Как работает полевой транзистор: Глубокое погружение в принципы и режимы
В предыдущей статье мы узнали, что полевой транзистор (FET) управляется напряжением. Но что именно происходит внутри полупроводника, когда мы подаем сигнал на затвор? Понимание физики процесса позволяет не просто использовать транзистор как «черный ящик», а эффективно проектировать надежные схемы.
1. Суть процесса: Эффект поля
В основе работы MOSFET лежит управление проводимостью канала. Когда на Затвор (Gate) подается напряжение относительно Истока (Source), создается электрическое поле. Это поле притягивает носители заряда к поверхности под затвором, образуя проводящий слой. Минимальное напряжение, необходимое для появления этого слоя, называется Пороговым напряжением (VGS(th)).
2. Три режима работы полевого транзистора
В зависимости от приложенных напряжений на затворе и стоке, транзистор может находиться в одном из трех состояний:
- Режим отсечки (Cutoff): Напряжение затвора меньше порогового (VGS < VGS(th)). Канал не сформирован, ток через транзистор не течет. Транзистор полностью «закрыт».
- Линейный (Омический) режим: Затвор открыт (VGS > VGS(th)), а напряжение на стоке невелико. В этом режиме транзистор ведет себя как обычный резистор. Это идеальное состояние для использования транзистора в качестве электронного ключа.
- Режим насыщения (Saturation): При дальнейшем увеличении напряжения на стоке (VDS) ток через канал перестает расти и стабилизируется. В этом режиме транзистор работает как регулируемый источник тока или усилитель.
3. Разбираем график ВАХ (Вольт-амперная характеристика)
График ВАХ — это «карта», которая показывает возможности транзистора. По вертикальной оси откладывается ток стока (ID), а по горизонтальной — напряжение Сток-Исток (VDS).
Для силовых ключей инженеры стремятся удерживать рабочую точку в линейной области, так как именно там сопротивление транзистора минимально. Если транзистор случайно уйдет в режим насыщения при большом токе, он начнет мгновенно выделять огромное количество тепла и может сгореть.
4. Ключевые параметры для разработки
При чтении технической документации (даташитов) обращайте внимание на эти обозначения:
- VGS(th): Напряжение открытия.
- RDS(on): Сопротивление канала в полностью открытом состоянии. Чем оно ниже, тем меньше нагрев.
- Ciss: Входная емкость затвора. Чем она выше, тем «медленнее» транзистор будет переключаться.
Заключение
Теперь вы понимаете, как именно напряжение на затворе превращает полупроводник в проводник. Это знание — ключ к созданию эффективных диммеров, контроллеров двигателей и блоков питания. В следующей статье мы завершим серию, сравнив FET и биполярные транзисторы, и дадим советы по их выбору. Если вы ищете компоненты с низким RDS(on), вы можете подобрать MOSFET в нашем каталоге.
