Доброго здоров'я, шановний читачу. У цьому дописі, продовженні теми "Транзистори", ознайомимося із іншим видом транзисторів – польовими. Різновидів таких електронних компонентів також немало. Тож продовжимо стисло і про найнеобхідніше.

 

------------

Ідея створення транзисторів з використанням ефекту поля сягає ще у далекий 25 рік минулого століття. До речі, самий перший лабораторний прототип транзистора, створений Шеклі у 1946 році, належав до сімейства польових. І лише розвиток технології дав можливість у 60-х роках минулого століття виготовити практичні зразки придатні для широкого використання. Примітно те, що у польовому транзисторі працюють лише основні носії зарядів і саме завдяки цьому їх ще інколи називають – уніполярними. Як і будь-який напівпровідник вони можуть бути p- або n-типу. Провідний канал таких транзисторів має омічну характеристику (що це таке, перечитайте попередні дописи стосовно опорів), тож його опір залежить від напруги управління.

Польові транзистори, при схожих силових характеристиках, менші за розмірами від біполярних та мають високий вхідний опір. Вони не такі чутливі до температури, саме тому схильність до теплового пробою у них суттєво менша. Слід звернути увагу на більш простішу схемотехніку, завдяки чому конструктивні вироби на польових транзисторах мають, як правило, менше додаткових компонентів. І зовсім неможливо обійти увагою простішу технологію їхнього виготовлення, що й стало базовою основою використання такої технології при виготовленні мікросхем.    

Полові транзистори поділяються на два основні види – транзистори із суцільним та ізольованим затвором, які, у свою чергу, бувають із вмонтованим, чи то індукованим каналом.

Тоді як у біполярних транзисторів управління потоком струму відбувається за рахунок введення додаткових носіїв струму (електронів чи дірок) із іншого прошарку, тобто основа роботи такого транзистору – підсилення струму. Принцип роботи уніполярного транзистора зовсім інший. У будь-якому типі польового транзистора провідний канал є матеріалом одного типу, а його провідність (більше-менше) визначається потенціалом керуючого електричного поля.

Польові транзистори (FET Field Effect Transistor) не мають ніякого переходу на основному шляху струму між електродами витоком та стоком, які функціонально відповідають емітеру та колектору біполярного транзистора відповідно. Шлях між цими електродами називається каналом і може бути виготовлений із кремнію P-типу або N-типу. Тому FET транзистори можна класифікувати як P-канальні або N-канальні. Управління струмом у каналі відбувається шляхом зміни напруги на третьому електроді – затворі. Тож для таких транзисторів справедливе твердження стосовно того, що вони – підсилюють напругу. Затвор можна вважати відповідністю бази біполярного транзистора (твердження стосовно відповідностей електродів суто умовні).

Надто багато незрозумілої інформації для початку, так? Для того, щоб усе це «переварити» – розпочнемо:

 

JFET (Junction FET) (із суцільним затвором)

Такі польові транзистори відрізняються надзвичайно простою і зрозумілою будовою, тож і процеси, які в них відбуваються також досить прості і зрозумілі.

У відповідності із теорією будови полових транзисторів цей транзистор має три електроди: витік – електрод (джерело) постачання носіїв заряду до каналу, стік – електрод прийому носіїв заряду з каналу, затвор – електрод управління потоком носіїв заряду. Отже, витік та стік є виводами суцільного кремнієвого каналу, а затвор – електродом управління. Хочу зауважити, відразу запам’ятайте відповідність міжнародного (англійського) позначення цих електродів, адже скрізь у Datasheet вам буде зустрічатися саме воно. Із біполярними транзисторами простіше, адже там назви відповідають англомовній транскрипції. У FET транзисторів трохи інакше, отже:

Витік – SOURCE,

Стік – DRAIN,

Затвор – GATE.

А тепер давайте спробуємо відтворити схематичну будову такого компоненту.

Мал. 1

На Мал.1 довільне зображення структури n-канального польового транзистора із суцільним затвором (керуючим p-n переходом). Нам уже відомо, що струм у напівпровіднику n- типу обумовлений вільними електронами. Отже, якщо до стоку, відносно витоку, прикласти позитивну напругу – це обумовить протікання у каналі електричного струму. І якщо при цьому затвор має напругу 0 В, струм каналу матиме найбільшу можливу величину, а транзистор перебуватиме у стані – увімкнений.

 

Найбільша можлива величина струму через канал визначається власним опором каналу, додатковим зовнішнім опором, а також внутрішнім опором джерела живлення. Тож можна зробити висновок, що транзистор із суцільним затвором, без прикладеної до переходу напруги управління, завжди максимально відкритий.

 

Аналогічна картина спостерігається і у транзисторів з p-каналом. Різниця лише у прикладеній напрузі протилежного потенціалу.

Зрозуміти і запам’ятати яку слід прикладати напругу, до електродів транзисторів із різними каналами, досить просто. Витік – це електрод який є джерелом надходження до каналу носіїв електричного заряду. Якщо це канал n- типу, у якому основними носіями негативного заряду є електрони, то, звісно, братися вони можуть із негативного полюса джерела живлення. Але, якщо це канал p- типу, то основні носії позитивного заряду (дірки) надходитимуть із позитивного полюса.

 

Наступний крок – управління каналом польового транзистора.

Отже, навіть при «підвішеному» затворі, канал JFET-транзистора завжди відкритий. Позаяк ми розглядаємо транзистор із каналом n- типу, його затвор реалізовано ділянкою напівпровідника р- типу. Прошарок переходу, на межі цих різнойменних клаптиків (Мал.1), утворюється за відповідними правилами (зверніться до попередніх дописів стосовно напівпровідників).

Нам уже відомо, що струм у каналі ініціюється поданням на витік – негативного живлення, а на стік – позитивного (нагадаю, ми розглядаємо канал n- типу). Оскільки електродом-джерелом струму є витік, подамо на затвор позитивну напругу відносно витоку. Що відбудеться? Практично нічого.

Високолегований p- прошарок отримає додаткове джерело позитивно заряджених частинок (дірок), частина яких буде рекомбінувати із негативно зарядженими (електроними) з каналу, а частина включиться до процесу підтримання потоку струму у каналі, попрямувавши у напрямку негативного витоку. Але величезний вплив поля витік-стік не дасть такому ефекту позначитися на струмі каналу. Тож позитивна напруга на затворі жодним чином не вплине на провідність каналу. Зовсім протилежний ефект спостерігатимемо подаючи на затвор негативну напругу!

Розглядаючи вплив негативного потенціалу затвору на p-n перехід, який і є межею затвору та каналу витік-стік (прошарок переходу на Мал.1), слід пригадати допис про діоди (а найліпше – перечитати його).

Отже, подаючи на затвор (високолеговану p- ділянку) негативну напругу ми створюємо на межі p-n переходу збіднений потенціальний бар’єр, який розростається в обидва боки від місця фізичної (металургійної) межі різнойменно легованих ділянок. А, як відомо, струм у межах такого збідненого бар’єру неможливий, бо його питомий опір, у зв’язку з відсутністю носіїв, надзвичайно великий. Це явище призводить до зменшення прохідного перетину (збільшення опору) основного (n-) каналу і, як наслідок – до зменшення струму крізь нього (Мал.2).

 

Мал. 2	Мал. 3

Чим більший негативний потенціал затвора, тим стає ширшим потенціальний бар’єр на межі переходу, тим меншим стає струм у каналі. Такий процес триватиме доти, поки потенціал затвора не сягне рівня напруги відсічки для певного виду JFET транзистора. Тоді – канал перекривається повністю, протікання струму у каналі припиняється, транзистор закривається (Мал.3). По суті, такий процес не що інше, як збіднення каналу, адже кількість основних носіїв струму критично зменшується.

Отже, управління зменшенням провідної потужності каналу відбувається за рахунок збільшення негативної напруги на затворі.

Поведінка транзистора із р- каналом ідентична до навпаки. Мається на увазі те, що полярності прикладених напруг змінені на зворотні.

Мал. 4

На Мал.4 наведені символи зображення JFET транзисторів на електронних схемах. Запам’ятати який потенціал слід подавати на затвор у якому із транзисторів можна легко, якщо провести асоціативну відповідність із діодом. Плаский бік стрілочки – анод (плюс), гострий бік стрілочки – катод (мінус). Літерні позначення виводів, як правило, відсутні. Тут вони наведені із показовою метою.

Давайте зробимо певні висновки із поданого матеріалу. Провідність каналу забезпечується лише рівнем потенціалу керуючого електричного поля (напругою на затворі), струм, на відміну від біполярного транзистора, у цьому процесі не приймає участі. Слід зауважити, що мізерний струм все-таки присутній, але обумовлений він не процесом керування провідністю каналу, а дифузією певної кількості носіїв заряду через перехід, саме завдяки технологічній особливості JFET транзистора – транзистора із суцільним затвором.

Коротко розглянемо графічні подання деяких характеристик усередненого JFET транзистора. На підставі розглянутого матеріалу можна відобразити витоко-затворну характеристику (Мал.5), практично як пряму розташовану у лівій частині графіка, що насправді так і є. Адже характеристика провідного каналу омічна.

Мал. 5

Горизонтальна координата Uзв – напруга затор-витік, вертикальна Іс – струм у каналі, який подано через струм стоку. Характеристики зняті при сталій напрузі витік-стік.

Отже, на канал подано позитивну напругу, на пару затвор-витік – негативну (відносно витоку).

З графіка бачимо, що коли напруга на затворі 0 В, струм у каналі максимальний, транзистор повністю відкритий. Для цього параметру існує певний технічний термін – струм стоку нульового зміщення (IDSS). Він є константою, бо суто індивідуальний не лише для певного різновиду JFET, а навіть для конкретного екземпляру транзистора.

 

Мал. 6

Вкотре нагадаю, ми розглядаємо n- канальний транзистор, у р- канальному практичні характеристики зберігаються, лише обернена полярність напруги.

 

Звернемо увагу на ще один досить показовий графік, який ви зустрінете у кожному паспорті на будь-який польовий транзистор. Графік, котрий описує залежність струму стоку від напруги прикладеної до каналу (витік-стік) при різних потенціалах затвор-витік. Давайте розберемо деякі деталі.

Від нуля і до певної величини напруги витік-стік (вертикальна штрих-пунктирна лінія) струм стоку зростає практично лінійно, це так-звана омічна ділянка характеристики і вона характерна для будь-якої напруги на затворі. На цій ділянці польовий транзистор поводить себе неначе потенціометр (змінний резистор) опором якого керують за допомогою прикладеної напруги.

Тепер звернемо увагу на ряд характеристичних прямих, які продовжуються паралельно координаті UBC. Тобто, незважаючи на зміну напруги прикладеної до каналу, струм стоку лишається незмінним. Така поведінка зберігається лише при незмінній напрузі на затворі. Реакцію зміни струму стоку при зміні напруги на затворі чітко видно на графіку, він буде різним для різних напруг затвора. Це активна ділянка характеристики транзистора. 

 

На мій погляд, слід запам’ятати одну досить важливу річ: струм у відкритому в такому режимі каналі, практично, не залежить від прикладеної до нього напруги (звісно ж, у межах передбачених технічними можливостями), він лишатиметься відносно стабільним. Саме ця ділянка і використовується для побудови простих джерел стабільного струму.

Максимальний струм матимемо при зміщенні на затворі 0 В, відсутність струму при зміщенні на затворі -5.0 В (напруга відсічки), крива збігається із лінією координати UBC.

Продовжуючи аналізувати графік помітимо, що при збільшенні напруги прикладеної до каналу, криві струму стоку різко повертають догори, настає мить коли струм різко зростає. Саме у цю мить транзистор втрачає здатність опиратися зростаючому струму, бо напруга прикладена до каналу (витік-стік) виявляється для нього надто великою. На технічній мові такий ефект називається пробоєм каналу.

Для типового JFET значення IDSS знаходиться у межах від 1 мА до 1 А, VGS(off), напруга відсічки знаходиться у межах від -0.5 до -10.0 В для n- канального JFET (або від +0,5 до + 10.0 В для р- канального JFET), і величина напруги пробою каналу знаходиться у межах від 6.0 до 50.0 В.

Досить суттєвою характеристикою є високий вхідний опір польових транзисторів, саме завдяки цьому їх можна зустріти на вході у каскадах підсилювачів низької частоти, мікшерів. Адже низький вхідний опір може викликати певні спотворення сигналу від мікрофонів, звукознімачів, а це втрата чистоти, природності звуку.

 

Мал.7

Біполярні транзистори мають такий параметр, як коефіцієнт підсилення. Для польових транзисторів міра здатності підсилювати сигнал визначається інакше. Тут вступає в силу розмірність, як у електронної лампи – крутизна характеристики. Вона показує: на скільки міліамперів зростає струм стоку при збільшенні напруги затвора на певну кількість вольтів при незмінній напрузі витік-стік. Її можна визначити по графіку витоко-затворної характеристики. Скажімо, транзистор із наведеного на Мал.7 графіка має крутизну близько 1.4 мА/В. Тобто при зміні напруги затвору на 3.0 В (від -4v до -1v), струм каналу зростає на 4.2 мА (від 0.6 mA до 4.8 mA). Позначається крутизна характеристики латинською літерою S, а розраховується за допомогою формули: S=∆Ic/∆Uзв де ∆ – дельта, різниця двох величин.

 

MOSFET

Наступний вид польових транзисторів на сьогодні є найпопулярнішим. Їх використовують, в основному, для побудови імпульсних побутових та професійних спеціалізованих джерел живлення, компактних зварювальних апаратів, різноманітних інверторів (перетворювачі напруги) і т. ін... Такі транзистори інколи можна зустріти у вхідних каскадах підсилювачів низької частоти, блоках обробки сигналів із цифровим управлінням, а найчастіше вони входять до складу різноманітних мікросхем. Це транзистори з ізольованим затвором. Ну, абсолютно ізольованим від провідного каналу.

Транзистори MOSFET (із ізольованим затвором)

На відміну від JFET транзисторів, транзистори із ізольованим затвором взагалі не споживають ніякого струму по колу затвора. Це правда, адже затвор відділений від провідного каналу ізоляційним прошарком. То як же працює такий транзистор? З’ясуванням цього ми з вами і займемося.

MOSFET – Metal oxide semiconductor field-effect transistors – Метало-Оксидні Напівпровідникові польові транзистори (МОН), є на сьогодні найбільш популярними транзисторами, які певною мірою і є транзисторами із електронним управлінням. Адже, коли на затвор подати невеличку напругу, досить суттєвий струм, який протікає каналом витік-стік, зазнає суттєвих змін. На відміну від JFET- транзисторів, MOSFET- транзистори мають більший вхідний опір виводу затвора (≥1014 Ом, у порівнянні з 9109 Ом для JFET), а це означає, що у них практично відсутній струм затвора. Такий ефект стає можливим саме завдяки тому, що вивід затвора приєднано до каналу витік-стік через метало-оксидну плівку, ізоляційну плівку діелектрика.

До речі, я буду використовувати обидві абревіатури, як MOSFET, так і МОН. Ви мусите чітко розуміти, що це одне й те ж саме.   

Збільшення вхідного опору має свою ціну – дуже малу ємність проміжку затвор-канал, лише декілька пікофарад.

Саме внаслідок цього, під час роботи із затвором, у деяких типів польових МОН-транзисторів розряд накопиченої критичної величини статичного заряду може пробити ізоляційний прошарок і зруйнувати польовий транзистор. Слід зауважити – деякі сучасні MOSFET мають вбудований захист від такої неприємності, але не всі. Пам’ятайте про це!

Як я вже й наголошував, МОН-транзистори поділяються на два види – із вмонтованим (який працює на принципі збіднення або збагачення), та індукованим (поліпшеним) каналами. Вони досить суттєво відрізняються один від одного.

 

Мал.8

МОН-транзистори із вмонтованим каналом

На мою думку, почати слід із графічного зображення такого транзистора, бо воно відразу відповідає на багато запитань.

На Мал.8 бачимо графічне зображення такого транзистора. Хай вас не бентежить колір деяких елементів та позначки виводів, в реальності усе чорно-біле і без літер.

Продовжимо. Вивід затвору зображено із повітряним проміжком, це вказує на те, що транзистор технології MOSFET (із ізольованим затвором). Канал витік-стік (на малюнку він червоний) позначений суцільною лінією, таке зображення констатує те, що він постійно присутній – вмонтований (власний, постійно існуючий).

Канал, практично завжди, має два виводи – витік та стік, що ж за третій електрод присутній на графічному зображенні та ще й позначений стрілкою?

Третій електрод це вивід від основи (фундаменту, підкладки) на якій реалізовано структуру транзистора. Основа завжди має протилежну каналу структуру провідності, якщо канал n-провідний то основа p-провідна і навпаки. Основа, як правило (існують види і з окремим виводом основи), має внутрішнє з’єднання із витоком (що й показано на графічному зображенні). Чому все це так, зрозуміємо далі.

Стрілочка на електроді основи вказує на провідність основного каналу. Якщо вістря стрілки спрямоване на канал, його активація відбувається негативним потенціалом – це канал n-типу, якщо навпаки, перед нами зображення МОН-транзистора у якому канал p-типу. Отже, графічні зображення МОН-транзисторів із вмонтованим каналом різної провідності відрізняються лише напрямком стрілочки.

Тепер слід розглянути структурне зображення таких MOSFET.

 

Мал. 9

На Мал.9 маємо схематичне, структурне зображення N- канального МОН-транзистора із вмонтованим каналом.

 

Перше, що впадає у вічі – пластинка зеленого кольору із позначкою Ізолятор. Це і є прошарок діоксиду кремнію (SiO2), тобто – скла (ізолятора). Отже, затвор не має ніякого прямого контакту із каналом, тим більше не утворює жодних напівпровідникових переходів, адже є звичайною пластинкою, звичайного провідника.

Так як і у JFET вмонтований (власний, постійно існуючий) канал MOSFET завжди пропускає струм, навіть при відсутності напруги на затворі. А от принципи управління потоком струму у них суттєво відрізняються.

Подавши на затвор невеличку негативну напругу, відносно витоку, будемо спостерігати зменшення струму через канал. Чому?

Завдяки прошарку – ізолятору, два електроди затвор та канал створюють своєрідний конденсатор (Мал.10). І як будь-якій конденсатор, який працює у колі постійного струму, цей елемент тяжітиме до накопичення відповідного потенціалу зарядів на своїх електродах. Негативний потенціал затвор отримає миттєво і, підкоряючись «поклику природи», носії позитивного заряду (дірки) з основи та неосновні заряди з каналу, потягнуться до протилежного електроду конденсатора – каналу. Адже своїм позитивним потенціалом вони повинні врівноважити потенціал негативного заряду затвора, зібравшись у певній кількості на протилежній пластині конденсатора.

 

Мал. 10

Втім, дістатися туди, без рекомбінації із величезною кількістю негативно заряджених частинок, які забезпечують струм через канал, не вдасться майже нікому. Отже, потенціал конденсатора залишатиметься неврівноваженим. Такий стан призведе до того, що електричне поле негативно зарядженого затвору зросте, «запрошуючи» до протилежної обкладинки конденсатора носіїв позитивного заряду. Це поле перекриє канал, а беручи до уваги його негативний потенціал, воно створить відштовхуючий ефект для основних носіїв струму у каналі. Певна частина електронів дифундує до основи: якась частина рекомбінує там із позитивними носіями заряду, якась перетвориться на неосновні носії заряду. Дістатися до стоку їм уже не вдасться

 

Як би там не було, такий процес спричинить збіднення каналу, втрату певної кількості основних носіїв у каналі. Струм у ньому зменшиться і досягне певної рівноваги у відповідності із потенціалом затвора.

Нам уже відомо, що у польового транзистора існує поняття напруга відсічки. Це така межа рівня негативної напруги на затворі, яка зумовить повне збіднення каналу. При критичному рівні негативної напруги на затворі, електричне поле сягне такої величини, що потік електронів крізь канал стане неможливим. Процес виштовхування електронів полем з каналу, рекомбінація з дірками поглинатиме їх усіх. Тіло каналу буде перекрите носіями позитивного заряду, яким вкрай необхідно накопичитися на позитивній пластині конденсатора. Струм через канал припиниться, транзистор закриється.

Отже, поступово збільшуючи негативний потенціал затвора, ми досягнемо рівня напруги відсічки. Про такий рівень напруги можна дізнатися з технічного паспорту (datasheets) на певний тип транзистора.

Як ви уже зрозуміли, істинно польовими транзисторами є саме МОН-транзистори, бо управління потоком струму тут відбувається за рахунок впливу на канал електричного поля. Зверну увагу! Ми розглядаємо N-канальний транзистор. Для Р-канального транзистора напруги будуть обернені.

Я коротко і спрощено пояснив основу фізики процесу управління МОН-транзистором із вмонтованим каналом у режимі збіднення. Але такі транзистори мають цікаву особливість – вони здатні працювати також і в режимі збагачення.

 

Мал. 11

До такого режиму транзистор переходить при появі на затворі позитивної напруги. Процеси, які відбуваються у каналі, знову-таки розглядаємо через взаємодію із ним електричного поля умовного конденсатора.

 

Позитивний потенціал затвора створить поле, яке намагатиметься накопичити на «протилежній обкладинці» відповідну кількість  негативного заряду. Втім, потужний потік струму постійно вириватиме електрони з каналу. У зв’язку із цим, поле із позитивним зарядом збільшить свій вплив аж до основи. Такий стан спонукає підтягнутися до каналу неосновних носіїв заряду із основи, а це – електрони. Наслідком такого явища буде зменшення питомого опору каналу, тобто, він буде збагачуватися. Утвориться додатковий прошарок насичений електронами, який буде здатен проводити більший потік струму.

 

Мал. 12

Зі збільшення позитивного потенціалу на затворі зростатиме і струм через канал. Але таке явище має свої межі. Саме тому у технічному паспорті на транзистор завжди вказаний максимально допустимий струм каналу.

 

 

 

 

 

 

 

 

Мал. 13

На графічних характеристиках такого МОН-транзистора також відображена його здатність працювати при зміні полярності напруги на затворі. Як на витоко-затворній (Мал.12): чудово видно зростання струму стоку, в зоні позитивного потенціалу на затворі, після переходу кривої через нуль, так і на графіку залежності струму стоку від напруги прикладеної до каналу (Мал.13). Усі характерні особливості роботи такого польового транзистора збігаються зі зразками JFET, за винятком присутності кривих вище графічного відображення нульового потенціалу на затворі. Саме вони і відображають характеристики струму у каналі при позитивних напругах на затворі.

Слід визнати, що МОН-транзистори із вмонтованим каналом не набули особливої популярності. Можливо це через властиву їм здатність працювати, як у режимі збіднення, так і збагачення, що, певною мірою, ускладнює процеси управління. Втім, така особливість інколи буває досить таки корисною.

До речі, можливо хтось і звернув увагу на те, що і у JFET, і у MOSFET із вмонтованим каналом, тобто такими транзисторами де існує власний канал, він, по суті, двосторонній. Судячи із структурного зображення, такому транзистору «паралельно» з якого боку буде плюс, а з якого мінус. І це справді так. Але існують певні технологічні особливості, які й обумовлюють різну величину ємності між парами затвор-витік та затвор-стік. Саме тому і роблять жорстку технічну прив’язку – який електрод вважати витоком, а який стоком.

Як би там не було, а перші місця популярності по застосуванню, у різноманітних конструкціях аматорів, твердо утримують МОН-транзистори із індукованим затвором.

 

Транзистори MOSFET із індукованим каналом

І знову, огляд почнемо із розбору графічного зображення таких транзисторів на схемах (Мал.14).

 

Мал. 14

Від зображення на Мал.8 воно відрізняється виглядом зображення каналу (червоної смужки). У таких транзисторів канал зображується пунктирною смужкою. Це вже дає можливість зрозуміти, що канал – індукований (відсутній у звичайному стані). Саме слово індукований каже про те, що канал виникає, створюється під впливом сторонніх процесів, які стимулюють, збуджують його виникнення.

 

Для того щоб зрозуміти таке явище, слід уважно розглянути схематичну будову MOSFET із індукованим каналом.

Вкотре хочу нагадати! У цьому дописі ми розбираємо N-канальні транзистори, з Р-канальними все так само, за винятком потенціалів напруг. У них потенціали напруг зворотні. Чому я про це наголошую? Далі будуть відбуватися неймовірне!

 

Мал. 15

Отже, на малюнку (Мал.15) подано схематичну будову MOSFET з індукованим каналом.

 

Усе практично так само як на Мал.9 за винятком відсутності каналу, який би з’єднував витік зі стоком, тобто немає провідної зони n-типу. Вона відсутня, а тому у таких транзисторів при відсутності потенціалу на затворі ніякий струм неможливий.

 

 

Мал. 16

Що ж, ідемо далі. Розглянемо поведінку транзистора при появі на затворі негативного потенціалу. Такий стан відобразимо на наступному малюнку (Мал.16). Що ми бачимо? Затвор отримав негативний потенціал, протилежна обкладинка «конденсатора», для збалансування заряду, повинна отримати позитивний заряд. І вона його отримує, адже протилежною обкладинкою є основа. А основа, як ми уже знаємо, виготовляється із кремнію легованого протилежними для зон витоку та стоку зарядами. Тобто, у пластині основи превалюють позитивні заряди, які збираються в зоні протилежної обкладинки. Ніякого струму між витоком та стоком немає, електронам з витоку ніяк дістатися до стоку.

 

Давайте спробуємо подати на затвор позитивний потенціал. І от тепер починають відбуватися дивні речі. Позитивний потенціал обкладинки затвора потягне до протилежної обкладинки «конденсатора» негативні заряди.

 

Мал. 17

Накопичення таких зарядів — електронів, створить «штучний», індукований канал, який буде здатен проводити струм між витоком та стоком. І саме по цьому каналу попрямує потік струму, від витоку до стоку.

 

Давайте думати послідовно. Для того, щоб утворився канал, не достатньо подати на затвор просто позитивний потенціал, мабуть він повинен бути якогось потрібного рівня. Такого, щоб заповнити проміжок між зонами витоку та стоку певною кількістю електронів, яка б з’єднала їх та забезпечила струм обумовленої величини. І такий рівень насправді снує – називається він пороговою напругою. Це той рівень напруги затвор-витік, при якому струм у  каналі витік-стік сягає рівня 10 мкА. І цю величину ви знайдете у технічному паспорті (datasheet) на потрібний MOSFET із індукованим каналом. Отже, позитивний потенціал затвора, меншого рівня за порогову напругу, не вплине на роботу транзистора.

Також ви знайдете там цифру максимального рівня напруги на затворі. Це той рівень, перетнувши який ви більше не отримаєте ніякого збільшення струму, а при високому потенціалі напруги витік-стік – пошкодження каналу.

Увага, парадокс! Негативний потенціал на затворі жодним чином не впливає на роботу транзистора, а індукція (виникнення) каналу обумовлюється лише позитивним потенціалом на ньому. І це у N-канальних польових транзисторів із індукованим затвором. Тобто усе навпаки, у порівнянні з іншими видами N-канальних польових транзисторів.

 

Мал. 18

Пам’ятайте про це!

 

Усі характеристики N-канальних МОН, як і слід очікувати, відображені на різноманітних графіках. Давайте, для прикладу, відкриємо технічний паспорт транзистора IRLZ34N. Цього разу малювати графік я не буду, а подам уривки із datasheet. Перед вами, на Мал.18, витоко-затворна характеристика вказаного транзистора. Зверніть увагу на дві криві. Одна із них для нормальної температури кристалу 25оС. Саме вона має вказані у таблиці електричні характеристики, тобто порогову напругу затвору близько 2-х вольтів. А от інша, яка передбачає температуру кристалу 175оС, дещо зміщена. Порогова напруга затвору набагато менша та й струмові характеристики змінилися. При конструюванні власних пристроїв слід звертати на це увагу.

 

 

Мал. 19

Пам’ятайте, при зростанні температури кристалу змінюються його електричні характеристики, інколи досить суттєво.

 

Підтвердження цьому ви знайдете і на графіках залежності струму стоку від напруги прикладеної до каналу (Мал.19). Один із них поданий для температури кристалу TJ =25оС, інший для TJ =175оС. Роздивіться, порівняйте. Вертикальна вісь – струм каналу, горизонтальна – напруга на його електродах.

Чому я обрав саме транзистор IRLZ34N? Це досить нова розробка, транзистор, так званого – п’ятого покоління. У його технічному паспорті ви знайдете термін HEXFET. Це такий транзистор, який складається із тисяч МОН елементів з’єднаних паралельно. Технологічно елемент має шестикутну форму, саме звідси і скорочення HEX (hexagon – шестикутник). По суті, це одно-функціональна мікросхема із функцією – MOSFET-транзистор.

 

Продовження статті за посиланням.