 IRF340 IRF341 IRF342 IRF343 IRF350 IRF351 IRF352 IRF353 IRF360 IRF362 IRF420 IRF421 IRF422 IRF423 IRF430 IRF431 IRF432 IRF433 IRF440 IRF441 IRF442 IRF443 IRF448 IRF449 IRF450 IRF451 IRF452 IRF453 IRF510 IRF511 IRF512 IRF513 IRF520 IRF521 IRF522 IRF523 IRF530 IRF531 IRF532 IRF533 IRF540 IRF541 IRF542 IRF543 |
А А А А А А А С С C C А А А А С С С С С А А А А А А А А А А А А А А А А А А А А А С С А А А А А А А А А А А А А А А А А А В В В В В В В В В В B B B B B B |
200 150 200 150 250 250 275 275 200 150 200 150 250 250 275 275 200 150 200 150 250 275 275 400 350 400 400 350 400 350 400 350 350 400 350 400 350 400 350 400 350 400 400 500 450 500 450 500 450 500 450 500 450 500 450 500 500 500 450 500 450 100 80 100 80 100 80 100 80 100 80 100 80 100 80 100 80 |
9 9 8 8 8 6,5 8 6,5 18 18 16 16 14 13 14 13 30 30 25 25 22 20 20 4 4 5 3,3 3,3 2,8 2,8 5,5 5,5 4,5 10 10 8,3 8,3 15 15 13 13 25 22 2,5 2,5 2,2 2,2 4,5 4,5 4 4 8 8 7 7 9.6 8.5 13 13 11 11 5.6 5,6 4,9 4,9 9,2 9,2 8 8 14 14 12 12 28 28 25 25 |
75 75 75 75 75 75 75 75 125 125 125 125 125 125 125 125 150 150 150 150 150 150 150 150 125 125 50 50 50 50 75 75 75 125 125 125 125 150 150 150 150 300 300 50 50 50 50 75 75 75 75 125 125 125 125 130 130 125 125 125 125 43 43 43 43 60 60 60 60 80 80 80 80 150 150 150 150 |
0,4 0,4 0,6 0,6 0,45 0,7 0,45 0,7 0,18 0,18 0,22 0,22 0,28 0,34 0,28 0,34 0,085 0,085 0,12 0,12 0,14 0,17 0,14 0,17 1,3 0,008 1,8 1,8 2,5 2,5 1 1 1,5 0,55 0,55 0,8 0,8 0,3 0,3 0,4 0,3 0,2 0,25 3 3 4 4 1,5 1,5 2 2 0,85 0,85 1,1 1,1 0,6 0,75 0,4 0,4 0,5 0,5 0,54 0,54 0,74 0,74 0,27 0,27 0,36 0,36 0,18 0,18 0,25 0,25 0,077 0,077 0,1 0,1 |
0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 2 2 2 2 2,7 2,7 2,7 2,7 1 1 1 0,45 0,45 0,45 0,7 0,7 0,7 1,3 1,3 1,3 1,3 2 2 2 2 4 4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,6 0,6 0,6 0,6 1,2 1,2 1,2 1,2 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 0,135 0,15 0,135 0,135 0,35 0,35 0,35 0,35 0,6 0,6 0,6 0,6 1,45 1,45 1,45 1,45 |
4 3,5 3,5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3,5 3,5 3,5 3,5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3,5 4 4 4 4 4 4 3,5 3,5 3,5 3,5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 |
20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 |
3-4,8 3-4,8 3-4,8 3-4,8 3-5 3-5 3-4,3 3-4,3 6-10 6-10 6-10 6-10 7-10 7-10 7-10 7-10 8-12 8-12 8-12 8-12 11-17 11-17 11-17 11-17 1-2,5 1-2,5 1-2,5 1,8-2,7 1,8-2,7 1,8-2,7 1.8-2,7 2.9-4 2,9-4 2,9-4 6-8 6-8 6-8 6-8 8-10 8-10 8-10 8-10 14-21 1,5-2,3 1,5-2,3 1,5-2,3 1,5-2,3 2,7-3,2 2,7-3,2 2,7-3,2 2,7-3,2 5-7,5 5-7,5 5-7,5 5-7,5 6,3-9,4 6,3-9,4 6-11 6-11 6-11 6-11 1,3-2 1,3-2 1,3-2 1,3-2 2,7-4,1 2,7-4,1 2,7-4,1 2,7-4,1 5,1-7,6 5,1-7,6 5,1-7,6 5,1-7,6 8,7-13 8,7-13 8,7-13 8,7-13 |
5 5 5 5 6 6 4 4 10 10 10 10 8 8 8 8 16 16 16 16 12 12 12 12 2 2 2 1,8 1,8 1,8 1,8 3 3 5,2 5,2 5,2 8 8 8 8 14 14 1,4 1,4 1,4 1.4 2,5 2,5 |
Транзисторы irf справочник | myklad.bitballoon.com
Основные параметры мощных транзисторов
Технологические возможности и успехи в разработке мощных полевых транзисторов привели к тому, что в настоящее время не составляет особого труда приобрести их за приемлемую цену.
В связи с этим возрос интерес радиолюбителей к применению таких MOSFET транзисторов в своих электронных самоделках и проектах.
Стоит отметить тот факт, что MOSFET’ы существенно отличаются от своих биполярных собратьев, как по параметрам, так и своему устройству.
Пришло время ближе познакомиться с устройством и параметрами мощных MOSFET транзисторов, чтобы в случае необходимости более осознанно подобрать аналог для конкретного экземпляра, а также иметь возможность понимать суть тех или иных величин, указанных в даташите.
Что такое HEXFET транзистор?
В семействе полевых транзисторов есть отдельная группа мощных полупроводниковых приборов называемых HEXFET. Их принцип работы основан на весьма оригинальном техническом решении. Их структура представляет собой несколько тысяч МОП ячеек включенных параллельно.
Ячеистые структуры образуют шестиугольник. Из-за шестиугольной или по-другому гексагональной структуры данный тип мощных МОП-транзисторов и называют HEXFET. Первые три буквы этой аббревиатуры взяты от английского слова
Под многократным увеличением кристалл мощного HEXFET транзистора выглядит вот так.
Как видим, он имеет шестиугольную структуру.
Получается, что мощный MOSFET, по сути представляет собой эдакую супер-микросхему, в которой объединены тысячи отдельных простейших полевых транзисторов. В совокупности они создают один мощный транзистор, который может пропускать через себя большой ток и при этом практически не оказывать значительного сопротивления.
Благодаря особой структуре и технологии изготовления HEXFET, сопротивление их канала RDS(on) удалось заметно снизить. Это позволило решить проблему коммутации токов в несколько десятков ампер при напряжении до 1000 вольт.
Вот только небольшая область применения мощных HEXFET транзисторов:
Схемы коммутации электропитания.
Системы управления электродвигателями.
Усилители низкой частоты.
Ключи для управления мощными нагрузками.
Несмотря на то, что мосфеты, изготовленные по технологии HEXFET (параллельных каналов) обладают сравнительно небольшим сопротивлением открытого канала, сфера применения их ограничена, и они применяются в основном в высокочастотных сильноточных схемах. В высоковольтной силовой электронике предпочтение порой отдают схемам на основе IGBT.
Транзисторы HEXFET марки IRLZ44ZS
Изображение MOSFET транзистора на принципиальной электрической схеме (N-канальный МОП).
Как и биполярные транзисторы, полевые структуры могут быть прямой проводимости или обратной. То есть с P-каналом или N-каналом. Выводы обозначаются следующим образом:
О том, как обозначаются полевые транзисторы разных типов на принципиальных схемах можно узнать на этой странице.
Основные параметры полевых транзисторов.
Вся совокупность параметров MOSFET может потребоваться только разработчикам сложной электронной аппаратуры и в даташите (справочном листе), как правило, не указывается. Достаточно знать основные параметры:
VDSS (Drain-to-Source Voltage) – напряжение между стоком и истоком. Это, как правило, напряжение питания вашей схемы. При подборе транзистора всегда необходимо помнить о 20% запасе.
ID (Continuous Drain Current) – ток стока или непрерывный ток стока. Всегда указывается при постоянной величине напряжения затвор-исток (например, VGS=10V). В даташите, как правило, указывается максимально возможный ток.
RDS(on) (Static Drain-to-Source On-Resistance) – сопротивление сток-исток открытого канала. При увеличении температуры кристалла сопротивление открытого канала увеличивается. Это легко увидеть на графике, взятом из даташита одного из мощных HEXFET транзисторов. Чем меньше сопротивление открытого канала (RDS(on)), тем лучше мосфет. Он меньше греется.
PD (Power Dissipation) – мощность транзистора в ваттах. По-иному этот параметр ещё называют мощностью рассеяния. В даташите на конкретное изделие величина данного параметра указывается для определённой температуры кристалла.
VGS (Gate-to-Source Voltage) – напряжение насыщения затвор-исток. Это напряжение, при превышении которого увеличения тока через канал не происходит. По сути, это максимальное напряжение между затвором и истоком.
VGS(th) (Gate Threshold Voltage) – пороговое напряжение включения транзистора. Это напряжение, при котором происходит открытие проводящего канала и он начинает пропускать ток между выводами истока и стока. Если между выводами затвора и истока приложить напряжение меньше VGS(th), то транзистор будет закрыт.
На графике видно, как уменьшается пороговое напряжение VGS(th) при увеличении температуры кристалла транзистора. При температуре 175 0 C оно составляет около 1 вольта, а при температуре 0 0 C около 2,4 вольт. Поэтому в даташите, как правило, указывается минимальное (min.) и максимальное (max.) пороговое напряжение.
Рассмотрим основные параметры мощного полевого HEXFET-транзистора на примере IRLZ44ZS фирмы International Rectifier. Несмотря на впечатляющие характеристики, он имеет малогабаритный корпус D 2 PAK для поверхностного монтажа. Глянем в datasheet и оценим параметры этого изделия.
Предельное напряжение сток-исток (VDSS): 55 Вольт.
Максимальный ток стока (ID): 51 Ампер.
Предельное напряжение затвор-исток (VGS): 16 Вольт.
Сопротивление сток-исток открытого канала (RDS(on)): 13,5 мОм.
Максимальная мощность (PD): 80 Ватт.
Сопротивление открытого канала IRLZ44ZS составляет всего лишь 13,5 миллиОм (0,0135 Ом)!
Взглянем на «кусочек» из таблицы, где указаны максимальные параметры.
Хорошо видно, как при неизменном напряжении на затворе, но при повышении температуры уменьшается ток (с 51A (при t=25 0 C) до 36А (при t=100 0 С)). Мощность при температуре корпуса 25 0 С равна 80 Ваттам. Так же указаны некоторые параметры в импульсном режиме.
Транзисторы MOSFET обладают большим быстродействием, но у них есть один существенный недостаток – большая ёмкость затвора. В документах входная ёмкость затвора обозначается как Ciss (Input Capacitance).
На что влияет ёмкость затвора? Она в большой степени влияет на определённые свойства полевых транзисторов. Поскольку входная ёмкость достаточно велика, и может достигать десятков пикофарад, применение полевых транзисторов в цепях высокой частоты ограничивается.
В схемах переключения время заряда паразитной входной ёмкости транзистора влияет на скорость его срабатывания.
Важные особенности MOSFET транзисторов.
Очень важно при работе с полевыми транзисторами, особенно с изолированным затвором, помнить, что они “смертельно” боятся статического электричества. Впаивать их в схему можно только предварительно закоротив выводы между собой тонкой проволокой.
При хранении все выводы МОП-транзистора лучше закоротить с помощью обычной алюминиевой фольги. Это уменьшит риск пробоя затвора статическим электричеством. При монтаже его на печатную плату лучше использовать паяльную станцию, а не обычный электрический паяльник.
Дело в том, что обычный электрический паяльник не имеет защиты от статического электричества и не «развязан» от электросети через трансформатор. На его медном жале всегда присутствуют электромагнитные «наводки» из электросети.
Любой всплеск напряжения в электросети может повредить паяемый элемент. Поэтому, впаивая полевой транзистор в схему электрическим паяльником, мы рискуем повредить MOSFET-транзистор.
Русский язык 11 класс справочник
Введение в транзисторы полевого эффекта (jfet) — переходные полевые транзисторы
Введение в транзисторы с полевым эффектом (JFET)
Глава 5 — Переходные полевые транзисторы
Транзистор представляет собой линейное полупроводниковое устройство, которое управляет током при использовании электрического сигнала меньшей мощности. Транзисторы можно грубо сгруппировать в два основных подразделения: биполярный и полевой . В последней главе мы изучили биполярные транзисторы, которые используют небольшой ток для управления большим током. В этой главе мы введем общую концепцию полевого транзистора — устройство, использующее небольшое напряжение для управления током, а затем сосредоточимся на одном конкретном типе: полевой транзистор перехода . В следующей главе мы рассмотрим еще один тип полевых транзисторов, изотермических ворот .
Все полевые транзисторы являются однополярными, а не биполярными устройствами. То есть основной ток через них состоит из электронов через полупроводник N-типа или дырки через полупроводник P-типа. Это становится более очевидным, когда видна физическая схема устройства:
В транзисторе с полевым эффектом соединения или JFET управляемый ток проходит от источника к стоку или от истока к источнику в зависимости от обстоятельств. Управляющее напряжение подается между затвором и источником. Обратите внимание, что ток не должен пересекать PN-переход на своем пути между источником и стоком: путь (называемый каналом ) является непрерывным блоком полупроводникового материала. На показанном изображении этот канал является полупроводником N-типа. Канальные JFET-устройства типа P также изготавливаются:
Как правило, N-канальные JFET чаще используются, чем P-канал. Причины этого связаны с неясными деталями теории полупроводников, которые я бы предпочел не обсуждать в этой главе. Как и в случае с биполярными транзисторами, я считаю, что лучший способ введения полевого транзистора — избегать теории, когда это возможно, и сосредоточиться вместо этого на эксплуатационных характеристиках. Единственное практическое различие между N и P-канальными JFET, с которыми вам нужно сейчас заняться, — это смещение PN-соединения, образованного между материалом затвора и каналом.
При отсутствии напряжения, подаваемого между затвором и источником, канал представляет собой широко открытый путь прохождения электронов. Однако, если между затвором и источником такой полярности наложено напряжение, которое обратное смещает PN-соединение, поток между источниками и дренажными соединениями становится ограниченным или регулируется так же, как и для биполярных транзисторов с установленным количеством базового тока. Максимальное напряжение затвора «зажимает» весь ток через источник и слив, тем самым заставляя JFET работать в режиме отсечки. Это связано с тем, что область истощения PN-перехода расширяется под действием напряжения обратного смещения, в конечном счете занимая всю ширину канала, если напряжение достаточно велико. Это действие можно сравнить с уменьшением потока жидкости через гибкий шланг, сжимая его: с достаточной силой шланг будет достаточно сжатым, чтобы полностью блокировать поток.
Обратите внимание на то, как это оперативное поведение полностью противоположно биполярному переходному транзистору. Биполярные транзисторы обычно отключены : нет тока через основание, нет тока через коллектор или эмиттер. JFET, с другой стороны, являются обычно включенными устройствами: напряжение, подаваемое на затвор, не допускает максимального тока через источник и утечки. Кроме того, обратите внимание, что количество допустимого тока через JFET определяется сигналом напряжения, а не сигналом тока, как и биполярными транзисторами. Фактически, когда PN-соединение затвора обратного смещения, должен быть почти нулевой ток через соединение затвора. По этой причине мы классифицируем JFET как устройство с контролируемым напряжением и биполярный транзистор как устройство с контролируемым током .
Если PN-соединение затвора с прямым смещением вперед с небольшим напряжением, канал JFET «откроется» немного больше, чтобы пропускать большие токи. Тем не менее, PN-соединение JFET не построено для обработки какого-либо существенного тока, и поэтому не рекомендуется перекладывать смещение соединения ни при каких обстоятельствах.
Это очень сжатый обзор работы JFET. В следующем разделе мы рассмотрим использование JFET в качестве коммутационного устройства.
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Просмотр книг: Технологии и машиностроение / Электроника / Транзисторы
https://unsplash.com/@birminghammuseumstrust (Ресурс цифровых изображений Бирмингемского музейного фонда содержит тысячи изображений, охватывающих десятилетия яркого прошлого Бирмингема)Как узнать больше
Если вы любите читать, но по какой-то причине читаете все меньше и меньше, знайте, что все в порядке. Такое случается.
В нашей сегодняшней жизни так много вещей, которые нас отвлекают — как мы можем не убирать книги, когда вокруг все эти фильмы, телешоу, видео на YouTube, социальные сети и бесконечный серфинг в интернет-магазинах…
Да, устоять действительно сложно, но можно!
В этой статье мы хотим поделиться с вами некоторыми советами, чтобы читать чаще и успешнее.
Это некоторые заметки и некоторые практики, которые мы собрали для нашего клуба читателей SUNDOG BOOKS .
И, может быть, это принесет в вашу жизнь больше книг!
Почему мы хотим / должны читать больше?
Чтобы начать читать больше, вы должны понять, зачем вам это нужно.
И вы удивитесь, но ваши цели могут быть самыми разными:
— для работы
Если вы много читаете по долгу службы, то вам обязательно нужно ускорить процесс. Логика здесь проста: быстрее читай → быстрее работай → больше времени на книги для себя.
— для образования
вам это нужно для вашей образовательной карьеры или иногда вы просто хотите читать, чтобы учиться. И, несмотря на все новые альтернативные способы получения знаний (подкасты, онлайн-курсы и видео), книга по-прежнему отлично справляется с этой задачей.
— для саморазвития
все упражнения на повышение скорости, так или иначе, улучшают познавательные способности и память.
— для развлечения
потому что хорошие книги всегда = удовольствие!
У любителей книг есть дополнительная особая цель — почаще читать. Если вы любите литературу, вы поймете, что мы имеем в виду: вы хотите все успеть — следить за современной литературой и не забывать о классике, заглядывать в научно-популярные и детские издания.И так много всего хочется перечитать! Цели амбициозны, но достижимы, если много читать.
И так — Как читать дальше:
Мы расскажем вам о методах, которые используем сами. Возможно, некоторые из них подойдут и вам.
15 минут в день
Вы, наверное, уже слышали это правило: если вы хотите завести здоровую привычку, посвящайте ей 15 минут в день. Когда-то мы все читали нерегулярно, скачкообразно.Иногда мы не можем открыть книгу, начатую несколько недель назад. Поэтому вы должны решить создать правило: посвящать чтению не менее 15 минут в день. Попробуйте почитать перед сном, а может быть, в обеденное время или даже во время утреннего кофе.
Вы сразу увидите прогресс. Вы заметите, что почти всегда ваши 15 минут превращаются в полчаса или больше. Но самое примечательное, что через три недели ваши руки сами будут искать книгу.
50 первых страниц
Этот метод советует — если книга не зацепила вас с первых 50 страниц, отложите ее в сторону! Жизнь слишком коротка, чтобы читать неинтересные книги.
Надо менять подход к книгам. Поначалу вам будет сложно остановиться и отложить книгу. Даже если мы уберем книгу, она, кажется, будет нас упрекать с полки, издеваясь над нами, как над теми, кто бросает курить. Но в итоге мы должны прийти к одной простой мысли: если она не привлекает ваше внимание, не стоит заставлять себя ее читать.
*** Пятьдесят страниц — неплохой тест. Не самый объективный, но однозначно эффективный. Это помогает определить, интересно ли вам это или нет, и стоит ли тратить время на то, что не волнует.
Дневник читателя
Это нужно использовать для улучшения качества чтения — чтобы сделать его более осознанным. Для начала, это может быть простая тетрадь с рубриками:
.- Автор
- Год издания
- Главные герои
- Сцена
- Участок
- Тема
- Цитаты
И да, в дневнике читателя главное не количество, а качество.Но это также может мотивировать. Когда вы открываете дневник и начинаете смотреть цитаты (особенно цитаты), вам сразу действительно хочется читать.
Может быть, сделать книжную ставку?
Участвовать могут несколько человек. В группу ставок могут входить друзья, родственники, а также ваши коллеги. И, конечно, вы можете установить свои правила участия, но мы приведем вам простой пример:
Каждый в группе должен читать и рецензировать книгу в течение месяца с еженедельными обновлениями.Тот, кто не закончил рецензирование, покупает книгу для всех остальных участников на следующий месяц.
Скорость чтения
Еще один эффективный способ увеличить объем прочитанного — это скорочтение. Логика здесь проста — чем быстрее вы читаете, тем больше книг получаете.
* Существует множество онлайн-курсов по скорочтению, и вы также можете заниматься самостоятельно, используя учебные пособия. Но стоит отметить, что это серьезный процесс обучения, который потребует определенных усилий с вашей стороны.
Результат
Чтение каждый день вполне достижимо, главное — постараться сделать это привычкой.
Иногда вместо того, чтобы отправиться в Facebook, попробуйте открыть книгу, и вскоре вы даже не вспомните, зачем вам нужно бродить по социальным сетям.
А также — не забывайте об аудиокнигах. Это отличный способ иногда снять нагрузку с глаз и просто погрузиться в историю. В некоторых книгах действительно сильная озвучка.
Теоретический предел частоты органических полевых транзисторов
В данной статье предлагается новая теоретическая модель транзисторной частоты переменного тока органических полевых транзисторов. Модель построена на расширенном физическом описании контактного сопротивления как ключевого математического компонента. Такая обработка самосогласованно и предсказуемо коррелирует частоту прохождения с рядом материалов, геометрическими и эксплуатационными параметрами. Путем навигации в широком параметрическом пространстве обнаружено, что амбициозная работа на гигагерцовой частоте наблюдается только в сильно уменьшенных устройствах, а также указаны собственные подвижности носителей и барьеры инжекции заряда, необходимые для достижения этого режима.
Органические полевые транзисторы (OFET) вступают в определенную технологическую зрелость, учитывая прогресс, достигнутый за последние три десятилетия [1–4]. Еще одно своевременное свидетельство — рост прозрачной дискуссии о методах и направлениях исследований, влияющих на сообщество в целом [5–9], что имеет важное значение для устойчивой дорожной карты, отражающей истинный технологический статус. Первой актуальной темой является проблема переоценки мобильности, которая хорошо освещена Битлом и др. в 2016 году [10].Совсем недавно, в 2018 году, Патерсон и др. заявили в своем обзоре, что 55% заявленных высоких показателей мобильности не полностью поддерживаются данными или на них могут повлиять неидеальные устройства [11]. Во-вторых, научные усилия переориентируются на создание реальных приложений, что делает часто упускаемое из виду динамическое (или переменное) поведение OFET ключевым критерием устройства. В 2016 году Perinot и др. сообщили о полимерных транзисторах с прямой записью, работающих на частоте 20 МГц [12], но все же максимальная частота OFET остается намного ниже, чем у их промышленных аналогов.
Интересно, что контактное сопротивление ( R c ) является центральным для обеих этих проблем; когда данный OFET сильно ограничен контактами, он будет иметь параметрическую неоднозначность из-за нетривиальных откликов затвора, и этот OFET также будет иметь низкую частоту среза. За прошедшие годы наша группа накопила экспериментальные и теоретические сведения об этой важной проблеме R c , прояснив ее происхождение и проявление [8, 13–17].В этой статье мы опираемся на эти предыдущие усилия и предлагаем новую полностью аналитическую модель для транзитной частоты ( f T ) OFET. В некоторой степени настоящая работа может рассматриваться как расширение теоретической проекции Клаука для сетей OFET ГГц, опубликованной в 2018 г. [18]. Основное различие в нашем подходе состоит не в том, чтобы рассматривать R c и мобильность оператора связи как отдельные переменные, а рассматривать их как математически неразрывную пару.Это стало возможным благодаря разбиению R c на различные другие параметры, включая мобильность, и, следовательно, прогноз f T не требует R c в качестве входных данных. . Другими словами, хотя R c действительно играет ключевую роль во всем процессе, он будет служить только ключевым промежуточным звеном и фактически исчезнет на последнем этапе, так что f T напрямую связана с параметрами уровня материалов (рисунок 1 (а)).
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рис. 1. (a) Концептуальное представление нашей модели для прогнозного расчета OFET f T на основе набора параметров (G: затвор, S: исток и D: сток). (б) Смоделированная зависимость R c W от μ и E b .
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияДавайте начнем с повторения нашей последней модели R c [17]. Для OFET n-типа это можно записать как
Здесь q — элементарный заряд, μ — подвижность электронов, W — ширина канала, N c — наименьшая — эффективная плотность состояний (DOS) незанятой молекулярной орбитали (НСМО), E b — барьер инжекции электронов как энергетическое расстояние между уровнем Ферми истока / стока и уровнем НСМО полупроводника, k — это Постоянная Больцмана, T — абсолютная температура, s — диэлектрическая проницаемость полупроводника, C i — емкость изолятора на единицу площади, V G — вентиль напряжение к источнику, а В T — пороговое напряжение.
На рисунке 1 (b) показано значение R c W , предсказанное уравнением (1) с изменением μ и E b . Все параметры, кроме μ и E b , были взяты из списка базовых параметров, который мы приводим в таблице 1. Обратите внимание, что смоделированный диапазон R c W здесь находится в хорошее соответствие с результатами измерений высокопроизводительных OFET [19, 20], что в целом подтверждает достоверность модели.Что еще более важно, тот факт, что мы знаем «происхождение» R c и имеем уравнение (1) в наших руках, означает, что R c превращается в макроскопический параметр; в то время как R c удобно появляется как отдельный параметр во многих моделях устройств [21], мы можем заменить его параметрами материалов, когда это необходимо, и построить его значение полностью снизу вверх. Как будет показано ниже, возможность замены R c другими параметрами полезна для оптимизации f T , поскольку она связывает два важнейших фактора (т.е.е. R c и μ ) [18] и поясняет, как настроить значение R c с помощью материаловедения.
Таблица 1. Список базовых параметров.
Категория | Символ | Значение |
---|---|---|
Параметры, необходимые для R c W прогноз | мкм | 1 см 2 V −1 с −1 |
N c | 10 20 см −3 | |
E b | 0.2 эВ | |
т | 300 К | |
с | 3,5 0 a | |
С i | 100 нФ см −2 | |
В G | 10 В | |
В Т | 0 В | |
Дополнительные параметры для f T прогноз | л | 1 мкм м |
L ов | 1 мкм м | |
В D | 1 В |
a 0 — диэлектрическая проницаемость вакуума.
Необходимо сделать еще два примечания. Во-первых, следует иметь в виду точное значение μ . Во всех уравнениях этой статьи это собственная подвижность носителей заряда данного полупроводникового материала, на которую не влияют никакие внешние факторы. Представьте, что у нас есть две совершенно идентичные органические полупроводниковые пленки (то есть одинаковые молекулы, расположенные в одном твердотельном порядке), но мы выбираем два разных металла истока / стока для создания двух OFET. В этом случае у нас должно быть одинаковое значение μ в обоих OFET, но мы можем извлечь разные «эффективные» подвижности (также называемые кажущимися подвижностями) из измерений из-за явлений, связанных с контактом [13].Например, можно извлечь подвижность ниже µ , в случае, когда ток полностью уменьшается из-за E b , но это просто интерпретируется как результат низкой мобильности. Тогда простая причина, по которой R c является функцией µ в уравнении (1), заключается в том, что оно, как и любое обычное сопротивление, состоит как из плотности носителей, так и из подвижности [22]. Количество введенных носителей определяется E b , но эти носители должны проходить через полупроводник, чтобы достичь канала, ощущая μ .Второй — примечание. При использовании уравнения (1) на практике следует соблюдать осторожность, чтобы использовать согласованные физические единицы. Например, когда kT вставлено в J, значение E b , которое обычно указывается в эВ, также должно быть преобразовано в шкалу J.
Теперь перейдем к модели f T . Предположим, что входное напряжение синусоидального затвора ( v G ) и результирующий переменный ток стока ( i D ).Соответствующий ток затвора ( i G ) в основном представляет собой зарядный ток и записывается в векторном представлении как
, где j — мнимая единица, учитывающая разность фаз между v G и i G , f — частота v G , а C G — общая емкость, связанная с электродом затвора.Произведенный сигнал i D отражает крутизну устройства ( g м ) как
, поэтому коэффициент усиления по отношению к текущим величинам равен
При увеличении f это усиление падает ниже единицы. , что означает отсутствие усиления. Таким образом, f T фиксирует этот момент, когда коэффициент усиления равен 1, и представляет максимальную скорость работы данного OFET [12, 18]. Из уравнения (4):
В линейном режиме OFET путь проводимости исток-сток упрощается как последовательное соединение сопротивления канала и R c , выражая статический ток стока ( I D ) как [14, 16]
, где В D — это напряжение сток-исток, а L — длина канала.Тогда g m вычисляется как
C G состоит из трех параллельных емкостей, которые включают емкость затвор-канал, емкость перекрытия затвор-исток и затвор — емкость перекрытия сток. Из рисунка 1 (а) видно, что
Подставив уравнения (7) и (8) в уравнение (5), получим
и заменив здесь R c уравнением (1), окончательная форма станет
Уравнение (10) представляет собой полностью аналитическую физическую модель в замкнутой форме, которая предсказывает f T , когда вводятся в общей сложности одиннадцать параметров, охватывающих материалы, геометрические и рабочие условия (рисунок 1 (а)).Среди них восемь параметров, необходимых для оценки R c W , и еще три параметра, которые дополнительно необходимы для расчета f T (таблица 1).
На рисунке 2 мы оцениваем, насколько большим должен быть μ для работы в ГГц, что приводит к выводу, что в пределах реалистичного в настоящее время диапазона μ [11] только крайнее уменьшение L, и . L ов может реализовать цель.Хотя это в основном то же сообщение, что и предыдущее [18], мы докажем здесь, что сокращение E b является эффективным подходом к достижению ГГц с менее сложных μ, и длин устройств. Помните, что фигура 2 включает μ , E b , L и L ov в качестве переменных, а все остальные параметры имеют свои базовые значения из таблицы 1. Когда L = L ov = 1 μ m, что уже представляет довольно жесткие технологические ограничения для OFET, f T никогда не достигает 1 ГГц ни при каких комбинациях μ и E b рассматривается (рисунок 2 (а)).При этом L с идеальным неперекрытием (ноль L ov ), f T касается планки только при очень эффективном впрыске и μ близки к 70 см. 2 В −1 с −1 (рисунок 2 (б)). Изготовление субмикронных каналов по-прежнему остается сложной задачей, хотя были получены многообещающие результаты [23–26]. Рисунок 2 (c) показывает, что если L = L ov = 0.1 μ м, f T = 1 ГГц при E b = 0 эВ (идеально инжектирующий контакт) при μ = 1,9 см 2 В −1 с −1 или E b = 0,1 эВ с μ = 3,8 см 2 V −1 с −1 . Наиболее сложная геометрия, которую мы рассматриваем, представлена на рисунке 2 (d), где L = 0,1 мкм м и L ov = 0 мкм м.В этом случае f T = 1 ГГц для трех вариантов; E b = 0 эВ с μ = 0,63 см 2 V −1 с −1 , E b = 0,1 эВ с μ = 1,3 см 2 V −1 s −1 или E b = 0,2 эВ с μ = 60 см 2 V −1 s −1 .
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рисунок 2. Проекция для сетей OFET ГГц. Прогнозируемый моделью f T нанесен на график против μ при различных E b , предполагая (a) L = L ov = 1 μ м, (б) L = 1 мкм м, L ov = 0 мкм м, (в) L = L ov = 0.1 мкм м, и (г) L = 0,1 мкм м, L ov = 0 мкм м.
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияВыше мы определили параметры для сетей OFET ГГц в рамках целостного подхода к моделированию, чтобы ответить на такой возникающий вопрос сообщества [18]. Теперь мы хотим сделать один шаг назад и предоставить максимальные частоты, достижимые с помощью различных параметрических комбинаций, как они есть.Используя то же уравнение (10), значение f T рассчитывается и наносится на график как функция от E b , чтобы наглядно показать важность настройки уровня молекулярной энергии и контактной техники [19 , 27–29]. На рисунке 3 (a) L = L ov = 1 μ м, а для двух фиксированных μ точно вычисленные значения f T записаны вместе с символы графа.Рисунок 3 (b) представляет собой аналогичный сводный график для L = L ov = 0,1 мкм м. Снова обратите внимание, что для расчетов для рисунка 3 используются базовые параметры (таблица 1), за исключением μ , E b , L и L ov . Эти два графика могут служить эталоном для создания OFET с определенной целевой частотой, не обязательно в режиме ГГц.
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рисунок 3. Сводка значений f T , которые достижимы с помощью ряда различных параметрических комбинаций.
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияДо этого момента мы сосредоточились на и прояснили влияние μ , E b и двух параметров длины ( L и L ov ) на f . T , полагая, что это критические.Здесь мы тонко изменяем другие параметры, чтобы проверить, насколько надежны базовые параметры, и посмотреть, могут ли эти менее рассмотренные параметры внести какой-либо значимый вклад.
Теперь μ , L , L ov фиксированы как их базовые значения, и мы систематически изменяем четыре параметра по одному, оставляя E b в качестве графической переменной . DOS органических полупроводников сама по себе является сложной темой, и мы взяли N c = 10 20 см −3 как приблизительное среднее значение, учитывая обычную молекулярную плотность порядка 10 21 см −3 (эквивалентно типичной постоянной решетки 1 нм) [30].Рисунок 4 (a) показывает, что в диапазоне 10 19 –10 21 см −3 N c не столь критичны для f T , если только заряд впрыск плохой. Диэлектрическая проницаемость органического полупроводника часто принимается равной трем, но встречаются и более высокие значения [31, 32]. Рисунок 4 (b) показывает, что s не оказывает значительного влияния в этом маленьком окне. Базовое значение C i = 100 нФ см −2 может показаться уже довольно высоким для среднего OFET, в то время как электролитическая емкость, безусловно, может обеспечить дополнительное повышение.На рисунке 4 (c) показано, что в пределах одного порядка меньшее значение C i привело к более высокому f T . Уменьшение C G за счет уменьшения C i было основной причиной этого увеличения f T , в то время как высокий C i составляет выгодно для простого уменьшения R c .Наконец, мы меняем применяемое смещение. Уравнение (10) показывает, что f T линейно масштабируется с V D , поэтому увеличение V D кажется простым способом увеличения f T без изменений в устройстве. Хотя это в основном верно, мы должны помнить, что все моделирование было построено на предположении работы в линейном режиме. Это означает, что когда величина увеличенного V D становится сопоставимой с величиной V G — V T или превышает ее, это базовое предположение рушится, и модель перестает работать. строго применимо.Поэтому мы изменили не только V D , но и V D и V G одновременно, сохранив при этом разницу в один порядок. Рисунок 4 (d) показывает, что, как и ожидалось, применение более высоких смещений приведет к увеличению f T , особенно когда инжекция заряда эффективна.
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рисунок 4. Результаты моделирования f T , проведенного с изменением различных параметров; (a) N c , (b) s , (c) C i , и (d) V D с V G .
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияВ этой статье представлена новая теоретическая модель для f T в OFET.Его главной особенностью была обширная физическая корреляция всех иерархических функций, так что f T полностью предсказуемо с помощью параметров базового уровня. Этот метод позволил исследовать зависимость f T от ряда параметров материалов (в том числе E b , N c и s ), что было невозможно в предыдущей модели.У нашей модели есть два практических применения. Во-первых, можно смоделировать f T на этапах проектирования, а затем изготовить OFET, работающие на определенной целевой частоте. Во-вторых, можно взять измеренное значение f T и поместить его в модель, чтобы исследовать скрытые параметры (например, E b ), влияющие на устройство. Как и многие другие проблемы первого дня, ограниченная частотная характеристика OFET, возможно, будет преодолена за счет использования как экспериментальных, так и теоретических усилий.Поэтому мы считаем, что передовые теоретические модели (например, представленные в этой статье) будут служить руководством для всего процесса оптимизации, чтобы эксперименты приносили максимальные результаты, а ресурсы вкладывались в правильные направления.
Эта работа была поддержана грантом Национального исследовательского фонда Кореи (NRF), финансируемым правительством Кореи (MSIT) (NRF-2019R1C1C1003356). Автор благодарит профессора Жиля Горовица за его вклад в теорию контактного сопротивления и доктора Марио Кайрони за полезное обсуждение высокочастотных OFET.
Лаборатория 4 — Схемы JFET I
JFET Транзисторы
Существует два основных типа транзисторов: биполярные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET). Физические механизмы, лежащие в основе работы этих двух типов транзисторов, совершенно разные. Мы ограничим наше исследование полевыми транзисторами, потому что их физический механизм проще. Полевые транзисторы подразделяются на два основных класса: переходные полевые транзисторы (JFET) и полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET).(Для полноты, каждый тип полевых транзисторов подразделяется на полевые транзисторы с n- и p-каналом, а для полевых МОП-транзисторов — полевые МОП-транзисторы с расширением и истощением, но мы не будем рассматривать это сейчас.)
Статическое электричество легко разрушает полевые МОП-транзисторы; их можно сжечь, просто пройдя по комнате в сухой день, неся их в руке. Однако после пайки в схему полевые МОП-транзисторы становятся довольно прочными. Хотя полевые МОП-транзисторы встречаются гораздо чаще, чем полевые транзисторы, мы будем работать с полевыми транзисторами, потому что полевые МОП-транзисторы так легко перегорают.JFET-транзисторы дадут нам хорошее представление о том, как работают транзисторные схемы.
Транзисторы усилители; слабый сигнал используется для управления большим сигналом. Типичные транзисторы имеют три вывода; в случае JFET напряжение на одном выводе (называемом затвором) используется для управления током между двумя другими выводами (называемыми истоком и стоком). Конечно, напряжение затвора нужно привязать к какому-то другому потенциалу. По соглашению это ссылка на источник.Полевые транзисторы JFET нарисованы, как показано справа, где метки затвора, стока и истока (G, D, S, соответственно) обычно опускаются. Напряжения и токи транзисторов обозначены индексами, указывающими на соответствующий вывод. Таким образом, $ V_ {GS} $ относится к напряжению между затвором и истоком, $ V_ {DS} $ — это напряжение между стоком и истоком, $ I_D $ — ток в сток, а $ I_S $ — ток из источника. В нормальных условиях эксплуатации , ток не течет в вентиль . Следовательно, $ I_S = I_D $.
Характеристики полевого транзистора и модель крутизны
Затвор и сток-исток JFET образуют диод с pn переходом; справа показана очень простая модель JFET. В этой модели сопротивление истока и стока зависит от смещения затвора. В нормальных условиях работы затвор JFET всегда имеет отрицательное смещение относительно источника, то есть $ V_ {GS} <0 $. Следовательно, диод имеет обратное смещение, и ток затвора незначителен, тем самым доказывая, что $ I_S = I_D $. JFET может сгореть, если затвор смещен положительно . Эта простая картинка — происхождение названий отведений. Электроны входят в устройство через Источник, выходят через Дренаж и управляются Вратами. Но по соглашению мы всегда говорим о положительном течении тока; таким образом, хотя электроны проходят через Источник и уходят в Сток, положительный ток течет от стока к Источнику. Проверка внутреннего диода между затвором и стоком-истоком с помощью цифрового мультиметра — хороший и быстрый способ определить, работает ли JFET; диод обычно перегорает в перегоревших полевых транзисторах. |
Рисунок 1: Модель простого полевого транзистора |
Более полезная модель JFET заменяет переменный резистор на источник переменного тока, ток которого зависит от напряжения затвора $ V_ {GS} $ и напряжения сток-исток $ V_ {DS} $, как показано на рис.2. Ток сток-исток максимален, когда напряжение затвор-исток $ V_ {GS} $ равно нулю, обычно около $ 50 \, \ mathrm {mA} $. Когда $ V_ {GS} $ становится отрицательным, ток уменьшается. Когда напряжение затвор-исток $ V_ {GS} $ достигает критического значения, называемого напряжением отсечки затвор-исток $ V_P $, ток стока $ I_D $ полностью отключается; нет тока. (Напряжение отсечки иногда называют напряжением отсечки.) Значение $ V_P $ зависит от конкретного типа полевого транзистора (и даже существенно варьируется между полевыми транзисторами одного типа), но обычно составляет от $ -4 до $ -10 \, \ mathrm {V} $.Таким образом, когда $ V_ {GS} $ поднимается в сторону $ 0 \, \ mathrm {V} $ из-за напряжения отсечки, начинает течь ток $ I_D $. Типичный график зависимости тока от напряжения затвора показан на рис. 3 слева внизу. Простые модели характеристик JFET предсказывают, что кривая будет параболической, особенно вблизи напряжения отсечки, но реальные устройства могут существенно отличаться от этого предсказания. Текущее значение $ I_D $ также будет зависеть от $ V_ {DS} $, как показано на рис. 4 справа внизу. На рисунке видны два режима: «линейный» режим низкого напряжения, где выходной ток линейно связан с $ V_ {DS} $, и область «насыщения», где ток почти не зависит от $ V_ {DS} $.JFET обычно, но не всегда, используются в области насыщения, и следующие две модели моделируют только этот режим. |
Рисунок 2: Крутизна JFET модели |
Рисунок 3: Передаточная характеристика затвора JFET |
Рисунок 4: Выходная характеристика полевого транзистора. |
Крутизна малых сигналов Модель
Схемы, использующие полевые транзисторы в режиме насыщения, обычно поддерживают напряжение затвора-истока $ V_ {GS} $ относительно постоянным около некоторого среднего значения $ \ left
Простейшая модель малого сигнала для JFET показана на рис. 5 внизу слева и связывает линеаризованный ток стока $ i_d = I_D- \ left
В любых обстоятельствах крутизна рассчитывается путем взятия производной $ g_m = dI_d / dV_ {GS} $ при фиксированном значении $ V_ {DS} $. Если передаточная характеристика JFET представляет собой чистую параболу, подобную показанной на рис. 3, то крутизна будет прямой линией, подобной показанной на рис. 6. Наклон линии будет зависеть от $ V_ {DS} $, таким образом, конкретное значение крутизны для использования в $ i_d = g_mv_ {gs} $ зависит как от $ \ left
Рисунок 5: Модель крутизны |
Рисунок 6: Transcounductance |
Модель сопротивления источника слабого сигнала
Полезным вариантом модели крутизны является модель сопротивления источника. Эта модель состоит из идеального полевого транзистора, подключенного к истоковому резистору $ r_s $, как показано на рис.7 внизу слева. Значение резистора истока составляет $ r_s = 1 / g_m $, и для типичного полевого транзистора JFET оно показано на рисунке 8 справа внизу.
Идеальный полевой транзистор пропускает любой ток, необходимый для поддержания одинакового потенциала затвора и источника, отсюда и обозначение $ 0 \, \ mathrm {V} $ на чертеже модели. Вы можете представить это, как будто есть крошечный демон Максвелла, который постоянно измеряет напряжение истока затвора идеального полевого транзистора и регулирует ток через полевой транзистор, чтобы поддерживать это напряжение на нуле. Не волнуйтесь, это скорее антропоморфный рисунок, он действительно очень полезен.
Мы называем полевой транзистор в этой модели идеальным, потому что мы делаем вид, что его крутизна бесконечна. Тогда любой желаемый ток может быть получен с бесконечно малым $ v_ {gs} $, следовательно, $ v_ {gs} \ ок0 $. Идеальные полевые транзисторы не могут быть изготовлены сами по себе, в этой модели идеальный полевой транзистор и исходный резистор $ r_s $ образуют неделимый корпус. Источник идеального полевого транзистора находится внутри корпуса и недоступен для внешней схемы. Как обозначено меткой «S», вывод «истока», доступный для внешней цепи, является нижним концом резистора истока $ r_s $.Не беспокойтесь, что внутренний идеальный JFET имеет бесконечную крутизну, все устройство, включая истоковый резистор, не будет иметь бесконечной крутизны.
Рисунок 7: Модель сопротивления источника |
Рисунок 8: Сопротивление источника |
Эквивалентность модели
Модель крутизны и модель сопротивления источника являются малосигнальными, т.е.е. линеаризованные модели. Хотя это может быть не сразу очевидно, формально они эквивалентны. Эту эквивалентность лучше всего установить на примере.
- Рассмотрим реальный полевой транзистор JFET с крутизной $ g_m = 0,01 \, \ mathrm {S} $ и управляемым напряжением $ v_ {gs} = + 0,1 \, \ mathrm {V} $. [Единица $ \ mathrm {S} $ — это единица проводимости, сименс. Иногда вы увидите архаичную, но гораздо более забавную единицу, mho (ом назад) для проводимости.] Ясно, что $ i_d = g_mv_ {gs} = 0,01 \ times 0.1 = 0,001 \, \ mathrm {A} $ для модели крутизны.
- Каким образом идеальный полевой транзистор JFET в модели истокового резистора поддерживает на затворе и истоке тот же потенциал, который требуется в модели сопротивления истока? Он должен пропускать через резистор источника $ r_s $ достаточный ток, чтобы поднять идеальное напряжение источника (напряжение на нижнем выводе недоступного идеального полевого транзистора, предположительно находящегося внутри реального полевого транзистора) до $ + 0,1 \, \ mathrm {V} $ . Поскольку сопротивление источника составляет $ r_s = 1 / 0,01 = 100 \, \ Omega $, для этого требуется ток $ v_ {gs} / r_s = 0.1/100 = 0,001 \, \ mathrm {A} $.
Таким образом, обе модели предсказывают один и тот же текущий $ i_d $. Поскольку модели эквивалентны, они дадут одинаковые результаты в любой схеме. Лично я (JF) считаю, что модель сопротивления источника проще в использовании.
Повторюсь, все постоянные смещения напряжения и постоянные токи игнорируются в моделях малых сигналов, за исключением начального расчета крутизны. В частности, игнорируется смещение $ V_ {GS} $, необходимое для получения желаемого $ I_D $; $ v_ {gs} $ центрируется вокруг нуля.$ V_ {GS} $ всегда отрицательно; $ v_ {gs} $ может быть положительным или отрицательным. Суммарный ток $ I_D $ всегда положительный; $ i_d $ может быть положительным или отрицательным.
Источники тока с самосмещением
Источники тока очень важны в современном схемотехнике. Типичный операционный усилитель (операционный усилитель), очень распространенная схема, которую мы будем тщательно изучать, может содержать дюжину источников тока. JFET, работающий в режиме насыщения, функционирует как источник тока; как видно на рис.4, ток стока $ I_D $ увеличивается только медленно, когда увеличивается напряжение источника стока $ V_ {DS} $. Однако изолированный полевой транзистор JFET не является достаточно жестким ($ I_D $ недостаточно независим от $ V_ {DS} $) для большинства приложений. Более того, $ I_D $ будет существенно меняться в зависимости от температуры.
Источник тока с самосмещением, изображенный справа, является гораздо более жестким источником. Как и в любом источнике тока, ток через источник, здесь вниз через JFET $ I_D $, почти не зависит от напряжения $ + V $ в цепи.(В идеальном бесконечно жестком источнике ток был бы полностью независим от $ + V $.) Величину тока можно запрограммировать, изменив номинал резистора $ R $. Поведение этой схемы неочевидно. Схема зависит от обратной связи: выход схемы управляет ее входом. Обратная связь — чрезвычайно полезный и универсальный метод проектирования схем, обладающий почти волшебной силой. Этот источник тока с самосмещением — первая из многих схем обратной связи, которые мы будем изучать в этом курсе. |
Давайте рассмотрим, как вышеупомянутый источник тока может запускаться при первом включении питания. Представьте, что источник $ + V $ внезапно включается, а ток через JFET еще не течет. Тогда падение напряжения на резисторе будет равно нулю, и напряжение затвора истока $ V_ {GS} $ также будет равно нулю. Но при нулевом значении $ V_ {GS} $ через JFET проходят большие токи, поэтому ток будет увеличиваться. По мере увеличения тока на резисторе будет возникать падение напряжения, и верхний конец резистора станет положительно смещенным относительно земли. Это означает, что вентиль станет отрицательно смещенным относительно источника. Отрицательные значения $ V_ {GS} $ начнут отключать JFET. В конце концов, устойчивое равновесие будет достигнуто, где $ V_ {GS} $ как раз подходит для желаемого тока, протекающего через JFET.
При достижении равновесия, если ток увеличится, падение напряжения на резисторе увеличится, источник JFET станет более положительным, $ V_ {GS} $ станет более отрицательным, а JFET слегка отключится.Если бы ток уменьшился, падение на резисторе уменьшилось бы, источник JFET стал бы менее положительным, $ V_ {GS} $ стал бы менее отрицательным, а JFET включился бы немного больше.
Таким образом, схема регулирует свой выход, возвращая сигнал, пропорциональный его выходу (в данном случае, напряжению на резисторе), на свой вход. В свою очередь, эта обратная связь с входом регулирует выход.
Равновесный ток через JFET, т.е.е. текущий ток источника можно предсказать с помощью анализа линии нагрузки. График справа отображает передаточную характеристику затвора красным цветом. Он также отображает линию нагрузки $ I_D = -V_ {GS} / R $. Почему график линии нагрузки имеет отрицательный наклон? Тщательно продумайте схему; для положительного тока, протекающего через $ R $, напряжение на $ R $ является обратным значению $ V_ {GS} $. Отсюда отрицательный знак. По аналогии с анализом линии нагрузки диода, характеристика JFET и линия нагрузки должны выполняться одновременно.Это произойдет только на пересечении двух кривых; это пересечение, таким образом, дает равновесный ток. Почему этот источник тока жесткий? Рассмотрим варианты $ + V $ и соответствующие варианты $ V_ {DS} $. Эти изменения $ V_ {DS} $ вызовут изменения характеристической кривой JFET, упрощенно изменяя коэффициент параболической зависимости и сдвигая кривую вверх или вниз. Однако эти изменения будут небольшими, если JFET находится в режиме насыщения, когда $ I_D $ относительно не зависит от $ V_ {DS} $.Затем подумайте, как меняется точка равновесия. Если линия нагрузки имеет небольшой уклон, изменения характеристической кривой в первую очередь будут перемещать точку пересечения по горизонтали. Текущий $ I_D $ практически не изменится. Следовательно, источник будет жестким. |
Последователи источника
Повторитель — это цепь, выходное напряжение которой равно входному напряжению. 4 $.
Конкретный тип повторителя, повторитель источника, может быть сконструирован путем небольшой модификации источника тока с самосмещением. Вместо заземления затвора, как это делается в источнике тока, затвор приводится в действие источником входного сигнала, как показано справа. Вывод снимается с истокового резистора $ R_S $. Обозначения здесь сбивают с толку; этот резистор с заглавной буквы $ R $ представляет собой физический резистор, подключенный к источнику JFET. Он отличается от $ r_s $ небольшим $ r $, воображаемым внутренним резистором источника, используемым в модели сопротивления источника слабого сигнала. Поведение схемы мало отличается от поведения источника тока. Предположим, что при $ V_ {in} = 0 $ ток в цепи равен $ I_ {D0} $. Тогда напряжение затвора истока будет $ V_ {GS0} = — R_SI_ {D0} $. Если $ V_ {in} $ станет положительным, а $ I_D $ не изменится с $ I_ {D0} $, напряжение затвора-истока $ V_ {GS} $ увеличится, возможно, существенно. Это привело бы к тому, что JFET захотел бы увеличить $ I_D $, что, в свою очередь, увеличило бы падение напряжения на $ R_S $, тем самым уменьшив $ V_ {GS} $.Вскоре мы увидим, что в равновесии ток $ I_D $ увеличится ровно настолько, чтобы напряжение затвора-истока едва увеличилось со своего значения $ V_ {GS0} $. Точно так же, если $ V_ {in} $ станет отрицательным, равновесный ток уменьшится ровно настолько, чтобы значение напряжения затвора-истока едва уменьшилось от его значения $ V_ {GS0} $. Поскольку $ V_ {GS} $ почти не изменяется, выходное напряжение $ V_ {out} $ должно отслеживать $ V_ {in} $, и схема действует как ведомый. Обратите внимание, что трек не означает равный; таким образом, в то время как большой сигнал $ V_ {out} \ ne V_ {in} $, меньший сигнал $ v_ {out} = v_ {in} $. Помните, что $ V_ {GS} $ всегда остается отрицательным; затвор JFET всегда имеет обратное смещение. |
Поведение слабого сигнала ведомого можно описать более точно, заменив JFET его моделью сопротивления источника, как показано справа. Помните, что в этой модели идеальный полевой транзистор JFET поддерживает внутренний источник с таким же потенциалом, что и затвор. Модель сводится к делителю напряжения, управляемому источником напряжения, управляемым напряжением, как показано справа. Таким образом, выход схемы равен .$ \ displaystyle v_ {out} = \ frac {R_S} {r_s + R_S} v_ {in} $. (1) Пока $ r_s $ намного меньше $ R_S $ , выходное напряжение будет точно соответствовать входному напряжению. Используя модель справа, мы можем легко вычислить выходное сопротивление повторителя. Если мы заземлим $ v_ {in} $ и посмотрим назад на схему от $ v_ {out} $, мы увидим два параллельных резистора. Таким образом, выходное сопротивление составляет .$ \ displaystyle z_ {out} = \ frac {r_sR_S} {r_s + R_S} $.(2) Пока $ r_s $ мало по сравнению с $ R_S $, выходное сопротивление будет приблизительно $ r_s $, а поскольку $ r_s $ обычно мало, выходное сопротивление ведомого устройства будет небольшим. |
Дополнительную информацию о предвзятых последователях см. В Sedra & Smith, 2-е издание, страницы с 282 по 287.
Упаковка и товары
Транзисторы производятся во многих различных корпусах и размерах.Наши полевые транзисторы 2N4392 JFET поставляются в металлической банке. (Устройства, начинающиеся с 1N, всегда являются диодами; устройства, начинающиеся с 2N, всегда являются транзисторами.) Как и во многих других устройствах, диаграмма отведений зависит от вида. Вид снизу (сразу справа) показывает устройство со стороны вывода. Вид сверху (в центре справа) смотрит на устройство со стороны без вывода выводов. Выводы 2N4392 расположены треугольником; если смотреть сверху, то вывод затвора — это первый вывод по часовой стрелке от выступа. При вставке полевого транзистора в макетную плату нет необходимости раздавливать выводы по горизонтали. Фактически, это может привести к случайному замыканию выводов JFET на металлический корпус. Вместо того, чтобы сжимать выводы, просто осторожно согните их, чтобы они образовали треугольный узор и находились в разных столбцах на макете. Может быть полезно, чтобы один из выводов перекрывал узкую область без гнезда на макетной плате. |
2N4392 Вид снизу |
Вид сверху |
Многие полевые транзисторы JFET, включая 2N4392, имеют симметричную конструкцию.Исток и сток можно поменять местами без изменения поведения устройства. Но для простоты при использовании, как правило, следует использовать правильные выводы истока и стока. Асимметричные полевые транзисторы, в которых нельзя поменять местами исток и сток, обычно рисуются со смещенным выводом затвора, как показано справа. |
В лаборатории
Свойства полевых транзисторов JFET существенно различаются от образца к образцу. Если не указано иное, используйте тот же JFET для всех измерений в этой лаборатории и в некоторых лабораториях на следующей неделе.Убедитесь, что вы держите JFET отдельно. Создавайте аккуратные цепи с короткими проводами, чтобы минимизировать проблемы с шумом.
Проблема 4.1 — Базовые проверки JFET
Проверьте , что ваш JFET работает, выполнив тесты диодов цифрового мультиметра между различными контактами. Опишите результаты всех ваших измерений.
Проблема 4.2 — Переключатель JFET
JFET могут использоваться как электронные переключатели. Постройте схему справа, которая включает и выключает светодиод. Коснитесь вывода затвора на массу, чтобы включить светодиод, и коснитесь его до –12 В, чтобы выключить светодиод. Пока что этот переключатель не очень впечатляет; мы могли бы с таким же успехом включать и выключать светодиод, перемещая его собственный вывод, а не вывод затвора JFET. Поместите резистор $ 22 \, \ mathrm {M} \ Omega $ последовательно с выводом затвора. Можно еще включить светодиод? Из 3.12 вы знаете, что светодиод не будет гореть, если его подключить к резистору $ 22 \, \ mathrm {M} \ Omega $.JFET позволяет нам контролировать значительный ток светодиода с помощью очень слабого сигнала, доступного через резистор $ 22 \, \ mathrm {M} \ Omega $, тем самым демонстрируя усиление тока. |
Проблема 4.3 — память JFET
Вы могли заметить, что переключатель JFET запоминает свою последнюю настройку. Прикоснитесь к воротам на –12 В на мгновение, и светодиод на некоторое время погаснет; прикоснитесь воротами к земле, и светодиод останется включенным.Эта память является результатом внутренней емкости затвора JFET $ C_ {iss} $ и очень высокого сопротивления затвора $ R_g $. $ C_ {iss} $ — это емкость, которая является результатом конечных физических размеров полевого транзистора. Эта внутренняя емкость недоступна снаружи устройства и будет варьироваться от устройства к устройству. Точно так же сопротивление затвора $ R_g $ — это сопротивление затворного диода с обратным смещением, оно также недоступно извне и будет варьироваться от устройства к устройству. Когда конденсатор затвора разряжен, $ V_ {GS} $ равен нулю, и переключатель JFET будет включен.Но когда конденсатор заряжен отрицательно, переключатель JFET будет оставаться выключенным до тех пор, пока конденсатор не разрядится, то есть в течение времени порядка $ R_gC_ {iss} $. Схема может быть перерисована с помощью модели JFET (показанной справа, обведенной красным), которая включает эти эффекты. |
|
Время памяти можно увеличить, добавив внешний конденсатор. Измерьте время «забывания» с внешним конденсатором $ 100 \, \ mathrm {pF} $ и без него. Используйте секундомер сотового телефона для измерения времени.По этим двум временам определите приблизительные значения $ C_ {iss} $ и $ R_g $. Обратите внимание, что сопротивление $ R_g $ очень велико. Время памяти с конденсатором может составлять несколько минут; если время непрактично велико, используйте $ 25 \, \ mathrm {pF} $ или $ 50 \, \ mathrm {pF} $ вместо конденсатора $ 100 \, \ mathrm {pF} $. Обратите внимание, что связующая емкость и сопротивление утечки самой макетной платы будут влиять на ваши измеренные значения, уменьшая эффективное сопротивление затвора и увеличивая эффективную емкость затвора. Этот эффект памяти является основой для динамической RAM (оперативной памяти) в компьютерах. Компьютеры используют два типа памяти. Статическая RAM (SRAM) запоминает информацию навсегда, но она относительно дорога и не может быть плотно упакована на кристалле. Динамическое ОЗУ (DRAM) дешевле и меньше по размеру, и здесь оно очень похоже на ячейку памяти. Практически вся память компьютера, часто $ 4–16 \, \ mathrm {GB} $ (2016), — это DRAM. Емкость затвора очень мала для полевых транзисторов, используемых в DRAM.Компьютер должен напоминать или обновлять память о своем состоянии каждые несколько миллисекунд; сначала он должен прочитать каждый бит памяти, чтобы узнать, в каком состоянии он находится, а затем компьютер обновляет бит памяти, эквивалентно прикосновению к вентилю бита до соответствующего потенциала. Скрытый от пользователя, компьютер должен циклически перебирать всю свою память каждые несколько миллисекунд. |
Проблема 4.4 — Передаточная характеристика затвора JFET
Соберите схему, показанную справа. Проверьте свою электрическую цепь перед включением питания; JFET легко сжечь! Перед тем, как присоединить сумматор смещения к полевому транзистору, убедитесь, что он полностью отрицательный, чтобы избежать его перегорания. Используйте осциллограф или другой цифровой мультиметр для измерения напряжения затвора. Конденсатор $ 1 \, \ mathrm {nF} $ включен в цепь для подавления паразитных колебаний. Паразитные колебания — это высокочастотные колебания, которые иногда возникают спонтанно. Они вызваны непреднамеренными паразитными емкостями.Эти емкости могут быть внутренними по отношению к устройству или возникать в результате подключения проводов и проводов к устройству. В лабораторной работе 5 паразитные колебания будут рассмотрены далее. $ 100 \, \ Omega $ ограничивает ток, чтобы предохранитель цифрового мультиметра не перегорел. Сначала найдите наиболее отрицательное напряжение, при котором ток стока протекает через полевой транзистор: напряжение отсечки. Пусть вас не обманывают токи порядка самого низкого разрешения, измеряемого цифровым мультиметром. Если ток не зависит от напряжения затвора, эти базовые показания взяты из минимального уровня шума цифрового мультиметра.Найдите напряжение затвора, которое только начинает увеличивать ток. Затем примерно определяют взаимосвязь между током и напряжением затвора, увеличивая напряжение затвора до нуля, записывая ток примерно в пяти точках. |
Проблема 4.5 — Передаточная характеристика затвора JFET: Curve Tracer
Получите подробную передаточную характеристику вашего JFET с помощью компьютеризированной опции JFET Transfer Tracer на измерителе кривой.Подключите JFET к клеммной колодке, поставляемой с измерителем кривой. Вы обнаружите, что порядок выводов на JFET является обратным по отношению к порядку выводов на клеммной колодке. Казалось бы, это потребует скрутки выводов JFET. Вероятно, это не лучший вариант; вы будете использовать этот JFET неоднократно в этой лабораторной работе, и вы не хотите искажать выводы JFET. Трассирующее устройство можно использовать без повреждения выводов, используя одно или оба из следующих решений:
- JFET 2N4392 является симметричным полевым транзистором; Источник и сток технически взаимозаменяемы (хотя мы обычно не советуем вам это делать).Если вы подключите источник JFET к сливу клеммной колодки и наоборот, вы получите те же кривые характеристик, как если бы вы правильно подключили JFET, даже если выводы были фактически перевернуты с точки зрения Tracer.
- Если вы поменяете местами провода, как в решении 1 непосредственно выше, вы можете повернуть клеммную колодку на 180 градусов, чтобы источник клеммной колодки был подключен к сливу Tracer, и наоборот. С точки зрения Tracer, это снова поменяет отведения; это один из тех редких случаев, когда две ошибки (два обмена) действительно приводят к правильному (нет чистого обмена).
Используйте опцию анализа Tracer, чтобы сопоставить передаточную характеристику параболе, а для найти крутизну $ g_m $ и сопротивление источника $ r_s $ как функцию $ V_ {GS} $. Насколько близка характеристика к параболе? По крайней мере, это парабола в некотором ограниченном диапазоне?
Постройте все ваши данные, а добавьте точек, которые вы взяли вручную, к кривой передаточной характеристики. Для напряжения затвора $ -1 \, \ mathrm {V} $, найдите крутизну напрямую, дифференцируя кривую передаточной характеристики, и убедитесь, что ваше значение согласуется со значением, автоматически вычисленным Curve Tracer.JFET 2N4392 предназначен для работы в качестве переключателя, и его передаточная характеристика далека от идеальной.
Наконец, , найдите полную выходную характеристику для вашего JFET с опцией JFET Output Tracer. Сканируйте как в линейном, так и в насыщенном режиме.
Сохраните этот JFET для многих оставшихся упражнений.
Curve Tracer информация
Проблема 4.6 — Характеристики передачи затвора JFET: Curve Tracer для 2N3819
Используйте Curve Tracer, чтобы найти передаточные характеристики 2N3819 JFET. Постройте крутизны этого JFET. 2N3819 является более типичным и идеальным JFET, чем 2N4392; ближе ли его передаточная характеристика к параболе (то есть его крутизна ближе к линейной)? Обратите внимание, что 2N3819 использует вывод, показанный слева. Технические характеристики 2N3819 JFET доступны на веб-сайте курса. |
Проблема 4.7 — Тепловые свойства JFET
Купите новый JFET только для этого упражнения. Вы могли заметить в упражнении 4.4, что более высокие токи стока $ I_D $ смещаются вниз со временем, когда $ V_ {GS} $ удерживается фиксированным. Исследуйте этот эффект: перестройте 4.4 с новым JFET, установите напряжение затвора для $ I_D $, равное $ 1 \, \ mathrm {mA} $, и понаблюдайте за током в течение минуты. Дрейфует? Затем устанавливает ток примерно на $ 15 \, \ mathrm {mA} $. Теперь он дрейфует?
Какая мощность рассеивается JFET? JFET горячий? (Будьте осторожны, осторожно дотрагивайтесь до JFET!) Возьмите банку с контурным охладителем. Распылите на JFET в течение двух секунд и следите за током. Как это изменится?
Перегретые компоненты — частая причина отказа цепи. Распространенный метод диагностики — обработать подозрительный компонент или цепь охладителем цепи и посмотреть, начнет ли цепь снова работать.
Обратите внимание, что охладитель контура работает, выделяя сжатый газ, часто 1,1,1,2-тетрафторэтан. При расширении газ охлаждается, и его можно использовать для охлаждения JFET. Раньше мы использовали фреон для газа; Фреон обладает некоторыми замечательными свойствами, но он разрушает озоновый слой (вопреки утверждениям Дональда Трампа).Используемые в настоящее время газы не так уж вредны для озонового слоя, но вызывают глобальное потепление. Слишком много, и Голландия и несколько островов Тихого океана окажутся под водой через двадцать лет. Кроме того, контурный радиатор стоит дорого. ve. Следовательно, минимизируйте использование. Sp ray всего на секунду или две. Требуется немногое . Не распыляйте кулер в глаза или на тело.
Проблема 4.8 — Источник тока с самосмещением на полевом транзисторе
Соберите схему справа, с нулем, одним или двумя из $ + 12 \, \ mathrm {V} $, последовательно соединенных с землей выхода сумматора смещения. Используйте JFET, характеристики которого вы измерили. Убедитесь, что база резистора и затвор JFET подключены к твердой земле, связанной с источником питания $ + 5 \, \ mathrm {V} $. Обратите внимание, что ввод сумматора смещения должен плавать; к нему ничего не должно быть подключено.На схеме справа метка «BNC Ground» указывает на внешний провод выходного разъема BNC, который НЕ ЗАЗЕМЛЕН в этой проблеме (Внешний провод BNC-разъема часто заземляется, поэтому он называется «BNC Ground». ). Установите сумматор смещения на значение, близкое к нулю, чтобы получить общее напряжение $ + 15 \, \ mathrm {V} $ (в пределах нескольких процентов) на полевом транзисторе и резисторе. (Это, вероятно, лучше всего выполнить, используя только один из источников $ + 12 \, \ mathrm {V} $.) Измерьте ток, проходящий через JFET. Отрегулируйте номинал резистора до тех пор, пока ток не станет между $ 2.7 \, \ mathrm {mA} $ и $ 3.3 \, \ mathrm {mA} $. Чем ближе вы подойдете к $ 3.0 \, \ mathrm {mA} $, тем лучше, но вам не нужно быть навязчивым. Возможно, вам придется использовать несколько резисторов последовательно или параллельно. Измерить и построить график зависимости тока через JFET $ I_D $ от напряжения на JFET и резисторе. Используйте комбинации настроек сумматора смещения и нуля, одного или двух источников $ + 12 \, \ mathrm {V} $ для исследования положительных потенциалов в диапазоне от $ + 0 \, \ mathrm {V} $ до примерно $ +35 \, \ mathrm {V} $.Вы должны обнаружить, что после $ + 3 \, \ mathrm {V} $ через JFET и резистор ток почти постоянный; эта схема является хорошим источником тока. Наконец, установил сумматор смещения и подает обратно, чтобы получить общее напряжение $ + 15 \, \ mathrm {V} $. Кратко распылить JFET с охладителем контура. Насколько изменится $ I_D $? |
Задача 4.9 — Регулируемый самосмещенный источник тока
Для схемы в 4.8, и с общим напряжением $ + 15 \, \ mathrm {V} $ на JFET и резисторе, измеряет и записывает выходной ток для резистора, который вы использовали в 4.8, и для значений резистора $ 100 \, \ Омега $, $ 390 \, \ Omega $, $ 3.3 \, \ mathrm {k} \ Omega $ и $ 10 \, \ mathrm {k} \ Omega $. Соответствуют ли измеренные токи значениям, предсказанным анализом линии нагрузки на основе данных из 4.5?
Проблема 4.10 Характеристики выхода исток-сток JFET: источник тока с внешним смещением
Как обсуждалось в справочном материале, источник тока с самосмещением лучше, чем источник тока с полевым транзистором со смещением.Докажите это с помощью , построив источник тока смещения JFET справа. Она очень похожа на схему в 4.8; снова используйте ноль, один или два источника питания $ + 12 \, \ mathrm {V} $ последовательно с землей выхода сумматора смещения. Убедитесь, что источник JFET подключен к твердому заземлению, связанному с источником питания $ + 5 \, \ mathrm {V} $. Используйте генератор сигналов Tektronix в качестве переменного источника постоянного тока. (На генераторе используйте кнопку More Button на передней панели -> More Screen Button -> DC, чтобы установить уровень постоянного тока.) Перед подачей питания на JFET устанавливает для этот уровень на $ -3 \, \ mathrm {V} $ и проверяет и видит, что значение $ V_ {GS} $ действительно отрицательное. Затем подайте питание на вашу схему, и отрегулируйте уровень постоянного тока, пока вы не увидите тот же ток, что и в 4.8 для $ I_D $. Опять же, измеряет и строит график зависимости тока через JFET $ I_D $ от напряжения на JFET и резисторе. Используйте комбинации настроек сумматора смещения и нуля, одного или двух источников $ + 12 \, \ mathrm {V} $ для исследования положительных потенциалов в диапазоне от $ + 0 \, \ mathrm {V} $ до примерно $ +35 \, \ mathrm {V} $.Ток должен быть приблизительно постоянным, но не таким почти постоянным, как в 4.8. Наконец, установил сумматор смещения и подает обратно, чтобы получить общее напряжение $ + 15 \, \ mathrm {V} $. Кратко распылить JFET с охладителем контура. Насколько изменится $ I_D $? |
Проблема 4.11 — Сравнение источников тока
График зависимости тока от напряжения для упражнения 4.8 и 4.10. Рассчитайте жесткость для обоих типов источников тока: в соответствующем рабочем режиме найдите $ \ Delta I_D $ для некоторого $ \ Delta V_ {D} $ подходящего размера. Жесткость составляет $ \ Delta V_D / \ Delta I_D $.
Вы должны были доказать в 4.10, что ток JFET с внешним смещением приблизительно постоянен в режиме насыщения. Работу источника с внешним смещением, не использующего обратную связь, легче понять, чем работу источника с самосмещением.Почему бы не использовать схему источника тока с внешним смещением вместо источника с самосмещением 4,8?
1. Самосмещенный источник более жесткий. При фиксированном $ V_ {GS} $ ток JFET в 4.10 слабо увеличивается с $ V_D $. Следовательно, источник не совсем жесткий. Но в схеме с самосмещением увеличение тока, вызванное $ V_D $, приведет к увеличению падения напряжения на резисторе, делая затвор JFET более отрицательным по отношению к источнику JFET, тем самым уменьшая увеличение тока.Хотя самосмещенный источник и не идеален, он будет намного жестче.
2. Самосмещенный источник гораздо меньше зависит от температуры. Полевые транзисторы , как и диоды, сильно зависят от температуры, но обратная связь стабилизирует ток с помощью того же механизма, который описан в предыдущем пункте.
3. Источник с самосмещением не имеет внешней сети смещения. Схема с самосмещением проще схемы внешнего смещения, поскольку не требует источника питания с отрицательным смещением и, таким образом, полностью независима от изменений таких напряжений питания смещения.Следовательно, схема может питаться от широкого диапазона питающих напряжений. Большинство операционных усилителей в значительной степени зависят от источников тока с самосмещением и работают от источников питания от $ \ pm5 \, \ mathrm {V} $ до $ \ pm 18 \, \ mathrm {V} $.
Проблема 4.12 — Последователи источника
Соберите простой последователь, показанный справа. Управляйте повторителем с генератором сигналов и сумматором смещения.Поиграйте с разными значениями смещения, амплитуды сигнала и частоты сигнала и сравните $ V_ {out} $ с $ V_ {in} $. Обратите внимание, что выходная амплитуда $ V_ {out} $ немного меньше входной амплитуды $ V_ {in} $ и также смещена на постоянное напряжение. Можете ли вы объяснить происхождение постоянного смещения? |
Проблема 4.13 — Усиление последователя источника
Удалите сумматор смещения из 4.12, и управляйте схемой напрямую с помощью генератора сигналов. Тщательно измерить прирост последователя $ G = v_ {out} / v_ {in} $. Поскольку $ v_ {in} $ и $ v_ {out} $ почти одинакового размера, усиление может быть определено наиболее точно путем измерения разницы $ \ Delta v = v_ {out} -v_ {in} $ непосредственно на прицеле. и вычисляем выигрыш от $ G = 1 + \ Delta v / v_ {in} $. Обратите внимание, что здесь нас интересуют только слабые компоненты сигналов: $ v_ {out} $, а не $ V_ {out} $. Компоненты слабого сигнала не включают никаких постоянных сдвигов постоянного тока; эти сдвиги могут быть легко устранены на вашем прицеле с помощью настройки переменного тока. Определите сопротивление источника по данным 4.5 . Соответствует ли усиление прогнозируемому усилению по формуле. (1)? |
Проблема 4.14
Изучите влияние нагрузочного резистора на ведомый с помощью схемы MultiSim Desktop \ Mulitisim \ Lab 4 \ Follower, показанной справа. Значение приращения потенциометра по умолчанию (5%) слишком велико; установить на 0.1% — это щелкнуть правой кнопкой мыши по горшку, перейти на вкладку «Значение» и изменить приращение. Дважды щелкните на осциллографе, чтобы открыть график осциллографа, и запустите симуляцию (щелкнув кнопку запуска с зеленой стрелкой или перейдя в меню «Моделирование» и выбрав «Выполнить»). Изучите влияние нагрузочного резистора, перетащив ползунок рядом с потенциометром или нажав «a» и «Shift + a». (Убедитесь, что схема реагирует на клавиши, щелкнув по ней, прежде чем пробовать горячие клавиши.) Как меняется вывод? Вам придется перейти к значениям ниже 10%, чтобы увидеть большой эффект. Когда значение потенциометра равно выходному сопротивлению повторителя, выходной сигнал упадет примерно в два раза. Примерно каков выходной импеданс повторителя? Из уравнения. (2), спрогнозируйте значение внутреннего резистора источника $ r_s $ и крутизну $ g_m $. |
Проблема 4.15 — Соответствующие полевые транзисторы
Транзисторы с одним и тем же номером детали могут значительно отличаться из-за производственных различий. Рассмотрим, например, ток стока насыщения $ I_ {DSS} $, который определяется как ток между стоком и истоком, когда напряжение затвора-истока равно нулю. Для 2N4392 этот ток задан в диапазоне от $ 25 \, \ mathrm {mA} $ до $ 75 \, \ mathrm {mA} $; для этого параметра не указано типичное или среднее значение.
Многие схемы, использующие несколько транзисторов, работают лучше всего, если транзисторы почти идентичны.Таким образом, важно разработать методы выбора почти идентичных транзисторов из большого запаса; набор почти идентичных транзисторов называется согласованной парой.
Есть много параметров, которые могут быть сопоставлены, и нет гарантии, что сопоставление одного параметра, скажем, $ I_ {DSS} $, будет соответствовать другим параметрам, скажем, $ V_P $. Тем не менее, обычно достаточно сопоставить только один параметр и предположить, что остальные параметры будут близкими. На первый взгляд, $ I_ {DSS} $ был бы привлекательным параметром для сопоставления, но на практике это не лучший выбор из-за большой мощности, рассеиваемой в полевом транзисторе, когда $ V_ {GS} = 0 $.Вместо этого мы выберем измерение тока $ I_D $ источника тока с фиксированным резистором.
Сборка , текущий исходный код справа. Получите по крайней мере пять дополнительных 2N4392 JFET и измерьте текущий $ I_D $ через каждый. Сохраните JFET, чья $ I_D $ как можно ближе к $ I_D $ вашего откалиброванного JFET (того, характеристики которого вы измерили). Ваше совпадение должно быть в пределах 10%. Верните другие полевые транзисторы. Сохраните подобранную пару для последующих упражнений в этой лаборатории и в лаборатории 5. Обратите внимание, что ручной выбор совпадающих пар нецелесообразен для коммерческого оборудования. К счастью, в этом нет необходимости, потому что полевые транзисторы JFET, построенные на одном и том же куске кремния, например, в интегральной схеме, очень хорошо согласованы. В редких случаях, когда требуется дискретная согласованная пара, доступны очень простые интегральные схемы, содержащие только согласованную пару JFET.
|
Проблема 4.16 — Улучшенный ведомый I
Коэффициент усиления простого ведомого, изученного в 4.12–4.13, меньше единицы.
Наивно, уравнение. (1) предполагает, что усиление можно улучшить, просто увеличив резистор источника $ R_S $ 330 $ \ Omega $. К сожалению, это также сделало бы $ V_ {GS} $ более отрицательным, тем самым уменьшив ток стока $ I_D $ и крутизну, а также увеличив $ r_s $, поэтому улучшение усиления может быть незначительным.Более того, выходной импеданс повторителя также увеличится (уравнение 2).
Нам нужен способ эффективного увеличения $ R_S $ без изменения $ V_ {GS} $. Это можно сделать, заменив $ R_S $ текущим источником. Поскольку источник тока жесткий, его эффективный $ R_S $ может быть очень большим, но поскольку $ I_D $ остается конечным, из передаточной характеристики затвора JFET (рис. 3) ясно, что $ V_ {GS} $ остается в области где крутизна большая (рис. 6).
Используя согласованную пару, создаст ведомый, управляемый источником тока, показанный на диаграмме справа. Сравните вход и выход для различных входных сигналов. Измерьте усиление. Есть ли заметная разница между входной и выходной амплитудами? Используя жесткость источника тока, рассчитанную в 4.11 для $ R_S $, измеренный ток $ I_D $ и внутреннее сопротивление источника $ r_s $, найденное путем объединения измеренных кривых на рис. 3 и рис. 8 для JFET, вычислите прирост. Это согласуется с вашими наблюдениями?
|
Проблема 4.17 — Улучшенный последователь II
Выход повторителя в 4.16 смещен относительно входа на постоянное напряжение. Покажите , что смещение в значительной степени исчезнет, если вы вставите резистор, как показано справа. Прирост останется очень близким к единице. Почему помогает избавиться от смещения при добавлении второго резистора? Подсказка: визуализируйте схему с $ V_ {in} = V_ {out} = 0 $. Если бы это было буквально правдой, как бы вы могли перерисовать принципиальную схему? Даже со вторым резистором может остаться небольшое смещение.Это оставшееся смещение, вероятно, связано с несовершенным согласованием полевых транзисторов с небольшим вкладом из-за несовершенного согласования резисторов. |
Анализ:
Проблема 4.18 — Обратная связь ведомого
Последователи JFET остаются линейными в широком диапазоне входных напряжений $ V_ {in} $, но коэффициент усиления зависит от крутизны $ g_m $, которая, в свою очередь, зависит от $ V_ {GS} $. Объясните , как обратная связь поддерживает линейность ведомого.
Пожалуйста, заполните
Вопрос дня высшего класса: полевые транзисторы
Полевой транзистор (FET) — это устройство, которое использует электрическое поле для управления током, протекающим через устройство. Как и биполярный транзистор, полевой транзистор обычно имеет три контакта. Названия трех выводов полевого транзистора: затвор , сток, исток . (E6A17)
Полевые транзисторы обычно изготавливаются по технологии, называемой дополнительным металлооксидным полупроводником или КМОП.Инициалы CMOS обозначают Complementary Metal-Oxide Semiconductor . (E6A13) Полевые транзисторы, изготовленные по технологии CMOS, иногда называют полевыми МОП-транзисторами.
На рисунке E6-2 (ниже) схематический символ 1 является символом полевого транзистора с P-каналом с переходом. (E6A11) На рисунке E6-2 (ниже) схематический символ 4 — это символ N-канального полевого МОП-транзистора с двумя затворами. (E6A10)
Одной из характеристик полевых МОП-транзисторов является их высокое входное сопротивление. Это делает их более привлекательными для использования во многих приложениях испытательного оборудования, чем биполярные транзисторы.Как соотносится входной импеданс постоянного тока на затворе полевого транзистора с входным сопротивлением постоянного тока биполярного транзистора? Полевой транзистор имеет высокое входное сопротивление; биполярный транзистор имеет низкое входное сопротивление . (E6A14)
Одним из недостатков использования полевых МОП-транзисторов является то, что они очень чувствительны к электростатическому разряду (ESD). Иногда они повреждаются статическим разрядом настолько слабым, что вы даже не видите искру или не чувствуете удара. Чтобы уменьшить вероятность пробоя изоляции затвора статическими разрядами или чрезмерными напряжениями , многие полевые МОП-транзисторы имеют внутренне подключенные стабилитроны на затворах.(E6A12)
Большинство полевых транзисторов являются устройствами расширенного режима. При использовании полевого транзистора в режиме улучшения вы должны приложить напряжение к затвору, чтобы ток протекал от истока к стоку. Однако некоторые полевые транзисторы работают в режиме истощения. Полевой транзистор в режиме истощения — это полевой транзистор, который показывает ток между истоком и стоком, когда напряжение на затворе не приложено . (E6A09)
Что такое полевые транзисторы и какова их роль в конструкции микрофона? — Мой новый микрофон
При просмотре каталогов конденсаторных микрофонов довольно часто можно встретить термины FET или твердотельные, используемые для описания микрофона.Многие конденсаторы, представленные сегодня на рынке, имеют в своей конструкции полевые или полевые транзисторы.
Что такое полевые транзисторы и какова их роль в конструкции микрофона? полевые транзисторы (полевые транзисторы) представляют собой активные электрические устройства, которые используют электрическое поле от микрофонного капсюля для управления потоком тока, который в конечном итоге является микрофонным сигналом. Полевые транзисторы принимают сигнал с высоким импедансом от микрофонных капсюлей и выдают полезный и пропорциональный сигнал с низким импедансом.
В этой статье мы более подробно опишем микрофонные полевые транзисторы и обсудим микрофоны, для которых они необходимы, а также микрофоны, которым они не нужны.
Что такое полевой транзистор?
Полевой транзистор (FET) — это тип транзистора, который использует электрическое поле для управления протеканием тока. Проще говоря, полевой транзистор использует входной сигнал для модуляции выходного сигнала.
Давайте вернемся немного назад и опишем, что такое транзистор, прежде чем углубляться в полевые транзисторы.
Транзистор — это активное полупроводниковое устройство, которое используется для усиления (псевдоусиления) или переключения электрических сигналов и электроэнергии.
Во многих случаях транзисторы используются для включения / выключения и необходимы для двоичной цифровой обработки (единицы и нули). Так обстоит дело со многими цифровыми аудиоустройствами. В случае аналоговых микрофонов на полевых транзисторах транзистор преобразует импеданс сигнала и усиливает сигнал (хотя это не настоящее усиление).
Чтобы узнать больше о микрофонах и их роли в аналоговом и цифровом аудио, прочтите мою статью «Микрофоны аналоговые или цифровые устройства?» (Конструкция микрофонного выхода).
Транзисторы состоят из полупроводникового материала (обычно кремния) с как минимум тремя выводами, которые подключаются к внешней цепи.
Подача напряжения или тока на одну пару выводов транзистора будет управлять током через другую пару выводов. Таким образом, мы можем взять «входной» сигнал на одной паре клемм и использовать его для модуляции «выходного» сигнала с большим напряжением и / или меньшим импедансом (псевдоусиление).
Микрофоны, в которых используются полевые транзисторы, обычно используют полевые транзисторы JFET или полевые транзисторы с переходным затвором.
JFET, возможно, является самой простой конструкцией полевого транзистора и выполняет описанную выше задачу. Его «входной» сигнал (напряжение между затвором и истоком) модулирует пропорциональный «выходной» сигнал (напряжение между стоком и истоком). Таким образом, с помощью полевого транзистора мы можем взять сигнал низкого уровня на входе и превратить его в сигнал высокого уровня на выходе.
Вход и выход полевого транзистора называются клеммами. Каждый JFET имеет 3 терминала, которые называются:
Вот простая схема полевого транзистора с соединением-затвором микрофона:
Когда мы прикладываем напряжение между затвором и истоком (некоторые называют это входом) полевого транзистора, транзистор изменяет проводимость между стоком и истоком.При правильном напряжении смещения постоянного тока мы получаем выходное напряжение между стоком и истоком, которое пропорционально входному сигналу на затворе / истоке.
Таким образом, в основном выходной сигнал капсулы с высоким импедансом поступает на выводы затвора и истока и эффективно модулирует сигнал с более низким импедансом (а часто и более высоким напряжением) между выводами стока и истока.
Для чего используются полевые транзисторы в микрофонах?
Полевые транзисторыиспользуются в основном как преобразователи импеданса в конденсаторных микрофонах.
Капсюль конденсаторного микрофона работает как преобразователь, преобразуя звуковые волны (энергию механических волн) в звуковые сигналы (электрическую энергию). Электрические аудиосигналы (напряжение переменного тока) на выходах конденсаторного капсюля имеют невероятно высокое сопротивление и почти не пропускают ток.
Для получения дополнительной информации о микрофонных капсюлях ознакомьтесь с моей статьей Что такое микрофонный капсюль? (Плюс топ-3 самых популярных капсул).
Здесь вступает в игру полевой транзистор, преобразующий импеданс.
Полевые транзисторыпо своей конструкции имеют чрезвычайно высокий входной импеданс на затворе. Однако сопротивление на стоке намного ниже и фактически позволяет току течь.
Таким образом, выходной сигнал капсулы отправляется непосредственно на затвор полевого транзистора. Этот сигнал переменного тока изменяет проводимость между выводами стока и истока и, следовательно, изменяет ток на стоке и, в конечном итоге, «выходное» напряжение полевого транзистора.
Другими словами, полевой транзистор принимает сигнал с высоким сопротивлением на своем входе и использует его для модуляции сигнала с низким сопротивлением на своем выходе.Этот выходной сигнал затем может проходить через остальную схему микрофона; микрофонный выход и через микрофонный кабель к микрофонному предусилителю.
Вот простая схема конденсаторного микрофона на полевых транзисторах:
Как видно из этой простой схемы, для работы полевого транзистора требуется некоторое напряжение смещения постоянного тока от источника питания.
Обратите внимание, что капсулы «настоящих» конденсаторов также требуют внешнего питания для поляризации.
Полевой транзистор принимает сигнал с высоким импедансом от капсюля и понижает импеданс до приемлемого уровня, прежде чем сигнал будет отправлен на выход микрофона.
В большинстве случаев, включая микрофоны, роль полевого транзистора раньше выполняли электронные лампы. Транзисторы обычно намного меньше; требуют меньшего количества энергии для работы (фантомное питание или смещение постоянного тока, а не выделенные источники питания) и менее затратны в производстве и внедрении.
Чтобы узнать больше о правильном питании микрофонов, ознакомьтесь со следующими статьями «Мой новый микрофон»:
• Требуется ли питание для микрофонов для правильной работы?
• Требуется ли фантомное питание для правильной работы микрофонов?
• Может ли фантомное питание повредить мой ленточный микрофон?
Хотя есть различия в звучании полевых транзисторов и электронных ламп (аудиофилы определенно возразят), в настоящее время микрофоны на полевых транзисторах и ламповые микрофоны могут производиться с одинаковыми стандартами качества.
Также важно отметить, что полевые транзисторы стали стандартом для конденсаторных микрофонов. Я имею в виду, что если у конденсаторного микрофона есть трубка, он будет называться «ламповый конденсатор», тогда как конденсатор на полевых транзисторах обычно будет называться просто «конденсаторный микрофон». То есть, если только префикс «FET» не отличает микрофон от ламповой версии того же микрофона.
Подробнее о различиях между ламповыми и ламповыми микрофонами читайте в моей статье В чем разница между ламповыми и полевыми микрофонами?
Какие микрофоны не требуют полевых транзисторов?
Не для всех микрофонов требуются полевые транзисторы.Фактически, полевые транзисторы действительно используются только в определенных конструкциях конденсаторных микрофонов, а иногда и в активных ленточных микрофонах.
Давайте посмотрим на типы микрофонов, для которых не требуются полевые транзисторы.
Пассивные микрофоны
полевых транзистора — активные устройства. Для правильной работы им требуется смещение постоянного тока. Таким образом, пассивные микрофоны, по простому определению пассивности, не имеют полевых транзисторов в своей конструкции. Давайте посмотрим на типы динамических и ленточных микрофонов, оба из которых работают на принципах пассивной электрической энергии.
Динамические микрофоны
Динамические микрофоны с подвижной катушкой работают на электромагнитной индукции и не требуют каких-либо активных компонентов.
Их выходные сигналы капсулы (картриджа) имеют низкий импеданс и могут быть отправлены непосредственно на выходное соединение микрофона (хотя часто они сначала отправляются через выходной трансформатор).
Чтобы узнать больше о динамических микрофонах с подвижной катушкой, прочитайте мою статью «Динамические микрофоны с подвижной катушкой: подробное руководство».
Ленточные микрофоны
Ленточные микрофоны также преобразуют звук в звук с помощью электромагнитной индукции.
Их «капсулы» (известные как ленточные элементы или перегородки) выводят сигналы с низким импедансом, которые не требуют полевого транзистора с преобразованием импеданса. Ленточные микрофоны разработаны с трансформаторами, чтобы защитить их хрупкие ленточные диафрагмы от короткого замыкания постоянного напряжения.
Для получения дополнительной информации о трансформаторах микрофонов, ознакомьтесь со следующими статьями «Мой новый микрофон»:
• Что такое трансформаторы микрофонов и какова их роль?
• Все ли микрофоны имеют трансформаторы и транзисторы? (+ Примеры микрофонов)
Активные ленточные микрофоны потенциально могут иметь в своей конструкции полевые транзисторы.Эти конструкции будут иметь повышающие трансформаторы с высоким коэффициентом передачи между ленточной перегородкой и полевым транзистором для повышения относительно низкого напряжения на выходе ленты.
Эти повышающие трансформаторы также увеличивают импеданс сигналов, поэтому полевые транзисторы иногда полезны для понижения импеданса до пригодных для использования уровней без снижения мощности сигнала.
Чтобы узнать больше о ленточных микрофонах, прочитайте мою статью «Динамические ленточные микрофоны: подробное руководство».
Ламповые микрофоны
Вакуумные лампы по существу выполняют ту же роль, что и полевые транзисторы в микрофонах. То есть они преобразуют импеданс сигналов капсулы с высоким импедансом и действуют как псевдоусилители.
Давайте быстро взглянем на схему триодной вакуумной лампы (простейшей лампы для микрофона) и перечислим ее компоненты:
- H — нагреватель
- K — катод
- A — анод
- G — сетка
Источник питания нагревает нагреватель, который затем вызывает устойчивый поток электронов (электрический ток) от отрицательно заряженный катод к положительно заряженному аноду.Это похоже на ток, протекающий между выводами истока и стока полевого транзистора.
Выход высокоомного капсюля подключен к высокоомной сетке (входу) триодной вакуумной лампы. Напряжение переменного тока на сетке трубки модулирует поток электронов между катодом и анодом. Другими словами, входной сигнал с высоким импедансом в сети управляет сигналом с низким импедансом (и часто более высоким напряжением) на выходе лампы. Это несколько аналогично клемме затвора полевого транзистора.
Таким образом, хотя лампы сильно отличаются от транзисторов, их можно рассматривать как аналог полевых транзисторов следующим образом:
- Нагреватель = цепь смещения постоянного тока
- Катод = клемма истока
- Анод = клемма стока
- Сеть = клемма затвора
Фактически, ранние конденсаторные микрофоны требовали вакуумных ламп для преобразования сигналов с высоким сопротивлением от их капсул. Транзистор был изобретен только в 1947 году, а FET / JFET дебютировал в коммерческой микрофонной технологии только в 1964 году.
Чтобы узнать больше об истории микрофонов и технологических достижениях, которые сделали возможными современные микрофоны, ознакомьтесь с моей статьей История микрофонов: кто изобрел каждый тип микрофона и когда?
Что такое микрофонный капсюль? Микрофонный капсюль — это часть, отвечающая за преобразование звуковых волн в микрофонные сигналы. Капсулы всегда имеют диафрагму (и) и корпус для этих диафрагм. Капсула в целом действует как преобразователь микрофона, превращая звук в звук.
Что измеряет микрофон? Микрофон по существу измеряет колебания звукового давления на своей диафрагме в диапазоне слышимых частот. Поскольку звуковые волны вызывают переменное давление вокруг диафрагмы микрофона, микрофон производит совпадающий электрический звуковой сигнал.
Для получения дополнительной информации о микрофонах, звуке и звуке ознакомьтесь с моей статьей «Что и как измеряют микрофоны?»
Mazda CX-5 Руководство по обслуживанию и ремонту — Полевой транзистор Power Metal Oxide Semiconductor (Power Mos Fet) [Полностью автоматический кондиционер]
Назначение
Функция
Строительство
-
Силовой МОП-транзистор установлен на блоке кондиционера.
-
Был принят силовой МОП-транзистор типа транзистора, и он оснащен три электрода, исток, затвор и сток.
Эксплуатация
-
Сопротивление между выводами B и A (между стоком и истоком) изменяется. в соответствии с напряжением (напряжением затвора), приложенным к клемме E (затвор).
-
Когда напряжение затвора увеличивается, сопротивление между клеммами B и A уменьшается, позволяя току течь легко.Следовательно, электродвигатель нагнетателя скорость вращения увеличивается.
-
Когда напряжение затвора уменьшается, сопротивление между клеммами B и A увеличивается, затрудняя прохождение тока. Следовательно, вращение электродвигателя вентилятора скорость снижается.
Отказоустойчивый
Снятие / установка ресивера / осушителя
1. Отсоедините отрицательный провод аккумуляторной батареи. 2. Слейте хладагент. 3. Снимите переднюю нижнюю крышку №.1 .. 4. Слейте охлаждающую жидкость двигателя. 5. Снимите следующие детали: а. Пла …Другие материалы:
Откидная дверь
ВНИМАНИЕ
Никогда не позволяйте людям ездить в багажном отделении:
Позволить человеку ездить в багажном отделении опасно.
Человек в багажном отделении может получить серьезные травмы или погибнуть во время
резкое торможение или столкновение.
Не садитесь за руль с открытой задней дверью:
Выхлопной газ …
Клапан принудительной вентиляции картера (PCV)
Назначение, функция
Предотвращает выброс картерных газов (несгоревший газ) в атмосферу.Клапан PCV открывается / закрывается за счет разрежения во впускном коллекторе.
Строительство
Клапан PCV устанавливается на маслоотделитель.
Клапан PCV состоит из пружины и клапана.
…
Контрольная лампа дальнего света фар
Назначение
Уведомляет пользователя о том, что фары (HI) горят.
Функция
Загорается при включенном свете фар (HI) или стояночном освещении.
встретились.Строительство
Отображается в комбинации приборов.