Каталог
Полевой транзистор
Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, проводимость канала между истоком и стоком которого регулируется напряжением на затворе, создающим поперечное электрическое поле. В отличие от биполярных транзисторов, управление осуществляется только напряжением без потребления тока затвора, что обеспечивает высокое входное сопротивление (10⁹–10¹² Ом) и малые потери мощности.
Устройство полевого транзистора
Полевой транзистор состоит из канала между истоком (эмиттер) и стоком (коллектор), ограниченного затвором. Различают два основных типа:
С управляющим p-n-переходом (JFET): канал n-типа (электроны) или p-типа (дырки) ограничен с одной стороны p-n-переходом затвора. Напряжение затвор-исток (Vgs) изменяет ширину запирающего слоя, сужая или расширяя канал.
С изолированным затвором (MOSFET): между затвором и каналом оксидная изоляция (SiO₂, 20–100 нм). Различают с обогащением (формирование канала электрическим полем) и с истощением (исчезновение канала).
Корпуса: TO-92, TO-220, DPAK, PowerSO, SOT-23. Выводы: G (затвор), D (сток), S (исток), иногда B (корпус).
Принцип действия
JFET n-канальный: при Vgs=0 канал полностью открыт (Idss — ток закрытого стока). Отрицательное Vgs расширяет запирающий слой p-n-перехода, сужая канал. При Vgs=Vp (напряжение запирания, –1…–10 В) канал закрывается полностью.
MOSFET с обогащением n-канальный: при Vgs=0 канал отсутствует (исток и сток изолированы). Положительное Vgs>Ut (порог 1–4 В) формирует инверсионный слой электронов под диэлектриком — канал открывается. Дальнейший рост Vgs увеличивает подвижность носителей и Id.
MOSFET с истощением: канал присутствует при Vgs=0, отрицательное напряжение истощает носители, закрывая канал.
Уравнение тока стока: Id = K·(Vgs–Vt)² (квадратный закон для MOSFET в насыщении).
Режимы работы
-
Открытый канал (Vgs>Vp): Id зависит от Vgs и Vds
-
Насыщение (Vds>Vgs–Vp): Id=const, используется для усиления
-
Отсечка (Vgs<Vp): Id≈0, высокое сопротивление Rds>10⁶ Ом
-
Активный (линейная область): Id пропорционален Vds
Основные параметры
| Параметр | Обозначение | Значение | Единица |
|---|---|---|---|
| Напряжение сток-исток | Vds(max) | 20–1700 | В |
| Напряжение затвор-исток | Vgs(max) | ±20–±40 | В |
| Ток стока | Id(max) | 0,1–300 | А |
| Мощность рассеивания | Pd | 0,1–500 | Вт |
| Напряжение порога | Vth(Ut) | 0,5–6 | В |
| Сопротивление открытого канала | Rds(on) | 10 мОм–10 Ом | Ом |
| Емкость затвор-канал | Ciss | 50–5000 | пФ |
| Частота единичного усиления | fT | 10–100 ГГц | Гц |
Температурный диапазон: –55…+175 °C. Коэффициент усиления по току gm = 1–100 мСм.
Классификация
По типу канала:
-
n-канальные (электроны, высокая подвижность)
-
p-канальные (дырки, меньшая скорость)
По конструкции:
-
JFET (p-n затвор): низкошумящие усилители
-
MOSFET обогащение: логика, ключи
-
MOSFET истощение: постоянный ток при Vgs=0
По процессу:
-
Planar (плоский): массовое производство
-
Vertical DMOS: высоковольтные силовые
-
Trench: сверхнизкое Rds(on)
По напряжению:
-
Логика: 5–60 В (IRF540, IRF840)
-
Силовые: 600–1700 В (IXFH, SPP)
Типы конструктивного исполнения
Маломощные (2N7000, BSS84): до 1 А, SMD SOT-23
Средние (IRF540, IRF9540): 10–30 А, TO-220
Силовые (IRFP460, IXFH50N50): 50–200 А, TO-247, SOT-227
Сверхвысоковольтные (1200–6500 В): IGBT-аналог
Климатическое исполнение: УХЛ, ХЛ, Т, О по ГОСТ.
Сферы применения
Аналоговые схемы:
-
Низкошумящие усилители (JFET)
-
Генераторы, фильтры
-
Стабилизаторы напряжения
Цифровая техника:
-
Ключи логических элементов (CMOS)
-
Буферы, драйверы
-
Статическая логика
Силовая электроника:
-
Импульсные источники питания (SMPS)
-
DC/DC-преобразователи
-
Инверторы, приводы
-
ШИМ-регуляторы
Радиочастотные (GaAs, GaN): усилители мощности до 100 ГГц.
Полевые транзисторы доминируют в современной микроэлектронике (90% интегральных схем), силовых преобразователях и высокочастотных системах благодаря минимальным потерям, высокой плотности интеграции и быстродействию до 100 ГГц.
