El papel de los transistores de efecto de campo
1. Los transistores de efecto de campo se pueden utilizar para la amplificación. Dado que la impedancia de entrada del amplificador FET es muy alta, el condensador de acoplamiento puede ser pequeño y no es necesario utilizar condensadores electrolíticos.
2. La alta impedancia de entrada del transistor de efecto de campo es muy adecuada para la transformación de impedancia. A menudo se utiliza para la transformación de impedancia en la etapa de entrada de amplificadores de múltiples etapas.
3. Los transistores de efecto de campo se pueden utilizar como resistencias variables.
4. Los transistores de efecto de campo se pueden utilizar convenientemente como fuentes de corriente constante.
5. Los transistores de efecto de campo se pueden utilizar como interruptores electrónicos.
FET es la abreviatura de Transistor de Efecto de Campo (FET). Hay dos tipos principales (FET de unión—JFET) y transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico (FET semiconductores de óxido metálico, denominado MOS-FET). En la conducción participan la mayoría de los portadores, también conocidos como transistores unipolares. Es un dispositivo semiconductor controlado por voltaje. Tiene las ventajas de alta resistencia de entrada (107~1015Ω), bajo ruido, bajo consumo de energía, amplio rango dinámico, fácil integración, sin fenómeno de ruptura secundaria, amplia área de operación segura, etc. Se ha convertido en una poderosa herramienta para transistores bipolares y transistores de potencia.
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1. Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento del transistor de efecto de campo es, en una frase, "flujo de fuente de drenaje". La ID a través del canal se utiliza para controlar la ID mediante el voltaje de puerta con polarización inversa formado por la unión pn entre la puerta y el canal. Para ser más precisos, el ancho de la trayectoria del flujo ID, es decir, el área de la sección transversal del canal, está controlado por cambios en la polarización inversa de la unión pn, lo que resulta en cambios en la expansión de la capa de agotamiento. En la región no saturada de VGS=0, la expansión de la capa de transición no es muy grande. Según el campo eléctrico de VDS aplicado entre el drenaje y la fuente, algunos electrones en la región de la fuente se alejan del drenaje, es decir. , desde el drenaje Hay ID actual que fluye hacia la fuente. La capa de transición que se extiende desde la compuerta hasta el drenaje bloquea una parte del canal y satura el ID. Este estado se llama pellizco. Esto significa que la capa de transición bloquea parte del canal, no que se corta la corriente.
Debido a que no hay libre movimiento de electrones y huecos en la capa de transición, tiene propiedades casi aislantes en condiciones ideales y, por lo general, es difícil que la corriente fluya. Pero en este momento, el campo eléctrico entre el drenaje y la fuente son en realidad dos capas de transición que entran en contacto con el drenaje y la parte inferior de la puerta. Los electrones de alta velocidad atraídos por el campo eléctrico de deriva pasan a través de la capa de transición. El fenómeno de saturación del ID se produce porque la intensidad del campo eléctrico de deriva casi no cambia. En segundo lugar, VGS cambia en la dirección negativa, dejando que VGS = VGS (apagado). En este momento, la capa de transición cubre aproximadamente toda el área. Además, la mayor parte del campo eléctrico del VDS se agrega a la capa de transición, y el campo eléctrico que atrae a los electrones en la dirección de deriva está solo una pequeña parte cerca de la fuente, lo que hace que la corriente no pueda fluir.
1. Circuito de conmutación de potencia del transistor de efecto de campo MOS
El transistor de efecto de campo MOS también se denomina transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MetalOxideSemiconductor FieldEffect Transistor, MOSFET). Generalmente tiene dos tipos: tipo de agotamiento y tipo mejorado. Los transistores de efecto de campo MOS mejorados se pueden dividir en tipo NPN y tipo PNP. El tipo NPN generalmente se denomina tipo de canal N y el tipo PNP también se denomina tipo de canal P. Para los transistores de efecto de campo de canal N, la fuente y el drenaje están conectados al semiconductor tipo N. De manera similar, para los transistores de efecto de campo de canal P, la fuente y el drenaje están conectados al semiconductor tipo P. La corriente de salida del transistor de efecto de campo está controlada por el voltaje de entrada (o campo eléctrico). Se puede considerar que la corriente de entrada es mínima o nula, lo que hace que el dispositivo tenga una alta impedancia de entrada. Esto es lo que llamamos un transistor de efecto de campo.
Cuando se aplica un voltaje directo al diodo (el terminal P está conectado al electrodo positivo y el terminal N está conectado al electrodo negativo), el diodo conduce y la corriente fluye a través de su unión PN. Esto se debe a que cuando el terminal semiconductor tipo P tiene un voltaje positivo, los electrones negativos en el semiconductor tipo N son atraídos y corren hacia el terminal semiconductor tipo P con un voltaje positivo, mientras que los positrones en el terminal semiconductor tipo P moverse hacia el terminal semiconductor tipo N, formando así una corriente conductora. De la misma manera, cuando se aplica un voltaje inverso al diodo (el terminal P está conectado al electrodo negativo y el terminal N está conectado al electrodo positivo), entonces hay un voltaje negativo en el extremo del semiconductor tipo P, los positrones se acumulan en el extremo del semiconductor tipo P y los electrones negativos se acumulan en el extremo del semiconductor tipo N, los electrones no se mueven, no pasa corriente a través de su unión PN y el diodo se corta.
Cuando no hay voltaje en la puerta, se puede ver en el análisis anterior que no fluirá corriente entre la fuente y el drenaje, y el transistor de efecto de campo está en el estado de corte en este momento (Figura 7a). Cuando se aplica un voltaje positivo a la puerta del transistor de efecto de campo MOS de canal N, debido a la acción del campo eléctrico, los electrones negativos en la fuente y el drenaje del semiconductor tipo N son atraídos y fluyen hacia la puerta. Sin embargo, debido a la barrera de la película de óxido, los electrones se acumulan en el semiconductor tipo P entre los dos canales N (ver Figura 7b), formando así una corriente y conduciendo una conducción entre la fuente y el drenaje. Se puede imaginar que hay una zanja entre dos semiconductores de tipo N. El establecimiento del voltaje de la puerta equivale a construir un puente entre ellos. El tamaño del puente está determinado por el tamaño del voltaje de la puerta.
2. Transistor de efecto de campo C-MOS (transistor de efecto de campo MOS mejorado)
El circuito combina un transistor de efecto de campo MOS de canal P mejorado y un efecto de campo MOS de canal N mejorado. Los transistores se utilizan en combinación. Cuando el terminal de entrada tiene un nivel bajo, el transistor de efecto de campo MOS del canal P se enciende y el terminal de salida se conecta al electrodo positivo de la fuente de alimentación. Cuando el terminal de entrada tiene un nivel alto, el transistor de efecto de campo MOS de canal N se enciende y el terminal de salida se conecta a tierra. En este circuito, el transistor de efecto de campo MOS de canal P y el transistor de efecto de campo MOS de canal N siempre funcionan en estados opuestos, y sus terminales de entrada y salida de fase son opuestos. A través de esta forma de trabajar podemos obtener una mayor producción de corriente. Al mismo tiempo, debido a la influencia de la corriente de fuga, el transistor de efecto de campo MOS se apaga cuando el voltaje de la puerta no ha alcanzado 0 V. Generalmente, cuando el voltaje de la puerta es inferior a 1 a 2 V, el transistor de efecto de campo MOS se apaga. . Los diferentes transistores de efecto de campo tienen voltajes de apagado ligeramente diferentes. Es precisamente por esto que el circuito no provocará un cortocircuito de alimentación debido a que los dos tubos se enciendan al mismo tiempo.
2. Función
1. Los transistores de efecto de campo se pueden utilizar para la amplificación. Dado que la impedancia de entrada del amplificador FET es muy alta, el condensador de acoplamiento puede ser pequeño y no es necesario utilizar condensadores electrolíticos.
2. La alta impedancia de entrada de los transistores de efecto de campo es muy adecuada para la transformación de impedancia. A menudo se utiliza para la transformación de impedancia en la etapa de entrada de amplificadores de múltiples etapas.
3. Los transistores de efecto de campo se pueden utilizar como resistencias variables.
4. Los transistores de efecto de campo se pueden utilizar fácilmente como fuentes de corriente constante.
5. Los transistores de efecto de campo se pueden utilizar como interruptores electrónicos.