Interessante Experimente: einige Möglichkeiten des Feldeffekttransistors. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Es ist bekannt, dass der Eingangswiderstand eines Bipolartransistors vom Lastwiderstand der Kaskade, dem Widerstandswert des Widerstands im Emitterkreis und dem Basisstromübertragungskoeffizienten abhängt. Manchmal kann es relativ klein sein, was es schwierig macht, die Kaskade an die Eingangssignalquelle anzupassen. Dieses Problem verschwindet vollständig, wenn Sie einen Feldeffekttransistor verwenden – sein Eingangswiderstand erreicht Dutzende und sogar Hunderte von Megaohm. Um den Feldeffekttransistor besser kennenzulernen, führen Sie die vorgeschlagenen Experimente durch.

Ein wenig über die Eigenschaften des Feldeffekttransistors. Die Feldelektrode verfügt wie die bipolare über drei Elektroden, die jedoch unterschiedlich heißen: Gate (ähnlich der Basis), Drain (Kollektor), Source (Emitter). Analog zu bipolaren Feldeffekttransistoren gibt es unterschiedliche „Strukturen“: mit einem p-Kanal und einem n-Kanal. Im Gegensatz zu bipolaren können sie mit einem Gate in Form eines pn-Übergangs und mit einem isolierten Gate ausgestattet sein. Unsere Experimente werden das erste davon betreffen.

Die Basis des Feldeffekttransistors ist ein Siliziumwafer (Gate), in dem sich ein dünner Bereich befindet, der als Kanal bezeichnet wird (Abb. 1a). Auf der einen Seite des Kanals befindet sich ein Abfluss, auf der anderen Seite eine Quelle. Beim Verbinden des Pluspols des Transistors mit der Source und des Minuspols der Leistungsbatterie GB2 mit dem Drain (Abb. 1, b) entsteht im Kanal ein elektrischer Strom. Der Kanal weist in diesem Fall maximale Leitfähigkeit auf.

Sobald Sie eine andere Stromquelle – GB1 – an die Source- und Gate-Anschlüsse (plus an das Gate) anschließen, „verengt“ sich der Kanal, was zu einem Anstieg des Widerstands im Drain-Source-Kreis führt. Der Strom in diesem Stromkreis nimmt sofort ab. Durch Ändern der Spannung zwischen Gate und Source wird der Drain-Strom gesteuert. Darüber hinaus fließt im Gate-Kreis kein Strom; der Drain-Strom wird durch ein elektrisches Feld gesteuert (deshalb wird der Transistor Feldeffekt genannt), das durch die an Source und Gate angelegte Spannung erzeugt wird.

Das oben Gesagte gilt für einen Transistor mit p-Kanal, wenn der Transistor jedoch über einen n-Kanal verfügt, ist die Polarität der Versorgungs- und Steuerspannung umgekehrt (Abb. 1c).

Am häufigsten findet man einen Feldeffekttransistor in einem Metallgehäuse – dann kann er zusätzlich zu den drei Hauptanschlüssen auch einen Gehäuseanschluss haben, der bei der Installation mit dem gemeinsamen Draht der Struktur verbunden wird.

Einer der Parameter eines Feldeffekttransistors ist der anfängliche Drain-Strom (Ic-Start), d. h. der Strom im Drain-Kreis bei Nullspannung am Transistor-Gate (in Abb. 2a befindet sich der Schieberegler des variablen Widerstands in der unteren Position). im Diagramm) und bei einer gegebenen Versorgungsspannung.

Wenn Sie den Widerstandsschieber im Schaltkreis sanft nach oben bewegen, nimmt der Drain-Strom mit zunehmender Spannung am Gate des Transistors ab (Abb. 2b) und fällt bei einer bestimmten Spannung für einen bestimmten Transistor auf nahezu Null. Die diesem Moment entsprechende Spannung wird als Abschaltspannung (UZIots) bezeichnet.

Die Abhängigkeit des Drain-Stroms von der Gate-Spannung ist ziemlich geradlinig. Wenn wir einen beliebigen Anstieg des Drain-Stroms nehmen und ihn durch den entsprechenden Anstieg der Spannung zwischen Gate und Source dividieren, erhalten wir den dritten Parameter – die Steigung der Kennlinie (S). Dieser Parameter lässt sich leicht ermitteln, ohne die Merkmale zu entfernen oder im Verzeichnis danach zu suchen. Es reicht aus, den anfänglichen Drain-Strom zu messen und dann beispielsweise ein galvanisches Element mit einer Spannung von 1,5 V zwischen Gate und Source anzuschließen. Subtrahieren Sie den resultierenden Drain-Strom vom anfänglichen und dividieren Sie den Rest durch die Elementspannung – Sie erhalten den Wert der Steigung der Kennlinie in Milliampere pro Volt.

Die Kenntnis der Merkmale eines Feldeffekttransistors ergänzt die Vertrautheit mit seinen Standardausgangseigenschaften (Abb. 2c). Sie werden entfernt, wenn sich die Spannung zwischen Drain und Source über mehrere feste Gate-Spannungen hinweg ändert. Es ist leicht zu erkennen, dass die Ausgangskennlinie bis zu einer bestimmten Spannung zwischen Drain und Source nichtlinear ist und dann innerhalb erheblicher Spannungsgrenzen nahezu horizontal verläuft.

Natürlich wird in realen Designs kein separates Netzteil verwendet, um das Gate mit Vorspannung zu versorgen. Die Vorspannung wird automatisch gebildet, wenn ein konstanter Widerstand mit dem erforderlichen Widerstandswert an den Quellenkreis angeschlossen wird.

Wählen Sie nun mehrere Feldeffekttransistoren der Serien KP103 (mit p-Kanal), KP303 (mit n-Kanal) mit unterschiedlichen Buchstabenindizes aus und üben Sie die Bestimmung ihrer Parameter anhand der angegebenen Diagramme.

Feldeffekttransistor - Berührungssensor. Das Wort „Sensor“ bedeutet Gefühl, Empfindung, Wahrnehmung. Daher können wir davon ausgehen, dass der Feldeffekttransistor in unserem Experiment als empfindliches Element fungiert, das auf die Berührung eines seiner Anschlüsse reagiert.

Zusätzlich zum Transistor (Abb. 3), beispielsweise einer der KP103-Serie, benötigen Sie ein Ohmmeter mit beliebigem Messbereich. Schließen Sie die Ohmmeter-Sonden in beliebiger Polarität an die Drain- und Source-Anschlüsse an – der Ohmmeter-Pfeil zeigt einen kleinen Widerstand dieser Transistorschaltung an.

Berühren Sie dann mit Ihrem Finger den Auslöserausgang. Die Nadel des Ohmmeters weicht stark in Richtung zunehmenden Widerstands ab. Dies geschah, weil elektrische Strominterferenzen die Spannung zwischen Gate und Source veränderten. Der Kanalwiderstand stieg an, was vom Ohmmeter aufgezeichnet wurde.

Versuchen Sie, den Quellanschluss mit einem anderen Finger zu berühren, ohne Ihren Finger vom Gate zu nehmen. Die Nadel des Ohmmeters kehrt in ihre ursprüngliche Position zurück – schließlich war das Tor über den Widerstand des Handteils mit der Quelle verbunden, was bedeutet, dass das Steuerfeld zwischen diesen Elektroden praktisch verschwunden ist und der Kanal leitend geworden ist.

Diese Eigenschaften von Feldeffekttransistoren werden häufig in Berührungsschaltern, Tasten und Schaltern genutzt.

Feldeffekttransistor - Feldanzeige. Modifizieren Sie das vorherige Experiment leicht: Bringen Sie den Transistor mit dem Gate-Anschluss (oder Gehäuse) so nah wie möglich an die Steckdose oder das daran angeschlossene Kabel eines funktionierenden Elektrogeräts. Der Effekt ist derselbe wie im vorherigen Fall: Die Nadel des Ohmmeters weicht in Richtung zunehmenden Widerstands ab. Das ist verständlich – in der Nähe der Steckdose oder um den Draht herum bildet sich ein elektrisches Feld, auf das der Transistor reagiert.

In dieser Funktion wird ein Feldeffekttransistor als Gerätesensor zum Erkennen versteckter elektrischer Leitungen oder der Lage eines Drahtbruchs in einer Neujahrsgirlande verwendet – an dieser Stelle erhöht sich die Feldstärke.

Halten Sie den Anzeigetransistor nahe an das Netzkabel und versuchen Sie, das Elektrogerät ein- und auszuschalten. Die Änderung des elektrischen Feldes wird mit der Nadel des Ohmmeters aufgezeichnet.

Feldeffekttransistor - variabler Widerstand. Nachdem Sie den Vorspannungs-Einstellkreis zwischen Gate und Source angeschlossen haben (Abb. 4), stellen Sie den Widerstandsschieber gemäß Diagramm auf die untere Position. Die Nadel des Ohmmeters zeichnet wie in früheren Experimenten den minimalen Widerstand des Drain-Source-Kreises auf.

Indem Sie den Widerstandsschieber im Stromkreis nach oben bewegen, können Sie eine sanfte Änderung der Ohmmeter-Messwerte (Widerstandsanstieg) beobachten. Der Feldeffekttransistor ist zu einem variablen Widerstand mit einem sehr großen Bereich an Widerstandsänderungen geworden, unabhängig vom Wert des Widerstands in der Gate-Schaltung. Die Polarität des Ohmmeter-Anschlusses spielt keine Rolle, aber die Polarität des galvanischen Elements muss geändert werden, wenn ein Transistor mit n-Kanal verwendet wird, beispielsweise einer der KP303-Serie. Feldeffekttransistor - Stromstabilisator.

Zur Durchführung dieses Experiments (Abb. 5) benötigen Sie eine Gleichstromquelle mit einer Spannung von 15...18 V (vier in Reihe geschaltete 3336-Batterien oder ein Wechselstromnetzteil), einen variablen Widerstand mit einem Widerstandswert von 10 oder 15 kOhm, zwei Konstantwiderstände, ein Milliamperemeter mit einer Messgrenze von 3-5 mA, ja Feldeffekttransistor.

Stellen Sie zunächst den Widerstandsschieber gemäß dem Diagramm auf die untere Position, entsprechend der Versorgung des Transistors mit der minimalen Versorgungsspannung - etwa 5 V mit den im Diagramm angegebenen Werten der Widerstände R2 und R3. Stellen Sie durch Auswahl des Widerstands R1 (falls erforderlich) den Strom im Transistor-Drain-Kreis auf 1,8 bis 2,2 mA ein. Beobachten Sie die Änderung des Drain-Stroms, während Sie den Widerstandsschieber im Stromkreis nach oben bewegen. Es kann vorkommen, dass er gleich bleibt oder leicht ansteigt. Mit anderen Worten: Wenn sich die Versorgungsspannung von 5 auf 15...18 V ändert, wird der Strom durch den Transistor automatisch auf dem angegebenen Wert gehalten (durch Widerstand R1). Darüber hinaus hängt die Genauigkeit der aktuellen Wartung vom ursprünglich eingestellten Wert ab – je kleiner dieser ist, desto höher ist die Genauigkeit. Die Analyse der in Abb. dargestellten Lagerleistungsmerkmale wird dazu beitragen, diese Schlussfolgerung zu bestätigen. 2, c.

Eine solche Kaskade wird Stromquelle oder Stromgenerator genannt. Es ist in den unterschiedlichsten Ausführungen zu finden.

Autor: B. Ivanov

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