Camp (unipolar) un tranzistor este un dispozitiv care are trei ieșiri și este controlat prin aplicarea electrodului de control (obturator) Voltaj. Curentul reglat circulă prin circuitul sursă-scurgere.
Ideea unei astfel de triode a apărut cu aproximativ 100 de ani în urmă, dar a devenit posibilă abordarea implementării practice abia la mijlocul secolului trecut. În anii 50 ai secolului trecut, a fost dezvoltat conceptul de tranzistor cu efect de câmp, iar în 1960 a fost fabricat primul eșantion de lucru. Pentru a înțelege avantajele și dezavantajele triodelor de acest tip, trebuie să înțelegeți designul acestora.
Conţinut
Dispozitiv FET
Tranzistoarele unipolare sunt împărțite în două clase mari în funcție de dispozitiv și de tehnologia de fabricație. În ciuda asemănării principiilor de control, acestea au caracteristici de design care le determină caracteristicile.
Triode unipolare cu joncțiune p-n
Dispozitivul unui astfel de muncitor de câmp este similar cu dispozitivul unui convențional dioda semiconductoare și, spre deosebire de relativă bipolară, conține o singură tranziție. Un tranzistor de joncțiune p-n constă dintr-o placă dintr-un tip de conductor (de exemplu, n) și o regiune încorporată a unui alt tip de semiconductor (în acest caz, p).
Stratul N formează un canal prin care curge curentul între bornele sursă și de scurgere. Pinul porții este conectat la regiunea p. Dacă se aplică o tensiune pe poartă care polarizează tranziția în direcția opusă, atunci zona de tranziție se extinde, secțiunea transversală a canalului, dimpotrivă, se îngustează, iar rezistența sa crește. Prin controlul tensiunii porții, curentul din canal poate fi controlat. tranzistor se poate realiza si cu un canal de tip p, apoi poarta este formata dintr-un n-semiconductor.
Una dintre caracteristicile acestui design este rezistența foarte mare de intrare a tranzistorului. Curentul de poartă este determinat de rezistența joncțiunii polarizate invers și este la un curent constant de unități sau zeci de nanoamperi. Pe curent alternativ, rezistența de intrare este setată de capacitatea joncțiunii.
Etapele de câștig asamblate pe astfel de tranzistoare, datorită rezistenței mari de intrare, simplifică potrivirea cu dispozitivele de intrare. În plus, în timpul funcționării triodelor unipolare, nu există o recombinare a purtătorilor de sarcină, ceea ce duce la o scădere a zgomotului de joasă frecvență.
În absența unei tensiuni de polarizare, lățimea canalului este cea mai mare, iar curentul prin canal este maxim. Prin creșterea tensiunii, este posibil să se realizeze o astfel de stare a canalului atunci când este complet blocat. Această tensiune se numește tensiune de întrerupere (Uts).
Curentul de scurgere al unui FET depinde atât de tensiunea de la poartă la sursă, cât și de tensiunea de la dren la sursă. Dacă tensiunea la poartă este fixă, cu o creștere în Us, curentul crește mai întâi aproape liniar (secțiunea ab). La intrarea în saturație, o creștere suplimentară a tensiunii practic nu provoacă o creștere a curentului de scurgere (secțiunea bc). Odată cu creșterea nivelului tensiunii de blocare la poartă, saturația are loc la valori mai mici ale Idock.
Figura prezintă o familie de curent de scurgere în funcție de tensiune între sursă și dren pentru mai multe tensiuni de poartă. Este evident că atunci când Us este mai mare decât tensiunea de saturație, curentul de scurgere depinde practic doar de tensiunea de poartă.
Acest lucru este ilustrat de caracteristica de transfer a unui tranzistor unipolar. Pe măsură ce valoarea negativă a tensiunii porții crește, curentul de scurgere scade aproape liniar până la zero atunci când nivelul tensiunii de tăiere este atins la poartă.
Triode de poartă izolată unipolar
O altă versiune a tranzistorului cu efect de câmp este cu o poartă izolată. Astfel de triode se numesc tranzistori. TIR (metal-dielectric-semiconductor), denumire străină - MOSFET. Anterior numele a fost luat MOS (metal-oxid-semiconductor).
Substratul este format dintr-un conductor de un anumit tip de conductivitate (în acest caz, n), canalul este format dintr-un semiconductor de un tip diferit de conductivitate (în acest caz, p). Poarta este separată de substrat printr-un strat subțire de dielectric (oxid) și poate afecta canalul doar prin câmpul electric generat.La o tensiune de poartă negativă, câmpul generat deplasează electronii din regiunea canalului, stratul se epuizează, iar rezistența acestuia crește. Pentru tranzistoarele cu canal p, dimpotrivă, aplicarea unei tensiuni pozitive duce la o creștere a rezistenței și o scădere a curentului.
O altă caracteristică a tranzistorului cu poartă izolată este porțiunea pozitivă a caracteristicii de transfer (negativă pentru o triodă cu canal p). Aceasta înseamnă că o tensiune pozitivă de o anumită valoare poate fi aplicată la poartă, ceea ce va crește curentul de scurgere. Familia de caracteristici de ieșire nu are diferențe fundamentale față de caracteristicile unei triode cu o joncțiune p-n.
Stratul dielectric dintre poartă și substrat este foarte subțire, astfel încât tranzistoarele MOS din primii ani de producție (de exemplu, domestice KP350) erau extrem de sensibili la electricitatea statică. Tensiunea înaltă a străpuns pelicula subțire, distrugând tranzistorul. În triodele moderne, se iau măsuri de proiectare pentru a proteja împotriva supratensiunii, astfel încât măsurile de precauție statice practic nu sunt necesare.
O altă versiune a triodei cu poartă izolată unipolară este tranzistorul cu canal indus. Nu are un canal încorporat; în absența tensiunii la poartă, curentul de la sursă la scurgere nu va curge. Dacă se aplică o tensiune pozitivă pe poartă, atunci câmpul creat de aceasta „trage” electroni din zona n a substratului și creează un canal pentru ca curentul să curgă în regiunea apropiată de suprafață.Din aceasta este clar că un astfel de tranzistor, în funcție de tipul de canal, este controlat de o tensiune de o singură polaritate. Acest lucru se poate vedea din caracteristicile sale de trecere.
Există și tranzistori bi-gate. Ele diferă de cele obișnuite prin faptul că au două porți egale, fiecare dintre acestea putând fi controlată de un semnal separat, dar efectul lor asupra canalului este rezumat. O astfel de triodă poate fi reprezentată ca două tranzistoare obișnuite conectate în serie.
Circuite de comutare FET
Domeniul de aplicare al tranzistorilor cu efect de câmp este același cu cel al bipolar. Sunt folosite în principal ca elemente de armare. Triodele bipolare, atunci când sunt utilizate în etapele de amplificare, au trei circuite principale de comutare:
- cu un colector comun (adept emițător);
- cu o bază comună;
- cu un emițător comun.
Tranzistoarele cu efect de câmp sunt pornite în moduri similare.
Schemă cu o scurgere comună
Schemă cu o scurgere comună (adeptul sursei), la fel ca adeptul emițătorului de pe o triodă bipolară, nu oferă un câștig de tensiune, ci presupune un câștig de curent.
Avantajul circuitului este impedanța mare de intrare, dar în unele cazuri este și un dezavantaj - cascada devine sensibilă la interferența electromagnetică. Dacă este necesar, Rin poate fi redus prin pornirea rezistenței R3.
Circuit de poartă comun
Acest circuit este similar cu cel al unui tranzistor bipolar de bază comună. Acest circuit oferă un câștig bun de tensiune, dar nu un câștig de curent. La fel ca și includerea cu o bază comună, această opțiune este folosită rar.
Circuit sursă comună
Cel mai comun circuit pentru pornirea triodelor de câmp cu o sursă comună.Câștigul său depinde de raportul dintre rezistența Rc și rezistența din circuitul de scurgere (un rezistor suplimentar poate fi instalat în circuitul de scurgere pentru a regla câștigul), și depinde, de asemenea, de abruptul caracteristicilor tranzistorului.
De asemenea, tranzistoarele cu efect de câmp sunt utilizate ca rezistență controlată. Pentru a face acest lucru, punctul de operare este selectat în secțiunea liniară. Conform acestui principiu, poate fi implementat un divizor de tensiune controlat.
Și pe o triodă cu dublă poartă în acest mod, puteți implementa, de exemplu, un mixer pentru echipamente de recepție - semnalul primit este transmis la o poartă și la cealaltă - semnal oscilator local.
Dacă acceptăm teoria conform căreia istoria se dezvoltă într-o spirală, putem vedea un model în dezvoltarea electronicii. Îndepărtându-se de lămpile controlate de tensiune, tehnologia a trecut la tranzistoarele bipolare, care necesită curent pentru control. Spirala a făcut o întoarcere completă - acum există o dominație a triodelor unipolare, care, ca și lămpile, nu necesită consum de energie în circuitele de control. Se va vedea unde va duce curba ciclică mai departe. Până acum, nu există nicio alternativă la tranzistoarele cu efect de câmp.
Articole similare:
