Управление нагрузкой полевым транзистором: Your access to this site has been limited by the site owner

Управление мощной нагрузкой переменного тока / Хабр
Все знают, насколько ардуинщики гордятся миганием лампочками
Так как мигать светодиодами не интересно, речь пойдет про управление лампой накаливания на 220 вольт, включая управление её яркостью. Впрочем, материал относится и к некоторым другим типам нагрузки. Эта тема достаточно избита, но информация об особенностях, которые необходимо учесть, разрозненна по статьям и темам на форумах. Я постарался собрать её воедино и описать различия между схемами и обосновать выбор нужных компонентов.

Содержание

Выбор управляемой нагрузки
Существует много различных типов ламп. Не все из них поддаются регулировке яркости. И, в зависимости от типа лампы, требуются разные способы управления. Про типы ламп есть хорошая статья. Я же буду рассматриваться только лампы, работающие от переменного тока. Для таких ламп существует три основных способа управления яркостью (диммирование по переднему фронту, по заднему фронту и синус-диммирование).
Способы диммированияИллюстрация в формате SVG, может не отображжаться в старых браузерах и, особенно, в IE
Отличаются они тем, какая часть периода переменного тока пропускается через лампу. О применимости этих методов можно прочитать тут. В этой статье речь пойдет только о диммировании по преднему фронту, так как это самая простой и распространенный способ. Он подходит для управления яркостью ламп накаливания (включая галогенные), в том числе подключенных через ферромагнитный (не электронный) трансформатор. Эта же схема может применяться для управления мощностью нагревательных элементов и, в некоторой степени, электромоторов, а также для включения/выключения других электроприборов (без управления мощностью).
Выбор элементной базы
Различных вариантов схем управления нагрузкой в интернете много. Отличаются они по следующим параметрам:Первые два пункта определяются элементной базой. Очень часто для управления нагрузкой используют реле, как проверенный многолетним опытом элемент. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы, её необходимо включать и выключать 100 раз в секунду. Реле не рассчитаны на такую нагрузку и быстро выйдут из строя, даже если смогут переключаться так часто. Если в схеме используется MOSFET, то его можно открывать и закрывать в любой момент. Нам нем можно построить и RL, и RC, и синус димер. Но так как он проводит ток только в одну сторону, понадобится два транзистора на канал. Кроме того, высоковольтные MOSFET относительно дороги. Самым простым и дешевым способом является использование симистора. Он проводит ток в обоих направлениях и сам закрывается, когда через него прекращает течь ток. Про то, как он работает можно прочитать в статье DiHalt’а. Далее я буду полагаться на то, что вы это знаете.
Фазовая модуляция
Чтобы управлять яркостью лампы нам нужно подавать импульсы тока на затвор симистора в моменты, когда ток через симистор достигает определенной величины. В схемах без микроконтроллера для этого применяется настраиваемый делитель напряжения и динистор. Когда напряжение на симисторе превышает порог, при котором открывается динистор, ток проходит на затвор симистора и открывает его.
Если же управление ведется с микроконтроллера, то возможны два варианта:
  1. Подавать импульсы равно в тот момент времени, когда нужно. Для этого придётся завести на микроконтроллер сигнал с детектора перехода напряжения через ноль
  2. К затвору симистора подключить компаратор, на который завести сигнал с делителя напряжения и с аналогового выхода микроконтроллера
Первый способ хорош тем, что позволяет легко организовать гальваническую развязку высоковольтной части и микроконтроллера. О её важности будет сказано позже. Но любители arduino будут огорчены: чтобы лапа горела ровно, не вспыхивая и не погасая, импульсы нужно подавать вовремя. Для этого управлять выводом нужно из прерывания таймера, а моменты перехода напряжения через ноль фиксировать с помощью «input capture». Это «недокументированные» функции. Проблема решается отказом от библиотек arduino и внимательным чтением datasheet’а на процессоры avr. Это не так сложно, как кажется.
Второй способ управления симистором крайне прост в программном плане, но из-за отсутствия гальванической развязки я бы не стал его применять.
Гальваническая развязка
Самый простой способ управлять симистором — это подключить к затвору ножку микроконтроллера. Есть даже специальная серия симисторов BTA-600SW управляемых малыми токами.Но тогда контроллер и вся низковольтная часть не будет защищена от помех, гуляющих по бытовой сети. Некоторое из них могут быть достаточно мощными, чтобы сжечь микроконтроллер, другие будут вызывать сбои. Кроме того, сразу возникают проблемы со связью микроконтроллера с компьютером или другими микроконтроллерами: нужно будет делать развязку в линии связи или использовать дифференциальные линии, ведь, чтобы управлять симистором прямо с ноги микроконтроллера, нулевой потенциал для него должен совпадать с потенциалом нуля в бытовой сети. У компьютера или другого такого же микроконтроллера, подключенного в другой точке сети, нулевой потенциал почти наверняка будет другим. Результат будет плачевным.
Простой способ обеспечить гальваническую развязку: использовать драйвер симистора MOC30XX. Эти микросхемы отличаются:
  1. Расчетным напряжением. Если для сетей 110 вольт, есть для 220
  2. Наличием детектора нуля
  3. Током, открывающим драйвер
Драйвер с детектором нуля (MOC306X) переключается только в начале периода. Это обеспечивает отсутствие помех в электросети от симистора. Поэтому, если нет необходимости управлять выделяемой мощностью или управляемый прибор обладает большой инерционностью (например это нагревательный элемент в электроплитке), драйвер с детектором нуля будет оптимальным выбором. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы освещения, необходимо использовать драйвер без детектора нуля (MOC305X) и самостоятельно открывать его в нужные моменты.
Ток, необходимый для открытия важен, если вы хотите управлять несколькими нагрузками одновременно. У MOC3051 он 15 мА, у MOC3052 10мА. При этом микроконтроллеры stm могут пропускать через себя до 80-120 мА, а avr до 200 мА. Точные цифры нужно смотреть в соответствующих datasheet’ах.
Устойчивость к помехам/возможность коммутации индуктивной нагрузки
В электросети могут быть помехи, вызывающие самопроизвольное открытие симистора или его повреждение. Источником помех может служить:
  1. Нагрузка, управляемая симистором (обмотка мотора)
  2. Фильтр (snubber), расположенный рядом с симистором и призванный его защищать
  3. Внешняя помеха (грозовой разряд)
Помеха может быть как по напряжению, так и по току, причем более критичны скорости изменения соответствующих значений, чем их амплитуды. В datasheet’ах соответствующие значения указаны как:
V — максимальное напряжение, при котором может работать симистор. Максимальное пиковое напряжение не намного больше.
I — Максимальный ток, который может пропускать через себя симистор. Максимальный пиковый ток как правило значительно больше.
dV/dt — Максимальная скорость изменения напряжения на закрытом симисторе. При превышении этого значения он самопроизвольно откроется.
dI/dt — Максимальная скорость изменения тока при открытии симистора. При превышении этого значения он сгорит из-за того, что не успеет полностью открыться.
(dV/dt)c — Максимальная скорость изменения напряжения в момент закрытия симистора. Значительно меньше dV/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.
(dI/dt)c — Максимальная скорость изменения тока в момент закрытия симистора. Значительно меньше dI/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.
Подробно о природе этих ограничений и о том, как сделать фильтр, защищающий от превышения этих величин описано в Application Note AN-3008. К немо можно только добавить, что существуют 3Q симисторы, у которых значения dV/dt и dI/dt выше, чем у обычных за счет невозможности работать в 4ом квадранте (что обычно не требуется).
Выбор симистора

Максимальный ток коммутации
Максимальный ток коммутации ограничивается двумя параметрами: максимальным током, который может пропустить симистор и количеством тепла, которое вы можете от него отвести. С первым параметром все просто, он указан в datasheet’е. Но если посмотреть внимательно, то при токе в 16 ампер на BTA16-600BW выделяется около 20 ватт. Такую грелку уже не получится засунуть в коробку выключателя без вентиляции.
Минимальный ток коммутации
Симистор сохраняет проводимость до тех пор, пока через него идёт ток. Минимально необходимый ток указан в datasheet’е под именем latching current. Соответственно, слишком мощный симистор не сможет включать маломощную лампочку так как будет выключаться, как только с затвора пропадёт управляющий сигнал. Но так, как этот сигнал мы самостоятельно формируем микроконтроллером, то можно удерживать управляющий сигнал почти до самого конца полупериода, тем самым убрав ограничение на минимальную нагрузку. Однако, если не успеть снять сигнал, симистор не закроется и лампа не погаснет. При плохо подобранных константах лампы, работающие на не полной яркости периодически вспыхивают.
Изоляция
Симисторы в корпусе TO-220 могут быть изолированными или не изолированными. Я сначала сделал ошибку и купил BT137, в результате радиаторы охлаждения оказались под напряжением, что в моем случае нежелательно. Симисторы с маркировкой BTA изолированы, с маркировкой BTB нет.
Защита от перегрузки
Не стоит полагаться на автоматические выключатели. Посмотрите на спецификацию, при перегрузке в 1.4 раза автомат обязан выключиться не ранее, чем через час. А быстрое размыкание происходит только при перегрузке в 5 раз (для автоматов типа C). Это сделано для того, чтобы автомат не отключался при включении приборов, требующих при старте значительно больше энергии, чем при постоянной работе. Примером такого прибора является холодильник.
Симистор нужно защитить отдельным предохранителем, либо контролировать ток через него и отключать его при перегрузке, давая остыть.
Защита от короткого замыкания
При перегорании лампы накаливания может образовываться искровой разряд, имеющий очень низкое сопротивление. В результате цепь фактически замыкается накоротко, что приводит к выгоранию симистора.
Симистор может выгорать из-за двух причин:
  1. Превышение dI/dt. Симистор не успевает открыться полностью, ток идет не через весь кристалл, образуются локальные горячие области, выжигающие кристалл.
  2. Превышение интеграла Джоуля I^2t. Задает количество теплоты, накопление которой в кристалле приведет к разрушению кристалла.
dI/dt ограничивается индуктивностью проводки и внутренней ёмкостью симистора. Так как dI/dt достаточно велика (50 А/с для BTA16), может хватить индуктивности подводящей проводки, если она достаточно длинная. Можно подстраховаться и добавить небольшую индуктивность в виде нескольких витков провода вокруг сердечника.
С превышением интеграла Джоуля можно бороться либо уменьшая время прохождения тока через симистор, либо ограничивая ток. Так как симистор не закроется, пока ток не перейдет через ноль, не вводя дополнительных размыкателей нельзя сделать время прохождения тока менее одного полупериода. В качестве такого размыкателя можно использовать:
  1. Быстродействующий плавкий предохранитель. Обычный предохранитель не подойдет так как симистор сгорит до того, как он сработает. Но стоят такие предохранители дороже новых симисторов.
  2. Геркон/реле. Если удастся найти такое, чтобы выдерживало кратковременные большие токи.
Можно пойти по другому пути. BTA16-600 может выдержать ток в 160 амер в течении одного периода. Если сопротивление замыкаемой цепи будет порядка 1.5 Ом, то полупериод он выдержит. Сопротивление проводки даст 0.5 Ом. Остается добавить в цепь сопротивление в 1 Ом. Схема станет менее эффективной и появится еще одна грелка, выделяющая при штатной работе до 16 Вт тепла (0.45 Вт при работе 100 ваттной лампы), зато симистор не сгорит, если успеть его вовремя выключить и позаботиться о хорошем охлаждении, чтобы оставался запас на нагрев во время КЗ.
Из этого сопротивления можно извлечь дополнительную выгоду: измеряя падение напряжения на нем, можно узнавать ток, протекающий через симистор. Полученное значение можно использовать для того, чтобы определять короткое замыкание или перегрузку и отключать симистор.
Заключение
Я не претендую на абсолютную верность всего написанного. Статья писалась для того, чтобы упорядочить знания, прочитанные на просторах интернета и проверить, не забыл ли я чего. В частности раздел, касающийся защиты от перегрузок я еще не опробовал на практике. Если я где-то не прав, мне было бы интересно узнать об ошибках.
В статье нет ни одной схемы: знакомые с темой и так знают их наизусть, а новичку придётся заглянуть в datasheet к MOC3052 или в AN-3008 и, возможно, он заодно узнает что-то еще и не будет бездумно реализовывать готовую схему.
062-Как подключить к микроконтроллеру нагрузку? — GetChip.net

В следующих статьях будут устройства, которые должны управлять внешней нагрузкой. Под внешней нагрузкой я понимаю все, что прицеплено к ножкам микроконтроллера – светодиоды, лампочки, реле, двигатели, исполнительные устройства … ну Вы поняли. И как бы не была заезжена данная тема, но, чтобы избежать повторений в следующих статьях, я все-же рискну быть не оригинальным — Вы уж меня простите :). Я кратенько, в рекомендательной форме, покажу наиболее распространенные способы подключения нагрузки (если Вы  что-то захотите добавить – буду только рад).
Сразу договоримся, что речь идет о цифровом сигнале (микроконтроллер все-таки цифровое устройство) и не будем отходить от общей логики: 1-включено, 0-выключено. Начнем.

 

1 НАГРУЗКА ПОСТОЯННОГО ТОКА.
Нагрузкой постоянного тока являются: светодиоды, лампы, реле, двигатели постоянного тока, сервоприводы, различные исполнительные устройства и т.д. Такая нагрузка наиболее просто (и наиболее часто) подключается к микроконтроллеру.

1.1 Подключение нагрузки через резистор.
Самый простой и, наверно, чаще всего используемый способ, если речь идет о светодиодах.

Резистор нужен для того, чтобы ограничить ток протекающий, через ножку микроконтроллера до допустимых 20мА. Его называют балластным или гасящим. Примерно рассчитать величину резистора можно зная сопротивление нагрузки Rн.

Rгасящий = (5v / 0.02A) – Rн = 250 – Rн [Om]

Как видно, даже в самом худшем случае, когда сопротивление нагрузки равно нулю достаточно 250 Ом для того, что бы ток не превысил 20мА. А значит, если неохота чего-то там считать — ставьте 300 Ом и Вы защитите порт от перегрузки. Достоинство способа очевидно – простота.

1.2 Подключение нагрузки при помощи биполярного транзистора.
Если так случилась, что Ваша нагрузка потребляет более 20мА, то, ясное дело, резистор тут не поможет. Нужно как-то увеличить (читай усилить) ток. Что применяют для усиления сигнала? Правильно. Транзистор!

Для усиления удобней применять n-p-n транзистор, включенный по схеме ОЭ. При таком способе можно подключать нагрузку с большим напряжением питания, чем питание микроконтроллера. Резистор на базе – ограничительный. Может варьироваться в широких пределах (1-10 кОм), в любом случае транзистор будет работать в режиме насыщения. Транзистор может быть любой n-p-n транзистор. Коэффициент усиления, практически не имеет значения. Выбирается транзистор по току коллектора (нужный нам ток) и напряжению коллектор-эмиттер (напряжение которым запитывается нагрузка). Еще имеет значение рассеиваемая мощность — чтоб не перегрелся.

Из распространенных и легко доступных можно заюзать BC546, BC547, BC548, BC549 с любыми буквами (100мА), да и тот-же КТ315 сойдет (это у кого со старых запасов остались).
BC547.pdf (10337 Загрузок)

1.3 Подключение нагрузки при помощи полевого транзистора.
Ну а если ток нашей нагрузки лежит в пределах десятка ампер? Биполярный транзистор применить не получиться, так как токи управления таким транзистором велики и скорей всего превысят 20мА. Выходом может служить или составной транзистор (читать ниже) или полевой транзистор (он же МОП, он же MOSFET). Полевой транзистор просто замечательная штука, так как он управляется не током, а потенциалом на затворе. Это делает возможным микроскопическим током на затворе управлять большими токами нагрузки.

Для нас подойдет любой n-канальный полевой транзистор. Выбираем, как и биполярный, по току, напряжению и рассеиваемой мощности.

При включении полевого транзистора нужно учесть ряд моментов:
— так как затвор, фактически, является конденсатором, то в моменты переключения транзистора через него текут большие токи (кратковременно). Для того чтобы ограничить эти токи в затвор ставиться ограничивающий резистор.
— транзистор управляется малыми токами и если выход микроконтроллера, к которому подключен затвор, окажется в высокоимпедансном Z-состоянии полевик начнет открываться-закрываться непредсказуемо, вылавливая помехи. Для устранения такого поведения ножку микроконтроллера нужно «прижать» к земле резистором порядка 10кОм.
У полевого транзистора на фоне всех его положительных качеств есть недостаток. Платой за управление малым током является медлительность транзистора. ШИМ, конечно, он потянет, но на превышение допустимой частоты он Вам ответит перегревом.

Для применения можно порекомендовать мощные транзисторы IRF630, IRF640. Их часто используют и поэтому их легко достать.
IRF640.pdf (17393 Загрузки)

1.4 Подключение нагрузки при помощи составного транзистора Дарлингтона.
Альтернативой применения полевого транзистора при сильноточной нагрузке является применение составного транзистора Дарлингтона. Внешне это такой-же транзистор, как скажем, биполярный, но внутри для управления мощным выходным транзистором используется предварительная усилительная схема. Это позволяет малыми токами управлять мощной нагрузкой. Применение транзистора Дарлингтона не так интересно, как применение сборки таких транзисторов. Есть такая замечательная микросхема как ULN2003. В ее составе аж 7 транзисторов Дарлингтона, причем каждый можно нагрузить током до 500мА, причем их можно включать параллельно для увеличения тока.

Микросхема очень легко подключается к микроконтроллеру (просто ножка к ножке) имеет удобную разводку (вход напротив выхода) и не требует дополнительной обвязки. В результате такой удачной конструкции ULN2003 широко используется в радиолюбительской практике. Соответственно достать ее не составит труда.
ULN2003.pdf (19082 Загрузки)

 

2 НАГРУЗКА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.
Если Вам нужно управлять устройствами переменного тока (чаще всего 220v), то тут все сложней, но не на много.

2.1 Подключение нагрузки при помощи реле.
Самым простым и, наверное, самым надежным есть подключение при помощи реле. Катушка реле, сама собой, является сильноточной нагрузкой, поэтому напрямую к микроконтроллеру ее не включишь. Реле можно подключить через транзистор полевой или биполярный или через туже ULN2003, если нужно несколько каналов.

Достоинства такого способа большой коммутируемый ток (зависит от выбранного реле), гальваническая развязка. Недостатки: ограниченная скорость/частота включения и механический износ деталей.
Что-то рекомендовать для применения не имеет смысла — реле много, выбирайте по нужным параметрам и цене.

2.2 Подключение нагрузки при помощи симистора (триака).
Если нужно управлять мощной нагрузкой переменного тока а особенно если нужно управлять мощностью выдаваемой на нагрузку (димеры), то Вам просто не обойтись без применения симистора (или триака). Симистор открывается коротким импульсом тока через управляющий электрод (причем как для отрицательной, так и для положительной полуволны  напряжения). Закрывается симистор сам, в момент отсутствия напряжения на нем (при переходе напряжения через ноль). Вот тут начинаются сложности. Микроконтроллер должен контролировать момент перехода через ноль напряжения и в точно определенный момент подавать импульс для открытия симистора — это постоянная занятость контроллера. Еще одна сложность это отсутствие гальванической развязки у симистора. Приходится ее делать на отдельных элементах усложняя схему.


Хотя современные симисторы управляются довольно малым током и их можно подключить напрямую (через ограничительный резистор) к микроконтроллеру, из соображений безопасности приходится их включать через оптические развязывающие приборы. Причем это касается не только цепей управления симистором, но и цепей контроля нуля.

Довольно неоднозначный способ подключения нагрузки. Так как с одной стороны требует активного участия микроконтроллера и относительно сложного схемотехнического решения. С другой стороны позволяет очень гибко манипулировать нагрузкой. Еще один недостаток применения симисторов — большое количество цифрового шума, создаваемого при их работе — нужны цепи подавления.

Симисторы довольно широко используются, а в некоторых областях просто незаменимы, поэтому достать их не составляет каких либо проблем. Очень часто в радиолюбительстве применяют симисторы  типа BT138.
BT138.pdf (6449 Загрузок)

2.3 Подключение нагрузки при помощи твердотельного реле.
С недавних пор у радиолюбителей появилась очень замечательная штука — твердотельные реле. Представляют они из себя оптические приборы (еще их называют оптореле), с одной стороны, в общем случае, стоит светодиод, а с другой полевой транзистор со светочувствительным затвором. Управляется эта штука малым током, а манипулировать может значительной нагрузкой.

Подключать твердотельное реле к микроконтроллеру очень просто — как светодиод — через резистор.
Достоинства налицо: малые размеры, отсутствие механического износа, возможность манипулировать большим током и напряжением и самое главное оптическая развязка от опасного напряжения. Нагрузка может быть как постоянного, так и переменного тока в зависимости от конструкции реле. Из недостатков следует отметить относительную медлительность (чаще всего для коммутации используется полевик) и довольно значительную стоимость реле.

Если не гнаться за завышенными характеристиками можно подобрать себе прибор по приемлемой цене. Например, реле CPC1030N управляется током от 2мА, при этом способно коммутировать нагрузку переменного и постоянного тока 120мА и 350v (очень полезная для радиолюбителей вещь!)
CPC1030N.pdf (14224 Загрузки)

 

(Visited 143 404 times, 17 visits today)

Транзистор | Электроника для всех

О какой нагрузке идет речь? Да о любой — релюшки, лампочки, соленоиды, двигатели, сразу несколько светодиодов или сверхмощный силовой светодиод-прожектор. Короче, все что потребляет больше 15мА и/или требует напряжения питания больше 5 вольт.

Вот взять, например, реле. Пусть это будет BS-115C. Ток обмотки порядка 80мА, напряжение обмотки 12 вольт. Максимальное напряжение контактов 250В и 10А.

Подключение реле к микроконтроллеру это задача которая возникала практически у каждого. Одна проблема — микроконтроллер не может обеспечить мощность необходимую для нормальной работы катушки. Максимальный ток который может пропустить через себя выход контроллера редко превышает 20мА и это еще считается круто — мощный выход. Обычно не более 10мА. Да напряжение у нас тут не выше 5 вольт, а релюшке требуется целых 12. Бывают, конечно, реле и на пять вольт, но тока жрут больше раза в два. В общем, куда реле не целуй — везде жопа. Что делать?

Первое что приходит на ум — поставить транзистор. Верное решение — транзистор можно подобрать на сотни миллиампер, а то и на амперы. Если не хватает одного транзистора, то их можно включать каскадами, когда слабый открывает более сильный.

Поскольку у нас принято, что 1 это включено, а 0 выключено (это логично, хотя и противоречит моей давней привычке, пришедшей еще с архитектуры AT89C51), то 1 у нас будет подавать питание, а 0 снимать нагрузку. Возьмем биполярный транзистор. Реле требуется 80мА, поэтому ищем транзистор с коллекторным током более 80мА. В импортных даташитах этот параметр называется Ic, в наших Iк. Первое что пришло на ум — КТ315 — шедевральный совковый транзистор который применялся практически везде 🙂 Оранжевенький такой. Стоит не более одного рубля. Также прокатит КТ3107 с любым буквенным индексом или импортный BC546 (а также BC547, BC548, BC549). У транзистора, в первую очередь, надо определить назначение выводов. (далее…)

Read More »

Использование драйвера ключей нижнего и верхнего уровней IR2110 — объяснение и примеры схем

Быть может, после прочтения этой статьи вам не придётся ставить такие же по размерам радиаторы на транзисторы.
Перевод этой статьи.

Небольшое обращение от переводчика:Во-первых, в данном переводе могут быть серьёзные проблемы с переводом терминов, я не занимался электротехникой и схемотехникой достаточно, но всё же что-то знаю; также я пытался перевести всё максимально понятно, поэтому не использовал такие понятия, как бутсрепный, МОП-транзистор и т.п. Во-вторых, если орфографически сейчас уже сложно сделать ошибку (хвала текстовым процессорам с указанием ошибок), то ошибку в пунктуации сделать довольно-таки просто.
И вот по этим двум пунктам прошу пинать меня в комментариях как можно сильнее.

Теперь поговорим уже больше о теме статьи — при всём многообразии статей о построении различных транспортных средств наземного вида (машинок) на МК, на Arduino, на <вставить название>, само проектирование схемы, а тем более схемы подключения двигателя не описывается достаточно подробно. Обычно это выглядит так:
— берём двигатель
— берём компоненты
— подсоединяем компоненты и двигатель
— …
— PROFIT!1!

Но для построения более сложных схем, чем для простого кручения моторчика с ШИМ в одну сторону через L239x, обычно требуется знание о полных мостах (или H-мостах), о полевых транзисторах (или MOSFET), ну и о драйверах для них. Если ничто не ограничивает, то можно использовать для полного моста p-канальные и n-канальные транзисторы, но если двигатель достаточно мощный, то p-канальные транзисторы придётся сначала обвешивать большим количеством радиаторов, потом добавлять кулеры, ну а если совсем их жалко выкидывать, то можно попробовать и другие виды охлаждения, либо просто использовать в схеме лишь n-канальные транзисторы. Но с n-канальными транзисторами есть небольшая проблема — открыть их «по-хорошему» подчас бывает довольно сложно.

Поэтому я искал что-нибудь, что мне поможет с составлением правильной схемы, и я нашёл статью в блоге одного молодого человека, которого зовут Syed Tahmid Mahbub. Этой статьёй я и решил поделится.


Во многих ситуациях мы должны использовать полевые транзисторы как ключи верхнего уровня. Также во многих ситуациях мы должны использовать полевые транзисторы как ключи как и верхнего, так и нижнего уровней. Например, в мостовых схемах. В неполных мостовых схемах у нас есть 1 MOSFET верхнего уровня и 1 MOSFET нижнего уровня. В полных мостовых схемах мы имеем 2 MOSFETа верхнего уровня и 2 MOSFETа нижнего уровня. В таких ситуациях нам понадобится использовать драйвера как высокого, так и низкого уровней вместе. Наиболее распространённым способом управления полевыми транзисторами в таких случаях является использование драйвера ключей нижнего и верхнего уровней для MOSFET. Несомненно, самым популярным микросхемой-драйвером является IR2110. И в этой статье/учебнике я буду говорить о именно о нём.

Вы можете загрузить документацию для IR2110 с сайта IR. Вот ссылка для загрузки: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

Давайте для начала взглянем на блок-схему, а также описание и расположение контактов:


Рисунок 1 — Функциональная блок-схема IR2110


Рисунок 2 — Распиновка IR2110


Рисунок 3 — Описание пинов IR2110

Также стоит упомянуть, что IR2110 выпускается в двух корпусах — в виде 14-контактного PDIP для выводного монтажа и 16-контактного SOIC для поверхностного монтажа.

Теперь поговорим о различных контактах.

VCC — это питание нижнего уровня, должно быть между 10В и 20В. VDD — это логическое питание для IR2110, оно должно быть между +3В и +20В (по отношению к VSS). Фактическое напряжение, которое вы выберете для использования, зависит от уровня напряжения входных сигналов. Вот график:


Рисунок 4 — Зависимость логической 1 от питания

Обычно используется VDD равное +5В. При VDD = +5В, входной порог логической 1 немного выше, чем 3В. Таким образом, когда напряжение VDD = +5В, IR2110 может быть использован для управления нагрузкой, когда вход «1» выше, чем 3 (сколько-то) вольт. Это означает, что IR2110 может быть использован почти для всех схем, так как большинство схем, как правило, имеют питание примерно 5В. Когда вы используете микроконтроллеры, выходное напряжение будет выше, чем 4В (ведь микроконтроллер довольно часто имеет VDD = +5В). Когда используется SG3525 или TL494 или другой ШИМ-контроллер, то, вероятно, придётся их запитывать напряжением большим, чем 10В, значит на выходах будет больше, чем 8В, при логической единице. Таким образом, IR2110 может быть использован практически везде.

Вы также можете снизить VDD примерно до +4В, если используете микроконтроллер или любой чип, который даёт на выходе 3.3В (например, dsPIC33). При проектировании схем с IR2110, я заметил, что иногда схема не работает должным образом, когда VDD у IR2110 был выбран менее + 4В. Поэтому я не рекомендую использовать VDD ниже +4В. В большинстве моих схем уровни сигнала не имеют напряжение меньше, чем 4В как «1», и поэтому я использую VDD = +5V.

Если по каким-либо причинам в схеме уровень сигнала логической «1» имеет напряжение меньшее, чем 3В, то вам нужно использовать преобразователь уровней/транслятор уровней, он будет поднимать напряжение до приемлемых пределов. В таких ситуациях я рекомендую повышение до 4В или 5В и использование у IR2110 VDD = +5В.

Теперь давайте поговорим о VSS и COM. VSS это земля для логики. COM это «возврат низкого уровня» — в основном, заземление низкого уровня драйвера. Это может выглядеть так, что они являются независимыми, и можно подумать что, пожалуй, было бы возможно изолировать выходы драйвера и сигнальную логику драйвера. Тем не менее, это было бы неправильно. Несмотря на то что внутренне они не связаны, IR2110 является неизолированным драйвером, и это означает, что VSS и COM должны быть оба подключены к земле.

HIN и LIN это логические входы. Высокий сигнал на HIN означает, что мы хотим управлять верхним ключом, то есть на HO осуществляется вывод высокого уровня. Низкий сигнал на HIN означает, что мы хотим отключить MOSFET верхнего уровня, то есть на HO осуществляется вывод низкого уровня. Выход в HO, высокий или низкий, считается не по отношению к земле, а по отношению к VS. Мы скоро увидим, как усилительные схемы (диод + конденсатор), используя VCC, VB и VS, обеспечивают плавающее питания для управления MOSFETом. VS это плавающий возврат питания. При высоком уровне, уровень на HO равен уровню на VB, по отношению к VS. При низком уровне, уровень на HO равнен VS, по отношению к VS, фактически нулю.

Высокий сигнал LIN означает, что мы хотим управлять нижним ключом, то есть на LO осуществляется вывод высокого уровня. Низкий сигнал LIN означает, что мы хотим отключить MOSFET нижнего уровня, то есть на LO осуществляется вывод низкого уровня. Выход в LO считается относительно земли. Когда сигнал высокий, уровень в LO такой же как и в VCC, относительно VSS, фактически земля. Когда сигнал низкий, уровень в LO такой же как и в VSS, относительно VSS, фактически нуль.

SD используется в качестве контроля останова. Когда уровень низкий, IR2110 включен — функция останова отключена. Когда этот вывод является высоким, выходы выключены, отключая управление IR2110.
Теперь давайте взглянем на частые конфигурации с IR2110 для управления MOSFETами как верхних и нижних ключей — на полумостовые схемы.


Рисунок 5 — Базовая схема на IR2110 для управления полумостом

D1, C1 и C2 совместно с IR2110 формируют усилительную цепь. Когда LIN = 1 и Q2 включен, то C1 и С2 заряжаются до уровня VB, так как один диод расположен ниже +VCC. Когда LIN = 0 и HIN = 1, заряд на C1 и С2 используется для добавления дополнительного напряжения, VB в данном случае, выше уровня источника Q1 для управления Q1 в конфигурации верхнего ключа. Достаточно большая ёмкость должна быть выбрана у C1 для того чтобы её хватило для обеспечения необходимого заряда для Q1, чтобы Q1 был включён всё это время. C1 также не должен иметь слишком большую ёмкость, так как процесс заряда будет проходить долго и уровень напряжения не будет увеличиваться в достаточной степени чтобы сохранить MOSFET включённым. Чем большее время требуется во включённом состоянии, тем большая требуется ёмкость. Таким образом меньшая частота требует большую ёмкость C1. Больший коэффициент заполнения требует большую ёмкость C1. Конечно есть формулы для расчёта ёмкости, но для этого нужно знать множество параметров, а некоторые из них мы может не знать, например ток утечки конденсатора. Поэтому я просто оценил примерную ёмкость. Для низких частот, таких как 50Гц, я использую ёмкость от 47мкФ до 68мкФ. Для высоких частот, таких как 30-50кГц, я использую ёмкость от 4.7мкФ до 22мкФ. Так как мы используем электролитический конденсатор, то керамический конденсатор должен быть использован параллельно с этим конденсатором. Керамический конденсатор не обязателен, если усилительный конденсатор — танталовый.

D2 и D3 разряжают затвор MOSFETов быстро, минуя затворные резисторы и уменьшая время отключения. R1 и R2 это токоограничивающие затворные резисторы.

+MOSV может быть максимум 500В.

+VCC должен идти с источника без помех. Вы должны установить фильтрующие и развязочные конденсаторы от +VCC к земле для фильтрации.

Давайте теперь рассмотрим несколько примеров схем с IR2110.


Рисунок 6 — Схема с IR2110 для высоковольтного полумоста


Рисунок 7 — Схема с IR2110 для высоковольтного полного моста с независимым управлением ключами (кликабельно)

На рисунке 7 мы видим IR2110, использованный для управления полным мостом. В ней нет ничего сложного и, я думаю, уже сейчас вы это понимаете. Также тут можно применить достаточно популярное упрощение: HIN1 мы соединяем с LIN2, а HIN2 мы соединяем с LIN1, тем самым мы получаем управление всеми 4 ключами используя всего 2 входных сигнала, вместо 4, это показано на рисунке 8.


Рисунок 8 — Схема с IR2110 для высоковольтного полного моста с управлением ключами двумя входами (кликабельно)


Рисунок 9 — Схема с IR2110 как высоковольтного драйвера верхнего уровня

На рисунке 9 мы видим IR2110 использованный как драйвер верхнего уровня. Схема достаточно проста и имеет такую же функциональность как было описано выше. Есть вещь которую нужно учесть — так как мы больше не имеем ключа нижнего уровня, то должна быть нагрузка подключённая с OUT на землю. Иначе усилительный конденсатор не сможет зарядится.


Рисунок 10 — Схема с IR2110 как драйвера нижнего уровня


Рисунок 11 — Схема с IR2110 как двойного драйвера нижнего уровня


Если у вас проблемы с IR2110 и всё постоянно выходит из строя, горит или взрывается, то я уверен, что это из-за того, что вы не используете резисторы на затвор-исток, при условии, конечно, что вы всё спроектировали тщательно. НИКОГДА НЕ ЗАБЫВАЙТЕ О РЕЗИСТОРАХ НА ЗАТВОР-ИСТОК. Если вам интересно, вы можете прочитать о моем опыте с ними здесь (я также объясняю причину, по которой резисторы предотвращают повреждения): http://tahmidmc.blogspot.com/2012/10/magic-of-knowledge.html

Для дальнейшего чтения я рекомендую это: http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-978.pdf

Я видел как на многих форумах, люди бьются с проектированием схем на IR2110. У меня тоже было много трудностей прежде чем я cмог уверенно и последовательно строить успешные схемы драйвера на IR2110. Я попытался объяснить применение и использование IR2110 довольно тщательно, попутно всё объясняя и используя большое количество примеров, и я надеюсь, что это поможет вам в ваших начинаниях с IR2110.

Начинающим | Электроника для всех

Наверняка многим захочется присобачить к AVR фотодетектор, чтобы отслеживать хотя бы наличие или отсутствие света. Это полезно как для роботостроителей, так и для тех кто делает всякую автоматику. Итак, кратко опишу какие бывают фотодетекторы.

Фоторезистор
ИМХО вымирающий вид. Последний раз я его видел еще в детстве. Обычно представляет собой такой металический кругляк со стеклянным окошком, в котором видна этакая сероватая зигзагообразная дорожка. При освещении его сопротивление падает, правда незначительно, раза в три четыре.

Фототранзистор
Последнее время я на них натыкаюсь постоянно, неиссякаемый источник фототранзисторов — пятидюймовые дисководы. Последний раз я, по цене грязи, надыбал на радио барахолке штук 5 платок от дисковертов, там светотранзисторы стоят напротив дырок контроля записи и вращения дискеты. Еще сдвоенный фототранзистор (а может и фотодиод, как повезет) стоит в обычной шариковой мышке.
Выглядит как обычный светодиод, только корпус прозрачный. Впрочем, светодиоды тоже такие же бывают так что перепутать кто из них кто раз плюнуть. Но это не беда, партизан легко вычисляется обычным мультиметром. Достаточно включить омметр между его эмитером и коллектором (базы у него нет) и посветить на него, как его сопротивление рухнет просто катастрофически — с десятков килоом до считанных ом. Тот который у меня в детекторе вращения шестерен в роботе меняет свое сопротивление с 100кОм до 30 Ом. Работает фототранзистор подобно обычному — держит ток, но в качестве управляющего воздействия тут не ток базы, а световой поток.

Фотодиод
Внешне ничем не отличается от фототранзистора или обычного светодиода в прозрачном корпусе. Также порой встречаются древние фотодиоды в металлических корпусах. Обычно это совковые девайсы, марки ФД-чето там. Такой металлический цилиндрик с окошком в торце и торчащими из задницы проводками.

В отличии от фототранзистора, может работать в двух разных режимах. В фотогальваническом и фотодиодном.
В первом, фотогальваническом, варианте фотодиод ведет себя как солнечная батарейка, то есть посветил на него — на выводах возникло слабенькое напряжение. Его можно усилить и применить =). Но куда проще работать в фотодиодном режиме. Тут мы подаем на фотодиод обратное напряжение. Поскольку он хоть и фото, но диод, то в обратную сторону напряжение не пойдет, а значит его сопротивление будет близко к обрыву, а вот если его засветить, то диод начнет очень сильно подтравливать и сопротивление его будет резко падать. Причем резко, на пару порядков, как у фототранзистора.
(далее…)

Read More »

Полевой транзистор »Электроника Примечания

Полевой транзистор, полевой транзистор, представляет собой трехполюсное активное устройство, которое использует электрическое поле для управления током и имеет высокий входной импеданс, что полезно во многих цепях.


FET, полевой транзистор, учебное пособие включает в себя:
FET основы FET характеристики JFET МОП-транзистор Двойные ворота MOSFET Мощность МОП-транзистора MESFET / GaAs FET HEMT & PHEMT Технология FinFET


Полевой транзистор, FET — ключевой электронный компонент, используемый во многих областях электронной промышленности.

FET используется во многих схемах, построенных из дискретных электронных компонентов в областях от радиочастотной технологии до управления мощностью и электронного переключения на общее усиление.

Однако основное применение для полевого транзистора, FET находится в интегральных схемах. В этом приложении схемы FET потребляют гораздо более низкие уровни мощности, чем микросхемы, использующие технологию биполярных транзисторов. Это позволяет работать очень крупным интегральным схемам. Если бы использовалась биполярная технология, потребляемая мощность была бы на порядок выше, а генерируемая мощность слишком велика, чтобы рассеиваться из интегральной схемы.

Помимо использования в интегральных схемах, дискретные версии полевых транзисторов доступны как в виде свинцовых электронных компонентов, так и в качестве устройств поверхностного монтажа.

A lineup of field effect transistors - 2N7000 N-channel MOSFET - these are leaded electronic components, although many are available as surface mount devices Типичные полевые транзисторы Полевой транзистор

, история FET

До того, как на рынке электронных компонентов появились первые полевые транзисторы, эта концепция была известна в течение ряда лет. Было много трудностей с реализацией этого типа устройства и его работой.

Некоторые из ранних концепций полевого транзистора были изложены в статье Лилиенфилда в 1926 году и в другой статье Хейля в 1935 году.

Следующие фонды были созданы в 1940-х годах в Bell Laboratories, где была создана исследовательская группа по полупроводникам. Эта группа исследовала ряд областей, относящихся к полупроводникам и полупроводниковой технологии, одной из которых было устройство, которое модулировало бы ток, протекающий в полупроводниковом канале, при размещении электрического поля рядом с ним.

Во время этих ранних экспериментов исследователи не смогли воплотить идею в жизнь, превратив свои идеи в другую идею и, в конечном итоге, изобрели другую форму компонента полупроводниковой электроники: биполярный транзистор.

После этого большая часть исследований полупроводников была сфокусирована на улучшении биполярного транзистора, и идея полевого транзистора некоторое время не была полностью исследована. В настоящее время полевые транзисторы очень широко используются, обеспечивая основной активный элемент во многих интегральных схемах.Без этих электронных компонентов технология электроники была бы совсем другой, чем сейчас.

Полевой транзистор

— основы

Концепция полевого транзистора основана на концепции, согласно которой заряд на соседнем объекте может привлекать заряды в полупроводниковом канале. По сути, он работает с использованием эффекта электрического поля — отсюда и название.

Полевой транзистор состоит из полупроводникового канала с электродами на обоих концах, называемых стоком и истоком.

Управляющий электрод, называемый затвором, расположен в непосредственной близости от канала, так что его электрический заряд может влиять на канал.

Таким образом, затвор полевого транзистора управляет потоком носителей (электронов или дырок), текущим от источника к стоку. Это достигается путем контроля размера и формы проводящего канала.

Полупроводниковый канал, в котором протекает ток, может быть P-типа или N-типа. Это приводит к двум типам или категориям полевых транзисторов, известных как полевые транзисторы с каналом P-типа и N-каналом.

В дополнение к этому есть еще две категории. Увеличение напряжения на затворе может либо истощить, либо увеличить количество носителей заряда, доступных в канале. В результате появляются улучшенные режимы FET и FETs режима истощения.

N and P channel junction FET circuit symbol Обозначение цепи соединения FET

Поскольку только электрическое поле управляет током, протекающим в канале, устройство называется работающим от напряжения и имеет высокий входной импеданс, обычно много мегом. Это может быть явным преимуществом по сравнению с биполярным транзистором, который работает от тока и имеет намного более низкий входной импеданс.

Junction FET, JFET working below saturation Транзистор с полевым контактом, JFET, работающий ниже насыщения

FET схемы

Полевые транзисторы широко используются во всех видах схем, от используемых в схемах с дискретными электронными компонентами, до используемых в интегральных схемах.

Примечание по дизайну схемы полевого транзистора:

Полевые транзисторы могут использоваться во многих типах цепей, хотя тремя основными конфигурациями являются общий источник, общий сток (повторитель источника) и общий затвор.Сам дизайн схемы достаточно прост и может быть выполнен довольно легко.

Подробнее о Конструкция схемы полевого транзистора

Поскольку полевой транзистор является устройством, управляемым напряжением, а не токовым устройством, таким как биполярный транзистор, это означает, что некоторые аспекты схемы сильно отличаются: в частности, схемы смещения. Однако проектирование электронных схем с помощью полевых транзисторов относительно просто — оно немного отличается от того, которое используют биполярные транзисторы.

Используя полевые транзисторы, можно спроектировать схемы, такие как усилители напряжения, буферы или токоподводы, генераторы, фильтры и многое другое, и схемы очень похожи на схемы для биполярных транзисторов и даже термоэлектронных клапанов / вакуумных трубок. Интересно, что клапаны / трубки также являются устройствами, работающими от напряжения, и поэтому их цепи очень похожи, даже с точки зрения расположения смещения.

Типы полевых транзисторов

Есть много способов определить различные типы FET, которые доступны.Различные типы означают, что при проектировании электронных схем необходимо выбрать правильный электронный компонент для схемы. Выбрав правильное устройство, можно получить наилучшую производительность для данной схемы.

FET могут быть категоризированы несколькими способами, но некоторые из основных типов FET могут быть охвачены в диаграмме дерева ниже.

Field effect transistor types: insulated gate, junction, depletion, enhancement, p-channel, n-channel Типы полевых транзисторов

На рынке существует много разных типов полевых транзисторов, для которых существуют разные названия.Некоторые из основных категорий задерживаются ниже.

  • FET Junction, JFET: FET Junction или JFET использует диодное соединение с обратным смещением для обеспечения соединения затвора. Структура состоит из полупроводникового канала, который может быть N-типа или P-типа. Затем на канал изготавливают полупроводниковый диод таким образом, чтобы напряжение на диоде влияло на канал FET.

    При работе это обратное смещение, и это означает, что оно эффективно изолировано от канала — между ними может протекать только обратный ток диода.JFET — это самый основной тип FET, и тот, который был впервые разработан. Однако он по-прежнему обеспечивает отличный сервис во многих областях электроники.


  • Изолированный затвор МОП-транзистор с металлическим оксидом и кремнием / МОП-транзистор: В МОП-транзисторе используется изолированный слой между затвором и каналом. Обычно это формируется из слоя оксида полупроводника.

    Название IGFET относится к любому типу полевого транзистора с изолированным затвором.Наиболее распространенной формой IGFET является кремниевый MOSFET — металлический оксид кремния FET. Здесь затвор выполнен из слоя металла, нанесенного на оксид кремния, который в свою очередь находится на кремниевом канале. МОП-транзисторы широко используются во многих областях электроники и особенно в интегральных схемах.

    Ключевым фактором IGFET / MOSFET является чрезвычайно высокий импеданс затвора, который способны обеспечить эти полевые транзисторы. Тем не менее, будет связанная емкость, и это уменьшит входной импеданс при увеличении частоты.


  • MOSFET с двумя воротами: Это специализированная форма MOSFET с двумя последовательно соединенными воротами вдоль канала. Это позволяет добиться значительного улучшения производительности, особенно в радиочастотах, по сравнению с устройствами с одним затвором.

    Второй вентиль MOSFET обеспечивает дополнительную изоляцию между входом и выходом, и в дополнение к этому он может использоваться в приложениях, таких как микширование / умножение.


  • MESFET: MEET Кремниевый FET обычно изготавливается с использованием арсенида галлия и часто называется GaAs FET. Часто GaAsFET используются для радиочастотных приложений, где они могут обеспечить высокое усиление и низкий уровень шума. Одним из недостатков технологии GaAsFET является очень маленькая структура затвора, что делает его очень чувствительным к повреждениям от статического электричества. При обращении с этими устройствами необходимо соблюдать особую осторожность.


  • HEMT / PHEMT: Транзистор с высокой подвижностью электронов и псевдоморфный транзистор с высокой подвижностью электронов являются разработками базовой концепции FET, но разработаны для обеспечения работы на очень высоких частотах. Хотя они и дороги, они обеспечивают очень высокие частоты и высокий уровень производительности.


  • FinFET: В настоящее время технология FinFET используется в интегральных микросхемах для обеспечения более высоких уровней интеграции за счет использования меньших размеров функций.Поскольку требуются более высокие уровни плотности, и становится все труднее реализовать все меньшие размеры элементов, технология FinFET используется более широко.


  • VMOS: Стандарт VMOS для вертикальных MOS. Это тип полевого транзистора, который использует вертикальный поток тока для улучшения характеристик переключения и пропускания тока. VMOS FET широко используются для силовых приложений.

Хотя в литературе можно встретить и другие типы полевых транзисторов, часто эти типы являются торговыми наименованиями для конкретной технологии и являются вариантами некоторых типов FET, перечисленных выше.

FET технические характеристики

Помимо выбора конкретного типа полевого транзистора для любой данной схемы, также необходимо понимать различные характеристики. Таким образом, можно гарантировать, что FET будет работать с требуемыми параметрами производительности.

Спецификации

FET включают в себя все, от максимально допустимых напряжений и токов до уровней емкости и коэффициента трансдуктивности. Все они играют определенную роль в определении того, подходит ли какой-либо конкретный FET для данной схемы или приложения.

Технология полевых транзисторов может использоваться в ряде областей, где биполярные транзисторы не являются подходящими: каждое из этих полупроводниковых устройств имеет свои преимущества и недостатки и может быть эффективно использовано во многих цепях. Полевой транзистор имеет очень высокий входной импеданс и является устройством, управляемым напряжением, и это открывает его для использования во многих областях.

Больше электронных компонентов:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды транзистор Фототранзистор FET Типы памяти тиристор Соединители РЧ разъемы Клапаны / Трубы батареи Выключатели Реле
Вернуться в меню компонентов., ,

.

Junction Field Effect Transistor »Электроника Примечания

JFET — это активный электронный компонент, являющийся одной из рабочих лошадок электронной промышленности, обеспечивающий хороший баланс между затратами и производительностью.


FET, полевой транзистор, учебное пособие включает в себя:
FET основы FET характеристики JFET МОП-транзистор Двойные ворота MOSFET Мощность МОП-транзистора MESFET / GaAs FET HEMT & PHEMT Технология FinFET


Шунтирующий полевой транзистор или JFET широко используется в электронных схемах.Транзистор с полевым эффектом перехода является надежным и полезным электронным компонентом, который очень легко можно использовать в различных электронных схемах, от усилителей JFET до схем переключателей JFET.

Полевой транзистор с полевым контактом находится в свободном доступе, и JFET можно купить за очень небольшие деньги. Это делает их идеальными для использования во многих цепях, где интерес представляет хороший баланс между стоимостью и производительностью.

JFET были доступны в течение многих лет, и, хотя они не обеспечивают чрезвычайно высокого уровня входного сопротивления постоянного тока MOSFET, они, тем не менее, очень надежны, надежны и просты в использовании.Это делает эти электронные компоненты идеальным выбором для многих электронных схем. Кроме того, компоненты доступны как в свинцовых, так и в поверхностных форматах устройства.

Основы JFET

В основном полевой транзистор или полевой транзистор состоит из секции кремния, проводимость которой контролируется электрическим полем. Участок кремния, через который протекает ток, называется каналом и состоит из одного типа кремния: N-типа или P-типа.

N and P channel junction FET, JFET circuit symbol JET FET, символ цепи JFET

Соединения на обоих концах устройства известны как исток и сток.Электрическое поле для управления током прикладывается к третьему электроду, известному как затвор.

Поскольку только электрическое поле управляет током, протекающим в канале, устройство называется работающим от напряжения и имеет высокий входной импеданс, обычно много мегом. Это может быть явным преимуществом по сравнению с биполярным транзистором, который работает от тока и имеет намного более низкий входной импеданс.

JFET операция

Junction FET — это устройство с управлением по напряжению.Другими словами, напряжения, возникающие на затворе, управляют работой устройства.

Как N-канальные, так и P-канальные устройства работают одинаково, хотя носители заряда инвертированы, то есть электроны в одном и дырки в другом. Случай для N-канального устройства будет описан, так как это наиболее часто используемый тип.

 JFET, Junction FET working below saturation JET FET, JFET работает ниже насыщения

Толщина этого слоя изменяется в соответствии с величиной обратного смещения на стыке.Другими словами, когда имеется небольшое обратное смещение, обедненный слой только немного распространяется в канал, и имеется большая площадь для проведения тока.

Когда большой отрицательный сдвиг наложен на затвор, слой истощения увеличивается, расширяясь дальше в канал, уменьшая область, по которой может проводиться ток.

С увеличением смещения обедненный слой в конечном итоге будет увеличиваться до такой степени, что он простирается прямо через канал, и говорят, что канал обрезан.

Когда ток течет в канале, ситуация становится немного другой. При отсутствии напряжения на затворе электроны в канале (при условии, что канал n-типа) будут притягиваться положительным потенциалом на стоке и будут течь к нему, позволяя току течь внутри устройства и, следовательно, во внешней цепи.

Величина тока зависит от ряда факторов и включает в себя площадь поперечного сечения канала, его длину и проводимость (т.е.е. количество свободных электронов в материале) и приложенное напряжение.

Из этого видно, что канал действует как резистор, и вдоль его длины будет падение напряжения. В результате это означает, что p-n-переход становится все более и более смещенным в обратном направлении при приближении к стоку. Следовательно, слой истощения становится толще ближе к стоку, как показано.

По мере увеличения обратного смещения на затворе достигается точка, где канал почти перекрыт слоем истощения.Однако канал никогда полностью не закрывается. Причина этого заключается в том, что электростатические силы между электронами заставляют их распространяться, давая противодействие увеличению толщины обедненного слоя.

После определенной точки поле вокруг электронов, протекающих в канале, успешно противостоит любому дальнейшему увеличению в обедненном слое. Напряжение, при котором обедненный слой достигает своего максимума, называется напряжением отсечки.

JFET схема приложений

JFET являются очень полезными электронными компонентами, и в результате они используются во многих конструкциях электронных схем.Они предлагают ряд явных преимуществ, которые можно использовать во многих цепях.

  • Простое смещение
  • Высокое входное сопротивление
  • Малошумный

Ввиду своих характеристик JFET встречаются во многих цепях, начиная от усилителей до генераторов, а также от логических переключателей до фильтров и многих других приложений.

JFET структура и производство

JFET могут быть N-канальным P-канальным устройством. Они могут быть сделаны очень похожими способами, за исключением того, что области N и P в структуре ниже взаимозаменяемы.

Зачастую устройства изготавливаются внутри более крупной подложки, а сам FET изготавливается, как показано на схеме ниже.

Typical JFET, Junction FET, structure Типичная структура JFET

Существует множество способов изготовления полевых транзисторов. Для кремниевых устройств сильно легированная подложка обычно выступает в качестве второго затвора.

Активную область n-типа затем можно выращивать с использованием эпитаксии или формировать путем диффузии примесей в подложку или путем ионной имплантации.

При использовании арсенида галлия подложка формируется из полуизолирующего внутреннего слоя.Это снижает уровни любых паразитных емкостей и позволяет получить хорошие высокочастотные характеристики.

Независимо от материала, используемого для полевого транзистора, расстояние между стоком и источником важно и должно быть минимальным. Это сокращает время прохождения, когда требуются высокочастотные характеристики, и дает низкое сопротивление, которое жизненно важно, когда устройство используется для питания или коммутации.

Ввиду своей популярности JFET доступны в различных упаковках.Они широко доступны как свинцовые электронные компоненты в популярной пластиковой упаковке TO92, а также во многих других. Тогда как устройства поверхностного монтажа они доступны в упаковках, включая SOT-23 и SOT-223. Вероятно, в качестве устройств для поверхностного монтажа наиболее широко используются JFET. Наиболее крупномасштабное производство осуществляется с использованием технологии поверхностного монтажа и сопутствующих устройств поверхностного монтажа.

Несмотря на то, что JFET менее популярен, чем MOSFET и содержит меньше JFET, он все равно остается очень полезным компонентом.Обладая высоким входным сопротивлением, простым смещением, низким уровнем шума и низкой стоимостью, он обеспечивает высокий уровень производительности, который может использоваться во многих ситуациях.

Больше электронных компонентов:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды транзистор Фототранзистор FET Типы памяти тиристор Соединители РЧ разъемы Клапаны / Трубы батареи Выключатели Реле
Вернуться в меню компонентов., ,

.
Что такое полевой транзистор? — Определение, конструкция и классификация

Определение: FET — это сокращение, используемое для «полевого транзистора ». Это трехполюсное униполярное устройство, в котором проводимость управляется с помощью приложенного электрического поля . Само название дает краткое представление о его принципе работы, «эффект поля», эти два слова ясно указывают на то, что это транзистор, управляемый электрическим полем.

Таким образом, оно также называется устройством с контролируемым напряжением, в котором в проводящий механизм вовлечены только основные носители заряда.Он состоит из трех терминалов, то есть истока, затвора и стока. Символ схемы, описанный на приведенной ниже диаграмме, четко иллюстрирует три контакта полевого транзистора.

FET circuit symbol

История полевого транзистора

В 1926 году идея полевого транзистора (FET) была предложена Lilienfield. После этого в 1935 году Heil также пролил свет на полевой транзистор. Но к этому времени FET были не очень популярны.Именно в 1940 году значение полевых транзисторов набирает обороты. Это связано с тем, что в течение 1940-х годов исследования проводились в области полупроводников в лабораториях Белла .

Значение FET

Прежде чем обсуждать значение FET, я хотел бы поделиться важнейшей концепцией, касающейся FET. Транзистор в своем названии часто путают с биполярным транзистором. Но между FET и BJT, то есть биполярным транзистором, существует огромная разница.

Несмотря на то, что оба транзистора являются обоими, они имеют проводимость по току, и оба имеют три контакта, но на этом сходство заканчивается.BJT использует инжекцию и сбор неосновных носителей заряда, и этот процесс инжекции и сбора выполняется во время прямого смещения P-N-перехода. Напротив, полевые транзисторы используют электрическое поле для изменения ширины обеднения при обратном смещении соединения.

Таким образом, проводимость в BJT включает в себя как основные носители, так и неосновные, но механизм проводимости в полевых транзисторах обусловлен только основными носителями заряда. По этой причине полевые транзисторы называются однополюсными.

Водная аналогия, чтобы понять концепцию FET

Чтобы понять, как работает FET, давайте воспользуемся аналогией. Аналогии часто упрощают понимание даже сложной концепции. Источником воды может быть истолкован как источник полевого транзистора, сосуд, который собирает воду, аналогичен сливному терминалу полевого транзистора. Давайте кратко рассмотрим приведенную ниже диаграмму, после чего понимание концепции FET станет идеальным ходом.

Water analogy

Теперь, вы можете угадать, какой терминал ворот является аналогом? Если вы думаете о водопроводном кране, то да, вы правы.Это не что иное, как контрольный кран, который контролирует поток воды. Теперь способ, которым управляющий отвод модулирует количество воды, поступающей из выходного отверстия, таким же образом, напряжение на клемме затвора управляет потоком тока от источника к клемме слива.

Строительство и работа FET

Полупроводник является основой всех полевых транзисторов. В зависимости от используемого канала, то есть N-канала или P-канала, будет использоваться образец полупроводника. Если мы разрабатываем N-канальные JFET, то канал будет из полупроводника N-типа.А в середине противоположных фаз образец будет рассеиваться с помощью полупроводника P-типа.

Field Effect transistor

Полупроводниковая шина P-типа будет действовать как клемма затвора. Противоположные концы полупроводника P-типа будут соединены вместе, чтобы сформировать общую клемму затвора. Таким образом, по обе стороны от ворот будет два P-N-перехода, которые будут называться истоком и стоком.

Компоненты полевых транзисторов

  1. Канал: Это область, в которой текут большинство носителей заряда.Когда большинство носителей заряда вводятся в FET, то с помощью этого канала только они перетекают от истока к стоку.
  2. Источник: Источником является терминал, через который в FET вводятся основные носители заряда.
  3. «Слив»: «Слив» — это сборная клемма, в которую входят основные носители заряда и, таким образом, участвуют в процедуре проводимости.
  4. Гейт: Гейт терминал формируется путем диффузии одного типа полупроводника с другим типом полупроводника.Это в основном создает область высокой примеси, которая контролирует поток носителя от истока к стоку.

Классификация полевых транзисторов

Классификация FET может быть понята с помощью диаграммы, описанной на рисунке ниже. Полевые транзисторы в основном описаны в двух типах: JFET (полевой транзистор с полевым контактом) и полевой транзистор с изолированным затвором.

chart

Транзистор с полевым эффектом соединения : Полевой транзистор перехода — это не что иное, как полевой транзистор, в котором проводимость определяется изменением ширины истощения, когда соединение смещено в обратном направлении.В зависимости от конструкции он состоит из двух типов: N-канал и P-канал.

Полевой транзистор с изолированным затвором : Полевой транзистор с изолированным затвором — это тот, в котором затвор изолирован изоляционным материалом из образца полупроводника. Они имеют два типа MESFET (полевой транзистор с металлическим полупроводниковым эффектом) и MISFET (полевой транзистор с металлическим изолятором и полупроводниковым эффектом).

В MESFET и MISFET используется переход металл-полупроводник, а не обычный переход P-N.Но отличительной чертой обоих является использование изоляционного материала в случае MISFET, в то время как в MESFET нет изоляционного материала.

MOSFET является подтипом MISFET, в котором оксидный слой играет решающую роль в обеспечении изоляции между затвором и другими клеммами. МОП-транзисторы работают в двух режимах: , режим истощения и , режим улучшения . В режиме истощения существует физический канал, а в режиме улучшения это не так.

МОП-транзистор с истощением и улучшением может быть снова спроектирован двумя способами с использованием N-канала или P-канала.Это было краткое описание о полевых транзисторах.

,

% PDF-1.3 % 3693 0 объектов > endobj Xref 3693 210 0000000016 00000 n 0000004575 00000 n 0000004826 00000 n 0000004968 00000 n 0000005026 00000 n 0000005164 00000 n 0000020500 00000 n 0000021042 00000 n 0000021112 00000 n 0000021201 00000 n 0000021365 00000 n 0000021472 00000 n 0000021530 00000 n 0000021624 00000 n 0000021725 00000 n 0000021783 00000 n 0000021910 00000 n 0000021968 00000 n 0000022075 00000 n 0000022133 00000 n 0000022248 00000 n 0000022306 00000 n 0000022415 00000 n 0000022473 00000 n 0000022583 00000 n 0000022641 00000 n 0000022778 00000 n 0000022836 00000 n 0000023010 00000 n 0000023068 00000 n 0000023197 00000 n 0000023254 00000 n 0000023385 00000 n 0000023443 00000 n 0000023501 00000 n 0000023566 00000 n 0000023681 00000 n 0000023746 00000 n 0000023884 00000 n 0000023983 00000 n 0000024085 00000 n 0000024211 00000 n 0000024326 00000 n 0000024391 00000 n 0000024447 00000 n 0000024512 00000 n 0000024632 00000 n 0000024702 00000 n 0000024805 00000 n 0000024870 00000 n 0000024927 00000 n 0000024984 00000 n 0000025040 00000 n 0000025110 00000 n 0000025170 00000 n 0000025230 00000 n 0000025287 00000 n 0000025365 00000 n 0000025511 00000 n 0000025731 00000 n 0000025996 00000 n 0000027001 00000 n 0000027024 00000 n 0000028245 00000 n 0000028462 00000 n 0000041670 00000 n 0000041808 00000 n 0000042091 00000 n 0000042356 00000 n 0000042638 00000 n 0000042903 00000 n 0000044017 00000 n 0000044040 00000 n 0000045261 00000 n 0000045478 00000 n 0000058686 00000 n 0000059795 00000 n 0000059818 00000 n 0000061039 00000 n 0000061256 00000 n 0000074464 00000 n 0000075551 00000 n 0000075574 00000 n 0000076795 00000 n 0000077012 00000 n 0000090220 00000 n 0000090503 00000 n 0000090767 00000 n 0000091048 00000 n 0000091312 00000 n 0000092414 00000 n 0000092437 00000 n 0000093658 00000 n 0000093875 00000 n 0000107083 00000 n 0000108184 00000 n 0000108207 00000 n 0000109428 00000 n 0000109645 00000 n 0000122853 00000 n 0000123939 00000 n 0000123962 00000 n 0000125183 00000 n 0000125400 00000 n 0000138608 00000 n 0000138890 00000 n 0000139152 00000 n 0000139431 00000 n 0000139693 00000 n 0000140667 00000 n 0000140690 00000 n 0000141879 00000 n 0000142095 00000 n 0000172018 00000 n 0000172992 00000 n 0000173015 00000 n 0000174204 00000 n 0000174420 00000 n 0000204343 00000 n 0000205297 00000 n 0000205320 00000 n 0000206509 00000 n 0000206725 00000 n 0000236648 00000 n 0000236930 00000 n 0000237192 00000 n 0000237471 00000 n 0000237733 00000 n 0000238704 00000 n 0000238727 00000 n 0000239916 00000 n 0000240132 00000 n 0000270055 00000 n 0000271025 00000 n 0000271048 00000 n 0000272237 00000 n 0000272453 00000 n 0000302376 00000 n 0000303328 00000 n 0000303351 00000 n 0000304540 00000 n 0000304756 00000 n 0000334679 00000 n 0000335238 00000 n 0000335717 00000 n 0000351647 00000 n 0000351991 00000 n 0000352363 00000 n 0000352838 00000 n 0000353241 00000 n 0000356527 00000 n 0000356935 00000 n 0000357230 00000 n 0000361806 00000 n 0000362306 00000 n 0000362731 00000 n 0000373566 00000 n 0000373900 00000 n 0000374348 00000 n 0000374371 00000 n 0000375182 00000 n 0000375205 00000 n 0000375920 00000 n 0000375943 00000 n 0000376643 00000 n 0000376666 00000 n 0000377325 00000 n 0000377348 00000 n 0000378035 00000 n 0000378058 00000 n 0000378801 00000 n 0000379365 00000 n 0000395295 00000 n 0000395774 00000 n 0000396199 00000 n 0000396674 00000 n 0000407509 00000 n 0000407955 00000 n 0000408299 00000 n 0000408709 00000 n 0000409004 00000 n 0000412290 00000 n 0000412787 00000 n 0000413190 00000 n 0000417766 00000 n 0000418138 00000 n 0000418472 00000 n 0000418495 00000 n 0000419236 00000 n 0000419259 00000 n 0000419538 00000 n 0000419589 00000 n 0000419647 00000 n 0000419696 00000 n 0000419747 00000 n 0000419805 00000 n 0000419914 00000 n 0000419965 00000 n 0000420120 00000 n 0000420572 00000 n 0000420684 00000 n 0000420839 00000 n 0000421291 00000 n 0000421403 00000 n 0000421558 00000 n 0000421623 00000 n 0000421679 00000 n 0000421746 00000 n 0000005207 00000 n 0000020475 00000 n прицеп ] >> startxref 0 %% EOF 3694 0 объектов > endobj 3695 0 объектов [\ П% ׅ 6 Ģ {q0Z! /) / U ({f8fLPޠh ^ E ~ l) / P -64 / V 1 >> endobj 3696 0 объектов > endobj 3697 0 объектов г ^) >> endobj 3698 0 объектов > endobj 3901 0 объектов > поток + \ — X; s’̖ ~ W66U_ @ n36lt $ ׎ (| Q, lAA6ovAi72ы˜ = & Y \ TB / ^ O2} h2 \ ++ ܤ W8z @ sWXVE + KpNi \ = ‘bN0! l! mo̍fh *) D! rcbpsVJjUG LYT # 38 «-57҉.2ɠOff]

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *