Pole (jednopolární) tranzistor je zařízení, které má tři výstupy a je řízeno přiložením na řídicí elektrodu (závěrka) Napětí. Regulovaný proud protéká obvodem zdroj-odvod.
Myšlenka takové triody vznikla asi před 100 lety, ale k praktické realizaci bylo možné přistoupit až v polovině minulého století. V 50. letech minulého století byl vyvinut koncept tranzistoru s efektem pole a v roce 1960 byl vyroben první funkční vzorek. Abyste pochopili výhody a nevýhody triod tohoto typu, musíte pochopit jejich konstrukci.
Obsah
FET zařízení
Unipolární tranzistory se dělí do dvou velkých tříd podle zařízení a technologie výroby. Navzdory podobnosti principů ovládání mají konstrukční prvky, které určují jejich vlastnosti.
Unipolární triody s p-n přechodem
Zařízení takového terénního pracovníka je podobné zařízení konvenčního polovodičová dioda a na rozdíl od bipolárního příbuzného obsahuje pouze jeden přechod. Tranzistor s přechodem p-n se skládá z desky jednoho typu vodiče (například n) a vložené oblasti jiného typu polovodiče (v tomto případě p).
N-vrstva tvoří kanál, kterým proud protéká mezi svorkou zdroje a vývodu. Hradlový kolík je připojen k p-oblasti. Pokud je na bránu přivedeno napětí, které předpíná přechod v opačném směru, pak se přechodová zóna rozšiřuje, průřez kanálu se naopak zužuje a jeho odpor se zvyšuje. Řízením napětí hradla lze řídit proud v kanálu. Tranzistor lze také provést kanálem typu p, pak je hradlo tvořeno n-polovodičem.
Jednou z vlastností této konstrukce je velmi velký vstupní odpor tranzistoru. Proud hradla je určen odporem reverzně zatíženého spoje a je na konstantním proudu jednotek nebo desítek nanoampérů. Při střídavém proudu je vstupní odpor nastaven kapacitou přechodu.
Zesilovací stupně namontované na takových tranzistorech díky vysokému vstupnímu odporu zjednodušují přizpůsobení se vstupním zařízením. Při provozu unipolárních triod navíc nedochází k rekombinaci nosičů náboje a to vede k poklesu nízkofrekvenčního šumu.
V nepřítomnosti předpětí je šířka kanálu největší a proud kanálem je maximální. Zvýšením napětí je možné dosáhnout takového stavu kanálu, kdy je zcela zablokován. Toto napětí se nazývá mezní napětí (Uts).
Odběrový proud FET závisí jak na napětí mezi hradlem a zdrojem, tak na napětí mezi odtokem ke zdroji. Pokud je napětí na hradle pevné, s nárůstem Us roste proud nejprve téměř lineárně (sekce ab). Při vstupu do saturace další zvýšení napětí prakticky nezpůsobí zvýšení svodového proudu (oddíl bc). Se zvýšením úrovně blokovacího napětí na bráně dochází k saturaci při nižších hodnotách Idocku.
Obrázek ukazuje skupinu kolektorového proudu vs. napětí mezi zdrojem a kolektorem pro několik hradlových napětí. Je zřejmé, že když je Us vyšší než saturační napětí, tak mozkový proud závisí prakticky jen na napětí hradla.
To je ilustrováno přenosovou charakteristikou unipolárního tranzistoru. Jak se záporná hodnota napětí hradla zvyšuje, odpadní proud klesá téměř lineárně až na nulu, když je na hradle dosaženo úrovně vypínacího napětí.
Unipolární izolované hradlové triody
Další verze tranzistoru s efektem pole je s izolovaným hradlem. Takové triody se nazývají tranzistory. TIR (kov-dielektrikum-polovodič), zahraniční označení - MOSFET. Dříve bylo jméno přijato MOS (kov-oxid-polovodič).
Substrát je tvořen vodičem určitého typu vodivosti (v tomto případě n), kanál je tvořen polovodičem jiného typu vodivosti (v tomto případě p). Brána je oddělena od substrátu tenkou vrstvou dielektrika (oxidu) a může ovlivňovat kanál pouze prostřednictvím generovaného elektrického pole.Při záporném hradlovém napětí generované pole vytlačuje elektrony z oblasti kanálu, vrstva se vyčerpává a její odpor se zvyšuje. U p-kanálových tranzistorů naopak aplikace kladného napětí vede ke zvýšení odporu a snížení proudu.
Další vlastností izolovaného hradlového tranzistoru je kladná část přenosové charakteristiky (negativní pro p-kanálovou triodu). To znamená, že na bránu může být přivedeno kladné napětí o určité hodnotě, což zvýší odvodňovací proud. Rodina výstupních charakteristik nemá zásadní rozdíly od charakteristik triody s p-n přechodem.
Dielektrická vrstva mezi hradlem a substrátem je velmi tenká, takže tranzistory MOS z prvních let výroby (například domácí KP350) byly extrémně citlivé na statickou elektřinu. Vysoké napětí prorazilo tenký film a zničilo tranzistor. V moderních triodách se provádějí konstrukční opatření na ochranu před přepětím, takže statická opatření nejsou prakticky nutná.
Další verzí unipolární izolované hradlové triody je tranzistor s indukovaným kanálem. Nemá vestavěný kanál, při absenci napětí na bráně proud ze zdroje do odpadu neteče. Pokud se na bránu přivede kladné napětí, pak jím vytvořené pole „vytáhne“ elektrony z n-zóny substrátu a vytvoří kanál pro proudění proudu v oblasti blízkého povrchu.Z toho je zřejmé, že takový tranzistor je v závislosti na typu kanálu řízen napětím pouze jedné polarity. To je vidět z jeho průchodových charakteristik.
Existují také bi-gate tranzistory. Od obvyklých se liší tím, že mají dvě stejné brány, z nichž každá může být ovládána samostatným signálem, ale jejich vliv na kanál je sečten. Taková trioda může být reprezentována jako dva běžné tranzistory zapojené do série.
FET spínací obvody
Rozsah tranzistorů s efektem pole je stejný jako rozsah bipolární. Používají se především jako výztužné prvky. Bipolární triody, pokud se používají v zesilovacích stupních, mají tři hlavní spínací obvody:
- se společným sběračem (sledovač emitoru);
- se společnou základnou;
- se společným emitorem.
Tranzistory s efektem pole se zapínají podobným způsobem.
Schéma se společným odtokem
Schéma se společným odtokem (následovník zdroje), stejně jako emitorový sledovač na bipolární triodě neposkytuje napěťové zesílení, ale předpokládá proudové zesílení.
Výhodou obvodu je vysoká vstupní impedance, ale v některých případech je to i nevýhoda - kaskáda se stává citlivou na elektromagnetické rušení. V případě potřeby lze Rin snížit zapnutím odporu R3.
Společný obvod brány
Tento obvod je podobný obvodu bipolárního tranzistoru se společnou bází. Tento obvod poskytuje dobré napěťové zesílení, ale žádné proudové zesílení. Stejně jako zahrnutí se společným základem se tato možnost používá zřídka.
Společný zdrojový obvod
Nejběžnější obvod pro zapínání polních triod se společným zdrojem.Jeho zesílení závisí na poměru odporu Rc k odporu v drenážním okruhu (do drenážního okruhu lze nainstalovat přídavný odpor pro nastavení zisku), a také závisí na strmosti charakteristiky tranzistoru.
Také tranzistory s efektem pole se používají jako řízený odpor. K tomu je pracovní bod vybrán v rámci lineárního úseku. Podle tohoto principu lze realizovat řízený dělič napětí.
A na dvojbránové triodě v tomto režimu můžete implementovat například směšovač pro přijímací zařízení - přijímaný signál je přiváděn do jedné brány a do druhé - signál lokálního oscilátoru.
Pokud přijmeme teorii, že historie se vyvíjí ve spirále, můžeme vidět vzorec ve vývoji elektroniky. Odklonem od žárovek řízených napětím se technologie přesunula k bipolárním tranzistorům, které vyžadují k ovládání proud. Spirála se naplno roztočila - nyní převládají unipolární triody, které stejně jako lampy nevyžadují příkon v řídicích obvodech. Uvidí se, kam dále povede cyklická křivka. Zatím neexistuje žádná alternativa k tranzistorům s efektem pole.
Podobné články:
