Πεδίο (μονοπολικό) τρανζίστορ είναι μια διάταξη που έχει τρεις εξόδους και ελέγχεται από το εφαρμοζόμενο ηλεκτρόδιο ελέγχου (πύλη) στην πύλη.πύληη τάση εφαρμόζεται στο ηλεκτρόδιο ελέγχου (πύλη). Το ρεύμα που πρέπει να ελεγχθεί διαρρέει το κύκλωμα πηγής-στράγγισης.
Η ιδέα για μια τέτοια τρίοδο γεννήθηκε πριν από περίπου 100 χρόνια, αλλά μόλις στα μέσα του περασμένου αιώνα κατέστη δυνατό να προσεγγίσει την πρακτική εφαρμογή της. Στη δεκαετία του 1950, αναπτύχθηκε η ιδέα του τρανζίστορ επίδρασης πεδίου και το 1960 κατασκευάστηκε το πρώτο λειτουργικό παράδειγμα. Για να κατανοήσουμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτού του τύπου τριόδων, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε την κατασκευή τους.
Περιεχόμενα
Σχεδιασμός τρανζίστορ επίδρασης πεδίου
Τα μονοπολικά τρανζίστορ χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες με βάση τη σχεδίαση και την τεχνολογία κατασκευής. Ενώ οι αρχές ελέγχου είναι παρόμοιες, έχουν σχεδιαστικά χαρακτηριστικά που καθορίζουν την απόδοσή τους.
Μονοπολικές τρίοδες με επαφή p-n
Η δομή ενός τέτοιου τρανζίστορ επίδρασης πεδίου είναι παρόμοια με εκείνη ενός συμβατικού δίοδος ημιαγωγού και, σε αντίθεση με το διπολικό ξαδελφάκι του, περιέχει μόνο μία διακλάδωση. Ένα τρανζίστορ σύνδεσης p-n αποτελείται από ένα πλακίδιο ενός τύπου αγωγού (π.χ. n) και μια ενσωματωμένη περιοχή ενός άλλου τύπου ημιαγωγού (στην προκειμένη περίπτωση p).
Το στρώμα n σχηματίζει ένα κανάλι μέσω του οποίου ρέει ρεύμα μεταξύ των ακροδεκτών της πηγής και της αποστράγγισης. Ο ακροδέκτης πύλης συνδέεται με την περιοχή p. Εάν εφαρμοστεί τάση στην πύλη που μετατοπίζει τη μετάβαση προς την αντίθετη κατεύθυνση, η περιοχή μετάβασης διευρύνεται, η διατομή του καναλιού, αντίθετα, στενεύει και η αντίστασή του αυξάνεται. Ελέγχοντας την τάση της πύλης, μπορεί να ελεγχθεί το ρεύμα στο κανάλι. Το τρανζίστορ μπορούν επίσης να κατασκευαστούν με κανάλι τύπου p, οπότε η πύλη σχηματίζεται από ημιαγωγό τύπου n.
Ένα χαρακτηριστικό αυτού του σχεδιασμού είναι η πολύ μεγάλη αντίσταση εισόδου του τρανζίστορ. Το ρεύμα πύλης καθορίζεται από την αντίσταση της οπισθοδιακοπτόμενης ένωσης και κυμαίνεται σε μονάδες ή δεκάδες ναναμπέρ σε συνεχές ρεύμα. Στο εναλλασσόμενο ρεύμα, η αντίσταση εισόδου δίνεται από τη χωρητικότητα σύνδεσης.
Οι βαθμίδες ενίσχυσης που κατασκευάζονται με αυτά τα τρανζίστορ, λόγω της υψηλής αντίστασης εισόδου τους, διευκολύνουν την προσαρμογή των συσκευών εισόδου. Επίσης, οι μονοπολικές τρίοδοι δεν επανασυνδέουν τους φορείς φορτίου και αυτό μειώνει το θόρυβο χαμηλής συχνότητας.
Ελλείψει τάσης πόλωσης, το πλάτος του καναλιού είναι μεγαλύτερο και το ρεύμα μέσω του καναλιού είναι μέγιστο. Όταν η τάση αυξάνεται, μπορεί να επιτευχθεί μια κατάσταση όπου το κανάλι κλείνει εντελώς. Η τάση αυτή ονομάζεται τάση αποκοπής (Uots).
Το ρεύμα αποστράγγισης ενός τρανζίστορ επίδρασης πεδίου εξαρτάται τόσο από την τάση μεταξύ πύλης και πηγής όσο και από την τάση αποστράγγισης-πηγής. Εάν η τάση πύλης είναι σταθερή, το ρεύμα αυξάνεται αρχικά σχεδόν γραμμικά με την αύξηση του Uci (διάγραμμα ab). Κατά την είσοδο σε κορεσμό, περαιτέρω αύξηση της τάσης δεν προκαλεί πρακτικά καμία αύξηση του ρεύματος αποστράγγισης (τμήμα bb). Καθώς το επίπεδο της τάσης κλειδώματος πύλης αυξάνεται, ο κορεσμός εμφανίζεται σε χαμηλότερες τιμές του I-stock.
Το σχήμα δείχνει την οικογενειακή εξάρτηση του ρεύματος αποστράγγισης από την τάση μεταξύ πηγής και αποστράγγισης για διάφορες τιμές της τάσης πύλης. Είναι σαφές ότι με Uci πάνω από την τάση κορεσμού, το ρεύμα αποστράγγισης εξαρτάται σχεδόν αποκλειστικά από την τάση πύλης.
Αυτό φαίνεται από τη χαρακτηριστική μεταφοράς ενός μονοπολικού τρανζίστορ. Καθώς αυξάνεται η αρνητική τάση πύλης, το ρεύμα αποστράγγισης μειώνεται σχεδόν γραμμικά έως ότου μηδενιστεί όταν η τάση πύλης φτάσει στο επίπεδο τάσης αποκοπής.
Μονοπολικές τρίοδες με απομονωμένη πύλη
Μια άλλη παραλλαγή ενός τρανζίστορ επίδρασης πεδίου είναι η σχεδίαση με μονωμένη πύλη. Αυτές οι τρίοδες ονομάζονται τρανζίστορ TDP TIR τρανζίστορ (μέταλλο-διηλεκτρικός ημιαγωγός), ξένη ονομασία MOSFET. Συνήθιζαν να το αποκαλούν MOS (μέταλλο-οξείδιο-ημιαγωγός).
Το υπόστρωμα είναι κατασκευασμένο από έναν αγωγό ορισμένου τύπου αγωγιμότητας (στην προκειμένη περίπτωση n), το κανάλι σχηματίζεται από έναν ημιαγωγό άλλου τύπου αγωγιμότητας (στην προκειμένη περίπτωση p). Η πύλη διαχωρίζεται από το υπόστρωμα με ένα λεπτό διηλεκτρικό (οξείδιο) στρώμα και μπορεί να επηρεάσει το κανάλι μόνο μέσω του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται. Εάν η τάση πύλης είναι αρνητική, το παραγόμενο πεδίο αναγκάζει τα ηλεκτρόνια να απομακρυνθούν από την περιοχή του καναλιού, το στρώμα εξαντλείται και η αντίστασή του αυξάνεται. Αντίθετα, για τα τρανζίστορ p-καναλιού, η εφαρμογή θετικής τάσης αυξάνει την αντίσταση και μειώνει το ρεύμα.
Ένα άλλο χαρακτηριστικό ενός τρανζίστορ μονωμένης πύλης είναι το θετικό τμήμα της χαρακτηριστικής μεταφοράς (αρνητικό για μια τρίοδο p-καναλιού). Αυτό σημαίνει ότι στην πύλη μπορεί επίσης να εφαρμοστεί μια τάση θετικής πολικότητας μιας ορισμένης τιμής, η οποία θα αυξήσει το ρεύμα αποστράγγισης. Η οικογένεια χαρακτηριστικών εξόδου δεν διαφέρει ουσιαστικά από εκείνη μιας τριόδου σύνδεσης p-n.
Το διηλεκτρικό στρώμα μεταξύ της πύλης και του υποστρώματος είναι πολύ λεπτό, οπότε τα τρανζίστορ TIR που παρήχθησαν νωρίς (όπως τα εγχώρια κατασκευασμένα KP350) ήταν εξαιρετικά ευαίσθητα στον στατικό ηλεκτρισμό. Οι υψηλές τάσεις τρύπησαν το λεπτό φιλμ, καθιστώντας το τρανζίστορ μη λειτουργικό. Στις σύγχρονες τρίοδους έχουν ληφθεί κατασκευαστικά μέτρα για την προστασία από την υπέρταση, οπότε οι προφυλάξεις κατά του στατικού ηλεκτρισμού είναι σχεδόν περιττές.
Μια άλλη παραλλαγή μιας μονόπολης τριόδου μονωμένης πύλης είναι το τρανζίστορ επαγωγικού καναλιού. Δεν υπάρχει επαγωγικό κανάλι και δεν θα ρέει ρεύμα από την πηγή προς την αποστράγγιση εάν δεν υπάρχει τάση στην πύλη. Εάν εφαρμοστεί θετική τάση στην πύλη, το πεδίο που δημιουργεί θα "τραβήξει" ηλεκτρόνια από τη ζώνη n του υποστρώματος και θα δημιουργήσει ένα κανάλι στην περιοχή κοντά στην επιφάνεια για τη ροή του ρεύματος. Από αυτό είναι σαφές ότι ένα τέτοιο τρανζίστορ, ανάλογα με τον τύπο του καναλιού, ελέγχεται από τάση μίας μόνο πολικότητας. Αυτό μπορεί επίσης να φανεί από το χαρακτηριστικό του pass-through.
Υπάρχουν επίσης τρανζίστορ διπλής πύλης. Διαφέρουν από τα συμβατικά τρανζίστορ στο ότι διαθέτουν δύο ίσες πύλες, καθεμία από τις οποίες μπορεί να ελέγχεται από ξεχωριστό σήμα, αλλά η επίδρασή τους στο κανάλι αθροίζεται. Μια τέτοια τρίοδος μπορεί να αναπαρασταθεί ως δύο συνηθισμένα τρανζίστορ συνδεδεμένα σε σειρά.
Σχηματική αναπαράσταση τρανζίστορ επίδρασης πεδίου
Το πεδίο εφαρμογής των τρανζίστορ επίδρασης πεδίου είναι το ίδιο με εκείνο των όσον αφορά τα διπολικά τρανζίστορ .. Χρησιμοποιούνται κυρίως ως στοιχεία ενισχυτή. Οι διπολικές τρίοδες χρησιμοποιούνται σε στάδια ενισχυτών με τρία κύρια κυκλώματα:
- κοινός συλλέκτης (επαναλήπτης εκπομπής);
- κοινή βάση,
- κοινός πομπός.
Τα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου συνδέονται με παρόμοιο τρόπο.
Κύκλωμα κοινής αποστράγγισης
Κύκλωμα κοινής αποστράγγισης (πηγή-συνδετήρας), παρόμοια με έναν επαναλήπτη εκπομπού σε μια διπολική τρίοδο, δεν παρέχει κέρδος τάσης, αλλά παρέχει κέρδος ρεύματος.
Ένα πλεονέκτημα αυτού του κυκλώματος είναι η υψηλή αντίσταση εισόδου, η οποία σε ορισμένες περιπτώσεις αποτελεί μειονέκτημα - η βαθμίδα γίνεται ευαίσθητη σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Εάν είναι απαραίτητο, το Rin μπορεί να μειωθεί με την προσθήκη μιας αντίστασης R3.
Κύκλωμα με κοινή πύλη
Αυτό το κύκλωμα είναι παρόμοιο με ένα διπολικό τρανζίστορ κοινής βάσης. Αυτό το κύκλωμα δίνει καλό κέρδος τάσης, αλλά όχι κέρδος ρεύματος. Παρόμοια με τον κοινό σχεδιασμό βάσης, δεν χρησιμοποιείται συνήθως.
Κύκλωμα κοινής πηγής
Η πιο συνηθισμένη διάταξη είναι η κοινή σύνδεση πηγής των τριόδων επίδρασης πεδίου. Το κέρδος του εξαρτάται από το λόγο της αντίστασης Rc προς την αντίσταση στο κύκλωμα αποστράγγισης (μια πρόσθετη αντίσταση μπορεί να τοποθετηθεί στο κύκλωμα αποστράγγισης για τη ρύθμιση του κέρδους) και εξαρτάται επίσης από την κλίση της χαρακτηριστικής του τρανζίστορ.
Τα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου χρησιμοποιούνται επίσης ως ελεγχόμενες αντιστάσεις. Για το σκοπό αυτό, το σημείο λειτουργίας επιλέγεται εντός του τμήματος γραμμής. Με βάση αυτή την αρχή μπορεί να υλοποιηθεί ένας ελεγχόμενος διαιρέτης τάσης.
Και σε μια τρίοδο διπλής πύλης σε αυτή τη λειτουργία, μπορείτε να εφαρμόσετε, για παράδειγμα, έναν μείκτη για εξοπλισμό λήψης - σε μια πύλη το λαμβανόμενο σήμα και στην άλλη - το το σήμα από το ετερόδιο.
Αν δεχτούμε τη θεωρία ότι η ιστορία εξελίσσεται σπειροειδώς, μπορούμε να δούμε ένα μοτίβο στην ανάπτυξη των ηλεκτρονικών. Από τις λυχνίες που ελέγχονται από τάση, η τεχνολογία έχει περάσει στα διπολικά τρανζίστορ, τα οποία χρειάζονται ρεύμα για τον έλεγχό τους. Το σπιράλ έκλεισε τον κύκλο του - τώρα κυριαρχούν οι μονοπολικές τρίοδες, οι οποίες, όπως και οι λαμπτήρες, δεν απαιτούν κατανάλωση ισχύος στα κυκλώματα ελέγχου. Θα δούμε πού θα μας οδηγήσει η κυκλική καμπύλη στη συνέχεια. Προς το παρόν, δεν υπάρχει εναλλακτική λύση για τα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου.
Σχετικά άρθρα:
