Тепловые характеристики
Главный параметр, ограничивающий использование полевика — температура, необходимая для его нормальной работы, то есть, ее возрастание. Оно зависит от сопротивления прибора, когда сквозь него проходит электричество. Если оно небольшое, все равно присутствует небольшая рассеивающаяся мощность, что и вызывает нагрев.
Чтобы упростить расчеты, зависящие от нагревания IRF740, а в datasheet прописаны показатели его теплового сопротивления: от кристалла к корпусу и кристалл-внешняя среда.
Неверные вычисления тепловых характеристик для применения в проектах и неправильная пайка вызывают перегревание транзисторов. Как-то раз я читал радиолюбительский форум, и там один из участников говорил, что в сформированной им схеме пиратский металлоискатель слишком нагрет. Электронщик долго разбирался, и оказалось, что дело в некачественной пайке устройства на плату и снижение температуры.
Маркировка SMD-компонентов
Мне иногда кажется, что маркировка современных электронных компонентов превратилась в целую науку, подобную истории или археологии, так как, чтобы разобраться какой компонент установлен на плату иногда приходитсяпровести целый анализ окружающих его элементов. В этом плане советские выводные компоненты, на которых текстом писался номинал и модель были просто мечтой для любителя, так как не надо было ворошить груды справочников, чтобы разобраться, что это за детали.
Причина кроется в автоматизации процесса сборки. SMD компоненты устанавливаются роботами, в которых установлены сециальные бабины (подобные некогда бабинам с магнитными лентами), в которых расположены чип-компоненты. Роботу все равно, что там в бабине и есть ли у деталей маркировка. Маркировка нужна человеку.
Как отличить стабилизационный диод от обычного полупроводника
Очень часто люди задаются вопросом, как можно отличить стабилитрон от стандартного полупроводника, ведь, как мы выяснили раньше, оба этих элемента имеют практически идентичное обозначение на электросхеме и могут выполнять схожие функции. Самым простым способом отличить стабилизационный полупроводник от обычного является использование схемы приставки к мультиметру. С его помощью можно не только отличить оба элемента друг от друга, но и выявить напряжение стабилизации, которое характерно для данного смд (если оно, конечно, не превышает 35В). Схема приставки мультиметра является DC-DC преобразователем, в которой между входом и выходом имеется гальваническая развязка. Эта схема имеет следующий вид:
Схема приставки мультиметра
В ней генератор с широтно-импульсной модуляцией выполняется на специальной микросхеме МС34063, а для создания гальванической развязки между измерительной частью схемы и источником питания контрольное напряжение следует снимать с первичной обмотки трансформатора. Для этой цели имеется выпрямитель на VD2. При этом величина для выходного напряжения или тока стабилизации устанавливается путем подбора резистора R3. На конденсаторе С4 происходит выделение напряжения примерно в 40В. При этом проверяемый смд VDX и стабилизатор для тока А2 будут формировать параметрический стабилизатор. Мультиметр, который подключили к выводам Х1 и Х2, будет измерять на данном стабилитроне напряжение. При подключении катода к «-«, а анода к «+» диода, а также к несимметричному смд мультиметра, последний покажет незначительное напряжение. Если подключать в обратной полярности (как на схеме), то в ситуации с обычным полупроводником прибор будет регистрировать напряжение около 40В.
Здесь трансформатор Т1 будет намотан на торообразном ферритовом сердечнике с внешним диаметром в 23 мм. Такая обмотка 1 будет содержать 20 витков, а вторая обмотка — 35 витков провода ПЭВ 0,43
При этом важно при намотке укладывать виток к витку. Следует помнить, что первичная обмотка идет на одной части кольца, а вторая – на другой. Проводя настройку прибора, подключите резистор вместо smd VDX
Этот резистор должен иметь номинал 10 кОм. А сопротивление R3 нужно подбирать для того, чтобы добиться напряжения в 40В на конденсаторе С4 Вот так можно выяснить, стабилитрон у вас или обычный диод
Проводя настройку прибора, подключите резистор вместо smd VDX. Этот резистор должен иметь номинал 10 кОм. А сопротивление R3 нужно подбирать для того, чтобы добиться напряжения в 40В на конденсаторе С4 Вот так можно выяснить, стабилитрон у вас или обычный диод.
Рабочие режимы IRF740
Uзи (напряжение) бывает или нулевым, или обратным. Второе помогает прикрыть транзистор, поэтому и применяется внутри усилителей группы А и иных схемах с плавным регулированием.
В так называемом режиме отсечки Uзи=Uотсечки. Тогда для всех приборов оно разное, хоть и прилагается в обратную сторону.
Типы подключений
По аналогии с биполярниками, у рассматриваемого устройства есть 3 варианта подключения:
- С одним истоком. Самая распространенная схема, усиливает ток и мощность.
- С одним затвором. Непопулярный вариант. Небольшое напряжение входа, усиление отсутствует.
- С одним стоком. Напряжение усиливается почти на 100%, сильное сопротивление входа, маленькое — выхода. По-другому схема называется токовым повторителем.
Встречное, параллельное, последовательное соединение стабилитронов
Для повышения напряжения стабилизации можно последовательно соединять два и более стабилитрона. Например на нагрузке нужно получить 17 В, тогда, в случае отсутствия нужного номинала, применяют опорные диоды на 5,1 В и на 12 В.
Параллельное соединение применяется с целью повышения тока и мощности.
Также стабилитроны находят применение для стабилизации переменного напряжения. В этом случае они соединяются последовательно и встречно.
В один полупериод переменного напряжения работает один стабилитрон, а второй работает как обычный диод. Во второй полупериод полупроводниковые элементы выполняют противоположные функции. Однако в таком случае форма выходного напряжения будет отличается от входного и выглядит как трапеция. За счет того, что опорный диод будет отсекать напряжение, превышающее уровень стабилизации, верхушки синусоиды будут срезаться.
Достоинства и недостатки
Основной плюс всех ролевиков — высокий уровень входного сопротивления. Сопротивлением выхода называется соотношение силы тока с напряжением затвора-истока.
Суть работы прибора состоит в том, что им управляет электрическое поле, образующееся, когда прикладывается напряжение. Иными словами, полевиками управляет напряжение.
Полевики почти не тратят электричество, что уменьшает потери управления, изменение сигналов, перегруженность по току, исходящему от сигнального источника.
Средние показатели частоты полевиков намного превосходят биполярники. Это вызвано тем, что рассасывание заряда происходит быстрее. Ряд современных биполярников по основным характеристикам не уступают полевикам, за счет использования современных усовершенствованных технологий и сужения базы.
Транзисторы почти бесшумны. Дело в том, что в них практически нет инжекции заряда.
Устройство стабильно работает при температурных перепадах. Оно потребляет невысокую мощность состоянии проводника, что увеличивает КПД.
Основной минус — в том, что у таких транзисторов есть своего рода боязнь статики. То есть, если наэлектризовать руки и притронуться к прибору, он перестанет работать. Это называется результатом управления ключом посредством поля.
Поэтому для работы с транзисторами необходимы перчатки из диэлектрических материалов. Мало того, они должны заземляться с помощью специального браслета, с помощью паяльника с низким напряжением, у которого изолировано жало.
Транзисторные выводы нужно обмотать проволокой. Это приведёт к временному короткому замыканию при монтаже. Для современных приборов это почти безопасно, так как в них входят элементы для защиты, например, стабилитроны. Их задача — сработать при возрастании напряжения.
Бывают случаи, когда радиоэлектроники излишне опасаются, поэтому надевают на голову шапки, изготовленные из фольги. Инструкцию, конечно, нужно соблюдать, но это не говорит о том, что при минимальном отклонении от нее сразу сломается прибор.
Виды записи
Производители транзисторов применяют два основных типа шифрования – это цветовая и кодовая маркировки. Однако ни один, ни другой не имеют единых стандартов. Каждый завод, производящий полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды, стабилитроны и т. д.), принимает свои кодовые и цветовые обозначения. Можно встретить транзисторы одной группы и типа, изготовленные разными заводами, и маркированы они будут по-разному. Или наоборот: элементы будут различными, а обозначения на них – идентичными. В таких случаях различать их можно только по дополнительным признакам. Например, по длине выводов эмиттера и коллектора либо по окраске противоположной (или торцевой) поверхности. Маркировка полевых транзисторов ничем не отличается от меток на других приборах. Такая же ситуация и с полупроводниковыми элементами зарубежного производства: каждым заводом-изготовителем применяются свои типы обозначений.
Технология изготовления биполярных транзисторов.
Технология изготовления транзисторов ни чем не отличается от технологии изготовления диодов. Еще в начальный период развития транзисторной техники биполярные транзисторы делали только из германия методом вплавления примесей, и такие транзисторы называют сплавными.
Берется кристалл германия и в него вплавляются кусочки индия.Атомы индия диффузируют (проникают) в тело кристалла германия, образуя в нем две области p-типа – коллектор и эмиттер. Между этими областями остается очень тонкая (несколько микрон) прослойка полупроводника n-типа, которую именуют базой. А чтобы защитить кристалл от влияния света и механического воздействия его помещают в металлостеклянный, металлокерамический или пластмассовый корпус.
На картинке ниже показано схематическое устройство и конструкция сплавного транзистора, собранного на металлическом диске диаметром менее 10 мм. Сверху к этому диску приварен кристаллодержатель, являющийся внутренним выводом базы, а снизу диска – ее наружный проволочный вывод.
Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проводникам, которые впаяны в стеклянные изоляторы и служат внешними выводами этих электродов. Металлический колпак защищает прибор от влияния света и механических повреждений. Так устроены наиболее распространенные маломощные низкочастотные германиевые транзисторы из серии МП37 — МП42.
В обозначении буква «М» говорит, что корпус транзистора холодносварной, буква «П» — это первая буква слова «плоскостной», а цифры означают порядковый заводской номер транзистора. Как правило, после заводского номера ставят буквы А, Б, В, Г и т.д., указывающие на разновидность транзистора в данной серии, например, МП42Б.
С появлением новых технологий научились обрабатывать кристаллы кремния, и уже на его основе были созданы кремниевые транзисторы, получившие наиболее широкое применение в радиотехнике и на сегодняшний день практически полностью вытеснившие германиевые приборы.
Кремниевые транзисторы могут работать при более высоких температурах (до 125ºС), имеют меньшие обратные токи коллектора и эмиттера, а также более высокие пробивные напряжения.
Основным методом изготовления современных транзисторов является планарная технология, а транзисторы, выполненные по этой технологии, называют планарными. У таких транзисторов p-n переходы эмиттер-база и коллектор-база находятся в одной плоскости. Суть метода заключается в диффузии (вплавлении) в пластину исходного кремния примеси, которая может находиться в газообразной, жидкой или твердой фазе.
Как правило, коллектором транзистора, изготовленного по такой технологии, служит пластина исходного кремния, на поверхность которой вплавляют близко друг от друга два шарика примесных элементов. В процессе нагрева до строго определенной температуры происходит диффузия примесных элементов в пластину кремния.
При этом один шарик образует в пластине тонкую базовую область, а другой эмиттерную. В результате в пластине исходного кремния образуются два p-n перехода, образующие транзистор структуры p-n-p. По такой технологии изготавливают наиболее распространенные кремниевые транзисторы.
Также для изготовления транзисторных структур широко используются комбинированные методы: сплавление и диффузия или сочетание различных вариантов диффузии (двусторонняя, двойная односторонняя). Возможный пример такого транзистора: базовая область может быть диффузионная, а коллектор и эмиттер – сплавные.
Использование той или иной технологии при создании полупроводниковых приборов диктуется различными соображениями, связанными с техническими и экономическими показателями, а также их надежностью.
Литература по электронике
Наука, которая изучает транзисторы и другие приборы, называется электроника. Целый ее раздел посвящён полупроводниковым приборам. Если вам интересно получить больше информации о работе транзисторов, можно почитать следующие книги по этой тематике:
- Цифровая схемотехника и архитектура компьютера — Дэвид М.
- Операционные системы. Разработка и реализация — Эндрю Т.
- Силовая электроника для любителей и профессионалов — Б. Ю. Семенов .
В этих книгах описываются различные средства программируемой электроники. Конечно же, в основе всех программируемых схем, лежат транзисторы. Благодаря этим книгам вы не только получите новые знания о транзисторах, но и навыки, которые, возможно, принесут вам доход.
Теперь вы знаете, как работают транзисторы, и где они применяются в жизни. Если вам интересна эта тема, продолжайте её изучать, ведь прогресс не стоит на месте, и все технические устройства постоянно совершенствуются
В этом деле очень важно идти в ногу со временем. Успехов вам!. Источники
Источники
- https://habr.com/ru/post/133136/
- https://principraboty.ru/princip-raboty-tranzistora/
- https://odinelectric.ru/knowledgebase/kak-rabotaet-tranzistor-i-gde-ispolzuetsya
- https://rusenergetics.ru/oborudovanie/skhema-tranzistora
- https://RadioStorage.net/1670-tranzistory-osnovnye-parametry-i-harakteristiki-markirovka-tranzistorov.html
- https://tokar.guru/hochu-vse-znat/tranzistor-vidy-primenenie-i-principy-raboty.html
- https://www.RusElectronic.com/chitaem-elektricheskie-skhemy-s-tranzistorami/
Как проверить устройство с помощью мультиметра
Основная часть полевиков проверяется с помощью стандартного мультиметра. Первым делом нужно проверить, как работает так называемый диод-паразит, соединяющий выводы истока и стока. Далее — проверьте как мофсет открывают и закрывают одновременным быстрым прикосновением щупов оборудования к контактам G и S.
Если такая подача положительного заряда на первый вывод открывает транзистора, а между первым и вторым возникает короткое замыкание, значит, устройство находится в рабочем состоянии. При проблемах с его открытием, он нерабочий.
Но чтобы провести полноценную проверку мофсета, не достаточно одного мультиметра. Чтобы его открыть, на затворе должно быть напряжение максимум 4-5 В, а мультиметр выдает всего лишь 0,3. Так что, для проверки нужен запас источников питания, к примеру, стандартная крона.
Если быстро коснуться с помощью “минусовой” клеммы этой кроны контакта И, или “плюсово” — G, открывается транзистора. При этих условиях ток движется в 2 направлениях, можно сказать об исправности транзистора. До проверки на степени закрытия и открытия, проверьте, исправен ли паразитный диод. Взгляните на схему.
Полевики с обособленным затвором
Эти устройства часто используются как полупроводниковые управляющиеся ключи. Как правило, они функционируют в режиме ключа. Есть 2 положения — включить и выключить 3 названия:
- МДП, что означает присутствие в устройстве диэлектрического материала, полупроводника и металла.
- МОП. В него входит окислительный элемент, полупроводник и металл.
- МОФСЕТ:metal-oxide-semiconductor.
Все перечисленное — только варианты одного и того же наименования. Окислительный, или диэлектрический элемент — это, по сути, изолятор затвора. Он находится между самим затвором и n-участком. Это пространство белого цвета, с точечками, состоящее из кремниевого диоксида.
Диэлектрик не допускает электрического контакта подложки и затворного электрода. Он функционирует не так, как p-n переход, по принципу расширения канального перекрытия и перехода. Устройство действует за счёт смены концентрации полупроводниковых переносчиков заряда под влиянием внешнего электрополя.
Есть 2 вида распространённых транзисторов МОП: с индукционным и встроенным каналами.
Со встроенным
Принцип действия такого прибора аналогичен полевому транзистору с управлением от p-n перехода при нулевом напряжении затвора. Ток при этом течёт через ключ.
Транзисторы с внутренним каналом
Возле истока и стока есть 2 области с большим количеством заряженных примесей, имеющих повышенную проводимость. Здесь подложкой является p-основание.
Кристалл соединяется с истоком, поэтому на большей части условных графиков он так и изображен. Когда напряжение на затворе повышается, в канале появляется поперечное электрополе, отталкивающее Электроны. Происходит закрытие канала, когда достигается порог Uзи.
Когда подается отрицательное напряжение затвора — истока, стоковая сила тока уменьшается. Транзистор закрывается. Это называется режимом обеднения. Если же подаётся напряжение со знаком «+», на затворе и истоке осуществляется обратное: за счет притягивания электронов возрастает сила тока. Это явление именуют режимом обогащения.
Все описанное подходит к транзисторам типа n, с внутренним каналом. В случае с p происходит замена электронов так называемыми дырками, и происходит изменение полярности напряжения на другой знак.
С индуктивным каналом
В таких транзисторах не протекает ток, если нет напряжения затвора. Если сказать точнее, ток очень небольшой, поскольку он является обратным от подложки — к высоко легированным элементам стока и истока.
Если напряжение есть, мы имеем дело с вариантом канала индукции, где под влиянием поля заряды со знаком «-» попадают на территорию затвора. Это означает появление электронного коридора между истоком и стоком. При появлении канала происходит открытие транзистора и протекание через него электричества.
Приведем пример практического применения высокого сопротивления выхода. Устройства с такими свойствами довольно популярны. Это согласующие приборы, которыми проводится подключение электроакустики — гитар с пьезозвукоснимающими приборами и электрических гитар с электромагнитными снимателями звука, к входам с маленькими сопротивлениями
От невысокого сопротивления может произойти просадка сигнала выхода. Его форма может меняться в разных пределах, согласно частоте сигнала. Это можно предотвратить введением каскада невысокого сопротивления входа. Таким способом удобно подключаются электрогитары к линейным входам компьютерных видеокарт. Это делает звук более ярким, а тембр — насыщенным.