Что надо сделать чтобы открыть mosfet транзистор
В этой статье я расскажу вам, как проверить полевой транзистор с изолированным затвором, то есть МОП-транзистор. Это вторая часть статьи по проверки полевых транзисторов. В первой части я рассказывал, как проверить транзистор с управляющим p-n переходом.
Да, полевые транзисторы с управляющим p-n переходом уходят в прошлое, а сейчас в современных схемах применяются более совершенные полевые транзисторы с изолированным затвором. Тогда предлагаю научиться их проверять.
Но для того, что бы понять, как проверить полевой транзистор, давайте я вам в двух словах расскажу, как он устроен.
Полевой транзистор с изолированным затвором мы знаем под более привычным названием МОП -транзистор (метал -окисел-полупроводник), МДП -транзистор(метал -диэлектрик-полупроводник), либо в английском варианте MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor)
Эти аббревиатуры вытекают из структуры построения транзистора. А именно.
Проверка полевого MOSFET транзистора цифровым мультиметром
Для примера возьмем полевой МОП-транзистор с каналом n-типа IRF 640. Условно-графическое обозначение такого транзистора и его цоколевку вы видите на следующем рисунке.
Перед началом проверки транзистора замкните все его выводы между собой, что бы снять возможный заряд с транзистора.
331 thoughts on “Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 3.”
Да, я сейчас в Кургане и буду тут дней десять. Если кто есть с Кургана можно забухать! А то скучновато тута…
Полевые МДП -транзисторы или по-другому МОП , идеальны для применения в качестве мощных ключей управления мощной нагрузкой. В буржуинском наименовании, да теперь и у нас, эти транзисторы чаще называются MOSFET - metal-oxide-semiconductor field effect transistor . Их повсеместное использование в качестве силовых ключей объясняется тем, что в открытом состоянии такой транзистор имеет ничтожно малое сопротивление канала исток-сток (доли миллиом) последовательно с которым включается нагрузка.
Ниже приведены несколько основных правил, которые позволят эффективно применять mosfet -транзисторы в качестве силовых ключей.
1. Для открытия mosfet -транзистора N -типа на затвор ( Gate ) нужно подать положительное напряжение относительно истока ( Source ). При этом, если включить нагрузку в цепь истока, то напряжение на истоке будет равно: Uпит – (I * Rотк) , где Rотк – сопротивление канала в открытом состоянии. Так как данное сопротивление очень маленькое, то, если подтянуть затвор к питанию, разница напряжений между истоком и затвором будет недостаточной до полного открытия транзистора даже при значительном токе. Это ограничение можно обойти если использовать разные источники питания для нагрузки и для управления затвором.
2. При работе mosfet -транзистора c цифровыми схемами возникает необходимость подачи достаточного напряжения затвор-исток. В datasheet на транзистор пороговое напряжение затвор-исток ( gate-source ), при котором он начинает открываться называется gate threshold voltage (VGS) . Для полного открытия таким транзисторам надо подать на затвор чаще всего порядка 10 В . Но бывает, и довольно часто, что цифровая схема работает только с напряжением 5 В . Есть несколько вариантов решения данной проблемы:
- Сделать на биполярных транзисторах схему, которая будет подавать на затвор питание с более высоковольтной цепи;
- Использовать специальную микросхему-драйвер, которая сама сформирует нужный управляющий сигнал и выровняет уровни между цифровой схемой и транзистором. Типичные примеры драйверов это, например IR2117 . Надо только не забывать, что есть драйверы как верхнего, так и нижнего плеча, которые используются в частности в преобразователях частоты или сварочных инверторах. Выбор драйвера зависит от схемы включения нагрузки и коммутирующего транзистора. Для того, чтобы открыть N -канальный транзистор в верхнем плече, ему на затвор нужно подать напряжение выше напряжения стока, а это, по сути дела, выше напряжения питания. Для этого в драйвере верхнего плеча используется повышение напряжения его внутренней схемой.
- Также возможно просто использовать транзисторы с малым отпирающим напряжением ( logic level транзисторы ). Например, из серии IRL630A или им подобные. У них открывающие напряжения привязаны к логическим уровням.
3. Не стоит забывать, что не следует оставлять затвор « болтаться » в воздухе - так как транзистор управляется напряжением (полем), на затворе могут наводиться помехи от окружающих электромагнитных полей, поэтому желательно всегда притягивать его через большое сопротивление либо к питанию, либо к земле, в зависимости от структуры. Даже при использовании микроконтроллера для управления транзистором это поможет избежать неопределённых состояний, когда управляющее устройство, например, перезагружается.
4. Наличие емкости затвора создаёт бросок зарядного тока при открытии, поэтому для его ограничения рекомендуется ставить небольшой резистор в цепь затвора. Ограничив ток резистором, также увеличивается и время его открытия.
5. Для шунтирования импульса тока, образующегося при отключении индуктивной нагрузки, добавляют быстрый защитный диод ( TVS -диод), включённый параллельно истоку-стоку. Если имеется однонаправленный супрессор используется обратное включение, хотя допустимо также использовать двунаправленные TVS -диоды. Также, если транзисторы работают в мостовой или полумостовой схеме на высокой частоте (индукционные нагреватели, импульсные источники питания и т.п.), то в цепь стока встречно включается диод Шоттки для блокирования паразитного диода. Паразитный диод имеет большое время запирания, что может привести к сквозным токам и выходу транзистора из строя.
6. Если планируется использовать mosfet -транзистор в качестве быстрого высокочастотного ключа, необходимо использовать т.н. снабберные цепи - часть схемы, замыкающая токи переходных процессов на себя, уменьшая паразитный нагрев транзистора. Снаббер также защищает от самооткрывания транзистор при превышении скорости нарастания напряжения на выводах сток-исток.
Теории в статье не будет - голая практика. Возьмем MOSFET 2N7000 и попробуем сделать на нем электронный ключ для управления мощной нагрузкой. Основные характеристики можно найти в документации:
- Максимальное напряжение сток-исток VDS 60 Вольт
- Максимальный ток через сток ID 0.3 Ампера
- Сопротивление сток-исток RDSon 5.3 Ом
В качестве нагрузки будем использовать лампу накаливания, которая при напряжении 7.0V потребляет ток 250mA
Если сейчас потрогать рукой провод ведущий на затвор, то лампа будет хаотично то вспыхивать, то гаснут из-за электрических помех и наводок.
Срочно пишем статью ВАУ СЕНСОРНАЯ КНОПКА всего из одной детали
Чтобы в готовой конструкции электрические помехи случайно не включили например электродвигатель (и на него кого-нибудь не намотало) затвор лучше всего притянуть к земле резистором номиналом 10-100кОм.
Для открытия MOSFET транзистора необходимо на затвор подать относительно земли положительный потенциал. Сделаем это с помощью отдельного аккумулятора с выходным напряжением 5V.
Если цепь управления подключить амперметр, то можно увидеть, что ток в ней равен нулю.
MOSFET транзистор управляется напряжением , и это одно из главных отличий от ключей собранных на биполярных транзисторах. По показаниям амперметра в лабораторном блоке питания ток проходящий через лампу и последовательно подключенный с ней MOSFET составляет 0.23А. Очевидно, что данный MOSFET транзистор может без проблем управляться микроконтроллерами с "5V логикой на выходе". А если напряжение на затворе будет меньше? Подадим с помощью делителя напряжения на затвор +3V вместо +5V
Ток в цепи лампы упал до значения 105mA
Более того в этом режиме MOSFET транзистор начинает работать как стабилизатор тока .
Очевидно, что с помощью данного MOSFET-а поуправлять нагрузкой потребляющей ток более 100mA используя напряжение 3V будет невозможно (при этом сам MOSFET будет сильно нагреваться).
Если управляющее напряжение уменьшить меньше значения 2V, тока в цепи лампы не будет практически совсем и это тоже отличает от ключ на MOSFET от ключа на биполярном транзисторе.
Где все это можно посмотреть? В документации есть вот такой замечательный график.
Из этого графика видно, что даже если мы подадим на нашу схему напряжение больше 2V (значение VDS), то при напряжении на затворе 3V вряд-ли мы сможем выжать ток в нагрузке более 100mA, все остальное будет бесполезное тепло.
Транзисторы MOSFET давно нашли широкое применение во многих приложениях радиоэлектронной аппаратуры. Базовое понимание принципа их работы состоит в том, что MOSFET работает как резистор, сопротивление которого управляется входным напряжением [2]. Идеальным считается транзистор, когда в открытом состоянии сопротивление этого резистора ноль, и в закрытом состоянии бесконечность. Кроме того, мощность сигнала управления этим резистором должна быть нулевой, потому что для управления требуется только напряжение - ток равен нулю. Для статических приложений, где MOSFET управляется медленно, например в схемах защиты наподобие системы, работающей на разрыв цепи – самым важным параметром является сопротивление в открытом состоянии, R(DS)ON. В идеале его значение должно быть 0, но на самом деле R(DS)ON зависит от рабочего диапазона напряжений, корпуса транзистора, технологии изготовления и этот параметр может находиться в диапазоне от нескольких mΩ до нескольких Ω.
Во многих случаях MOSFET используется как быстродействующий, часто переключающийся ключ - например, в приложениях мощных источников питания, преобразователях напряжения (Switched Mode Power Supplies, SMPS). В этих приложениях эффективность работы MOSFET также зависит от некоторых других параметров. Частоты коммутации в SMPS обычно бывают от 100 кГц до 1 МГц и выше. На этих частотах уже нельзя пренебречь энергией, которую нужно тратить на перезаряд емкости затвора MOSFET, чтобы можно было переводить его из закрытого состояния в открытое и наоборот. Заряд и разряд емкости затвора должны быть сделаны очень быстро, чтобы уменьшить потери на переключение транзистора. Обычно можно переключить транзистор быстрее, если заряд на переключение MOSFET меньше. По этой причине параметр заряда затвора QG является очень важным параметром для приложений SMPS.
Для заданной технологии производства MOSFET параметры R(DS)ON и QG противостоят друг другу. MOSFET с низким сопротивлением включенного состояния имеет больше заряд затвора, и наоборот. Поэтому результат произведения этих параметров очень хорошо характеризует транзистор MOSFET, и для него придумали специальное название - Figure Of Merit (FOM), метрика качества:
Однако приведенная формула не используется просто так. Этот документ должен помочь сравнить MOSFET и вычислить FOM (здесь приведен перевод даташита [1]).
[Как вычислить FOM]
R(DS)ON и QG являются параметрами, которые зависят от других условий. Оба зависят от управляющего напряжения между затвором и истоком. R(DS)ON также очень сильно зависит от температуры кристалла. Будем считать, что для наших условий температура кристалла 25°C. Эта температура обычно указана в даташите как температура, при которой были измерены параметры транзистора. Для примера давайте заглянем в даташит транзистора IPD04N03LA (компания Infineon, технология MOSFET OptiMOS®).
Рис. 1. Первая страница даташита с общим описанием транзистора IPD04N03LA.
На первой странице даташита сразу бросается в глаза приведенное значение R(DS)ON. Но условия, при которых это сопротивление истинно, здесь не указаны. Таким образом, это значение носит чисто неформальный характер, на него можно обратить внимание при первом взгляде на транзистор MOSFET. Его нельзя брать для сравнения FOM, потому что условия, в котором работает транзистор, не учитываются.
На следующих скриншотах показаны страницы, где имеются параметры R(DS)ON, QG и условия их измерения.
Рис. 2. Температурные и статические параметры транзистора IPD04N03LA. | Рис. 3. Динамические параметры транзистора IPD04N03LA. |
Выборка важных параметров транзисторов показана в таблице ниже.
На рис. 4 показаны различия в параметрах заряда затвора.
Рис. 4. Зависимость напряжения на затворе от заряда затвора.
Параметр QSW на рисунке также называется заряд переключения. Он прикладывается для VGS между пороговым напряжением и первым нарастанием напряжения после плато. Во время этой фазы MOSFET меняет свое состояние от выключенного до включенного. Меньшее время включения получается, когда при этом переходе будут меньше потери. Другими словами - чем меньше заряд QSW, тем меньше потери на переключение. Сопротивление R(DS)ON зависит от напряжения затвор-исток, и следовательно от общего заряда затвора, приложенного через VGS. Общий заряд затвора и заряд переключения также зависит от напряжения сток-исток.
Можно взять самое маленькое указанное в даташите значение R(DS)ON и умножить на самое маленькое указанное значение заряда затвора и получить приятно малое значение FOM. Однако оно мало скажет о реальном транзисторе MOSFET.
Реальное сравнение значений FOM можно делать только для одинаковых условий. Первое, что нужно выбрать - определиться с эксплуатационными напряжениями (затвор-исток VGS, сток-исток VDS), для которых вычисляется FOM. Эти напряжения зависят от параметров проектируемой схемы. Также нужно определиться, какую имененно характеристику FOM следует вычислить, Qsw * R(DS)ON или QG * R(DS)ON. Другой важный аспект - выбор в правой колонке данных даташита – сравнивать типичные параметры или их максимальные значения? Поскольку политика определения максимальных значений у разных компаний-производителей различается, то лучший выбор - взять типовые (номинальные) значения, чтобы оценить эффективность применяемого транзистора.
Предположим, что значения даташита были даны для разных условий. В этом случае нужную информацию по выборке типичных значений следует взять из диаграмм, характеризующих изменение параметра. На рис. 5 дан пример получения QG из диаграммы зависимости напряжения на затворе и заряда затвора. Исходный параметр VDS. Но на графике не указаны все значения VDS. Для отстутствующих кривых делается оценочная прикидка по имеющимся значениям. На рис. 6 показаны графики зависимости R(DS)ON (он напряжения на затворе VGS и тока стока ID).
Рис. 5. Типичный заряд затвора. VGS=f(Qgate), пульсирующий ток ID=25A, параметр VDD.
Рис. 6. Типичное сопротивление открытого состояния сток-исток. R(DS)on=f(ID), Tj=25°C, параметр VGS.
Здесь также нужно будет сделать оценку нужного значения сопротивления канала для не указанных на графике условий. Также следует учесть тот факт, что на сопротивление канала влияет его ток, поэтому R(DS)ON должен быть выбран для одного и того же тока стока ID.
Итак, сравнение транзисторов MOSFET разных типов и от разных производителей можно делать по FOM, исходя из одинаковых предположительных условий эксплуатации. Формулы 2 и 3 описывают, как вычислять значения FOM.
В скобках указаны условия, которые нужно учитывать для выборки сопротивления открытого состояния канала сток-исток R(DS)ON и заряда затвора QG или заряда переключения QSW:
VGS напряжение затвор-исток (gate-source)
VDS напряжение сток-исток (drain-sorce)
ID ток стока (drain)
Важное замечание: для вычисления одного и того же вида параметров можно брать либо максимальные, либо номинальные значения для R(DS)ON и QG.
[Ссылки]
1. How to Compare the Figure Of Merit (FOM) of MOSFETs, Infineon technologies, автор Jens Ejury.
2. Как работают транзисторы MOSFET.
Проверка встроенного диода
Для начал следует подготовить мультимер и перевести его в режим проверки диодов. Для этого переключатель режимов/пределов установите в положение с изображением диода.
В этом режиме мультиметр при подключении диода в прямом направлении (плюс прибора на анод, минус прибора на катод) показывает падение напряжения на p-n переходе диода. При включении диода в обратном направлении мультиметр показывает «1».
Итак, подключаем щупы мультиметра, как было сказано выше, в прямом включении диода. Таким образом, красный шум (+) подключаем на исток, а черный (-) на сток.
Мультиметр должен показать падение напряжение на переходе порядка 0,5-0,7.
Меняем полярность подключения встроенного диода, при этом мультиметр, при исправности диода покажет «1».
Проверка работы полевого МОП транзистора
Проверяемый нами МОП-транзистор имеет канал n-типа, поэтому, что бы канал стал электропроводен необходимо на затвор транзистора относительно истока либо стока подать положительный потенциал. При этом электроны из подложки переместятся в канал, а дырки будут вытолкнуты из канала. В результате канал между истоком и стоком станет электропроводен и через транзистор потечет ток.
Для открытия транзистора будет достаточно напряжения на щупах мультиметра в режиме прозвонки диодов.
Поэтому черный (отрицательный) щуп мультиметра подключаем на исток (или сток), а красным касаемся затвора.
Если транзистор исправен, то канал исток-сток станет электропроводным, то есть транзистор откроется.
Теперь если прозвонить канал исток-сток, то мультиметр покажет какое-то значение падение напряжения на канале, в виду того, что через транзистор потечет ток.
Таким образом черный щуп транзистора ставим на исток, а красный на сток и мультиметр покажет падение напряжение на канале.
Если поменять полярность щупов, то показания мультиметра будут примерно одинаковыми.
Что бы закрыть транзистор достаточно относительно истока на затвор подать отрицательный потенциал.
Следовательно, подключаем положительный (красный) щуп мультиметра на исток, а черным касаемся затвор.
При этом исправный транзистор закроется. И если после этого прозвонить канал исток-сток, то мультиметр покажет лишь падение напряжения на встроенном диоде.
Если транзистор управляется напряжением с мультиметра (то есть открывается и закрывается), значит можно сделать вывод, что транзистор исправен.
Проверка полевого МОП – транзистора с каналом p-типа осуществляется подобным образом. За тем исключением, что во всех пунктах проверки полярность подключения щупов меняется на противоположную.
Более подробно и просто всю методику проверки полевого транзистора я изложил в следующем видеоуроке:
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Кроме транзисторов и сборок Дарлингтона есть еще один хороший способ рулить мощной постоянной нагрузкой — полевые МОП транзисторы.
Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением .
МОП (по буржуйски MOSFET ) расшифровывается как Метал-Оксид-Полупроводник из этого сокращения становится понятна структура этого транзистора.
Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком. Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана.
Достоинство такого транзистора, по сравнению с биполярным очевидно — на затвор надо подавать напряжение, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит требуемая мощность на управление этим транзистором будет мизерной , по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора.
Недостаток же вытекает из его емкостного свойства — наличие емкости на затворе требует большого зарядного тока при открытии. В теории, равного бесконечности на бесконечно малом промежутки времени. А если ток ограничить резистором, то конденсатор будет заряжаться медленно — от постоянной времени RC цепи никуда не денешься.
МОП Транзисторы бывают P и N канальные. Принцип у них один и тот же, разница лишь в полярности носителей тока в канале. Соответственно в разном направлении управляющего напряжения и включения в цепь. Очень часто транзисторы делают в виде комплиментарных пар. То есть есть две модели с совершенно одиннаковыми характеристиками, но одна из них N, а другая P канальные. Маркировка у них, как правило, отличается на одну цифру.
Нагрузка включается в цепь стока. Вообще, в теории, полевому транзистору совершенно без разницы что считать у него истоком, а что стоком — разницы между ними нет. Но на практике есть, дело в том, что для улучшения характеристик исток и сток делают разной величины и конструкции плюс ко всему, в мощных полевиках часто есть обратный диод (его еще называют паразитным, т.к. он образуется сам собой в силу особенности техпроцесса производства).
У меня самыми ходовыми МОП транзисторами являются IRF630 (n канальный) и IRF9630 (p канальный) в свое время я намутил их с полтора десятка каждого вида. Обладая не сильно габаритным корпусом TO-92 этот транзистор может лихо протащить через себя до 9А. Сопротивление в открытом состоянии у него всего 0.35 Ома.
Впрочем, это довольно старый транзистор, сейчас уже есть вещи и покруче, например IRF7314 , способный протащить те же 9А, но при этом он умещается в корпус SO8 — размером с тетрадную клеточку.
-
На более мелких транзисторах сорудить цепочку, подающую питалово с высоковольтной цепи на затвор, чтобы прокачать его высоким напряжением
Выбор транзистора тоже не очень сложен, особенно если не заморачиваться на предельные режимы. В первую очередь тебя должно волновать значение тока стока — I Drain или I D выбираешь транзистор по максимальному току для твоей нагрузки, лучше с запасом процентов так на 10. Следующий важный для тебя параметр это V GS — напряжение насыщения Исток-Затвор или, проще говоря, управляющее напряжение. Иногда его пишут, но чаще приходится выглядывать из графиков. Ищешь график выходной характеристики Зависимость I D от V DS при разных значениях V GS . И прикидыываешь какой у тебя будет режим.
Вот, например, надо тебе запитать двигатель на 12 вольт, с током 8А. На драйвер пожмотился и имеешь только 5 вольтовый управляющий сигнал. Первое что пришло на ум после этой статьи — IRF630. По току подходит с запасом 9А против требуемых 8. Но глянем на выходную характеристику:
Видишь, на 5 вольтах на затворе и токе в 8А падение напряжения на транзисторе составит около 4.5В По закону Ома тогда выходит, что сопротивление этого транзистора в данный момент 4.5/8=0.56Ом . А теперь посчитаем потери мощности — твой движок жрет 5А. P=I*U или, если применить тот же закон Ома, P=I 2 R . При 8 амперах и 0.56Оме потери составят 35Вт. Больно дофига, не кажется? Вот и мне тоже кажется что слишком. Посмотрим тогда на IRL630 .
При 8 амперах и 5 вольтах на Gate напряжение на транзисторе составит около 3 вольт. Что даст нам 0.37Ом и 23Вт потерь, что заметно меньше.
Если собираешься загнать на этот ключ ШИМ, то надо поинтересоваться временем открытия и закрытия транзистора, выбрать наибольшее и относительно времени посчитать предельную частоту на которую он способен. Зовется эта величина Switch Delay или t on , t off , в общем, как то так. Ну, а частота это 1/t. Также не лишней будет посмотреть на емкость затвора Ciss исходя из нее, а также ограничительного резистора в затворной цепи, можно рассчитать постоянную времени заряда затворной RC цепи и прикинуть быстродействие. Если постоянная времени будет больше чем период ШИМ, то транзистор будет не открыватся/закрываться, а повиснет в некотором промежуточном состоянии, так как напряжение на его затворе будет проинтегрировано этой RC цепью в постоянное напряжение.
При обращении с этими транзисторами учитывай тот факт, что статического электричества они боятся не просто сильно, а ОЧЕНЬ СИЛЬНО . Пробить затвор статическим зарядом более чем реально. Так что как купил, сразу же в фольгу и не доставай пока не будешь запаивать. Предварительно заземлись за батарею и надень шапочку из фольги :).
А в процессе проектирования схемы запомни еще одно простое правило — ни в коем случае нельзя оставлять висеть затвор полевика просто так — иначе он нажрет помех из воздуха и сам откроется. Поэтому обязательно надо поставить резистор килоом на 10 от Gate до GND для N канального или на +V для P канального, чтобы паразитный заряд стекал. Вот вроде бы все, в следующий раз накатаю про мостовые схемы для управления движков.
Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!
А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.
Структура полевого MOSFET транзистора.
Для создания МОП-транзистора берется подложка, выполненная из p-полупроводника, где основными носителями заряда являются положительные заряды, так называемые дырки. На рисунке вы видите, что вокруг ядра атома кремния вращаются электроны, обозначенные белыми шариками.
Когда электрон покидает атом, в этом месте образуется «дырка» и атом приобретает положительный заряд, то есть становиться положительным ионом. Дырки на модели обозначены, как зеленые шарики.
На p-подложке создаются две высоколегированные n-области, то есть области с большим количеством свободных электронов. На рисунке эти свободные электроны обозначены красными шариками.
Свободные электроны свободно перемещаются по n-области. Именно они впоследствии и будут участвовать в создании тока через МДП-тназистор.
Пространство между двумя n-областями, называемое каналом покрывается диэлектриком, обычно это диоксид кремния.
Над диэлектрическим слоем располагают металлический слой. N-области и металлический слой соединяют с выводами будущего транзистора.
Выводы транзистора называются исток, затвор и сток.
Ток в МОП-транзисторе течет от истока через канал к стоку. Для управления этим током служит изолированный затвор.
Однако если подключить напряжение между истоком и стоком, при отсутствии напряжения на затворе ток через транзистор не потечет, потому что на его пути будет барьер из p-полупроводника.
Если подать на затвор положительное напряжение, относительно истока, то возникающее электрическое поле будет к области под затвором притягивать электроны и выталкивать дырки.
По достижению определенной концентрации электронов под затвором, между истоком и стоком создается тонкий n-канал, по которому потечет ток от истока к стоку.
Следует сказать, что ток через транзистор можно увеличить, если подать больший потенциал напряжения на затвор. При этом канал становиться шире, что приводит к увеличению тока между истоком и стоком.
МДП-транзистор с каналом p-типа имеет аналогичную структуру, однако подложка в таком транзисторе выполнена из полупроводника n-типа, а области истока и стока из высоколегированного полупроводника p-типа.
В таком полевом транзисторе основными носителями заряда являются положительные ионы (дырки). Для того, что бы открыть канал в полевом транзисторе с каналом p-типа необходимо на затвор подать отрицательный потенциал.
Читайте также: