Kenttä (unipolaarinen) transistori on laite, jolla on kolme ulostuloa ja jota ohjataan portilla olevan ohjauselektrodin (portin) avulla.porttiohjauselektrodiin (porttiin) syötetään jännite. Ohjattava virta kulkee lähde-tyhjennyspiirin läpi.
Ajatus tällaisesta triodista syntyi noin 100 vuotta sitten, mutta vasta viime vuosisadan puolivälissä se voitiin toteuttaa käytännössä. 1950-luvulla kehitettiin kenttäefektitransistorin käsite, ja ensimmäinen toimiva kappale valmistettiin vuonna 1960. Tämäntyyppisten triodien etujen ja haittojen ymmärtämiseksi on tarpeen ymmärtää niiden rakenne.
Sisältö
Kenttätransistorien suunnittelu
Unipolaariset transistorit jakautuvat kahteen suureen luokkaan suunnittelu- ja valmistustekniikan perusteella. Vaikka ohjausperiaatteet ovat samankaltaiset, niiden suorituskykyyn vaikuttavat niiden suunnitteluun liittyvät ominaisuudet.
Unipolaariset triodit, joissa on p-n-liitos
Tällaisen kenttäefektitransistorin rakenne on samankaltainen kuin tavanomaisen transistorin rakenne. puolijohdediodi ja toisin kuin sen kaksinapainen serkku, siinä on vain yksi liitos. P-n-liitäntätransistori koostuu kiekosta, jossa on yhden tyyppistä johdinta (esim. n) ja upotettu alue, jossa on toisen tyyppistä puolijohdetta (tässä tapauksessa p).
n-kerros muodostaa kanavan, jonka kautta virta kulkee lähteen ja tyhjennyksen nastojen välillä. Porttipääte on kytketty p-alueeseen. Jos porttiin syötetään jännite, joka siirtää siirtymää vastakkaiseen suuntaan, siirtymäalue laajenee, kanavan poikkileikkaus päinvastoin kapenee ja sen resistanssi kasvaa. Ohjaamalla porttijännitettä voidaan kanavan virtaa ohjata. Transistori voidaan valmistaa myös p-tyypin kanavalla, jolloin portti muodostuu n-puolijohteesta.
Yksi tämän rakenteen erityispiirteistä on transistorin erittäin suuri sisääntulovastus. Porttivirta määräytyy takaisinkytketyn liitoskohdan resistanssin mukaan, ja se on tasajännitteessä yksiköiden tai kymmenien nanopampeerien luokkaa. Vaihtovirralla tulovastus saadaan liitoskapasitanssin avulla.
Näillä transistoreilla rakennetut vahvistusvaiheet helpottavat syöttölaitteiden sovittamista niiden korkean tuloimpedanssin ansiosta. Unipolaariset triodit eivät myöskään yhdistä varauksen kantajia uudelleen, mikä vähentää matalataajuista kohinaa.
Kun biasjännitettä ei ole, kanavan leveys on suurin ja kanavan läpi kulkeva virta on suurin. Kun jännitettä nostetaan, voidaan saavuttaa tila, jossa kanava sulkeutuu kokonaan. Tätä jännitettä kutsutaan katkaisujännitteeksi (Uots).
Kenttäefektitransistorin tyhjennysvirta riippuu sekä portin ja lähteen välisestä jännitteestä että tyhjennys- ja lähdejännitteestä. Jos porttijännite on kiinteä, virta kasvaa aluksi lähes lineaarisesti Uci:n kasvaessa (ab-kaavio). Saturaatioon siirryttäessä jännitteen lisäys ei käytännössä lisää tyhjennysvirtaa (bb jakso). Kun portin lukitusjännitteen taso kasvaa, kyllästyminen tapahtuu pienemmillä I-varaston arvoilla.
Kuvassa on esitetty tyhjennysvirran riippuvuus lähteen ja tyhjennyksen välisestä jännitteestä useilla porttijännitteen arvoilla. On selvää, että kun Uci on kyllästysjännitteen yläpuolella, tyhjennysvirta riippuu lähes yksinomaan porttijännitteestä.
Tätä havainnollistetaan unipolaarisen transistorin siirto-ominaisuudella. Negatiivisen porttijännitteen kasvaessa tyhjennysvirta pienenee lähes lineaarisesti, kunnes se saavuttaa nollan, kun porttijännite saavuttaa katkaisujännitetason.
Unipolaariset triodit, joissa on eristetty portti
Toinen kenttäefektitransistorin muunnos on malli, jossa on eristetty portti. Näitä triodeja kutsutaan TDP-transistoreiksi. TIR (metalli-dielektris-puolijohde) transistorit, ulkomainen nimitys MOSFET. Ennen oli tapana kutsua sitä MOS (metalli-oksidi-puolijohde).
Substraatti on valmistettu tietyn johtavuustyypin (tässä tapauksessa n) johtimesta, ja kanava on muodostettu toisen johtavuustyypin (tässä tapauksessa p) puolijohteesta. Portti on erotettu substraatista ohuella dielektrisellä (oksidi)kerroksella, ja se voi vaikuttaa kanavaan vain syntyvän sähkökentän kautta. Jos porttijännite on negatiivinen, syntyvä kenttä pakottaa elektronit ulos kanava-alueelta, kerros tyhjenee ja sen resistanssi kasvaa. Sitä vastoin p-kanavatransistoreissa positiivinen jännite lisää vastusta ja vähentää virtaa.
Toinen eristetyn portin transistorin ominaisuus on siirto-ominaisuuden positiivinen osa (negatiivinen p-kanavatriodilla). Tämä tarkoittaa sitä, että porttiin voidaan syöttää myös tietyn suuruinen positiivinen jännite, mikä lisää tyhjennysvirtaa. Lähtöominaisuuksien perhe ei ole olennaisesti erilainen kuin p-n-liitäntätriodilla.
Portin ja substraatin välinen dielektrinen kerros on hyvin ohut, joten varhaiset MPT:t (kuten kotimaassa valmistetut KP350) olivat erittäin herkkiä staattiselle sähkölle. Korkeat jännitteet puhkaisivat ohuen kalvon, jolloin transistori ei toiminut. Nykyaikaisissa triodeissa on toteutettu rakentavia toimenpiteitä ylijännitteeltä suojaamiseksi, joten varotoimet staattista sähköä vastaan ovat lähes tarpeettomia.
Toinen eristetyn portin unipolaarisen triodin muunnos on induktiivinen kanavatransistori. Induktiivista kanavaa ei ole, eikä virta kulje lähteestä tyhjennykseen, jos portissa ei ole jännitettä. Jos porttiin kytketään positiivinen jännite, sen synnyttämä kenttä "vetää" elektroneja substraatin n-vyöhykkeeltä ja luo pinnanläheiselle alueelle kanavan, jonka kautta virta voi virrata. Tästä käy ilmi, että tällaista transistoria ohjataan kanavan tyypistä riippuen vain yhden napaisuuden jännitteellä. Tämä näkyy myös sen läpäisyominaisuudesta.
On myös kaksoisporttitransistoreja. Ne eroavat tavanomaisista transistoreista siinä, että niissä on kaksi yhtä suurta porttia, joista kumpaakin voidaan ohjata erillisellä signaalilla, mutta niiden vaikutus kanavaan lasketaan yhteen. Tällainen triodi voidaan esittää kahtena tavallisena transistorina, jotka on kytketty sarjaan.
Kenttäefektitransistorin kaaviot
Kenttäefektitransistoreiden käyttöala on sama kuin seuraavien tuotteiden kohdalla kuten bipolaaritransistoreiden osalta .. Niitä käytetään pääasiassa vahvistinelementteinä. Bipolaarisia triodeja käytetään vahvistinvaiheissa, joissa on kolme pääpiiriä:
- yhteinen keräin (lähettimen toistin);
- yhteinen pohja;
- yhteinen emitteri.
Kenttäefektitransistorit kytketään samalla tavalla.
Yhteinen tyhjennyspiiri
Common-drain-piiri (lähde-kytkin), joka on samanlainen kuin bipolaarisen triodin emitterin toistin, ei tarjoa jännitevahvistusta, mutta tarjoaa virtavahvistusta.
Tämän piirin etuna on sen korkea tuloimpedanssi, joka joissakin tapauksissa on haittapuoli - vaihe tulee alttiiksi sähkömagneettisille häiriöille. Tarvittaessa Rin-arvoa voidaan pienentää lisäämällä vastus R3.
Piiri, jossa on yhteinen portti
Tämä piiri on samankaltainen kuin bipolaaritransistori. Tämä piiri antaa hyvän jännitevahvistuksen, mutta ei virtavahvistusta. Samanlainen kuin yleinen perusmalli, mutta sitä ei käytetä yleisesti.
Yhteinen lähdepiiri
Yleisin järjestely on kenttätehostetriodien yhteinen lähdekytkentä. Sen vahvistus riippuu resistanssin Rc ja tyhjennyspiirin resistanssin suhteesta (tyhjennyspiiriin voidaan sijoittaa lisävastus vahvistuksen säätämiseksi.) ja riippuu myös transistorin ominaisarvon kaltevuudesta.
Kenttäefektitransistoreja käytetään myös ohjattuina vastuksina. Tätä tarkoitusta varten toimintapiste valitaan linjaosuuden sisällä. Tämän periaatteen perusteella voidaan toteuttaa ohjattu jännitteen jakaja.
Ja kaksinkertainen portti triodi tässä tilassa, voit toteuttaa, esimerkiksi, sekoitin vastaanottolaitteiden - yhdellä portilla vastaanotetun signaalin, ja toisella - the heterodynestä saatava signaali.
Jos hyväksymme teorian, jonka mukaan historia kehittyy spiraalimaisesti, voimme nähdä elektroniikan kehityksessä kaavan. Jänniteohjatuista putkista on siirrytty bipolaarisiin transistoreihin, joiden ohjaamiseen tarvitaan virtaa. Kierre on kiertänyt ympyrän - nyt vallalla ovat unipolaariset triodit, jotka lamppujen tavoin eivät vaadi tehonkulutusta ohjauspiireissä. Nähtäväksi jää, mihin syklinen käyrä seuraavaksi johtaa. Kenttäefektitransistoreille ei ole toistaiseksi näköpiirissä vaihtoehtoa.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
