Felt (unipolær) transistor er en enhed, der har tre udgange og styres af den påførte styreelektrode (gate) ved gaten.portspænding påføres kontrolelektroden (gate). Den strøm, der skal styres, strømmer gennem kilde-drain-kredsløbet.
Ideen til en sådan triode opstod for ca. 100 år siden, men det var først i midten af sidste århundrede, at det blev muligt at nærme sig den praktiske gennemførelse. I 1950'erne blev konceptet med felteffekttransistor udviklet, og i 1960 blev det første fungerende eksempel fremstillet. For at forstå fordelene og ulemperne ved denne type triode er det nødvendigt at forstå deres opbygning.
Indhold
Design af felteffekttransistorer
Unipolære transistorer kan opdeles i to store klasser baseret på design og fremstillingsteknologi. Selv om kontrolprincipperne er ens, har de designmæssige karakteristika, der bestemmer deres ydeevne.
Unipolære trioder med p-n-forbindelse
Strukturen af en sådan felteffekttransistor svarer til strukturen af en konventionel halvlederdiode og i modsætning til sin bipolære fætter indeholder den kun ét kryds. En p-n-junktionstransistor består af en skive af en type leder (f.eks. n) og et indlejret område af en anden type halvleder (i dette tilfælde p).
N-laget danner en kanal, hvorigennem strømmen flyder mellem kildestiftene og drænet. Gate-terminalen er forbundet med p-regionen. Hvis der påføres en spænding på gaten, som forskyder overgangen i den modsatte retning, udvider overgangsområdet sig, mens kanalens tværsnit tværsnit tværtimod indsnævres, og dets modstand øges. Ved at styre gatespændingen kan strømmen i kanalen styres. Transistor kan også fremstilles med en p-type kanal, hvor gaten i så fald er dannet af en n-halvleder.
Et af de særlige kendetegn ved dette design er transistorens meget høje indgangsmodstand. Gate-strømmen bestemmes af modstanden i den bagudkoblede forbindelse og er i størrelsesordenen enheder eller tiendedele af nanampere ved jævnstrøm. Ved vekselstrøm er indgangsmodstanden givet af forbindelseskapacitansen.
Forstærkningstrin, der er bygget med disse transistorer, gør det på grund af deres høje indgangsimpedans lettere at matche indgangsenhederne. Desuden rekombinerer unipolære trioder ikke ladningsbærere, hvilket reducerer lavfrekvent støj.
I fravær af bias-spænding er kanalbredden størst, og strømmen gennem kanalen er maksimal. Når spændingen øges, kan der opnås en tilstand, hvor kanalen lukkes helt ned. Denne spænding kaldes cut-off-spændingen (Uots).
Drainstrømmen i en felteffekttransistor afhænger både af spændingen mellem gate og source og af spændingen mellem dræn og source. Hvis gatespændingen er fast, stiger strømmen i begyndelsen næsten lineært med stigende Uci (ab-plot). Når den går ind i mætning, medfører en yderligere stigning i spændingen praktisk taget ingen stigning i drænstrømmen (bb-afsnit). Efterhånden som niveauet for gate-locking-spændingen stiger, opstår der mætning ved lavere værdier af I-stock.
Figuren viser familiens afhængighed af drænstrømmen af spændingen mellem kilde og dræn for forskellige værdier af gatespænding. Det er klart, at når Uci er over mætningsspændingen, er drænstrømmen næsten udelukkende afhængig af gatespændingen.
Dette illustreres af overførselskarakteristikken for en unipolær transistor. Efterhånden som den negative gatespænding stiger, falder drænstrømmen næsten lineært, indtil den når nul, når gatespændingen når spændingsniveauet for cut-off-spænding.
Unipolære trioder med isoleret gate
En anden variant af en felteffekttransistor er designet med en isoleret gate. Disse trioder kaldes TDP-transistorer TIR (metal-dielektrisk-halvleder)-transistorer, udenlandsk betegnelse MOSFET. Tidligere var det almindeligt at kalde det MOS (metal-oxid-halvleder).
Substratet er fremstillet af en leder af en bestemt ledningsevne (i dette tilfælde n), og kanalen er dannet af en halvleder af en anden ledningsevne (i dette tilfælde p). Gaten er adskilt fra substratet af et tyndt dielektrisk lag (oxid) og kan kun påvirke kanalen gennem det elektriske felt, der skabes. Hvis gatespændingen er negativ, tvinger det genererede felt elektronerne ud af kanalområdet, og laget bliver udtømt, og dets modstand stiger. Omvendt for p-kanal transistorer øger en positiv spænding modstanden og reducerer strømmen ved at påføre en positiv spænding.
En anden egenskab ved en transistor med isoleret gate er den positive del af overførselskarakteristikken (negativ for en p-kanaltriode). Det betyder, at en positiv polaritetsspænding af en vis værdi også kan påføres gaten, hvilket vil øge drænstrømmen. Familien af udgangskarakteristika adskiller sig ikke grundlæggende fra en p-n junction-triode.
Det dielektriske lag mellem gaten og substratet er meget tyndt, så tidlige MPT'er (som f.eks. indenlandsk producerede KP350) var ekstremt følsomme over for statisk elektricitet. Høj spænding punkterede den tynde film, hvilket gjorde transistoren ubrugelig. I moderne trioder er der truffet konstruktive foranstaltninger til at beskytte mod overspænding, så forholdsregler mod statisk elektricitet er næsten unødvendige.
En anden variant af en unipolær triode med isoleret gate er den induktive kanaltransistor. Der er ingen induktiv kanal, og der vil ikke løbe strøm fra kilden til drænet, hvis der ikke er nogen spænding ved gaten. Hvis der påføres en positiv spænding på gaten, vil det felt, som den genererer, "trække" elektroner fra substratets n-zone og skabe en kanal i det område nær overfladen, hvor strømmen kan flyde. Heraf fremgår det, at en sådan transistor, afhængigt af kanalens type, styres af spænding af kun én polaritet. Dette kan også ses af dens gennemløbskarakteristik.
Der findes også transistorer med dobbelt gate. De adskiller sig fra konventionelle transistorer ved at have to lige store gates, som hver især kan styres af et separat signal, men deres virkning på kanalen summeres sammen. En sådan triode kan repræsenteres som to almindelige transistorer, der er serieforbundet.
Skemaer til felteffekttransistorer
Anvendelsesområdet for felteffekttransistorer er det samme som for som for bipolære transistorer .. De anvendes hovedsagelig som forstærkerelementer. Bipolære trioder anvendes i forstærkertrin med tre hovedkredsløb:
- fælles opsamler (emitter repeater);
- fælles grundlag;
- fælles emitter.
Feldeffekttransistorer er forbundet på samme måde.
Fælles drænkredsløb
Common-drain-kredsløb (kilde-kobler), der svarer til en emitterrepeater på en bipolær triode, giver ingen spændingsforstærkning, men giver strømforstærkning.
En fordel ved dette kredsløb er dets høje indgangsimpedans, hvilket i nogle tilfælde er en ulempe - trinet bliver modtageligt for elektromagnetisk interferens. Hvis det er nødvendigt, kan Rin reduceres ved at indsætte en modstand R3.
Kredsløb med fælles gate
Dette kredsløb svarer til en bipolær transistor med fælles base. Dette kredsløb giver en god spændingsforstærkning, men ingen strømforstærkning. I lighed med den almindelige basisudformning er den ikke almindeligt anvendt.
Kredsløb med fælles kilde
Det mest almindelige arrangement er den fælles kildeforbindelse af felteffekttrioder. Dens forstærkning afhænger af forholdet mellem modstanden Rc og modstanden i drænkredsløbet (der kan placeres en ekstra modstand i drænkredsløbet for at justere forstærkningen) og afhænger også af transistorkarakteristikkens hældning.
Feldeffekttransistorer anvendes også som kontrollerede modstande. Til dette formål vælges driftspunktet i ledningsafsnittet. På grundlag af dette princip kan der realiseres en kontrolleret spændingsdeler.
Og på en dobbelt gate triode i denne tilstand kan du f.eks. implementere en mixer til modtagende udstyr - på den ene gate det modtagne signal og på den anden - det modtagne signal. signalet fra heterodynen.
Hvis vi accepterer teorien om, at historien udvikler sig i en spiral, kan vi se et mønster i udviklingen af elektronikken. Fra spændingsstyrede rør er teknologien gået over til bipolære transistorer, som har brug for strøm til at styre dem. Spiralen har sluttet sig - nu er der en dominans af unipolære trioder, der ligesom lamperne ikke kræver strømforbrug i kontrolkredsløbene. Det vil vise sig, hvor den cykliske kurve vil føre os hen næste gang. Indtil videre er der ikke noget alternativ til felteffekttransistorer i sigte.
Relaterede artikler:
