Mező (egypólusú) tranzisztor egy olyan eszköz, amely három kimenettel rendelkezik, és amelyet a kapunál alkalmazott vezérlőelektróda (kapu) vezérel.kapua vezérlő elektródára (kapura) feszültséget kapcsolunk. A szabályozandó áram a forrás-leeresztő áramkörön keresztül folyik.
Egy ilyen trióda ötlete körülbelül 100 évvel ezelőtt született, de csak a múlt század közepén sikerült megközelíteni a gyakorlati megvalósítást. Az 1950-es években kidolgozták a térhatású tranzisztor koncepcióját, és 1960-ban elkészült az első működő példány. Ahhoz, hogy megértsük az ilyen típusú triódák előnyeit és hátrányait, meg kell értenünk a felépítésüket.
Tartalomjegyzék
Terepi effektusú tranzisztorok tervezése
Az unipoláris tranzisztorok a tervezés és a gyártástechnológia alapján két nagy osztályba sorolhatók. Bár a vezérlési elvek hasonlóak, a teljesítményüket meghatározó tervezési jellemzőkkel rendelkeznek.
Egypólusú triódák p-n átmenettel
Az ilyen térhatású tranzisztor felépítése hasonló a hagyományos félvezető dióda és bipoláris rokonával ellentétben csak egy csomópontot tartalmaz. A p-n átmenetű tranzisztor egy egyik típusú (pl. n) vezetőből készült ostyából és egy másik típusú (ebben az esetben p) félvezetőből készült beágyazott területből áll.
Az n-réteg csatornát képez, amelyen keresztül áram folyik a forrás és a lefolyó csapjai között. A kapucsatlakozó a p-régióhoz van csatlakoztatva. Ha a kapura olyan feszültséget kapcsolunk, amely az átmenetet az ellenkező irányba tolja el, az átmeneti terület kitágul, a csatorna keresztmetszete viszont szűkül, és ellenállása megnő. A kapufeszültség szabályozásával a csatornában folyó áram szabályozható. A tranzisztor készülhet p-típusú csatornával is, ebben az esetben a kaput n-félvezető alkotja.
Ennek a kialakításnak az egyik jellemzője a tranzisztor nagyon nagy bemeneti ellenállása. A kapuáramot a visszakapcsolt átmenet ellenállása határozza meg, és egyenáramban egységnyi vagy több tíz nanamperes nagyságrendű. Váltakozó áram esetén a bemeneti ellenállást a csomóponti kapacitás adja.
Az ilyen tranzisztorokkal épített erősítőfokozatok a magas bemeneti impedanciájuk miatt megkönnyítik a bemeneti eszközök illesztését. Az egypólusú triódák nem rekombinálják a töltéshordozókat, és ez csökkenti az alacsony frekvenciájú zajt.
Előfeszítés hiányában a csatorna szélessége a legnagyobb, és a csatornán átfolyó áram maximális. A feszültség növelésekor olyan állapot érhető el, amikor a csatorna teljesen leáll. Ezt a feszültséget nevezzük kikapcsolási feszültségnek (Uots).
A térhatású tranzisztorok drain-árama függ a kapu és a forrás közötti feszültségtől és a drain-source feszültségtől is. Ha a kapufeszültség fix, az áram eleinte szinte lineárisan nő az Uci növekedésével (ab-diagram). A telítésbe lépve a feszültség további növelése gyakorlatilag nem okoz növekedést a drain-áramban (bb szakasz). Ahogy a kapu zárófeszültség szintje növekszik, a telítődés az I-állomány alacsonyabb értékeinél következik be.
Az ábra a drain-áramnak a forrás és a drain közötti feszültségtől való családi függését mutatja a kapufeszültség különböző értékei esetén. Világos, hogy a telítési feszültség feletti Uci értéknél a drain-áram szinte kizárólag a kapufeszültségtől függ.
Ezt szemlélteti az egypólusú tranzisztor átviteli karakterisztikája. A negatív kapufeszültség növekedésével a drain-áram szinte lineárisan csökken, amíg el nem éri a nullát, amikor a kapufeszültség eléri a határfeszültségi szintet.
Egypólusú triódák izolált kapuval
A mezőhatású tranzisztor egy másik változata a szigetelt kapuval rendelkező kivitel. Ezeket a triódákat TDP-tranzisztoroknak nevezik. TIR (fém-dielektromos félvezető) tranzisztorok, külföldi megnevezéssel MOSFET. Régebben szokás volt ezt úgy hívni. MOS (fém-oxid-félvezető).
A szubsztrát egy bizonyos vezetőképesség-típusú (jelen esetben n) vezetőből készül, a csatornát egy másik vezetőképesség-típusú (jelen esetben p) félvezető alkotja. A kaput egy vékony dielektromos (oxid) réteg választja el a szubsztráttól, és csak a létrehozott elektromos mezőn keresztül tud hatni a csatornára. Ha a kapufeszültség negatív, a létrehozott mező kiszorítja az elektronokat a csatornaterületről, a réteg kimerül és ellenállása megnő. Ezzel szemben a p-csatornás tranzisztorok esetében a pozitív feszültség alkalmazása növeli az ellenállást és csökkenti az áramot.
A szigetelt kapus tranzisztor másik jellemzője az átviteli karakterisztika pozitív szakasza (p-csatornás trióda esetén negatív). Ez azt jelenti, hogy a kapura egy bizonyos pozitív polaritású feszültséget is lehet kapcsolni, ami növeli a drain áramot. A kimeneti jellemzők családja nem különbözik alapvetően a p-n átmenetű triódákétól.
A kapu és a szubsztrát közötti dielektromos réteg nagyon vékony, ezért a korai TIR-tranzisztorok (például a hazai gyártású KP350) rendkívül érzékenyek voltak a statikus elektromosságra. A magas feszültségek átszúrták a vékonyréteget, és a tranzisztor működésképtelenné vált. A modern triódákban konstruktív intézkedéseket hoztak a túlfeszültség elleni védelem érdekében, így a statikus feltöltődés elleni óvintézkedések gyakorlatilag szükségtelenek.
A szigetelt kapus egypólusú trióda egy másik változata az induktív csatornás tranzisztor. Nincs induktív csatorna, és nem folyik áram a forrásból a lefolyóba, ha a kapun nincs feszültség. Ha a kapura pozitív feszültséget kapcsolunk, az általa létrehozott mező "kihúzza" az elektronokat a szubsztrát n-zónájából, és a felületközeli tartományban csatornát hoz létre az áram folyásához. Ebből világosan látszik, hogy egy ilyen tranzisztort, a csatorna típusától függően, csak egy polaritású feszültség vezérel. Ez az áthaladási tulajdonságából is látható.
Vannak dupla kapus tranzisztorok is. Abban különböznek a hagyományos tranzisztoroktól, hogy két egyenlő kapuval rendelkeznek, amelyek mindegyikét külön jel vezérelheti, de a csatornára gyakorolt hatásuk összegződik. Egy ilyen trióda két közönséges tranzisztor sorba kapcsolásával ábrázolható.
Field Effect tranzisztor kapcsolási rajzok
A térhatású tranzisztorok alkalmazási területe ugyanaz, mint a következők esetében mint a bipoláris tranzisztorok esetében .. Ezeket elsősorban erősítő elemként használják. A bipoláris triódákat három fő áramkörrel rendelkező erősítőfokozatokban használják:
- közös gyűjtő (sugárzó ismétlő);
- közös alap;
- közös sugárzó.
A térhatású tranzisztorok hasonló módon vannak összekötve.
Közös lefolyó áramkör
Common-drain áramkör (forrás-csatoló), hasonlóan a bipoláris trióda emitter-ismétlőjéhez, nem biztosít feszültségerősítést, de áramerősítést igen.
Ennek az áramkörnek az előnye a magas bemeneti impedancia, ami bizonyos esetekben hátrányt jelent - a fokozat érzékennyé válik az elektromágneses interferenciára. Ha szükséges, Rin csökkenthető egy R3 ellenállás beépítésével.
Áramkör közös kapuval
Ez az áramkör hasonlít a közös bázisú bipoláris tranzisztorhoz. Ez az áramkör jó feszültségerősítést ad, de nincs áramerősítés. Hasonlóan a közös alapkialakításhoz, ezt nem használják általánosan.
Közös forrás áramkör
A legelterjedtebb elrendezés a térhatású triódák közös forráskapcsolása. Az erősítése az Rc ellenállás és a drain áramkör ellenállásának arányától függ (az erősítés beállításához egy további ellenállás helyezhető el a lefolyó áramkörben.), és függ a tranzisztor karakterisztikájának meredekségétől is.
A térhatású tranzisztorokat vezérelt ellenállásként is használják. Ehhez a működési pontot a vezetékszakaszon belül kell kiválasztani. Ezen elv alapján egy szabályozott feszültségosztó valósítható meg.
És egy dupla kapu trióda ebben az üzemmódban, akkor lehet megvalósítani, például egy keverő a vevőberendezések - az egyik kapu a fogadott jel, és a másik - a a heterodinamikus jel.
Ha elfogadjuk azt az elméletet, hogy a történelem spirálszerűen fejlődik, akkor az elektronika fejlődésében is láthatunk egy mintát. A feszültségvezérelt csövektől a technológia továbblépett a bipoláris tranzisztorokhoz, amelyeknek áramra van szükségük a vezérlésükhöz. A spirál bezárult - most az egypólusú triódák dominálnak, amelyek a lámpákhoz hasonlóan nem igényelnek áramfogyasztást a vezérlőáramkörökben. Hogy a ciklikus görbe hová vezet majd legközelebb, majd meglátjuk. Egyelőre nem látszik alternatíva a térhatású tranzisztoroknak.
Kapcsolódó cikkek:
