Väli (unipolaarne) transistor on seade, millel on kolm väljundit ja mida juhitakse rakendatava juhtelektroodi (värava) abil.värav) juhitakse juhtelektroodile (väravale) pinge. Reguleeritud vool voolab läbi allika-äravoolu ahela.
Mõte sellisest trioodist tekkis umbes 100 aastat tagasi, kuid praktilisele teostusele jõuti läheneda alles eelmise sajandi keskpaigas. 1950. aastatel töötati välja väljatransistori kontseptsioon ja 1960. aastal toodeti esimene töönäidis. Seda tüüpi trioodide eeliste ja puuduste mõistmiseks on vaja mõista nende struktuuri.
Sisu
Väljatransistoride projekteerimine
Unipolaarsed transistorid jagunevad oma disaini ja tootmistehnoloogia järgi kahte suurde klassi. Kuigi juhtimispõhimõtted on sarnased, on neil disainifunktsioonid, mis määravad nende omadused.
Unipolaarsed trioodid p-n-siirdega
Sellise p-n-siirdetransistori ehitus on sarnane tavalisele pooljuhtdiood ja erinevalt oma bipolaarsest sugulasest sisaldab ainult ühte ristmikku. P-n-siirdetransistor koosneb ühte tüüpi juhi (nt n) plaadist ja teist tüüpi pooljuhtide (antud juhul p) sisseehitatud piirkonnast.
N-kiht moodustab kanali, mille kaudu voolab vool allika kontaktide ja äravoolu vahel. Värava juhe on ühendatud p-piirkonnaga. Kui väravale rakendatakse pinget, mis nihutab üleminekut vastupidises suunas, siis üleminekuala laieneb, kanali ristlõige, vastupidi, kitseneb, selle takistus suureneb. Paisupinget reguleerides saab juhtida kanali voolu. Transistor saab teha ka p-tüüpi kanaliga, siis paisu moodustab n-pooljuht.
Selle disaini üks eripära on transistori väga suur sisendtakistus. Värava voolu määrab tagurpidi lülitatud ristmiku takistus ja see on alalisvoolu ühikutes või kümnetes nanoamprites. Vahelduvvoolu korral annab sisendtakistuse ristmiku mahtuvus.
Sellistele transistoridele kokkupandud võimendusastmed lihtsustavad suure sisendtakistuse tõttu sobitamist sisendseadmetega. Samuti ei kombineeri unipolaarsed trioodid laengukandjaid, mis vähendab madalsageduslikku müra.
Kui eelpinge puudub, on kanali laius suurim ja kanalit läbiv vool maksimaalne. Pinge suurendamisel on võimalik jõuda kanali olekusse, kus see on täielikult lukustatud. Seda pinget nimetatakse katkestuspingeks (Uots).
Väljatransistori äravooluvool sõltub nii paisu ja allika vahelisest pingest kui ka äravooluallika pingest. Kui fikseerite paisupinge, suureneb vool algul peaaegu lineaarselt Uci suurenemisega (ab diagramm).Küllastuse sisenemisel ei põhjusta pinge edasine tõus praktiliselt äravooluvoolu suurenemist (bb sektsioon). Värava lukustuspinge taseme tõustes tekib küllastus I-stocki madalamate väärtuste juures.
Joonisel on kujutatud allika ja äravoolu vahelise äravooluvoolu pingesõltuvuste perekonda paisupinge mitme väärtuse korral. Ilmselgelt sõltub Uci üle küllastuspinge äravooluvool praktiliselt ainult paisupingest.
Seda illustreerib unipolaarse transistori ülekandekarakteristikud. Negatiivse paisupinge kasvades väheneb äravooluvool peaaegu lineaarselt, kuni jõuab nullini, kui paisupinge jõuab katkestuspinge tasemeni.
Unipolaarsed trioodid isoleeritud väravaga
Veel üks väljatransistori variant on isoleeritud väravaga disain. Neid trioode nimetatakse TFT-deks TIR (metall-dielektrik-pooljuht) transistorid, võõrnimetus MOSFET. Varem oli kombeks helistada MOS (metalloksiid-pooljuht).
Substraat on valmistatud teatud juhtivuse tüüpi juhist (antud juhul n), kanali moodustab teist juhtivuse tüüpi pooljuht (antud juhul p). Värav on substraadist eraldatud õhukese dielektrilise (oksiidi) kihiga ja võib kanalit mõjutada ainult tekitatud elektrivälja kaudu. Kui paisupinge on negatiivne, tõrjub tekitatud väli elektronid kanali piirkonnast välja, kiht tühjeneb ja selle takistus suureneb. P-tüüpi kanaliga transistoride puhul viib positiivse pinge rakendamine vastupidiselt takistuse suurenemiseni ja voolu vähenemiseni.
Veel üks paisuga isoleeritud transistori omadus on ülekandekarakteristiku positiivne osa (negatiivne p-kanali trioodi puhul). See tähendab, et ka väravale saab rakendada teatud väärtusega positiivse polaarsusega pinget, mis suurendab äravoolu voolu.Väljundomaduste perekond ei erine põhimõtteliselt p-n-siirdetrioodi omast.
Värava ja substraadi vaheline dielektriline kiht on väga õhuke, nii et TIR-transistorid on esimeste tootmisaastate (näiteks kodumaised) KP350) olid staatilise elektri suhtes äärmiselt tundlikud. Kõrge pinge läbistas õhukese kile, muutes transistori töövõimetuks. Kaasaegsetes trioodides on ülepinge eest kaitsmiseks rakendatud konstruktiivseid meetmeid, mistõttu ettevaatusabinõud staatilise elektri eest on peaaegu ebavajalikud.
Teine isoleeritud väravaga unipolaarse trioodi variant on indutseeritud kanaliga transistor. Sellel ei ole induktiivset kanalit, seega ei voola voolu allikast äravoolu, kui väravas pole pinget. Kui paisule rakendatakse positiivset pinget, siis selle genereeriv väli "tõmbab" elektronid substraadi n-tsoonist ja loob pinnalähedases piirkonnas kanali voolu voolamiseks. Sellest on selge, et sellist transistorit juhitakse sõltuvalt kanali tüübist ainult ühe polaarsusega pingega. Seda on näha ka selle läbilaskeomaduste järgi.
Olemas on ka kaheväravalised transistorid. Need erinevad tavalistest selle poolest, et neil on kaks võrdset väravat, millest kumbagi saab juhtida eraldi signaaliga, kuid nende mõju kanalile on summeeritud. Sellist trioodi saab kujutada kahe tavalise jadatransistorina.
Väljatransistoride ühendusskeemid
Väljatransistoride kasutusala on sama mis puhul bipolaarne .. Neid kasutatakse peamiselt võimendi elementidena. Bipolaarsetel trioodidel, kui neid kasutatakse võimendi astmetes, on kolm põhiahelat:
- tavaline koguja (emitteri repiiter);
- ühise alusega;
- ühine emitter.
Väljatransistorid on ühendatud sarnaselt.
Tavaline aktsiate massiiv
Ühise äravoolu ahel (Allika repiiter), nagu bipolaarse trioodi emitteri repiiter, ei anna pingevõimendust, kuid annab voolu võimenduse.
Skeemi eeliseks on kõrge sisendtakistus, kuid mõnel juhul on see miinus - lava muutub elektromagnetiliste häirete suhtes tundlikuks. Vajadusel saab Rin-i vähendada, lisades takisti R3.
Ahel ühise väravaga
See ahel sarnaneb ühise alusega bipolaarse transistoriga. See ahel annab hea pingevõimenduse, kuid vooluvõimendust ei ole. Nagu tavalist aluskujundust, ei kasutata seda tavaliselt.
Ühise allika massiiv
Levinuim lülitus on väljaefektitrioodide ühisallika ühendus. Selle võimendus sõltub takistuse Rc ja takistuse suhtest äravooluahelas (tühjendusahela võimenduse reguleerimiseks saab paigaldada täiendava takisti) ja sõltub ka transistori karakteristiku kaldest.
Väljatransistore kasutatakse ka juhitava takistusena. Selleks valitakse tööpunkt lineaarse lõigu sees. Selle põhimõtte kohaselt saab rakendada juhitavat pingejagurit.
Ja selles režiimis topeltvärava trioodil saate rakendada näiteks vastuvõtuseadmete mikserit - ühel väraval vastuvõetud signaal ja teisel - signaal heterodüünilt.
Kui nõustute teooriaga, et ajalugu areneb spiraalselt, näete elektroonika arengus mustrit. Tehnoloogia liikus pingega juhitavatest torudest bipolaarsete transistoride juurde, mis vajavad nende juhtimiseks voolu. Spiraal on teinud täieliku pöörde - nüüd domineerivad unipolaarsed trioodid, mis ei nõua, nagu lambid, juhtimisahelates energiatarbimist. Kuhu tsüklikõver meid järgmisena viib – eks me näe. Siiani pole väljatransistoridele alternatiivi täheldatud.
Seotud artiklid:
