क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर। डमी के लिए

परिचय

अब बात करते हैं फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर की। उनके नाम से पहले से ही क्या माना जा सकता है? सबसे पहले, चूंकि वे ट्रांजिस्टर हैं, इसलिए उन्हें किसी तरह आउटपुट वर्तमान को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। दूसरे, वे तीन संपर्क करने वाले हैं। और तीसरा, उनके काम का आधार pn जंक्शन है। आधिकारिक सूत्र हमें क्या बताएंगे?

फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर को सक्रिय अर्धचालक उपकरण कहा जाता है, आमतौर पर तीन टर्मिनलों के साथ, जिसमें आउटपुट करंट को एक विद्युत क्षेत्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है। (Electrono.ru)

परिभाषा ने न केवल हमारी मान्यताओं की पुष्टि की, बल्कि क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर की ख़ासियत का भी प्रदर्शन किया - आउटपुट विद्युत को लागू विद्युत क्षेत्र को बदलकर नियंत्रित किया जाता है, अर्थात। वोल्टेज। लेकिन द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के लिए , जैसा कि हम याद करते हैं, आधार का इनपुट वर्तमान आउटपुट वर्तमान को नियंत्रित करता है।

क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के बारे में एक और तथ्य उनके दूसरे नाम - एकध्रुवीय पर ध्यान देकर पाया जा सकता है। इसका मतलब यह है कि वर्तमान प्रवाह प्रक्रिया में केवल एक प्रकार के आवेश वाहक (या तो इलेक्ट्रॉन या छिद्र) शामिल होते हैं।

क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के तीन संपर्कों को स्रोत (वर्तमान वाहक स्रोत), गेट (नियंत्रण इलेक्ट्रोड) और नाली (इलेक्ट्रोड, जहां वाहक प्रवाह) कहा जाता है। संरचना सरल और बहुत द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर डिवाइस के समान लगती है। लेकिन आप इसे कम से कम दो तरीकों से लागू कर सकते हैं। इसलिए, वहाँ एक pn जंक्शन नियंत्रण और एक अछूता गेट के साथ क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर हैं।

सामान्य तौर पर, बाद का विचार 1920 के दशक में दिखाई दिया, जो द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के आविष्कार से बहुत पहले था। लेकिन प्रौद्योगिकी के स्तर ने इसे केवल 1960 में महसूस करने की अनुमति दी। 50 के दशक में, इसे पहले सैद्धांतिक रूप से वर्णित किया गया था, और फिर नियंत्रण पीएन जंक्शन के साथ क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर को सन्निहित किया गया था। और, उनके द्विध्रुवी "भाइयों" की तरह, क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर अभी भी इलेक्ट्रॉनिक्स में एक बड़ी भूमिका निभाते हैं।

एकध्रुवीय ट्रांजिस्टर के संचालन के भौतिकी के बारे में कहानी पर आगे बढ़ने से पहले, मैं उन लिंक को याद करना चाहता हूं जिनके द्वारा आप पीएन जंक्शन के बारे में अपने ज्ञान को ताज़ा कर सकते हैं: एक और दो ।

Pn जंक्शन क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर

तो, पहले प्रकार के क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर कैसे काम करते हैं? डिवाइस चालकता के साथ अर्धचालक की एक प्लेट पर आधारित है (उदाहरण के लिए) पी-प्रकार। विपरीत छोर पर, इसमें इलेक्ट्रोड होते हैं, एक वोल्टेज लागू करते हैं, जिसे हम स्रोत से नाली तक प्राप्त करते हैं। इस प्लेट के ऊपर एक क्षेत्र है जिसमें विपरीत प्रकार की चालकता है, जिससे एक तीसरा इलेक्ट्रोड जुड़ा हुआ है - गेट। स्वाभाविक रूप से, एक पीएन जंक्शन गेट और पी-क्षेत्र के बीच उत्पन्न होता है ( चैनल )। और चूंकि एन-लेयर चैनल के पास महत्वपूर्ण रूप से है, इसलिए मोबाइल चार्ज कैरियर्स में कमी वाले अधिकांश संक्रमण क्षेत्र पी-लेयर में होंगे। तदनुसार, यदि हम जंक्शन पर एक रिवर्स पूर्वाग्रह वोल्टेज लागू करते हैं, तो, बंद करना, यह चैनल प्रतिरोध में काफी वृद्धि करेगा और स्रोत और नाली के बीच वर्तमान को कम करेगा। इस प्रकार, ट्रांजिस्टर का आउटपुट करंट गेट के वोल्टेज (इलेक्ट्रिक फील्ड) द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

निम्नलिखित सादृश्य खींचा जा सकता है: पीएन जंक्शन एक बांध है जो स्रोत से नाली तक चार्ज वाहक के प्रवाह को अवरुद्ध करता है। उस पर रिवर्स वोल्टेज को बढ़ाने या कम करने से, हम उस पर ताले खोलते हैं / बंद करते हैं, "पानी की आपूर्ति" (आउटपुट चालू) को समायोजित करते हैं।

इसलिए, पीएन जंक्शन नियंत्रण के साथ क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर के ऑपरेटिंग मोड में , गेट वोल्टेज या तो शून्य होना चाहिए (चैनल पूरी तरह से खुला है) या रिवर्स।
यदि रिवर्स वोल्टेज का मूल्य इतना बड़ा हो जाता है कि अवरुद्ध परत चैनल को बंद कर देती है, तो ट्रांजिस्टर कट-ऑफ मोड में चला जाएगा।

यहां तक ​​कि गेट और नाली के बीच शून्य गेट वोल्टेज पर, स्रोत-नाली वोल्टेज के बराबर एक रिवर्स वोल्टेज है। यही कारण है कि पीएन जंक्शन का ऐसा असमान आकार है, जो कि नाली क्षेत्र तक फैला हुआ है।

यह बिना कहे चला जाता है कि आप एक एन-टाइप चैनल और एक पी-टाइप गेट के साथ एक ट्रांजिस्टर बना सकते हैं। उसके काम का सार नहीं बदलेगा।

क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर की सशर्त ग्राफिक छवियां चित्र में दिखाई जाती हैं (- एक पी-प्रकार चैनल के साथ, बी - एक एन-प्रकार चैनल के साथ)। यहां तीर पी-लेयर से एन-लेयर तक दिशा को इंगित करता है।

एक नियंत्रण पीएन जंक्शन के साथ एक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर की स्थिर विशेषताएं

चूंकि ऑपरेटिंग मोड में गेट चालू आमतौर पर छोटा या आम तौर पर शून्य के बराबर होता है, इसलिए हम क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर की इनपुट विशेषताओं के ग्राफिक्स पर विचार नहीं करेंगे। हम तुरंत सप्ताहांत या स्टॉक पर आगे बढ़ते हैं। वैसे, उन्हें स्थिर कहा जाता है क्योंकि शटर पर एक स्थिर वोल्टेज लगाया जाता है। यानी आवृत्ति के क्षणों, संक्रमणों आदि पर विचार करने की आवश्यकता नहीं है।

आउटपुट ( नाली ) एक निरंतर गेट-सोर्स वोल्टेज पर स्रोत-नाली वोल्टेज पर नाली वर्तमान की निर्भरता है। आंकड़ा बाईं ओर एक ग्राफ है।

ग्राफ पर तीन क्षेत्रों को स्पष्ट रूप से पहचाना जा सकता है। उनमें से पहला नाली की धारा में तेज वृद्धि का एक क्षेत्र है। यह तथाकथित "ओमिक" क्षेत्र है । स्रोत-नाली चैनल एक अवरोधक की तरह व्यवहार करता है, जिसका प्रतिरोध ट्रांजिस्टर के गेट पर वोल्टेज द्वारा नियंत्रित होता है।

दूसरा क्षेत्र संतृप्ति क्षेत्र है । इसकी लगभग रेखीय उपस्थिति है। यहां चैनल नाली क्षेत्र में ओवरलैप करता है, जो स्रोत-नाली वोल्टेज में और वृद्धि के साथ बढ़ता है। तदनुसार, चैनल प्रतिरोध भी बढ़ता है, और नाली का वर्तमान बहुत कमजोर रूप से बदलता है (ओम का नियम, हालांकि)। यह विशेषता का यह खंड है जो प्रवर्धन तकनीक में उपयोग किया जाता है, क्योंकि यहां संकेतों के कम से कम nonlinear विरूपण और कम-संकेत मापदंडों के इष्टतम मान हैं जो प्रवर्धन के लिए आवश्यक हैं। इन मापदंडों में मुख्यता, आंतरिक प्रतिरोध और लाभ शामिल हैं। इन सभी अस्पष्ट वाक्यांशों के अर्थ नीचे बताए जाएंगे।

ग्राफ का तीसरा क्षेत्र ब्रेकडाउन क्षेत्र है , जिसका नाम खुद के लिए बोलता है।

आंकड़े के दाईं ओर, एक और महत्वपूर्ण निर्भरता का एक ग्राफ दिखाया गया है - नाली-गेट की विशेषता । यह दिखाता है कि स्रोत और नाली के बीच एक निरंतर वोल्टेज पर गेट-स्रोत वोल्टेज पर नाली का प्रवाह कैसे निर्भर करता है। और इसकी स्थिरता एक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर के मुख्य मापदंडों में से एक है।

अछूता गेट फील्ड प्रभाव ट्रांजिस्टर

ऐसे ट्रांजिस्टर को अक्सर MOS (मेटल-डाइइलेक्ट्रिक-सेमीकंडक्टर) - या MOS (मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर) ट्रांजिस्टर (Eng.metal-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर, MOSFETET) के रूप में भी जाना जाता है। ऐसे उपकरणों के लिए, गेट को ढांकता हुआ की एक पतली परत से चैनल से अलग किया जाता है। उनके काम का भौतिक आधार अनुप्रस्थ विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में ढांकता हुआ के साथ सीमा पर अर्धचालक की सतह परत की चालकता को बदलने का प्रभाव है।
इस तरह के ट्रांजिस्टर का उपकरण इस प्रकार है। पी-चालकता के साथ एक अर्धचालक से बना एक सब्सट्रेट है जिसमें एन-चालकता (स्रोत और सिंक) के साथ दो भारी डॉप्ड क्षेत्र बनाए जाते हैं। उनके बीच एक सतह के पास एक संकीर्ण जम्पर है, जिसकी चालकता भी एन-प्रकार है। प्लेट की सतह पर इसके ऊपर ढांकता हुआ की एक पतली परत होती है (सबसे अधिक अक्सर सिलिकॉन डाइऑक्साइड से बना होता है - इसलिए, वैसे, संक्षिप्त नाम MOS)। और पहले से ही इस परत पर शटर स्थित है - एक पतली धातु की फिल्म। क्रिस्टल स्वयं आमतौर पर स्रोत से जुड़ा होता है, हालांकि ऐसा होता है कि यह अलग से जुड़ा होता है।

यदि, शून्य वोल्टेज पर, एक स्रोत-नाली वोल्टेज को गेट पर लागू किया जाता है, तो उनके बीच एक प्रवाह चैनल के माध्यम से प्रवाह होगा। क्रिस्टल के माध्यम से क्यों नहीं? क्योंकि पीएन ट्रांज़िशन में से एक बंद हो जाएगा।

अब स्रोत के संबंध में वोल्टेज नकारात्मक के साथ गेट को फ़ीड करें। जिसके परिणामस्वरूप अनुप्रस्थ विद्युत क्षेत्र चैनल से सब्सट्रेट में इलेक्ट्रॉनों को "धक्का" देगा। तदनुसार, चैनल प्रतिरोध बढ़ता है और इसके माध्यम से बहने वाली धारा घट जाती है। यह मोड, जिसमें गेट पर वोल्टेज बढ़ने के साथ आउटपुट करंट घटता है, डेप्लेक्शन मोड कहलाता है ।
यदि हम गेट पर एक वोल्टेज लगाते हैं, जो सब्सट्रेट से चैनल में "आने" के लिए इलेक्ट्रॉनों की "मदद" करता है, तो ट्रांजिस्टर संवर्धन मोड में काम करेगा। इस मामले में, चैनल प्रतिरोध गिर जाएगा, और इसके माध्यम से वर्तमान बढ़ जाएगा।

ऊपर चर्चा की गई एक अछूता गेट ट्रांजिस्टर का डिज़ाइन पीएन जंक्शन नियंत्रण के साथ एक डिज़ाइन के समान है, यहां तक ​​कि गैर-शून्य स्रोत-नाली वोल्टेज पर गेट पर शून्य वर्तमान में, उनके बीच एक तथाकथित प्रारंभिक नाली वर्तमान है। दोनों मामलों में, यह इस तथ्य के कारण है कि इस वर्तमान के लिए चैनल ट्रांजिस्टर डिजाइन में बनाया गया है। यही है, कड़ाई से बोलते हुए, हमने एमओएस ट्रांजिस्टर के ऐसे उपप्रकार को एक एकीकृत चैनल के साथ ट्रांजिस्टर माना है।

हालांकि, एक और तरह का इंसुलेटेड गेट फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर है - एक प्रेरित (उलटा) चैनल के साथ एक ट्रांजिस्टर । नाम से, पिछले एक से इसका अंतर पहले से ही स्पष्ट है - इसमें भारी डोप्ड नाली और स्रोत क्षेत्रों के बीच एक चैनल है, जब गेट पर एक निश्चित ध्रुवता लागू होती है।

इसलिए, हम केवल स्रोत और नाली में वोल्टेज लागू करते हैं। उनके बीच कोई भी धारा प्रवाहित नहीं होगी, क्योंकि उनके और सब्सट्रेट के बीच pn जंक्शनों में से एक बंद है।
हम गेट पर वोल्टेज लागू करते हैं (स्रोत के सापेक्ष)। जिसके परिणामस्वरूप विद्युत क्षेत्र शटर की दिशा में भारी डोप वाले क्षेत्रों से इलेक्ट्रॉनों को "सब्सट्रेट" में खींच देगा। और जब गेट वोल्टेज निकट-सतह क्षेत्र में एक निश्चित मूल्य तक पहुंचता है, तो तथाकथित चालकता प्रकार उलटा घटित होगा। यानी इलेक्ट्रॉन एकाग्रता छेद की एकाग्रता से अधिक होगा, और नाली और स्रोत के बीच एक पतली एन-प्रकार चैनल दिखाई देगा। ट्रांजिस्टर वर्तमान, मजबूत, गेट पर उच्च वोल्टेज का संचालन करना शुरू कर देगा।
इस डिजाइन से यह स्पष्ट है कि प्रेरित चैनल के साथ ट्रांजिस्टर केवल संवर्धन मोड में काम कर सकता है। इसलिए, वे अक्सर स्विचिंग डिवाइस में पाए जाते हैं।

अछूता गेट ट्रांजिस्टर के प्रतीक निम्नानुसार हैं:

यहां
ए - एक एकीकृत एन-प्रकार चैनल के साथ;
बी - एक एकीकृत पी-प्रकार चैनल के साथ;
में - सब्सट्रेट से एक निष्कर्ष के साथ;
जी - एन-प्रकार के एक प्रेरित चैनल के साथ;
डी - एक प्रेरित पी-प्रकार चैनल के साथ;
ई - सब्सट्रेट से आउटपुट के साथ।

राज्यमंत्री ट्रांजिस्टर की स्थैतिक विशेषताएं

एक एकीकृत चैनल के साथ एक ट्रांजिस्टर के नाली और गेट-गेट विशेषताओं के परिवार को निम्नलिखित आकृति में प्रस्तुत किया गया है:

एक प्रेरित चैनल के साथ ट्रांजिस्टर के लिए समान विशेषताएं:

विदेशी एमआईएस संरचनाएं

प्रस्तुति को भ्रमित न करने के लिए, मैं केवल उन लिंक की सलाह देना चाहता हूं, जिन पर आप उनके बारे में पढ़ सकते हैं। सबसे पहले, यह हर किसी का पसंदीदा विकिपीडिया है , अनुभाग "विशेष उद्देश्यों के लिए टीआईआर संरचनाएं।" और यहां सिद्धांत और सूत्र दिए गए हैं: ठोस राज्य इलेक्ट्रॉनिक्स पर एक ट्यूटोरियल, अध्याय 6 , उप-अध्याय 6.12-6.15। पढ़ें, यह दिलचस्प है!

क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर के सामान्य पैरामीटर

1. एक निश्चित गेट-स्रोत वोल्टेज पर अधिकतम नाली वर्तमान ।
2. अधिकतम वोल्टेज नाली-स्रोत है , जिसके बाद पहले से ही एक ब्रेकडाउन होता है।
3. आंतरिक (आउटपुट) प्रतिरोध । यह प्रत्यावर्ती धारा (गेट-सोर्स वोल्टेज - स्थिर) के लिए चैनल प्रतिरोध का प्रतिनिधित्व करता है।
4. नाली-गेट की विशेषता की स्थिरता । यह बड़ा है, गेट वोल्टेज में बदलाव के लिए ट्रांजिस्टर की प्रतिक्रिया "तेज"।
5. इनपुट प्रतिबाधा यह रिवर्स बायस्ड पीएन जंक्शन के प्रतिरोध से निर्धारित होता है और आमतौर पर इकाइयों और दसियों एमΩ तक पहुंचता है (जो द्विध्रुवी "रिश्तेदारों" से क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर को अलग करता है)। और क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के बीच, हथेली एक अछूता शटर वाले उपकरणों से संबंधित है।
6. लाभ - स्रोत-नाली वोल्टेज में परिवर्तन का अनुपात एक निरंतर नाली वर्तमान में गेट-स्रोत वोल्टेज में परिवर्तन।

स्विचिंग स्कीम

द्विध्रुवी की तरह, क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर को चार-टर्मिनल के रूप में माना जा सकता है, जिसमें चार में से दो संपर्क मेल खाते हैं। इस प्रकार, तीन प्रकार के स्विचिंग सर्किट को प्रतिष्ठित किया जा सकता है: एक सामान्य स्रोत के साथ, एक सामान्य गेट के साथ और एक सामान्य नाली के साथ। विशेषताओं के संदर्भ में, वे एक आम एमिटर, एक सामान्य आधार और द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के लिए एक आम कलेक्टर के साथ सर्किट के समान हैं।
ज्यादातर, एक आम स्रोत ( ए ) के साथ एक सर्किट का उपयोग किया जाता है, क्योंकि यह वर्तमान और शक्ति में अधिक लाभ देता है।
एक आम गेट ( b ) वाला सर्किट लगभग करंट नहीं पकड़ता है और इसमें एक छोटा इनपुट प्रतिरोध होता है। इस वजह से, इस तरह के स्विचिंग सर्किट में सीमित व्यावहारिक अनुप्रयोग है।
एक सामान्य नाली सर्किट ( सी ) को एक स्रोत अनुयायी भी कहा जाता है। इसका वोल्टेज लाभ एकता के करीब है, इनपुट प्रतिबाधा बड़ी है, और आउटपुट प्रतिबाधा छोटी है।

द्विध्रुवी से क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के अंतर। आवेदन क्षेत्रों

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, इन दो प्रकार के ट्रांजिस्टर के बीच पहला और मुख्य अंतर यह है कि दूसरे को वर्तमान और पहले वोल्टेज को बदलकर नियंत्रित किया जाता है। और इससे, द्विध्रुवी वाले की तुलना में क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के अन्य लाभ निम्नलिखित हैं:

• प्रत्यक्ष वर्तमान में और उच्च आवृत्ति पर उच्च इनपुट प्रतिबाधा, इसलिए कम नियंत्रण नुकसान;
• उच्च गति (अल्पसंख्यक वाहकों के संचय और पुनरुत्थान की कमी के कारण);
• चूंकि क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के प्रवर्धक गुण मुख्य चार्ज वाहक के हस्तांतरण के कारण होते हैं, इसलिए प्रभावी लाभ की उनकी ऊपरी सीमा द्विध्रुवी वाले की तुलना में अधिक होती है;
• उच्च तापमान स्थिरता;
• कम शोर स्तर, क्योंकि अल्पसंख्यक चार्ज वाहक के इंजेक्शन की घटना का उपयोग क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर में नहीं किया जाता है, जो द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर को "शोर" बनाता है;
• कम बिजली की खपत।

हालांकि, एक ही समय में, क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर में भी एक खामी है - वे स्थैतिक बिजली से "डरते" हैं, इसलिए, जब उनके साथ काम करते हैं, तो वे इस संकट से सुरक्षा के लिए विशेष रूप से सख्त आवश्यकताओं को लगाते हैं।

क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर कहां उपयोग किए जाते हैं? हाँ, लगभग हर जगह। डिजिटल और एनालॉग एकीकृत सर्किट, सर्वो और तर्क उपकरण, ऊर्जा-बचत सर्किट, फ्लैश मेमोरी ... यह क्या है, यहां तक ​​कि क्वार्ट्ज घड़ी और टीवी-रिमोट कंट्रोल भी क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर पर काम करते हैं। वे हर जगह,% हबरस % ह । लेकिन अब आप जानते हैं कि वे कैसे काम करते हैं!

स्रोतों की सूची:
ru.wikipedia.org
dssp.petrsu.ru
zpostbox.narod.ru
electrono.ru
radio.cybernet.name

उपयोगी टिप्पणियाँ:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133493/#comment_4435883
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133493/#comment_4436509
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133493/#comment_4441531

मैं पढ़ने की सलाह देता हूं:
DI HALT द्वारा फिंगर फंडामेंटल्स (टिप के लिए धन्यवाद, अलेक्सईकॉज़लोव )