Câmp (unipolar) tranzistorul este un dispozitiv care are trei ieșiri și este controlat de electrodul de comandă aplicat la poartă (poarta).poartase aplică o tensiune la electrodul de control (poarta). Curentul care trebuie controlat circulă prin circuitul sursă-drenă.
Ideea unei astfel de triode a apărut în urmă cu aproximativ 100 de ani, dar abia la mijlocul secolului trecut a devenit posibilă o implementare practică. În anii 1950, a fost dezvoltat conceptul de tranzistor cu efect de câmp, iar în 1960 a fost produs primul exemplu funcțional. Pentru a înțelege avantajele și dezavantajele acestui tip de triode, este necesar să înțelegem construcția lor.
Cuprins
Proiectarea tranzistoarelor cu efect de câmp
Tranzistoarele unipolare se împart în două clase mari bazate pe tehnologia de proiectare și de fabricație. Deși principiile de control sunt similare, acestea au caracteristici de proiectare care le determină performanța.
Triodă unipolară cu joncțiune p-n
Structura unui astfel de tranzistor cu efect de câmp este similară cu cea a unui tranzistor convențional. diodă semiconductoare și, spre deosebire de vărul său bipolar, conține doar o singură joncțiune. Un tranzistor cu joncțiune p-n este format dintr-o placă dintr-un tip de conductor (de exemplu, n) și o regiune încorporată dintr-un alt tip de semiconductor (în acest caz, p).
Stratul n formează un canal prin care curge curentul între pinii sursei și drenei. Terminalul porții este conectat la regiunea p. Dacă se aplică o tensiune la poartă care deplasează tranziția în direcția opusă, regiunea de tranziție se extinde, iar secțiunea transversală a canalului, dimpotrivă, se îngustează, iar rezistența sa crește. Prin controlul tensiunii de poartă, se poate controla curentul din canal. Tranzistorul poate fi, de asemenea, realizat cu un canal de tip p, caz în care poarta este formată dintr-un semiconductor n.
Una dintre particularitățile acestui proiect este rezistența de intrare foarte mare a tranzistorului. Curentul de poartă este determinat de rezistența joncțiunii comutate invers și este de ordinul unităților sau zecilor de nanomperi în curent continuu. În curent alternativ, rezistența de intrare este dată de capacitatea de joncțiune.
Etapele de câștig construite cu aceste tranzistoare, datorită impedanței lor de intrare ridicate, facilitează potrivirea dispozitivelor de intrare. De asemenea, diodele unipolare nu recombină purtătorii de sarcină, ceea ce reduce zgomotul de joasă frecvență.
În absența tensiunii de polarizare, lățimea canalului este cea mai mare, iar curentul prin canal este maxim. Atunci când tensiunea este crescută, se poate ajunge la o stare în care canalul este complet închis. Această tensiune se numește tensiune de deconectare (Uots).
Curentul de drenă al unui tranzistor cu efect de câmp depinde atât de tensiunea dintre poartă și sursă, cât și de tensiunea drenă-sursă. În cazul în care tensiunea de poartă este fixă, curentul crește aproape liniar odată cu creșterea Uci la început (graficul ab). La intrarea în saturație, o nouă creștere a tensiunii nu determină practic nicio creștere a curentului de drenaj (secțiunea bb). Pe măsură ce nivelul tensiunii de blocare a porții crește, saturația apare la valori mai mici ale stocului I.
Figura arată dependența familiei de curentul de drenaj de tensiunea dintre sursă și drenaj pentru mai multe valori ale tensiunii de poartă. Este clar că, cu Uci peste tensiunea de saturație, curentul de drenaj depinde aproape exclusiv de tensiunea de poartă.
Acest lucru este ilustrat de caracteristica de transfer a unui tranzistor unipolar. Pe măsură ce tensiunea negativă a porții crește, curentul de drenaj scade aproape liniar până când ajunge la zero atunci când tensiunea de poartă atinge nivelul tensiunii de tăiere.
Trioduri unipolare cu poartă izolată
O altă variantă a tranzistorului cu efect de câmp este modelul cu poartă izolată. Aceste triode se numesc tranzistoare TDP TIR (metal-dielectric-semiconductor) tranzistori, denumire străină MOSFET. Înainte se obișnuia să i se spună MOS (metal-oxid-semiconductor).
Substratul este realizat dintr-un conductor de un anumit tip de conductivitate (în acest caz n), iar canalul este format dintr-un semiconductor de un alt tip de conductivitate (în acest caz p). Poarta este separată de substrat printr-un strat dielectric subțire (oxid) și poate afecta canalul doar prin intermediul câmpului electric creat. Dacă tensiunea de poartă este negativă, câmpul generat forțează electronii să iasă din zona canalului, stratul se epuizează și rezistența sa crește. În schimb, pentru tranzistoarele cu canal p, aplicarea unei tensiuni pozitive crește rezistența și reduce curentul.
O altă caracteristică a unui tranzistor cu poartă izolată este secțiunea pozitivă a caracteristicii de transfer (negativă pentru o triodă cu canal p). Acest lucru înseamnă că o tensiune de polaritate pozitivă de o anumită valoare poate fi aplicată și la poartă, ceea ce va crește curentul de drenaj. Familia de caracteristici de ieșire nu este fundamental diferită de cea a unei triode cu joncțiune p-n.
Stratul dielectric dintre poartă și substrat este foarte subțire, astfel încât primele MPT-uri (cum ar fi MPT-urile de producție internă KP350) erau extrem de sensibile la electricitatea statică. Tensiuni înalte au perforat pelicula subțire, făcând tranzistorul inoperabil. În cazul triodelor moderne, au fost luate măsuri constructive de protecție împotriva supratensiunii, astfel încât măsurile de precauție împotriva staticii sunt aproape inutile.
O altă variantă a triodei unipolare cu poartă izolată este tranzistorul cu canal inductiv. Nu există un canal inductiv și nu va trece niciun curent de la sursă la drenă dacă nu există tensiune la poartă. Dacă se aplică o tensiune pozitivă la poartă, câmpul pe care îl generează va "trage" electronii din zona n a substratului și va crea un canal în regiunea apropiată de suprafață pentru ca curentul să circule. De aici reiese 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 observa și din caracteristica sa de trecere.
Există, de asemenea, tranzistoare cu dublă poartă. Acestea diferă de tranzistoarele convenționale prin faptul că au două porți egale, fiecare dintre ele putând fi controlată de un semnal separat, dar efectul lor asupra canalului este însumat. O astfel de triodă poate fi reprezentată ca două tranzistoare obișnuite conectate în serie.
Scheme de tranzistor cu efect de câmp
Domeniul de aplicare al tranzistoarelor cu efect de câmp este același ca și pentru în ceea ce privește tranzistorii bipolari .. Acestea sunt utilizate în principal ca elemente de amplificare. Triodele bipolare sunt utilizate în etajele de amplificare cu trei circuite principale:
- colector comun (emițător repetor);
- bază comună;
- emițător comun.
Tranzistoarele cu efect de câmp sunt conectate într-un mod similar.
Circuit de drenaj comun
Circuit de drenaj comun (sursă-cuplator), similar cu un repetor de emitor pe o triodă bipolară, nu asigură niciun câștig de tensiune, dar asigură un câștig de curent.
Un avantaj al acestui circuit este impedanța de intrare ridicată, care în unele cazuri este un dezavantaj - etajul devine susceptibil la interferențe electromagnetice. Dacă este necesar, Rin poate fi redus prin includerea unei rezistențe R3.
Circuit cu poartă comună
Acest circuit este similar cu un tranzistor bipolar cu bază comună. Acest circuit oferă un câștig de tensiune bun, dar nu și un câștig de curent. Similar cu modelul de bază comun, acesta nu este utilizat în mod obișnuit.
Circuit de sursă comună
Cel mai frecvent aranjament este conexiunea de sursă comună a triodelor cu efect de câmp. Câștigul său depinde de raportul dintre rezistența Rc și rezistența din circuitul de drenaj (un rezistor suplimentar poate fi plasat în circuitul de drenaj pentru a regla câștigul) și depinde, de asemenea, de panta caracteristicii tranzistorului.
Tranzistoarele cu efect de câmp sunt, de asemenea, utilizate ca rezistențe controlate. În acest scop, punctul de funcționare este selectat în cadrul secțiunii de linie. Pe baza acestui principiu se poate realiza un divizor de tensiune controlat.
Și pe o triodă cu două porți în acest mod, puteți implementa, de exemplu, un mixer pentru echipamente de recepție - pe o poartă semnalul primit, iar pe cealaltă - semnalul primit. semnalul de la eterodină.
Dacă acceptăm teoria conform căreia istoria evoluează în spirală, putem vedea un model în dezvoltarea electronicii. De la tuburile controlate prin tensiune, tehnologia a trecut la tranzistorii bipolari, care au nevoie de curent pentru a fi controlați. Spirala s-a închis în cerc - acum domină triodurile unipolare care, ca și lămpile, nu necesită consum de energie în circuitele de control. Unde ne va duce curba ciclică se va vedea. Deocamdată, nu se întrevede nicio alternativă la tranzistorii cu efect de câmp.
Articole conexe:
