סוגים שונים של טרנזיסטורי אפקט שדה (FET) ועקרונות עבודה

מקבץ של טרנזיסטור אפקט שדה

טרנזיסטור אפקט שדה או FET הוא טרנזיסטור, שבו זרם המוצא נשלט על ידי שדה חשמלי. לפעמים FET נקרא טרנזיסטור חד קוטבי מכיוון שהוא כולל פעולה מסוג נשא יחיד. הסוגים הבסיסיים של טרנזיסטורי FET שונים לחלוטין מ- BJT יסודות הטרנזיסטור . FET הוא התקני מוליכים למחצה תלת-טרמינליים, עם מסופי מקור, ניקוז ושער.

מטעני המטען הם אלקטרונים או חורים, אשר זורמים מהמקור לנקז דרך תעלה פעילה. זרימת אלקטרונים זו ממקור לניקוז נשלטת על ידי המתח המופעל על פני השער ומסופי המקור.

סוגי טרנזיסטור FET

FETs הם משני סוגים - JFETs או MOSFETs.

צומת FET

צומת FET

הטרנזיסטור FET Junction הוא סוג של טרנזיסטור עם אפקט שדה שיכול לשמש כמתג מבוקר חשמלי. ה אנרגיה חשמלית זורם בערוץ פעיל בין מקורות לניקוז מסופים. על ידי יישום הפוך מתח הטיה למסוף השער , הערוץ מתוח כך שהזרם החשמלי מנותק לחלוטין.

הטרנזיסטור FET בצומת זמין בשני קוטבים שהם

JFET של ערוץ N

ערוץ N JFET

ערוץ N JFET מורכב מפס מסוג n שבצידיו מסוממות שתי שכבות מסוג p. ערוץ האלקטרונים מהווה את ערוץ N למכשיר. שני מגעים אוהם נוצרים בשני קצוות מכשיר ה- N-channel, המחוברים יחד ליצירת מסוף השער.

מסופי המקור והניקוז נלקחים משני צידי הבר האחרים. ההבדל הפוטנציאלי בין מסופי המקור לנקז נקרא Vdd וההבדל הפוטנציאלי בין מסוף המקור לשער נקרא Vgs. זרימת המטען נובעת מזרימת אלקטרונים ממקור לניקוז.

בכל פעם שמופעל מתח חיובי על גבי מסופי הניקוז והמקור, האלקטרונים זורמים מהמקור 'S' לנקז 'D', ואילו Id הנוכחי של הניקוז המקובל זורם דרך הניקוז למקור. כאשר הזרם זורם דרך המכשיר, הוא נמצא במצב אחד.

כאשר מוחל מתח קוטביות שלילי על מסוף השער, נוצר אזור דלדול בערוץ. רוחב הערוץ מצטמצם, ולכן מגביר את התנגדות הערוץ בין המקור לניקוז. מכיוון שצומת מקור השער מוטה לאחור ואין זרם זורם במכשיר, הוא במצב כבוי.

אז בעצם אם המתח המופעל במסוף השער יגדל, כמות זרם פחות תזרום מהמקור לניקוז.

לערוץ N JFET יש מוליכות גדולה יותר מאשר לערוץ P JFET. אז ערוץ N JFET הוא מוליך יעיל יותר בהשוואה לערוץ P JFET.

ערוץ P JFET

ערוץ P JFET מורכב מפס מסוג P, שבשני צידיו שכבות מסוג n מסוממות. מסוף השער נוצר על ידי חיבור המגעים האוהמיים משני הצדדים. כמו ב- JFET של ערוץ N, מסופי המקור והנקז נלקחים משני צידי הבר האחרים. נוצר תעלה מסוג P, המורכבת מחורים כמובילי מטען, בין המקור למסוף הניקוז.

סרגל JFET של ערוץ P

מתח שלילי המופעל על מסופי הניקוז והמקור מבטיח את זרימת הזרם ממקור למסוף הניקוז והמכשיר פועל באזור אומי. מתח חיובי המופעל על מסוף השער מבטיח הקטנת רוחב הערוץ, ובכך מגביר את התנגדות הערוץ. חיובי יותר הוא מתח השער פחות הזרם הזורם דרך המכשיר.

מאפייני טרנזיסטור צומת FET צומת

להלן העקומה האופיינית של טרנזיסטור אפקט שדה צומת p ודרכי פעולה שונות של הטרנזיסטור.

מאפייני טרנזיסטור FET בצומת ערוץ p

אזור חתך : כאשר המתח המופעל על מסוף השער מספיק חיובי לתעלה רוחב להיות מינימלי , אין זרם זורם. זה גורם למכשיר להיות באזור מנותק.

אזור אומי : הזרם הזורם דרך המכשיר פרופורציונלי ליניארי למתח המיושם עד שמגיע מתח פירוק. באזור זה הטרנזיסטור מראה התנגדות מסוימת לזרימת הזרם.

אזור רוויה : כאשר מתח מקור הניקוז מגיע לערך כזה שהזרם הזורם דרך המכשיר קבוע במתח מקור הניקוז ומשתנה רק עם מתח מקור השער, אומרים שהמכשיר נמצא באזור הרוויה.

לשבור אזור : כאשר מתח מקור הניקוז מגיע לערך שגורם לאזור הדלדול להתקלקל, מה שגורם לעלייה פתאומית בזרם הניקוז, אומרים שהמכשיר נמצא באזור ההתמוטטות. לאזור התמוטטות זה הגיע קודם לכן עבור ערך נמוך יותר של מתח מקור ניקוז כאשר מתח מקור השער חיובי יותר.

טרנזיסטור MOSFET

טרנזיסטור MOSFET

טרנזיסטור MOSFET כשמו כן הוא סרגל מוליכים למחצה מסוג p (מסוג n) (עם שני אזורים מסוג n מסוממים בכבדות מפוזרים לתוכו) עם שכבת תחמוצת מתכת שהופקדה על פניו וחורים שהוצאו מהשכבה ליצירת מקור ומסופי ניקוז. שכבת מתכת מופקדת על שכבת התחמוצת ליצירת מסוף השער. אחד היישומים הבסיסיים של טרנזיסטורי אפקט השדה הוא שימוש ב- MOSFET כמתג.

סוג זה של טרנזיסטור FET כולל שלושה מסופים, שהם מקור, ניקוז ושער. המתח המופעל על מסוף השער שולט בזרימת הזרם ממקור לניקוז. נוכחותה של שכבת בידוד של תחמוצת מתכת גורמת למכשיר להיות בעל עכבת כניסה גבוהה.

סוגי טרנזיסטור MOSFET בהתבסס על מצבי פעולה

טרנזיסטור MOSFET הוא הסוג הנפוץ ביותר של טרנזיסטור עם אפקט שדה. פעולת MOSFET מושגת בשני מצבים, על בסיסם מסווגים טרנזיסטורי MOSFET. פעולת MOSFET במצב שיפור מורכבת מהיווצרות הדרגתית של ערוץ ואילו במצב דלדול MOSFET, היא מורכבת מערוץ מפוזר כבר. יישום מתקדם של MOSFET הוא CMOS .

שיפור טרנזיסטור MOSFET

כאשר מוחל מתח שלילי על מסוף השער של MOSFET, המטענים החיוביים הנושאים או החורים מצטברים יותר ליד שכבת התחמוצת. נוצר תעלה מהמקור למסוף הניקוז.

שיפור טרנזיסטור MOSFET

ככל שהמתח נעשה שלילי יותר, רוחב הערוץ גדל והזרם זורם ממקור למסוף הניקוז. לפיכך, כאשר זרימת הזרם 'משתפרת' עם מתח שער מיושם, מכשיר זה נקרא סוג שיפור MOSFET.

טרנזיסטור MOSFET במצב דלדול

MOSFET במצב דלדול מורכב מערוץ המפוזר בין הניקוז למסוף המקור. בהיעדר מתח שער, הזרם זורם ממקור לניקוז בגלל התעלה.

טרנזיסטור MOSFET במצב דלדול

כאשר מתח שער זה הופך לשלילי, מטענים חיוביים מצטברים בערוץ.
זה גורם לאזור דלדול או לאזור של מטענים לא ניידים בערוץ ומעכב את זרימת הזרם. לפיכך, כאשר זרימת הזרם מושפעת מהיווצרות אזור הדלדול, מכשיר זה נקרא MOSFET במצב דלדול.

יישומים הכוללים MOSFET כמתג

בקרת מהירות מנוע BLDC

MOSFET יכול לשמש כמתג להפעלת מנוע DC. כאן משתמשים בטרנזיסטור להפעלת MOSFET. אותות PWM ממיקרו-בקר משמשים להפעלה או כיבוי הטרנזיסטור.

בקרת מהירות מנוע BLDC

אות נמוך בהיגיון מהסיכה המיקרו-בקר גורם לתפקוד מצמד ה- OPTO, ויוצר אות לוגי גבוה בפלטו. הטרנזיסטור PNP מנותק ובהתאם, ה- MOSFET מופעל ומופעל. מסופי הניקוז והמקור קצרים והזרם זורם לפיתולי המנוע כך שהוא מתחיל להסתובב. אותות PWM מבטיחים בקרת מהירות של המנוע .

נהיגה במערך נוריות LED:

מניע מערך נוריות

פעולת MOSFET כמתג כוללת יישום שליטה על עוצמת מערך נוריות. כאן משתמשים בטרנזיסטור, המונע על ידי אותות ממקורות חיצוניים כמו מיקרו-בקר, להנעת ה- MOSFET. כאשר הטרנזיסטור מכובה, ה- MOSFET מקבל את האספקה ​​ומופעל ובכך מספק הטיה נכונה למערך ה- LED.

החלפת מנורה באמצעות MOSFET:

החלפת מנורה באמצעות MOSFET

MOSFET יכול לשמש כמתג לבקרת החלפת מנורות. גם כאן, ה- MOSFET מופעל באמצעות מתג טרנזיסטור. אותות PWM ממקור חיצוני כמו מיקרו-בקר משמשים לשליטה בהולכת הטרנזיסטור ובהתאם לכך ה- MOSFET מפעיל או מכבה, ובכך לשלוט בהחלפת המנורה.

אנו מקווים שהצלחנו לספק את הידע הטוב ביותר לקוראים בנושא טרנזיסטורי אפקט שדה. אנו רוצים שהקוראים יענו על שאלה פשוטה - במה שונים FETs מ- BJT ומדוע משתמשים בהם יותר יחסית.

אנא תשובותיכם יחד עם משובכם בקטע התגובות למטה.

נקודות זיכוי

מקבץ של טרנזיסטור אפקט שדה מאת עליבאבא
ערוץ N JFET מאת סולרבוטיקה
סרגל JFET בערוץ P על ידי ויקימדיה
ערוץ P JFET מאפייני עקומה לפי למידה על אלקטרוניקה
טרנזיסטור MOSFET על ידי imimg
שיפור טרנזיסטור MOSFET על ידי מעגל היום