Išeikvojimo tipo IGFETs

There's No Tomorrow (limits to growth & the future) (Liepa 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Išeikvojimo tipo IGFETs

6 skyrius. Izoliuotieji lauko efekto tranzistoriai


Izoliuotieji lauko lauko tranzistoriai yra vienpoliai įrenginiai, panašūs į JFET: tai reiškia, kad kontroliuojama srovė neturi kirsti PN sankryžos. Transistoriaus viduje yra PN sankryžis, tačiau jo vienintelis tikslas yra numatyti, kad nelydimas išeikvojimo regionas, naudojamas apriboti srovę per kanalą.

Štai N-kanalo IGFET tipo "išeikvojimo" schema:

Atkreipkite dėmesį, kaip šaltinio ir nutekėjimo vamzdžiai jungiasi prie bet kurio N kanalo galo ir kaip vartų šarnyras tvirtinamas prie metalinės plokštės, atskirtos nuo kanalo, plonu izoliacine kliūtimi. Šis barjeras kartais yra pagamintas iš silicio dioksido (pagrindinio cheminio junginio, esančio sm ÷ lyje), kuris yra labai geras izoliatorius. Dėl šio M etal (vartai) - O xide (barjero) - S emohidraulinės (kanalo) konstrukcijos, IGFET kartais vadinamas MOSFET. Tačiau yra ir kitų rūšių IGFET konstrukcijos, todėl "IGFET" yra geresnis šios bendrosios tranzistorių klasės aprašas.

Taip pat atkreipkite dėmesį, kaip yra keturi IGFET jungtys. Praktiškai substrato švinas yra tiesiogiai prijungtas prie šaltinio, todėl du elektrai būdingi. Paprastai šis ryšys yra padarytas iš vidaus į IGFET, pašalinant atskirą pagrindo jungtį, todėl yra trijų galinių įrenginių su šiek tiek kitokiu scheminiu simboliu:

Su kitais šaltiniais ir pagrindais, IGFET N ir P sluoksniai yra tiesiogiai sujungti vienas su kitu per išorinį laidą. Šis prijungimas apsaugo bet kokią įtampą nuo PN sankryžos. Dėl to tarp šių dviejų medžiagų yra išeikvojimo regionas, bet niekada negali būti išplėstas ar sugadintas. JFET operacija yra pagrįsta PN jungties išeikvojimo srities išplėtimu, tačiau čia IGFET tai neįvyks, todėl IGFET operacija turi būti pagrįsta kitokiu poveikiu.

Iš tiesų, kai tarp valdymo įtaiso ir šaltinio yra valdoma įtampa, kanalo laidumas pakeičiamas dėl to, kad nutekėjimo zona yra arčiau arba toli nuo vartų. Kitaip tariant, kanalo veiksmingas plotis keičiasi taip pat, kaip ir JFET, tačiau šis kanalo pločio pokytis yra susijęs su išstūmimo srities perkėlimu, o ne su išeikvojimo srities išplėtimu .

N-kanalo IGFET valdymo įtampa, kuri prie šaltinio yra teigiama (+) ir neigiama (-) į šaltinį, atbaido PN jungties išblukimo sritį, išplečia N tipo kanalą ir padidina laidumą:

Valdymo įtampos poliškumo pasikeitimas turi priešingą efektą, pritraukiantis išeikvojimo sritį ir siaurinant kanalą, todėl mažina kanalo laidumą:

Izoliuotieji vartai leidžia reguliuoti bet kokio poliškumo įtampą, nesukeliant pavojaus poslinkio į priekį, kaip ir JFET. Šis IGFET tipas, nors ir vadinamas "išeikvojimo tipo", iš tikrųjų gali sugadinti jo kanalą (kanalas susiaurintas) arba sustiprintas (kanalas išplėstas). Įvesties įtampos poliškumas nustato, kokiu būdu kanalas bus paveiktas.

Suprasti, kuris poliškumas turi kokį nors poveikį, nėra toks sudėtingas, kaip gali atrodyti. Svarbiausia atsižvelgti į kanale naudojamą puslaidininkinių dopingo tipą (N kanalas arba P kanalas "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/03182.png">

Iliustruojantis tinkamas poliškumas su standartiniais IGFET simboliais:

Kai tarp vertikalių ir šaltinio yra nulinė įtampa, IGFET atlieka srovę tarp šaltinio ir nutekėjimo, bet ne tokia didelė srovė, kokia būtų, jei ji būtų sustiprinta tinkamai įtampai. Tai reiškia, kad tranzistoriaus pasaulyje savo kategorijoje yra išeikvojimo tipo arba tiesiog D tipo IGFET. Bipolarinės jungties tranzistoriai yra normalūs išjungikliai: be bazinės srovės, jie blokuoja bet kokią srovę iš kolektoriaus. Jungties lauko efekto tranzistoriai yra įprasti įtaisai: taikant nulinę įėjimo į šaltinį įtampą, jie leidžia maksimaliai išleidžiamą srovę (iš tikrųjų galite priversti JFET į didesnes nutekėjimo sroves, taikydami labai mažą įtempimą į priekį nuo vartų iki šaltinis, tačiau praktikoje tai niekada neturėtų būti padaryta dėl pavojaus sugadinti jos trapų PN sankryžą). Tačiau D tipo IGFET paprastai yra pusiau įrenginiai: be įtampos nuo variklio į šaltinį, jų laidumo lygis yra kažkur tarp išjungimo ir visiško prisotinimo. Be to, jie toleruos bet kokio poliškumo taikomą įėjimo į šaltinį įtampą, PN sankryža bus apsaugota nuo apgadinimo, atsirandančio dėl izoliacinės barjero, ir ypač nuo tiesioginio ryšio tarp šaltinio ir pagrindo, neleidžiančio bet kokiam įtampos skirtumui tarp jungties.

Ironiška, kad D tipo IGFET laidumo elgesys yra ryškiai panašus į triodo / tetrodei / pentodo įvairovės elektroninį vamzdelį. Šie įtaisai buvo įtampos reguliuojami srovės reguliatoriai, kurie taip pat leido srovę per juos, taikant nulinę valdymo įtampą. Kontrolinė vienos poliškumo įtampa (tinklelis neigiamas ir teigiamas katodas) sumažintų laidumą per vamzdį, o kito poliškumo (tinklelis teigiamas ir katodo neigiamas) įtampa padidintų laidumą. Man įdomu, kad vienas iš vėlesnių išradintų tranzistorių dizainų turi tas pačias pagrindines pirmojo aktyviojo (elektroninio) įrenginio savybes.

Keli SPICE analizės parodys D tipo IGFET dabartinio reguliavimo elgseną. Pirma, bandymas su nuline įėjimo įtampa (vartai trumpi į šaltinį) ir maitinimo šaltiniu nuvažiuotas nuo 0 iki 50 voltų. Diagrama rodo drenažo srovę:

 n-channel igfet charakteristikos kreivė m1 1 0 0 0 mod1 vammeter 2 1 dc 0 v1 2 0 .modelis mod1 nmos vto = -1. dc v1 0 50 2 .plot dc i (vammeter) .end 

Kaip ir tikimasi bet kurio tranzistoriaus atveju, valdoma srovė palaiko reguliuojamą vertę per daugybę maitinimo įtampos. Tokiu atveju šis reguliuojamas taškas yra 10 μA (1.000E-05). Dabar pažiūrėkime, kas atsitinka, kai mes naudojame neigiamą įtampą prie vartų (su nuoroda į šaltinį) ir maitiname maitinimą iš to paties intervalo nuo 0 iki 50 voltų:

 n-channel igfet charakteristikos kreivė m1 1 3 0 0 mod1 vin 0 3 dc 0.5 vammeter 2 1 dc 0 v1 2 0 modelio mod1 nmos vto = -1. dc v1 0 50 2 .plc dc i (vammeter) .end 

Nenuostabu, kad nutekėjimo srovė dabar yra reguliuojama mažesniu 2, 5 μA verte (nuo 10 μA iki nulio įėjimo įtampos). Dabar pateiksime kito poliškumo įėjimo įtampą, kad padidintume IGFET:

 n-channel igfet charakteristikos kreivė m1 1 3 0 0 mod1 vin 3 0 dc 0, 5 vammeter 2 1 dc 0 v1 2 0 modelio mod1 nmos vto = -1. dc v1 0 50 2 .plot dc i (vammeter) .end 

Su tranzistoriumi, kurį sustiprina nedidelė valdymo įtampa, nutekėjimo srovė dabar padidėjo 22, 5 μA (2.250E-05). Iš šių trijų įtampos ir srovės skaičių turėtų būti aišku, kad drenažo srovės santykis su įėjimo į šaltinį įtampa yra netiesinė, kaip ir su JFET. Su 1/2 voltų iškraunama įtampa, nutekėjimo srovė yra 2, 5 μA; su 0 voltų įėjimo išleidimo srovė eina iki 10 μA; ir 1/2 voltų stiprintuvo įtampa, srovė yra 22, 5 μA. Norint geriau suvokti šį netiesiškumą, mes galime naudoti "SPICE", kad suplanuotų nutekamąją srovę įvairiose įėjimo įtampos reikšmėse, nuo neigiamo (išskaidančio) skaičiaus iki teigiamo (padidinančio) skaičiaus, išlaikant maitinimo įtampą V 1 pastovios vertės:

 n-channel igfet m1 1 3 0 0 mod1 vin 3 0 vammeter 2 1 dc 0 v1 2 0 dc 24 .model mod1 nmos vto = -1 .dc vin -1 1 0.1 .plc dc i (vammeter) .end 

Kaip ir JFET, šis būdingas IGFET netiesiškumas gali sukelti iškraipymus stiprintuvo grandinėje, nes įvesties signalas nebus atkuriamas 100 proc tikslumu išėjimo. Taip pat atkreipkite dėmesį, kad įtampos maždaug 1 volto įtampos su įėjimo įtampa nukrypsta kryptimi gali sugadinti kanalą taip, kad beveik nėra nutekėjimo srovės. D tipo IGFETs, kaip ir JFET, turi tam tikrą įtampą. Šis įvertinimas priklauso nuo konkretaus tranzistoriaus unikalumo ir gali būti ne tas pats, kaip mūsų modeliavimas čia.

IGFET charakteringų kreivių rinkinio brėžinys matome modelį, kuris neatitinka JFET modelio:

  • PERŽIŪRA: