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I transistor ad effetto di campo sono diversi dai transistor bipolari in quanto funzionano solo con uno degli elettroni o dei fori. Secondo la struttura e il principio, può essere suddiviso in:
. Tubo effetto campo di giunzione
. Tubo ad effetto di campo tipo MOS
1. FET di giunzione (FET di giunzione)
1) Principio
Come mostrato in figura, il transistor ad effetto di campo a giunzione a canale N ha una struttura in cui il semiconduttore di tipo N è bloccato da entrambi i lati dal gate del semiconduttore di tipo P. L'area di esaurimento generata quando viene applicata una tensione inversa alla giunzione PN viene utilizzata per il controllo della corrente.
Quando viene applicata una tensione CC a entrambe le estremità della regione cristallina di tipo N, gli elettroni fluiscono dalla sorgente al pozzo. La larghezza del canale attraverso il quale passano gli elettroni è determinata dalla regione di tipo P diffusa da entrambi i lati e dalla tensione negativa applicata a questa regione.
Quando la tensione di gate negativa viene rafforzata, l'area di svuotamento della giunzione PN si estende nel canale e la larghezza del canale viene ridotta. Pertanto, la corrente source-drain può essere controllata dalla tensione dell'elettrodo di gate.
2) Usa
Anche se la tensione di gate è zero, c'è flusso di corrente, quindi viene utilizzato per sorgenti a corrente costante o per amplificatori audio a causa del basso rumore.
2. Tubo ad effetto di campo di tipo MOS
1) Principio
Anche nella struttura (struttura MOS) del metallo (M) e del semiconduttore (S) che racchiudono il film di ossido (O), se viene applicata una tensione tra (M) e il semiconduttore (S), uno strato di esaurimento può essere generato. Inoltre, quando viene applicata una tensione più elevata, elettroni o lacune possono essere accumulati sotto il film di fioritura di ossigeno per formare uno strato di inversione. Il MOSFET viene utilizzato come interruttore.
Nel diagramma del principio di funzionamento, se la tensione di gate è zero, la giunzione PN disconnetterà la corrente, in modo che la corrente non fluisca tra la sorgente e il drenaggio. Se viene applicata una tensione positiva al gate, i fori del semiconduttore di tipo P verranno espulsi dal film di ossido, la superficie del semiconduttore di tipo P sotto il gate per formare uno strato di esaurimento. Inoltre, se la tensione di gate viene nuovamente aumentata, gli elettroni verranno attratti sulla superficie per formare uno strato di inversione di tipo N più sottile, in modo che il pin di source (tipo N) e il drain (tipo N) siano collegati, consentendo la corrente scorrere .
2) Usa
Grazie alla sua struttura semplice, alla velocità elevata, al semplice azionamento del gate, al forte potere distruttivo e ad altre caratteristiche e all'uso della tecnologia di microfabbricazione, può migliorare direttamente le prestazioni, quindi è ampiamente utilizzato nei dispositivi ad alta frequenza dai dispositivi di base LSI ai dispositivi di alimentazione (dispositivi di controllo della potenza) e altri campi.
3. Tubo comune di utilità sul campo
1) Tubo effetto campo MOS
Cioè, il tubo ad effetto di campo metallo-ossido-semiconduttore, l'abbreviazione inglese è MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor
Field-Effect-Transistor), che è un tipo di gate isolato. La sua caratteristica principale è che c'è uno strato isolante di biossido di silicio tra il gate metallico e il canale, quindi ha una resistenza di ingresso molto elevata (più alta fino a 1015Ω). È anche diviso in tubo a canale N e tubo a canale P, il simbolo è mostrato in Figura 1. Di solito il substrato (substrato) e la sorgente S sono collegati insieme. In base alla diversa modalità di conduzione, il MOSFET è suddiviso in tipo di potenziamento,
Tipo di esaurimento. Il cosiddetto tipo potenziato si riferisce a: quando VGS=0, il tubo è in uno stato spento, e dopo aver aggiunto il VGS corretto, la maggior parte dei vettori viene attratta dal gate, "potenziando" i vettori in questa zona e formando un canale conduttivo.
Il tipo di svuotamento significa che quando VGS=0, si forma un canale e quando si aggiunge il VGS corretto, la maggior parte dei vettori può defluire dal canale, "impoverendo" i vettori e spegnendo il tubo.
Prendendo ad esempio il canale N, esso è realizzato su un substrato di silicio di tipo P con due regioni di diffusione di source N+ e regioni di diffusione di drain N+ ad alta concentrazione di drogante, e quindi vengono portate in uscita rispettivamente la source S e il drain D. L'elettrodo sorgente e il substrato sono collegati internamente e i due mantengono sempre la stessa elettricità
Po. La direzione anteriore nel simbolo della Figura 1 (a) è dall'esterno all'elettricità, il che significa dal materiale di tipo P (substrato) al canale di tipo N. Quando il drain è collegato al polo positivo dell'alimentatore, la source è collegata al polo negativo dell'alimentatore e VGS=0, la corrente di canale (ovvero la corrente di drain
Stream) ID=0. Con il graduale aumento di VGS, attratti dalla tensione positiva del gate, vengono indotte portatrici minoritarie cariche negativamente tra le due regioni di diffusione, formando un canale di tipo N dal drain alla source. Quando VGS è maggiore del tubo di Quando la tensione di accensione VTN (generalmente circa +2V), il tubo a canale N inizia a condurre, formando una corrente di drain ID.
Il tubo ad effetto di campo MOS è più "cigolante". Questo perché la sua resistenza di ingresso è molto alta e la capacità tra il gate e la sorgente è molto piccola ed è molto suscettibile di essere caricata dal campo elettromagnetico esterno o dall'induzione elettrostatica e può formarsi una piccola quantità di carica su la capacità tra gli elettrodi.
Ad una tensione molto alta (U=Q/C), il tubo sarà danneggiato. Pertanto, i pin sono intrecciati insieme in fabbrica o installati in una lamina metallica, in modo che il polo G e il polo S siano allo stesso potenziale per evitare l'accumulo di carica statica. Quando il tubo non è in uso, utilizzare tutto. Anche i fili devono essere in cortocircuito. Prestare particolare attenzione durante la misurazione e adottare le misure antistatiche corrispondenti.
2) Metodo di rilevamento del tubo ad effetto di campo MOS
(1). Preparativi Prima di misurare, cortocircuitare il corpo umano a terra prima di toccare i pin del MOSFET. È meglio collegare un filo al polso per connettersi con la terra, in modo che il corpo umano e la terra mantengano un equipotenziale. Separare nuovamente i pin, quindi rimuovere i fili.
(2). Elettrodo di determinazione
Imposta il multimetro sulla marcia R×100 e determina prima la griglia. Se la resistenza di un pin e di altri pin sono entrambi infinita, si dimostra che questo pin è la griglia G. Scambiare i puntali di prova per rimisurare, il valore di resistenza tra SD dovrebbe essere da diverse centinaia di ohm a diverse migliaia
Oh, dove il valore di resistenza è più piccolo, il puntale nero è collegato al polo D e il puntale rosso è collegato al polo S. Per i prodotti della serie 3SK prodotti in Giappone, il polo S è collegato al guscio, quindi è facile determinare il polo S.
(3). Verifica capacità di amplificazione (transconduttanza)
Appendi il polo G in aria, collega il puntale nero al polo D e il puntale rosso al polo S, quindi tocca il polo G con il dito, l'ago dovrebbe avere una deflessione maggiore. Il transistor ad effetto di campo MOS a doppia porta ha due porte G1 e G2. Per distinguerlo, puoi toccarlo con le mani
Poli G1 e G2, il polo G2 è quello con la maggiore deflessione della lancetta dell'orologio a sinistra. Al momento, alcuni tubi MOSFET hanno dei diodi protettivi aggiunti tra i poli GS e non è necessario cortocircuitare ciascun pin.
3) Precauzioni per l'uso di transistori ad effetto di campo MOS.
I transistor ad effetto di campo MOS dovrebbero essere classificati quando vengono utilizzati e non possono essere scambiati a piacimento. I transistor ad effetto di campo MOS sono facilmente distrutti dall'elettricità statica a causa della loro elevata impedenza di ingresso (compresi i circuiti integrati MOS). Prestare attenzione alle seguenti regole quando li si utilizza:
I dispositivi MOS sono solitamente imballati in sacchetti di plastica nera conduttiva quando lasciano la fabbrica. Non imballarli da soli in un sacchetto di plastica. Puoi anche usare sottili fili di rame per collegare i pin insieme o avvolgerli in carta stagnola tin
Il dispositivo MOS estratto non può scorrere sulla scheda di plastica e viene utilizzata una piastra metallica per contenere il dispositivo da utilizzare.
Il saldatore deve essere ben messo a terra.
Prima della saldatura, la linea di alimentazione del circuito deve essere cortocircuitata con la linea di terra, quindi il dispositivo MOS deve essere separato al termine della saldatura.
La sequenza di saldatura di ciascun pin del dispositivo MOS è drain, source e gate. Quando si smonta la macchina, la sequenza viene invertita.
Prima di installare la scheda, utilizzare un morsetto per cavi con messa a terra per toccare i terminali della macchina, quindi collegare la scheda.
La porta del transistore ad effetto di campo MOS è preferibilmente collegata ad un diodo di protezione quando consentito. Durante la revisione del circuito, prestare attenzione a verificare se il diodo di protezione originale è danneggiato.
4) Tubo ad effetto di campo VMOS
Il tubo a effetto di campo VMOS (VMOSFET) è abbreviato come tubo VMOS o tubo a effetto di campo di potenza e il suo nome completo è tubo a effetto di campo MOS V-groove. È un interruttore di alimentazione ad alta efficienza di nuova concezione dopo MOSFET
Pezzi. Non solo eredita l'elevata impedenza di ingresso del tubo ad effetto di campo MOS (≥108 W), la piccola corrente di pilotaggio (circa 0.1 μA), ma ha anche un'elevata tensione di tenuta (fino a 1200 V) e una grande corrente di lavoro
(1.5 A~100 A), elevata potenza di uscita (1~250 W), buona linearità di transconduttanza, velocità di commutazione rapida e altre caratteristiche eccellenti. È proprio perché combina i vantaggi dei tubi elettronici e dei transistor di potenza in uno, quindi la tensione
Sono ampiamente utilizzati amplificatori (amplificazione di tensione fino a diverse migliaia di volte), amplificatori di potenza, alimentatori a commutazione e inverter.
Come tutti sappiamo, il gate, la sorgente e il drain di un tradizionale transistor ad effetto di campo MOS si trovano su un chip in cui gate, source e drain si trovano all'incirca sullo stesso piano orizzontale e la sua corrente di lavoro scorre sostanzialmente in direzione orizzontale. Il tubo VMOS è diverso, dall'immagine in basso a sinistra puoi
Si possono osservare due principali caratteristiche strutturali: in primo luogo, il cancello metallico adotta una struttura a V-groove; secondo, ha conduttività verticale. Poiché lo scarico viene prelevato dal retro del chip, l'ID non scorre orizzontalmente lungo il chip, ma è pesantemente drogato con N+
Partendo dalla regione (sorgente S), fluisce nella regione N-drift poco drogata attraverso il canale P, ed infine raggiunge il drain D verticalmente verso il basso. La direzione della corrente è mostrata dalla freccia nella figura, poiché l'area della sezione trasversale del flusso è aumentata, quindi può passare una corrente elevata. Perché nel cancello
C'è uno strato isolante di biossido di silicio tra il polo e il chip, quindi è ancora un transistor ad effetto di campo MOS a gate isolato.
I principali produttori nazionali di transistor ad effetto di campo VMOS includono 877 Factory, Tianjin Semiconductor Device Fourth Factory, Hangzhou Electron Tube Factory, ecc. I prodotti tipici includono VN401, VN672, VMPT2, ecc.
5) Metodo di rilevamento del tubo ad effetto di campo VMOS
(1). Determinare la griglia G. Impostare il multimetro sulla posizione R×1k per misurare la resistenza tra i tre pin. Se si trova che la resistenza di un piedino e dei suoi due piedini sono entrambi infinita, ed è ancora infinita dopo aver scambiato i puntali, si dimostra che questo piedino è il polo G, perché è isolato dagli altri due piedini.
(2). Determinazione della sorgente S e del pozzo D Come si vede dalla figura 1, tra sorgente e pozzo esiste una giunzione PN. Pertanto, in base alla differenza nella resistenza diretta e inversa della giunzione PN, è possibile identificare il polo S e il polo D. Utilizzare il metodo della penna del contatore di scambio per misurare la resistenza due volte e quella con il valore di resistenza più basso (generalmente da diverse migliaia di ohm a diecimila ohm) è la resistenza diretta. In questo momento, il puntale nero è il polo S e quello rosso è collegato al polo D.
(3). Misurare la resistenza di stato acceso drain-source RDS(on) per cortocircuitare il polo GS. Scegli la marcia R×1 del multimetro. Collegare il puntale nero al polo S e il puntale rosso al polo D. La resistenza dovrebbe essere da pochi ohm a più di dieci ohm.
A causa delle diverse condizioni di test, il valore RDS(on) misurato è superiore al valore tipico fornito nel manuale. Ad esempio, un tubo VMOS IRFPC50 viene misurato con un file R×500 multimetro di tipo 1, RDS
(On)=3.2W, maggiore di 0.58W (valore tipico).
(4). Controlla la transconduttanza. Posiziona il multimetro nella posizione R×1k (o R×100). Collegare il puntale rosso al polo S e il puntale nero al polo D. Tieni un cacciavite per toccare la griglia. L'ago dovrebbe deviare in modo significativo. Maggiore è la deflessione, maggiore è la deflessione del tubo. Maggiore è la transconduttanza.
6) Questioni che richiedono attenzione:
I tubi VMOS sono anche divisi in tubi a canale N e tubi a canale P, ma la maggior parte dei prodotti sono tubi a canale N. Per le provette a canale P, la posizione dei puntali deve essere scambiata durante la misurazione.
Ci sono alcuni tubi VMOS con diodi di protezione tra GS, gli articoli 1 e 2 in questo metodo di rilevamento non sono più applicabili.
Al momento, sul mercato è presente anche un modulo di alimentazione a tubo VMOS, che viene utilizzato appositamente per i controller di velocità e gli inverter del motore CA. Ad esempio, il modulo IRFT001 prodotto dall'azienda americana IR ha al suo interno tre tubi a canale N ea canale P, che formano una struttura a ponte trifase.
I prodotti della serie VNF (canale N) sul mercato sono transistor ad effetto di campo di potenza ad altissima frequenza prodotti da Supertex negli Stati Uniti. La sua frequenza operativa più alta è fp=120MHz, IDSM=1A, PDM=30W, transconduttanza a bassa frequenza di segnale comune di piccola sorgente gm =2000μS. È adatto per circuiti di commutazione ad alta velocità e apparecchiature di trasmissione e comunicazione.
Quando si utilizza un tubo VMOS, è necessario aggiungere un dissipatore di calore adatto. Prendendo come esempio VNF306, la potenza massima può raggiungere i 30W dopo aver installato un radiatore 140×140×4 (mm).
7) Confronto tra tubo ad effetto di campo e transistor
Il tubo ad effetto di campo è l'elemento di controllo della tensione e il transistor è l'elemento di controllo della corrente. Quando si consente solo di prelevare meno corrente dalla sorgente del segnale, è necessario utilizzare un FET; e quando la tensione del segnale è bassa e consente di prelevare più corrente dalla sorgente del segnale, è necessario utilizzare un transistor.
Il transistor ad effetto di campo utilizza i vettori maggioritari per condurre l'elettricità, quindi è chiamato dispositivo unipolare, mentre il transistor ha sia i vettori maggioritari che quelli minoritari per condurre l'elettricità. Si chiama dispositivo bipolare.
La sorgente e il pozzo di alcuni transistor ad effetto di campo possono essere utilizzati in modo intercambiabile e la tensione di gate può anche essere positiva o negativa, il che è più flessibile dei transistor.
Il tubo ad effetto di campo può funzionare con una corrente molto piccola e una tensione molto bassa e il suo processo di fabbricazione può facilmente integrare molti tubi ad effetto di campo su un chip di silicio, quindi il tubo ad effetto di campo è stato utilizzato in circuiti integrati su larga scala. Ampia gamma di applicazioni.
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