Pole (jednobiegunowy) tranzystor to urządzenie, które ma trzy wyjścia i jest sterowane przez przyłożoną do elektrody sterującej (migawka) Napięcie. Regulowany prąd przepływa przez obwód źródło-dren.
Pomysł takiej triody zrodził się około 100 lat temu, ale do praktycznego wdrożenia można podejść dopiero w połowie ubiegłego wieku. W latach 50. ubiegłego wieku opracowano koncepcję tranzystora polowego, aw 1960 wyprodukowano pierwszą działającą próbkę. Aby zrozumieć zalety i wady triod tego typu, trzeba zrozumieć ich konstrukcję.
Zawartość
Urządzenie FET
Tranzystory unipolarne dzielą się na dwie duże klasy w zależności od urządzenia i technologii produkcji. Pomimo podobieństwa zasad sterowania mają cechy konstrukcyjne, które określają ich cechy.
Triody jednobiegunowe ze złączem p-n
Urządzenie takiego pracownika terenowego jest podobne do urządzenia konwencjonalnego dioda półprzewodnikowa i, w przeciwieństwie do dwubiegunowego krewniaka, zawiera tylko jedno przejście. Tranzystor złączowy p-n składa się z płytki jednego rodzaju przewodnika (na przykład n) i wbudowanego obszaru innego typu półprzewodnika (w tym przypadku p).
Warstwa N tworzy kanał, przez który przepływa prąd między zaciskami źródłowym i spustowym. Sworzeń bramki jest połączony z regionem p. Jeśli do bramki zostanie przyłożone napięcie, które polaryzuje przejście w przeciwnym kierunku, wówczas strefa przejściowa rozszerza się, przekrój kanału, przeciwnie, zwęża się, a jego rezystancja wzrasta. Kontrolując napięcie bramki, można kontrolować prąd w kanale. Tranzystor można również wykonać kanałem typu p, wtedy bramkę tworzy n-półprzewodnik.
Jedną z cech tej konstrukcji jest bardzo duża rezystancja wejściowa tranzystora. Prąd bramki jest określany przez rezystancję złącza spolaryzowanego zaporowo i ma stały prąd o wartości jednostek lub dziesiątek nanoamperów. W przypadku prądu przemiennego rezystancja wejściowa jest ustalana przez pojemność złącza.
Stopnie wzmocnienia montowane na takich tranzystorach, ze względu na wysoką rezystancję wejściową, ułatwiają dopasowanie do urządzeń wejściowych. Ponadto podczas pracy triod jednobiegunowych nie dochodzi do rekombinacji nośników ładunku, co prowadzi do zmniejszenia szumu o niskiej częstotliwości.
W przypadku braku napięcia polaryzacji szerokość kanału jest największa, a prąd płynący przez kanał jest maksymalny. Zwiększając napięcie można osiągnąć taki stan kanału, gdy jest on całkowicie zablokowany. To napięcie nazywa się napięciem odcięcia (Uts).
Prąd drenu FET zależy zarówno od napięcia bramka-źródło, jak i napięcia dren-źródło. Jeśli napięcie na bramce jest stałe, wraz ze wzrostem Us prąd najpierw rośnie prawie liniowo (sekcja ab). Po wejściu w nasycenie dalszy wzrost napięcia praktycznie nie powoduje wzrostu prądu drenu (sekcja bc). Wraz ze wzrostem poziomu napięcia blokującego na bramce nasycenie następuje przy niższych wartościach Idocka.
Rysunek przedstawia rodzinę prądów drenu w funkcji napięcia między źródłem a drenem dla kilku napięć bramki. Oczywiste jest, że gdy Us jest wyższe niż napięcie nasycenia, prąd drenu zależy praktycznie tylko od napięcia bramki.
Ilustruje to charakterystyka przenoszenia tranzystora unipolarnego. Gdy ujemna wartość napięcia bramki wzrasta, prąd drenu spada prawie liniowo do zera, gdy na bramce osiągany jest poziom napięcia odcięcia.
Jednobiegunowe izolowane triody bramkowe
Inna wersja tranzystora polowego ma izolowaną bramkę. Takie triody nazywane są tranzystorami. TIR (metal-dielektryk-półprzewodnik), oznaczenie zagraniczne - MOSFET. Wcześniej nazwa została zajęta MOS (półprzewodnik z tlenkiem metalu).
Podłoże jest wykonane z przewodnika o określonym rodzaju przewodności (w tym przypadku n), kanał tworzy półprzewodnik o innym rodzaju przewodności (w tym przypadku p). Bramka jest oddzielona od podłoża cienką warstwą dielektryka (tlenku) i może wpływać na kanał tylko poprzez wytworzone pole elektryczne.Przy ujemnym napięciu bramki wytworzone pole wypiera elektrony z obszaru kanału, warstwa zostaje zubożona, a jej rezystancja wzrasta. Przeciwnie, w przypadku tranzystorów z kanałem p zastosowanie dodatniego napięcia prowadzi do wzrostu rezystancji i spadku prądu.
Inną cechą tranzystora z izolowaną bramką jest dodatnia część charakterystyki przenoszenia (ujemna dla triody p-kanałowej). Oznacza to, że do bramki można przyłożyć dodatnie napięcie o określonej wartości, co zwiększy prąd drenu. Rodzina charakterystyk wyjściowych nie różni się zasadniczo od charakterystyk triody ze złączem p-n.
Warstwa dielektryczna między bramką a podłożem jest bardzo cienka, więc tranzystory MOS z wczesnych lat produkcji (np. domowe KP350) były niezwykle wrażliwe na elektryczność statyczną. Wysokie napięcie przebiło cienką warstwę, niszcząc tranzystor. W nowoczesnych triodach podejmowane są środki projektowe w celu ochrony przed przepięciem, więc statyczne środki ostrożności praktycznie nie są potrzebne.
Inną wersją jednobiegunowej triody z izolowaną bramką jest tranzystor z kanałem indukowanym. Nie ma wbudowanego kanału, przy braku napięcia na bramce prąd ze źródła do drenu nie popłynie. Jeśli do bramki zostanie przyłożone napięcie dodatnie, to wytworzone przez nią pole „wyciąga” elektrony ze strefy n podłoża i tworzy kanał dla przepływu prądu w obszarze przypowierzchniowym.Z tego widać, że taki tranzystor, w zależności od rodzaju kanału, jest sterowany napięciem tylko o jednej biegunowości. Widać to po jego charakterystyce przejścia.
Są też tranzystory bi-gate. Od zwykłych różnią się tym, że mają dwie równe bramki, z których każdą można sterować osobnym sygnałem, ale ich wpływ na kanał jest sumowany. Taką triodę można przedstawić jako dwa zwykłe tranzystory połączone szeregowo.
Obwody przełączające FET
Zakres tranzystorów polowych jest taki sam jak w przypadku dwubiegunowy. Stosowane są głównie jako elementy wzmacniające. Triody bipolarne, stosowane w stopniach wzmacniających, mają trzy główne obwody przełączające:
- ze wspólnym kolektorem (wyznawca emitera);
- ze wspólną podstawą;
- ze wspólnym emiterem.
Tranzystory polowe włącza się w podobny sposób.
Schemat ze wspólnym odpływem
Schemat ze wspólnym odpływem (obserwujący źródło), podobnie jak wtórnik emiterowy na bipolarnej triodzie, nie zapewnia wzmocnienia napięciowego, ale zakłada wzmocnienie prądowe.
Zaletą układu jest wysoka impedancja wejściowa, ale w niektórych przypadkach jest to również wadą - kaskada staje się wrażliwa na zakłócenia elektromagnetyczne. W razie potrzeby Rin można zmniejszyć, włączając rezystor R3.
Wspólny obwód bramki
Ten obwód jest podobny do tranzystora bipolarnego o wspólnej podstawie. Obwód ten zapewnia dobre wzmocnienie napięciowe, ale brak wzmocnienia prądowego. Podobnie jak włączenie ze wspólną podstawą, ta opcja jest używana rzadko.
Obwód wspólnego źródła
Najpopularniejszy obwód do włączania triod polowych ze wspólnym źródłem.Jego wzmocnienie zależy od stosunku rezystancji Rc do rezystancji w obwodzie drenażu (w obwodzie spustowym można zainstalować dodatkowy rezystor w celu regulacji wzmocnienia), a także zależy od stromości charakterystyki tranzystora.
Ponadto jako kontrolowaną rezystancję stosuje się tranzystory polowe. W tym celu punkt pracy jest wybierany w obrębie odcinka liniowego. Zgodnie z tą zasadą można zastosować kontrolowany dzielnik napięcia.
A na triodzie z podwójną bramką w tym trybie można zaimplementować na przykład mikser do sprzętu odbiorczego - odbierany sygnał jest podawany do jednej bramki, a do drugiej - lokalny sygnał oscylatora.
Jeśli przyjmiemy teorię, że historia rozwija się spiralnie, możemy dostrzec pewien wzór w rozwoju elektroniki. Odchodząc od lamp sterowanych napięciem, technologia przeszła na tranzystory bipolarne, które do sterowania wymagają prądu. Spirala wykonała pełny obrót – teraz dominują triody unipolarne, które podobnie jak lampy nie wymagają poboru prądu w obwodach sterujących. Zobaczymy, dokąd krzywa cykliczna poprowadzi dalej. Jak dotąd nie ma alternatywy dla tranzystorów polowych.
Podobne artykuły:
