Полевые транзисторы (FET-транзисторы)

Полевые транзисторы управляют током нагрузки с помощью электрического поля. Это поле создается поданным управляющим напряжением.

Полевой транзистор с p-n-переходом (J-FET¹⁾-транзистор) (рис. 2).Имеет канал с проводимостью n-типа или p-типа между стоком (D) и истоком (S). Прохождение тока по каналу сток-исток управляется посредством управляющего напряжения через затвор (G).

__________________

¹⁾ J = junction (англ.) = запирающий слой

Рис. 2. Полевой транзистор с p-n-переходом, легированный примесью n-типа

Функция. В полевых транзисторах носители зарядов движутся по полупроводнику между стоком (С) и истоком (И). Поданное на затвор напряжение создает электрическое поле. Это поле в зависимости от типа конструкции может подавлять или усиливать проводимость. В полевом транзисторе с p-n-переходом, легированном примесью n-типа, существуют затворы, состоящие из областей, легированных примесью n-типа. Канал (запирающий слой) легирован примесью n-типа. При подаче на затвор некоторого напряжения, отрицательного относительно истока, образуется отталкивающее электрическое поле. Оно вытесняет электроны, протекающие по каналу сток-исток, и тем самым сужает поперечное сечение. Поскольку при включении-выключении затвора управляющий ток не течет, полевой транзистор работает без потерь мощности.

Полевой транзистор с изолированным затвором (IG-FET²⁾-транзистор). Как правило, изготавливается в виде МОП(MOSFET)-транзистора (полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник) (рис. 3). При этом затвор образован не областью, легированной примесью p-типа, а металлическим электродом. Этот электрод изолирован от канала слоем оксида.

Рис. 3. МОП(MOSFET)-транзистор

Полевые транзисторы с изолированным затвором (IG-FET-транзисторы) можно разделить на следующие две группы:

1. МОП-транзисторы с индуцированным каналом (с обогащением канала): в МОП-транзисторе с обогащением канала при напряжении 0 В между затвором и истоком ток между стоком и истоком не течет.

2. МОП-транзисторы со встроенным каналом (с обеднением канала): в МОП-транзисторе с обеднением канала при напряжении 0 В между затвором и истоком между стоком и истоком течет ток.

_________________

²⁾ IG от Isolate Gate (англ.) = изолированный затвор

В таблице 1 представлены различные типы полевых транзисторов.

Таблица 1

Полевые транзисторы
Полупровод- никовый элемент	Тип канала	Носители заряда	Условное схемати- ческое обозначе-ние
J-FET-транзистор
IG-FET-транзистор

Полевые транзисторы имеют по сравнению с традиционными (биполярными) транзисторами определенные преимущества, особенно, касающиеся времени выключения и предельной частоты (таблица 2).

Таблица 2

Сравнение традиционных (биполярных) транзисторов и однополярного (полевого) транзистора
	Биполярный		Полевой
Входное сопротивление	низкое	высокое
Управление	током, потери мощности	напряжением, без потерь мощности
Время включения	50 ... 500 НС	10 ... 600 НС
Время выключения	500 ... 2000 НС	10 ... 600 НС
Предельная частота	100 MГц	несколько ГГц
Перегрузочная способность	низкая	хорошая
Термическая стабилизация	требуется	не требуется

Полевые транзисторы могут подобно традиционным транзисторам применяться в качестве выключателей и в усилительных схемах.

Тиристоры

Тиристор – это управляемый электронный выключатель с выпрямляющим эффектом. Состоит из 4 последовательно соединенных полупроводниковых слоев. 3 из этих полупроводниковых слоев снабжены выводами (рис. 1):

· анод (A)

· катод (K)

· управляющий электрод (G)

В зависимости от структуры полупроводниковых слоев различают тиристоры с управляющим электродом p-типа и тиристоры с управляющим электродом n-типа. Наиболее употребительным типом тиристоров является полупроводниковый p-n-p-n-элемент с управляющим электродом p-типа.

Рис. 1. Основная структура тиристора с управляющим электродом p-типа и его условное схематическое обозначение

Тиристор в режиме проводимости. В тиристоре с управляющим электродом p-типа происходит включение (отпирание), т.е. обеспечение проводимости четырех полупроводниковых слоев, посредством короткого импульса положительного напряжения, который подается на управляющий электрод (рис. 2). После отпирания тиристор остается проводящим всё время, пока между анодом (A) и катодом (K) имеется небольшая разность потенциалов. Это имеет место, когда течет минимальный рабочий ток (ток удержания). В отличие от транзистора рабочий ток в самом тиристоре не регулируемый.

Рис. 2. Тиристор в качестве выключателя

После отпирания тиристор работает как диод.

Тиристор в режиме запирания. Заставить тиристор запереть, т.е. прервать прохождение тока, можно следующим образом:

· Кратковременно прервать ток нагрузки. При больших токах нагрузки это практически невозможно.

· Подавить протекающий ток удержания на доли секунды, при этом подать на анод (A) короткий импульс отрицательного напряжения.

· Изменить направление тока нагрузки, как это происходит при переменном токе при прохождении через нуль. После этого он должен вновь отпираться после каждого прохождения через нуль.

Тиристоры могут применяться в следующих областях:

· для выпрямления (переменного напряжения в постоянное), например, при использовании больших автобусных генераторов.

· для преобразования напряжения (постоянного напряжения в переменное, например, в преобразователях).

· для регулируемого выпрямления. Постоянное напряжение может регулироваться по величине.

· в однофазных преобразователях-регуляторах переменного напряжения, например, регуляторах света ламп накаливания. Величина напряжения может регулироваться.

· в преобразователях частоты. С их помощью может регулироваться частота переменного напряжения, генерированного из постоянного напряжения. Таким образом может осуществляться регулирование числа оборотов электродвигателей переменного напряжения.

· в силовых электронных устройствах с номинальными напряжениями от 50 В до 8 000 В и номинальными токами от 0,4 A до 4 500 A..