1. Чому транзистор - польовий?
2. Де використовуються польові транзистори?
3. Як працює польовий транзистор?
4. Як перевірити польовий транзистор?

Добрий день друзі!

Нещодавно ми з вами почали щільніше знайомилися з тим, як влаштовано комп'ютерне «залізо». І познайомилися одним з його «цеглинок» - напівпровідникових діодом. комп'ютер - це складна система, що складається з окремих частин. Розбираючи, як працюють ці окремі частини (великі і малі), ми набуваємо знання.

Знаходячи знання, ми отримуємо шанс допомогти своєму залізному другу-комп'ютера, якщо він раптом забарахлила. Ми ж адже в ответе за тех, кого приручили, чи не так?

Сьогодні ми продовжимо це цікаву справу, і спробуємо розібратися, як працює найбільший, мабуть, головний «цеглинка» електроніки - транзистор. З усіх видів транзисторів (їх чимало) ми обмежимося зараз розглядом роботи польових транзисторів.

Чому транзистор - польовий?

Слово «транзистор» утворено від двох англійських слів translate і resistor, тобто, іншими словами, це перетворювач опору.

Серед усього різноманіття транзисторів є і польові, тобто такі, які управляються електричним полем.

Електричне поле створюється напругою. Таким чином, польовий транзистор - це напівпровідниковий прилад, керований напругою.

В англомовній літературі використовується термін MOSFET (MOS Field Effect Transistor). Є інші типи напівпровідникових транзисторів, зокрема, біполярні, які управляються струмом. При цьому на управління витрачається і деяка потужність, так як до вхідних електродів необхідно прикладати деяку напругу.

Канал польового транзистора може бути відкритий тільки напругою, без протікання струму через вхідні електроди (за винятком дуже невеликого струму витоку). Тобто потужність на управління не витрачається. На практиці, однак, польові транзистори використовуються здебільшого не в статичному режимі, а переключаються з певною частотою.

Конструкція польового транзистора обумовлює наявність в ньому внутрішньої перехідної ємності, через яку при перемиканні протікає деякий струм, що залежить від частоти (чим більше частота, тим більше струм). Так що, строго кажучи, деяка потужність на управління все-таки витрачається.

Де використовуються польові транзистори?

Справжній рівень технології дозволяє зробити опір відкритого каналу потужного польового транзистора (ПТ) досить малим - в кілька сотих чи тисячних часток Ома!

І це є великою перевагою, так як при протіканні струму навіть в десяток ампер розсіюється на ПТ потужність не перевищить десятих або сотих часток Ватта.

Таким чином, можна відмовитися від громіздких радіаторів або сильно зменшити їх розміри.

ПТ широко використовуються в комп'ютерних блоках харчування і низьковольтних імпульсних стабілізаторах на м атерінской платі комп'ютера.

З усього різноманіття типів ПТ для цих цілей використовуються ПТ з індукованим каналом.

Як працює польовий транзистор?

ПТ з індукованим каналом містить три електрода - джерело (source), стік (drain), і затвор (gate).

Принцип роботи ПТ наполовину зрозумілий з графічного позначення і назви електродів.

Канал ПТ - це «водяна труба», в яку втікає «вода» (потік заряджених частинок, що утворюють електричний струм) через «джерело» (витік).

«Вода» випливає з іншого кінця «труби» через «злив» (стік). Затвор - це «кран», який відкриває або блокує потік. Щоб «вода» пішла по «трубі», треба створити в ній «тиск», тобто прикласти напругу між стоком і витоком.

Якщо напругу не докладено ( «тиску в системі немає»), струму в каналі не буде.

Якщо прикладена напруга, то «відкрити кран» можна подачею напруги на затвор щодо витоку.

Чим більше подано напругу, тим сильніше відкритий «кран», більше струм в каналі «стік-витік» і менше опір каналу.

У джерелах живлення ПТ використовується в ключовому режимі, тобто канал або повністю відкритий, або повністю закритий.

Чесно сказати, принципи дії ПТ набагато складніші, він може працювати не тільки в ключовому режимі. Його робота описується багатьма незрозумілими формулами, але ми не будемо тут все це описувати, а обмежимося цими простими аналогіями.

Скажемо тільки, що ПТ можуть бути з n-каналом (при цьому струм в каналі створюється негативно зарядженими частинками) і p-каналом (струм створюється позитивно зарядженими частинками). На графічному зображенні у ПТ з n-каналом стрілка спрямована всередину, у ПТ з p-каналом - назовні.

Власне, «труба» - це шматочок напівпровідника (найчастіше - кремнію) з домішками хімічних елементів різного типу, що обумовлює наявність позитивних або негативних зарядів в каналі.

Тепер переходимо до практики і поговоримо про те,

Як перевірити польовий транзистор?

У нормі опір між будь-якими висновками ПТ нескінченно велике.

І, якщо тестер показує якесь невеличке опір, то ПТ, швидше за все, пробитий і підлягає заміні.

У багатьох ПТ є вбудований діод між стоком і витоком для захисту каналу від зворотного напруги (напруги зворотної полярності).

Таким чином, якщо поставити «+» тестера (червоний щуп, з'єднаний з «червоним» входом тестера) на джерело, а «-» (чорний щуп, з'єднаний з чорним входом тестера) на стік, то канал буде «звониться», як звичайний діод в прямому напрямку.

Це справедливо для ПТ з n-каналом. Для ПТ з p-каналом полярність щупів буде зворотною.

Як перевірити діод за допомогою цифрового тестера, описано у відповідній статті . Тобто на ділянці «стік - витік» буде падати напруга 500-600 мВ.

Якщо поміняти полярність щупів, до діода буде докладено зворотна напруга, він буде закритий і тестер це зафіксує.

Однак справність захисного діода ще не говорить про справність транзистора в цілому. Більш того, якщо «прозванивать» ПТ, що не випаюючи зі схеми, то через паралельно підключених ланцюгів не завжди можна зробити однозначний висновок навіть про справність захисного діода.

У таких випадках можна випаять транзистор, і, використовуючи невелику схему для тестування, однозначно відповісти на питання - чи справний ПТ чи ні.

У початковому стані кнопка S1 розімкнути, напруга на затворі щодо стоку дорівнює нулю. ПТ закритий, і світлодіод HL1 не світиться.

При замиканні кнопки на резисторі R3 з'являється падіння напруги (близько 4 В), прикладена між витоком і затвором. ПТ відкривається, і світлодіод HL1 світиться.

Цю схему можна зібрати у вигляді модуля з роз'ємом для ПВ. Транзистори в корпусі D2 pack (який призначений для монтажу на друковану плату) в роз'єм не вставиш, але можна припаяти до його електродів провідники, і вже їх вставити в роз'єм. Для перевірки ПТ з p-каналом полярність харчування і світлодіода потрібно змінити на зворотну.

Іноді напівпровідникові прилади виходять з ладу бурхливо, з піротехнічними, димовими і світловими ефектами.

У цьому випадку на корпусі утворюються дірки, він тріскається або розлітається на шматки. І можна зробити однозначний висновок про їхню несправність, не вдаючись до приладів.

На закінчення скажемо, що букви MOS в абревіатурі MOSFET розшифровуються як Metal - Oxide - Semiconductor (метал - оксид - напівпровідник). Така структура ПТ - металевий затвор ( «кран») відділений від каналу з напівпровідника шаром діелектрика (оксиду кремнію).

Сподіваюся, з «трубами», «кранами» та іншої «сантехнікою» ви сьогодні розібралися.

Однак, теорія, як відомо, без практики мертва! Треба обов'язково поекспериментувати з польовиком, поколупатися, повозитися з їх перевіркою, помацати, так би мовити.

До речі, купити польові транзистори можна.