Champ (unipolaire) Le transistor est un dispositif qui possède trois sorties et qui est contrôlé par l'électrode de commande (grille) appliquée à la grille.portailest appliquée à l'électrode de commande (grille). Le courant à contrôler circule dans le circuit source-drain.
L'idée d'une telle triode est née il y a environ 100 ans, mais ce n'est qu'au milieu du siècle dernier qu'il a été possible de s'approcher d'une mise en œuvre pratique. Dans les années 1950, le concept du transistor à effet de champ a été développé, et en 1960, le premier exemple fonctionnel a été produit. Pour comprendre les avantages et les inconvénients de ce type de triode, il est nécessaire de comprendre leur construction.
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Conception des transistors à effet de champ
Les transistors unipolaires se répartissent en deux grandes catégories en fonction de leur conception et de leur technologie de fabrication. Si les principes de contrôle sont similaires, ils présentent des caractéristiques de conception qui déterminent leurs performances.
Triodes unipolaires à jonction p-n
La structure d'un tel transistor à effet de champ est similaire à celle d'un transistor classique. diode semi-conductrice et, contrairement à son cousin bipolaire, ne contient qu'une seule jonction. Un transistor à jonction p-n est constitué d'une tranche d'un type de conducteur (par exemple n), et d'une région encastrée d'un autre type de semi-conducteur (dans ce cas p).
La couche n forme un canal à travers lequel le courant circule entre les broches de la source et du drain. La borne de la porte est connectée à la région p. Si une tension est appliquée à la grille déplaçant la transition dans la direction opposée, la région de transition s'étend, la section transversale du canal, au contraire, se rétrécit, et sa résistance augmente. En contrôlant la tension de la grille, le courant dans le canal peut être contrôlé. Le transistor peut également être réalisé avec un canal de type p, auquel cas la grille est formée par un semi-conducteur de type n.
L'une des particularités de cette conception est la résistance d'entrée très élevée du transistor. Le courant de grille est déterminé par la résistance de la jonction rétro-commutée et est de l'ordre de quelques unités ou dizaines de nanampères en courant continu. En courant alternatif, la résistance d'entrée est donnée par la capacité de la jonction.
Les étages de gain construits avec ces transistors, en raison de leur impédance d'entrée élevée, facilitent l'adaptation des dispositifs d'entrée. En outre, les triodes unipolaires ne recombinent pas les porteurs de charge, ce qui réduit le bruit à basse fréquence.
En l'absence de tension de polarisation, la largeur du canal est la plus grande et le courant à travers le canal est maximal. Lorsque la tension est augmentée, on peut atteindre un état où le canal est complètement fermé. Cette tension est appelée tension de coupure (Uots).
Le courant de drain d'un transistor à effet de champ dépend à la fois de la tension entre la grille et la source et de la tension drain-source. Si la tension de grille est fixe, le courant augmente presque linéairement avec l'augmentation de Uci au début (ab plot). En entrant en saturation, une nouvelle augmentation de la tension ne provoque pratiquement aucune augmentation du courant de drain (section bb). Au fur et à mesure que le niveau de la tension de verrouillage de grille augmente, la saturation se produit à des valeurs plus faibles du stock I.
La figure montre la dépendance familiale du courant de drain en fonction de la tension entre la source et le drain pour plusieurs valeurs de la tension de grille. Il est clair qu'avec Uci au-dessus de la tension de saturation, le courant de drain dépend presque uniquement de la tension de grille.
Ceci est illustré par la caractéristique de transfert d'un transistor unipolaire. Lorsque la tension de grille négative augmente, le courant de drain diminue presque linéairement jusqu'à atteindre zéro lorsque la tension de grille atteint le niveau de tension de coupure.
Triodes unipolaires à grille isolée
Une autre variante du transistor à effet de champ est la conception avec une grille isolée. Ces triodes sont appelées transistors TDP. TIR (métal-diélectrique-semiconducteur), désignation étrangère MOSFET. On avait l'habitude de l'appeler MOS (métal-oxyde-semiconducteur).
Le substrat est constitué d'un conducteur d'un certain type de conductivité (dans ce cas n), le canal est formé par un semi-conducteur d'un autre type de conductivité (dans ce cas p). La grille est séparée du substrat par une fine couche diélectrique (oxyde), et ne peut affecter le canal que par le champ électrique créé. Si la tension de grille est négative, le champ généré force les électrons à sortir de la zone du canal, la couche s'appauvrit et sa résistance augmente. À l'inverse, pour les transistors à canal p, l'application d'une tension positive augmente la résistance et réduit le courant.
Une autre caractéristique d'un transistor à grille isolée est la section positive de la caractéristique de transfert (négative pour une triode à canal p). Cela signifie qu'une tension de polarité positive d'une certaine valeur peut également être appliquée à la grille, ce qui augmentera le courant de drain. La famille des caractéristiques de sortie n'est pas fondamentalement différente de celle d'une triode à jonction p-n.
La couche diélectrique entre la grille et le substrat est très mince, de sorte que les premiers transistors TIR produits (comme les transistors TIR fabriqués localement) sont très sensibles aux variations de température. KP350) étaient extrêmement sensibles à l'électricité statique. Des tensions élevées ont percé la couche mince, rendant le transistor inopérant. Dans les triodes modernes, des mesures constructives ont été prises pour protéger contre les surtensions, de sorte que les précautions contre l'électricité statique sont pratiquement inutiles.
Une autre variante de la triode unipolaire à grille isolée est le transistor à canal inductif. Il n'y a pas de canal inductif et aucun courant ne circule de la source au drain s'il n'y a pas de tension à la grille. Si une tension positive est appliquée à la grille, le champ qu'elle génère va "tirer" les électrons de la zone N du substrat et créer un canal dans la région proche de la surface pour le passage du courant. Il en ressort qu'un tel transistor, selon le type de canal, est commandé par une tension d'une seule polarité. Cela se voit également à sa caractéristique de passage.
Il existe également des transistors à double grille. Ils diffèrent des transistors classiques en ce qu'ils ont deux portes égales, chacune pouvant être commandée par un signal distinct, mais leur effet sur le canal est additionné. Une telle triode peut être représentée comme deux transistors ordinaires connectés en série.
Schémas des transistors à effet de champ
Le champ d'application des transistors à effet de champ est le même que celui des produits suivants comme pour les transistors bipolaires .. Ils sont principalement utilisés comme éléments d'amplification. Les triodes bipolaires sont utilisées dans les étages d'amplification avec trois circuits principaux :
- collecteur commun (émetteur-répéteur);
- base commune ;
- émetteur commun.
Les transistors à effet de champ sont connectés de manière similaire.
Circuit de drain commun
Circuit à drain commun (source-coupleur), similaire à un répéteur d'émetteur sur une triode bipolaire, ne fournit aucun gain de tension, mais fournit un gain de courant.
L'avantage de ce circuit est sa haute impédance d'entrée, qui dans certains cas est un inconvénient - l'étage devient sensible aux interférences électromagnétiques. Si nécessaire, Rin peut être réduit en incluant une résistance R3.
Circuit avec porte commune
Ce circuit est similaire à un transistor bipolaire à base commune. Ce circuit donne un bon gain de tension, mais pas de gain de courant. Tout comme la conception de la base commune, elle n'est pas couramment utilisée.
Circuit de source commune
La disposition la plus courante est la connexion de source commune des triodes à effet de champ. Son gain dépend du rapport entre la résistance Rc et la résistance du circuit de drain (une résistance supplémentaire peut être placée dans le circuit de drain pour ajuster le gain) et dépend également de la pente de la caractéristique du transistor.
Les transistors à effet de champ sont également utilisés comme résistances contrôlées. À cette fin, le point de fonctionnement est sélectionné à l'intérieur de la section de ligne. Sur la base de ce principe, un diviseur de tension contrôlé peut être réalisé.
Et sur une triode à double porte dans ce mode, vous pouvez mettre en œuvre, par exemple, un mélangeur pour l'équipement de réception - sur une porte le signal reçu, et sur l'autre - le signal de réception. le signal provenant de l'hétérodyne.
Si nous acceptons la théorie selon laquelle l'histoire évolue en spirale, nous pouvons voir un modèle dans le développement de l'électronique. Des tubes commandés en tension, la technologie est passée aux transistors bipolaires, qui ont besoin de courant pour être commandés. La spirale s'est refermée - il y a maintenant une dominance des triodes unipolaires qui, comme les lampes, ne nécessitent pas de consommation d'énergie dans les circuits de commande. On verra où la courbe cyclique nous mènera ensuite. Pour l'instant, aucune alternative aux transistors à effet de champ n'est en vue.
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