Полевой транзистор.

Давненько не было на сайте статей по электронике и схемотехнике, поэтому сегодня положим начало циклу статей, посвященному устройству и работе полевого транзистора в различных схемах. И целью этой, стартовой статьи является понять что это за транзисторы такие, зачем они нужны и как работают.
Полевой транзистор

Как и биполярный, полевой транзистор имеет три вывода, соответственно, три электрода. И проводимость между двумя из этих электродов зависит от того, какое напряжение приложено к третьему. В этом, по большому счету, и заключается суть работы полевиков 😉

Полевые транзисторы, опять же как и их биполярные коллеги, бывают разных полярностей — n-типа и p-типа, а точнее n-канальные и p-канальные. Более того, есть еще и другие типы ПТ, но о подробной классификации мы поговорим позднее.

Давайте пока ограничимся рассмотрением, например, n-канального полевика, и для начала посмотрим на его обозначение на принципиальных схемах.

Схема полевого транзистора.

Обозначение полевого транзистора

Слева изображен n-канальный полевой транзистор и его электроды, а справа, соответственно, его биполярный n-p-n «аналог». Казалось бы, устройства практически полностью идентичны друг другу — в чем же разница? А вот в чем…

Само название ПТ нам говорит о том, что его работой управляет электрическое поле, которое создается приложенным к затвору напряжением (как вы помните, в БТ выходной ток управлялся током базы). В случае же ПТ через затвор и вовсе не течет никакой ток и в этом то, пожалуй, и заключается главная особенность этого устройства. Давайте разберемся чуть подробнее. Ток затвора отсутствует, следовательно, полное входное сопротивление транзистора невероятно велико (действительно, R = U / I, а I, то есть ток, у нас стремится к нулю). И это свойство полевика имеет огромное значение.

Из всего этого следует, что полевой транзистор нельзя рассматривать как устройство, усиливающее ток, поскольку на входе тока, как мы выяснили, нет совсем. Давайте рассмотрим, как же он все-таки работает.

Итак, напоминаю, что мы остановили свой выбор на рассмотрении n-канального полевого транзистора. Когда это устройство работает в нормальном режиме сток имеет положительный потенциал относительно истока (для p-канального, естественно, все наоборот). Ток же от стока и истоку не будет протекать до тех пор, пока к затвору не будет приложено положительное относительно истока напряжение. То есть как только мы подаем на затвор напряжение, превышающее потенциал истока, от стока к истоку начинает протекать ток. Меняя напряжение Uзи (напряжение затвор-исток) мы можем управлять величиной этого тока.

Давайте для лучшего понимания посмотрим на выходные характеристики (зависимость тока стока от напряжения сток-исток):

Выходные характеристики полевого транзистора

Видим, что при напряжениях сток-исток выше 1-2 В, ток стока остается практически неизменным. Эта область характеристик ПТ называется областью насыщения. С большой точностью полевой транзистор позволяет получить неизменный ток стока при постоянном значении напряжения затвор-исток. Как видим из графика — чем больше значение Uзи, тем больше становится величина тока стока. Кроме того, можно сказать, что ток стока прямо пропорционален квадрату разности напряжений (Uзи-Uп). Здесь Uп — это пороговое напряжение. Что это такое? А это такое напряжение затвора, при котором начинает протекать ток стока. Для данного графика пороговое значение напряжение затвор-исток составляет примерно 1.6 В.

Теперь давайте рассмотрим небольшой пример. Разберемся, как работает схема ключа на полевике:

Схема ключа на полевом транзисторе

Схема проста до безобразия, кроме самого ПТ в ней практически ничего нет ) Резистор здесь условно изображает нагрузку, пусть она рассчитана на потребление тока 100 мА и напряжение . При таком положении переключателя, как на рисунке, потенциал затвора равен потенциалу земли и равен потенциалу истока. А это значит, что полевик «выключен» и ток стока отсутствует. Чтобы «включить» транзистор необходимо, чтобы потенциал затвора превышал потенциал истока, что достигается переключением S1. В этом случае от стока к истоку начинает протекать ток стока, а из-за того, что транзистор имеет сопротивление довольно-таки маленькое по сравнению с нагрузкой, то потенциал стока станет близок к потенциалу земли, а напряжение на нагрузке составит практически 5 вольт. Смотрите сами почему так получается. Сопротивление нагрузки и выходное сопротивление транзистора представляют из себя обычный делитель напряжения, тогда значение напряжения на нагрузке:

U_{H} = \frac{5R_H}{R_H + R_T}

А учитывая, что R_T у нас намного меньше, чем R_H, мы и получаем, что почти все 5 вольт окажутся на нагрузке )

Эта схема очень напоминает ключ на БТ (про него шла речь вот тут — ссылка). Но тут есть очень важный момент. Как вы помните, при проектировании ключа на БТ необходимо заботиться о том, чтобы обеспечить необходимый ток базы, но при этом исключить избыточные затраты энергии. Ключ на ПТ избавляет нас от этих проблем, поскольку через затвор не течет никакого тока. И мы просто подаем на него полное входное напряжение и все 😉

Думаю, на этом сегодня закончим, а в следующей статье подробно рассмотрим, какие бывают типы полевиков и чем они отличаются друг от друга.

Понравилась статья? Поделись с друзьями!

Полевой транзистор.: 6 комментариев
  1. Классная статья, спасибо. Нашел маленькую опечатку :А учитывая, что U у нас намного меньше, чем U, мы и получаем, что почти все 5 вольт окажутся на нагрузке )

  2. Только самое главное забыли сказать: в статье рассматриваются только транзисторы с изолированным затвором. А бывают и другие.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *