Транзистор моп-принцип работы, структура, основные характеристики

Полевик и человек

А. К. Саврасов. К концу лета на Волге. 1873 год

Образ полевика как хозяина поля размыт, лишь иногда он отчётливо соотносится с полем и полевыми работами. На Русском Севере при выгоне скотины на пастбище к нему обращались с просьбой позаботиться о ней, а когда забирали её обратно, то благодарили за сохранность. Если пасущаяся скотина пропадала, то к полевому обращались с просьбой вернуть её, при этом ему приносился дар, который кидали через правое плечо, — кусок хлеба и три копейки. Чтобы обеспечить благосклонность полевика, ему могли приносить небольшие жертвы, так, в Орловской губернии зафиксирован обычай оставлять накануне Духова дня в поле около рвов пару яиц и украденного у соседей безголосого петуха. Существовали поверья, что во время жатвы полевики убегают от серпа и прячутся в тех колосьях, которые остались на ниве несжатыми, пока в конце концов не оказываются в последнем дожатом снопе, который играл у крестьян ритуальную роль. В Вологодской и Ярославской губерниях по окончании жатвы для полевика оставляли горсть несжатых колосьев. По мнению В. А. Василевича, представление о полевике как о покровителе плодородия отразилось в белорусских народных орнаментах из квадратов, прямоугольников, восьмигранников и ромбов.

Согласно народным представления, полевой в целом враждебен по отношению к человеку и опасен для него. Он, , может сбивать с дороги, заводя в болото или реку (где иногда топит), заставляет блуждать, укладывает спать на куче камней или сельскохозяйственных отходов или в грязи. Особенно часто его жертвами становились те, кто ругается на поле, пьяные пахари и собирающие полевые цветы дети. Не понравившихся людей полевой пугает громкими эхом, свистом и хлопаньем в ладоши, неразборчивым пением, огромной тенью, как будто гонящейся за человеком, мелькающими искрами, кидается головешками. Однако, в Новгородской губернии считали, что полевик хоть и «пугает, но не трогает».

Считалось, что полевой мог наслать на человека солнечный удар, лихорадку и другие тяжёлые болезни, в частности на тех, кто ложится спать в поле на солнцепёке, особенно в полдень, или на тех, кто засыпает в поле перед закатом. Запрещалось спать на меже, так как спящего мог задавить конём, отстегать плетью или забрать с собой полевой или задушить его дети межевички. Полевого было легко рассердить, что проявлялось в том, что он мучил скот (насылал на него кровососущих насекомых и болезни, «пролетая» в его уши) и даже губил его, портил посевы (приваливал и скручивал растения, насылал на них вредителей и приманивал скотину, отводил дождь, сеял сорняки), разрушал изгороди на полях. В Витебской губернии утверждали, что хотя полевики почти бездействуют зимой, иногда они сходятся, чтобы запорошить дороги, занести снегом канавы и рытвины, в которые потом может угодить человек, «водить» путника, пока он не замёрзнет до смерти. Рассказывали также, что полевой может сесть в сани, так что лошадь не может их везти. В Смоленской губернии указывали, что полевой насылает «нездоровые ветры». Увидеть или услышать полевого считалось дурной приметой. Впрочем, как отмечает С. А. Токарев, поле несло для крестьянина гораздо меньше опасностей, не считалось враждебной стихией, в связи с чем и редки упоминания об агрессивном духе полей. Против полевика, как и остальной нечисти, может помочь молитва.

Но есть истории, в которых полевой предупреждает человека об опасности, например грядущей грозе, полевая помогает заблудившемуся найти дорогу (Кубань). В Белоруссии существовала легенда, рассказывающая о том, как два голодных путника попросили у полевика хлеба, но он поделился только с тем, у которого были трудовые мозоли на руках. Белорусы обращались к полевому царю / хозяину в заговорах от различных болезней и прочих напастей.

Поведение транзисторов

Несмотря на доступность широчайшего выбора диапазонов рабочих напряжений и токов мощных транзисторов, выпускаемых в разнообразных корпусах и обеспеченных технической поддержкой производителей, каждому из трех видов транзисторов – биполярным, MOSFET и IGBT – присуще свое поведение, определяющее области их применения. Благодаря дешевизне в больших партиях (например, стоят от 12 до 15 центов за штуку), 100-вольтовые биполярные транзисторы широко используются для получения напряжений ±40 В в усилителях мощности звукового диапазона. (В биполярные транзисторы для аудиоприложений некоторые производители встраивают цепи автоматического смещения).

Между тем, 600-вольтовые IGBT можно найти дома в электроприводах бытовой техники, подключенной к сети переменного тока 220 В, например, в стиральных машинах или сушилках. Основная область применения мощных MOSFET – безусловно, импульсные источники питания. В них транзисторы на напряжения 25, 30 или 40 В, называемые «низковольтные MOSFET», используются для получения питающих напряжений 5 или 12 В, необходимых компьютерам и телекоммуникационной аппаратуре.

Хотя и не всегда, инженеры склонны выбирать транзисторы с запасом по току и напряжению. Вы можете заметить, что в стиральной машине, которая подключается к сети 220 В, используются IGBT, рассчитанные на 600 или 650 В, а в силовых цепях плат серверных модулей, питающиеся от 5.0 В или 3.3 В, установлены MOSFET, допустимые напряжения которых начинаются с 30 В. И, наконец, на стереодинамики работают 100- и 200-вольтовые биполярные транзисторы.

Такой запас позволяет быть уверенным, что наши системы не останутся без источников питания. Кроме того, он защищает от резких выбросов напряжения и скачков тока. (Автомобильное оборудование особенно подвержено выбросам, и для того, чтобы справиться с бросками в 150 В, выбираются компоненты, рассчитанные на 400 В).

Убедить инженеров отказаться от чрезмерного запаса по предельным параметрам, в конечном счете, могут постоянное сглаживание, фильтрация и стабилизация на протяжении всей цепи прохождения питания. Такой подход затронул бы архитектуру вычислительных серверов, где такие производители, как, например, IBM и NTT DOCOMO выступают за распределительные сети 385 В постоянного тока для мегаваттных дата-центров и 48 В как промежуточное напряжение для стоек и шкафов. Это позволило бы разработчикам сузить границы предельных параметров мощных компонентов и, например, использовать меньшие по размерам и более дешевые 60-вольтовые компоненты в тех слотах, где раньше служили компоненты с допустимым напряжением 100 В

При этом инженеры должны обращать внимание на области безопасной работы (safe operating areas – SOA) тех транзисторов, которые они надеются использовать

Схемы включения полевых транзисторов

Полевой транзистор в каскаде усиления сигнала можно включать по одной из трех основных схем: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ).

На практике в усилительных каскадах чаще всего применяется схема с ОИ, аналогичная схеме на биполярном транзисторе с общим эмиттером (ОЭ). Каскад с общим истоком даёт большое усиление по мощности. Но, с другой стороны, этот каскад наиболее низкочастотный из-за вредного влияния эффекта Миллера и существенной входной ёмкости затвор-исток (С_зи).

Схема с ОЗ аналогична схеме с общей базой (ОБ). В этой схеме ток стока равен току истока, поэтому она не даёт усиления по току, и усиление по мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме ОИ. Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем он имеет специфическое практическое применение в усилительной технике. Преимущество такого включения — практически полное подавление эффекта Миллера, что позволяет увеличить максимальную частоту усиления и такие каскады часто применяются при усилении СВЧ.

Каскад с ОС аналогичен каскаду с общим коллектором (ОК) для биполярного транзистора — эмиттерным повторителем. Такой каскад часто называют истоковым повторителем. Коэффициент усиления по напряжению в этой схеме всегда немного меньше 1, а коэффициент усиления по мощности занимает промежуточное значение между ОЗ и ОИ. Преимущество этого каскада — очень низкая входная паразитная ёмкость и его часто используют в качестве буферного разделительного каскада между высокоомным источником сигнала, например, пьезодатчиком и последующими каскадами усиления. По широкополосным свойствам этот каскад также занимает промежуточное положение между ОЗ и ОИ.

Особенности подключения

При подключении мощных МОП-транзисторов (особенно работающих на высоких частотах на пределе своих возможностей) используется стандартная обвязка транзистора:

1. RC-цепочка (снаббер), включённая параллельно истоку-стоку, для подавления высокочастотных колебаний и мощных импульсов тока, возникающих при переключении транзистора из-за индуктивности подводящих шин. Высокочастотные колебания и импульсные токи увеличивают нагрев транзистора и могут вывести его из строя (если транзистор работает на пределе своих тепловых возможностей). Снаббер также уменьшает скорость нарастания напряжения на выводах сток-исток, чем защищает транзистор от самооткрывания через проходную емкость.
2. Быстрый защитный диод, включённый параллельно истоку-стоку (обратное включение), для шунтирования импульса тока, образующегося при отключении индуктивной нагрузки.
3. Если транзисторы работают в мостовой или полумостовой схеме на высокой частоте (сварочные инверторы, индукционные нагреватели, импульсные источники питания), то помимо защитного диода в цепь стока встречно включается диод Шоттки для блокирования паразитного диода. Паразитный диод имеет большое время запирания, что может привести к сквозным токам и выходу транзисторов из строя.
4. Резистор, включённый между истоком и затвором, для сброса заряда с затвора. Затвор удерживает электрический заряд как конденсатор, и после снятия управляющего сигнала МОП-транзистор может не закрыться (или закрыться частично, что приведёт к повышению его сопротивления, нагреву и выходу из строя). Величина резистора подбирается таким образом, чтобы не мешать управлению транзистором, но в то же время как можно быстрее сбрасывать электрический заряд с затвора.
5. Защитные диоды (супрессоры), подключаемые параллельно транзистору и его затвору. При превышении напряжения питания на транзисторе (или при превышении управляющего сигнала на затворе транзистора) выше допустимого, например при импульсных помехах, супрессор срезает опасные выбросы и спасает транзистор.
6. Резистор, включённый в цепь затвора, для уменьшения тока заряда затвора. Затвор мощного полевого транзистора обладает достаточно высокой ёмкостью, представляет из себя фактически конденсатор ёмкостью несколько десятков нанофарад, что приводит к значительным импульсным токам в момент зарядки затвора (единицы ампер). Большие импульсные токи могут повредить схему управления затвором транзистора.
7. Управление мощным МОП-транзистором, работающим в ключевом режиме на высоких частотах, осуществляют с помощью драйвера — специальной схемы или готовой микросхемы, усиливающей управляющий сигнал и обеспечивающей большой импульсный ток для быстрой зарядки затвора транзистора. Это увеличивает скорость работы транзистора. Ёмкость затвора мощного силового транзистора может достигать десятков нанофарад. Для быстрой её зарядки требуется ток в единицы ампер.
8. Также используются оптодрайверы — драйверы, совмещённые с оптопарами. Оптодрайверы обеспечивают гальваническую развязку силовой схемы от управляющей, защищая её в случае аварии, а также обеспечивают гальваническую развязку земли при управлении верхними МОП-транзисторами в мостовых схемах. Совмещение драйвера с оптопарой в одном корпусе упрощает разработку и монтаж схемы, уменьшает габариты изделия, его стоимость и т. д.
9. В сильно зашумлённых или находящихся под большим током цепях к входам микросхем, основанных на МОП-структурах, подключают по паре диодов Шоттки, включённых в обратном направлении, т. н. диодную вилку (один диод — между входом и общей шиной, другой — между входом и шиной питания) для предотвращения явления «защёлкивания» МОП-структуры. Однако, в некоторых случаях, применение диодной вилки может привести к нежелательному эффекту «паразитного питания» (при отключении питающего напряжения диодная вилка может работать как выпрямитель и продолжать питать схему).

Виды транзисторов

Существует несколько видов транзисторов. Их около четырёх. Однако основные из них это:

• Полевые.
• Биполярные.

Остальные виды собираются из полевых и биполярных. Рассмотрим более подробно каждый вид.

Полевые

Суть этого прибора заключается в управлении параметрами электрического сигнала с помощью электрического поля. Оно появляется при подаче напряжения к какому-либо из выводов:

1. Затвор нужен для регулирования параметров сигнала, благодаря подаче напряжения на него.
2. Сток — вывод, через который из канала уходят носители заряда (дырки и электроны).
3. Исток — вывод, через который в канал приходят электроны и дырки.

Такой транзистор состоит из полупроводника с определённой проводимостью и двух областей, помещённых в него с противоположной проводимостью. При подаче напряжения на затвор между этими двумя областями появляется пространство, через которое протекает ток. Это пространство называется каналом. Ширина этого канала регулируется напряжением, которое мы подаём на затвор. Соответственно, можно увеличивать и уменьшать ширину канала и управлять протекающим током.

Теперь поговорим о приборе с изолированным затвором. Разница в том, что в первом случае этот переход есть всегда, даже когда на затвор не подавалось напряжение. А при его подаче, переход и токопроводящий канал менялись в зависимости от полярности и амплитуды напряжения. Металлический затвор в таких транзисторах изолирован диэлектриком от полупроводниковой области. Их входное сопротивление гораздо больше.

Существует два вида приборов с изолированным затвором:

• Со встроенным каналом.
• С индуцированным каналом.

Встроенный канал позволяет протекать электрическому току с определённой амплитудой. При подаче напряжения с определённой амплитудой и полярностью мы можем менять ширину канала и его проводимость. Этот канал встраивается в транзисторы на производственных предприятиях.

Индуцированный канал появляется между двумя областями, о которых мы говорили выше, только при подаче напряжения определённой полярности на затвор. То есть, когда на затвор напряжение не подаётся, ток в нем не протекает.

Все виды полевых транзисторов отличаются друг от друга по следующим параметрам:

1. Входное сопротивление.
2. Амплитуда напряжения, которое необходимо подать на затвор.
3. Полярность.

Каждый из этих видов полевых транзисторов необходим для сборки определённых электрических и логических схем. Так как для реализации двух разных устройств необходимо разные электрические параметры.

Биполярные

Слово «биполярные» означает две полярности. То есть, такие приборы имеют две полярности, благодаря особенностям своего строения. Особенность их строения заключается в том, что они состоят из трёх полупроводниковых областей. Типы проводимости бывают следующими:

1. Электронная, далее n.
2. Дырочная, далее p.

Соответственно, можно сделать вывод, что существует два вида биполярных транзисторов:

• pnp;
• npn.

Разница между ними заключается в том, что для корректной работы необходимо подавать напряжение разной полярности. К каждой из трёх полупроводниковых областей подключено по одному выводу. Всего их три:

1. База — центральный слой. Он является самым тонким. На выводе базы находится управляющий ток с небольшой амплитудой.
2. Коллектор — один из крайних слоёв. Он является самым широким. На него подаётся ток с большой амплитудой.
3. Эмиттер — вывод, на который подаётся ток с коллектора. На его выходе амплитуда тока немного больше, чем на входе.

Существует три схемы подключения биполярных транзисторов:

1. С общим эмиттером — входной сигнал подаётся на базу, а выходной снимается с коллектора.
2. С общим коллектором — входной сигнал подаётся на базу, а снимается с эмиттера.
3. С общей базой — входной сигнал подаётся на эмиттер, а снимается с коллектора.

Благодаря нескольким электронно-дырочным переходам, образующимся в биполярном транзисторе, можно управлять параметрами электрического сигнала. Полярность и амплитуда подаваемого напряжения зависят от типа биполярного транзистора.

Родственные и схожие персонажи

И. И. Левитан. Сумрачный день. Жнивьё. 1890 год

Народное воображение иногда наделяло полевика женой — поля́хой, полевой хозяйкой, полевой матушкой и детьми. Упоминания полевой хозяйки отрывочны и чаще встречаются в паре с упоминанием полевого в почтительных обращениях. Зафиксировано представление о ней как о маленьком уродливом человечке и единичное отождествление её с птицей. В разных губерниях был популярен сюжет о встрече крестьянки в поле с умирающей поляхой или полевым, которые просили передать об их смерти домовой или домовому. Детьми полевиков иногда считали межевичков и луговичков, которые бегали по межам, ловя птиц в пищу себе и родителям; но в других местностях они рассматривалась как самостоятельные персонажи, связанные с соответствующими названию местами.

Близок к полевику лугови́к — дух луга, упоминания о котором очень редки. В Тульской губернии луговиков представляли мохнатыми и обитающими в норах, считалось, что они насылают болезни на тех, кто спит на поле в полдень и перед закатом.

Близким полевику духом является также редко упоминаемый межеви́к, межево́й, межник (гомельское), который обитает на границе поля — меже — и иногда может рассматриваться как самостоятельный персонаж. В Орловской губернии его представляли в виде старичка с бородой из колосьев. В качестве дара ему приносили кутью из зёрен первого сжатого снопа. Считалось, что на меже нельзя строить дом, так как межевой не даст спокойно жить, впервые это поверье упоминается уже в XVII веке.

Ряд общих признаков с полевиком имеет полудница — персонификация полдня как опасного для человека пограничного времени суток: связь с полем, полднем, солнечным жаром, ветром, вихрем, враждебность к человеку, принуждение его блуждать, белые одежды. Э. В. Померанцева считала даже, что их можно рассматривать «как две ипостаси — мужскую и женскую, единого представления о полевом духе».

В ряде регионов (Новгородская, Ярославская, Смоленская, Вологодская области) представления о полевике смешивались с представлениями о лешем: рассказывали, что он, подобно лешему, живёт в лесу, заводит в лес, «песни поёт», «водит» людей, «всяким может показаться: и молоденьким, и старым, даже знакомым человеком», ковыряет лапти (Рязанская губерния). Такое смешение, вероятно, было вызвано расположением полей среди лесов и тем, что защитниками скотины считались как полевые, так и лесные духи. Н. А. Криничная предполагает отделение полевого от лешего в процессе отхода людей от подсечно-огневого земледелия (обособления поля от леса) и повторное слияние с ним при растворении мифологической традиции.

Сходство с полевиком имеют сидящий в кукурузе житной дед и украинская и зооморфные духи пашни в облике козла, быка и др.. В некоторых описаниях внешнего вида полевого присутствуют явные атрибуты чёрта: шерсть, рожки, хвост. Защита полей от различных мистических сил сближает полевика с русалками, которые появляются в цветущем жите. В быличках об утоплении людей полевик напоминает водяного. В Орловской губернии образ полевика был близок образу домового, его даже называли «полевым домовым». Помимо указанных персонажей в поле могут появляться ряжица и кудельница.

Полевой не стал в народных представлениях полноправным хозяином поля, вероятно, потому, что вплоть до начала XX века крестьяне одушевляли и почитали как дарующую урожай саму землю, поле, кроме того, его образ был подавлен такими покровителями поля и дарителями плодородия как Богородица и святые Илья и Николай, к тому же в лесных местностях покровителем полей нередко становился леший.

Поверья о полевых духах характерны, помимо восточных славян, для немецкого, литовского, удмуртского (лудмурт) и других народов.

ПОЛЕВИК: число взаимодействия с миром «5»

Человек, находящийся под влиянием вибраций пятерки, остается неуловимым и непонятным даже для тех, кто находится рядом с ним в течение долгого времени. Едва ли не всеми его поступками движет стремление к независимости и свободе; удержать «пятерочника» можно одним-единственным способом – отпустить его на все четыре стороны: в этом случае есть шанс, что он все-таки когда-нибудь вернется. Обаятельные, легко завоевывающие симпатии, милые и дружелюбные люди пятерки редко привязываются к кому-то всерьез; эмоциональная зависимость для них также тяжела, как любая другая. В числе приоритетов «пятерочников» — возможность ездить по миру, видеть разные страны, и не быть ограниченным ни в сроках путешествия, ни в его стоимости. Рассказы таких путешественников о пережитом необыкновенно ярки и красочны, но лишены преувеличений и весьма полезны; именно поэтому «пятерочники» частенько зарабатывают на жизнь, делясь собственным опытом.

Они отличные писатели и журналисты, умеют передать оттенки настроения с помощью слов и составить удачное описание, а потому часто востребованы не только в прессе, но и на радио. Кругозор «пятерочников» очень широк, но в сферу их интересов редко попадают супружеские и семейные отношения – тут люди пятерки не могут считаться ни экспертами, ни мало-мальски достойными уважения специалистами. Любая проблема в личной жизни может стать для них непреодолимым препятствием; способности понимать другого человека, уважать его интересы и желания многим «пятерочникам» не хватает.

Люди пятерки отлично умеют избегать проблем, но не любят решать их, обычно предоставляя другим справляться с житейскими трудностями. Вся жизнь «пятерочника» — большое путешествие в поисках нового и столь же продолжительное бегство от сложностей, однообразия, рутины, обязанностей и ответственности. Человек пятерки способен на глубокие душевные привязанности, но они редко приносят ему счастье, иногда становясь обузой и мешая в достижении цели. «Пятерочник» только выиграет, если научится отделять главное от второстепенного и поймет, от чего лучше отказаться, чтобы не обременять себя.

На протяжении всей своей жизни «пятерочники» усваивают уроки терпимости, понимания и настойчивости. Чем быстрее они становятся отличниками в этих непростых дисциплинах, тем лучше. Если же извлекать уроки из происходящего не удается, такой человек становится несдержанным, гневливым и не способным сдерживать свои эмоции и вести конструктивный диалог.