分野 （単極構造) トランジスタは、3 つの出力を持ち、適用された制御電極 (ゲート) によって制御されるデバイスです。ゲート) 制御電極 (ゲート) に電圧が印加されます。調整された電流は、ソース-ドレイン回路を流れます。
このような三極管のアイデアは約 100 年前に生まれましたが、20 世紀半ばまで実用化に近づくことができませんでした。 1950 年代に電界効果トランジスタの概念が開発され、1960 年に最初の実用サンプルが製造されました。このタイプの三極管の長所と短所を理解するには、それらの構造を理解する必要があります。
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電界効果トランジスタの設計
ユニポーラ トランジスタは、その設計および製造技術に応じて 2 つの大きなクラスに分類されます。制御原理は似ていますが、特性を決定する設計上の特徴があります。
pn接合を有するユニポーラ三極管
このような pn 接合トランジスタの構造は、通常のトランジスタの構造に似ています。 半導体ダイオード そして、その双極性の親戚とは異なり、接合部は 1 つしかありません。 pn 接合トランジスタは、1 つのタイプの導体 (たとえば、n) のウェーハと、別のタイプの半導体 (この場合は p) の埋め込み領域で構成されます。
n 層は、ソースとドレインのピン間で電流が流れるチャネルを形成します。ゲートリードは p 領域に接続されています。遷移を反対方向にシフトするゲートに電圧が印加されると、遷移領域が拡大し、逆にチャネル断面が狭くなり、その抵抗が増加します。ゲート電圧を制御することにより、チャネル内の電流を制御できます。 トランジスタ また、p型チャネルで作成することもできます。その場合、ゲートはn型半導体で形成されます。
この設計の特徴の 1 つは、トランジスタの入力抵抗が非常に大きいことです。ゲート電流は逆スイッチ接合部の抵抗によって決まり、DC で数単位または数十ナノアンペアの範囲です。 AC電流では、入力抵抗は接合容量によって与えられます。
このようなトランジスタで組み立てられた増幅段は、入力インピーダンスが高いため、入力デバイスとのマッチングを簡素化します。また、ユニポーラ三極管は電荷キャリアを再結合しないため、低周波ノイズが減少します。
バイアス電圧がない場合、チャネル幅は最大になり、チャネルを流れる電流は最大になります。電圧が増加すると、チャネルが完全にラッチされた状態に到達する可能性があります。この電圧はカットオフ電圧 (Uots) と呼ばれます。
電界効果トランジスタのドレイン電流は、ゲート-ソース間の電圧とドレイン-ソース間電圧の両方に依存します。ゲート電圧を固定すると、最初は Uci の増加に伴って電流がほぼ直線的に増加します (ab プロット)。飽和状態になると、さらに電圧を上げてもドレイン電流はほとんど増加しません (bb セクション)。ゲート ロック電圧のレベルが増加すると、I-stock の低い値で飽和が発生します。
この図は、ゲート電圧のいくつかの値に対するソースとドレイン間のドレイン電流の電圧依存性のファミリを示しています。明らかに、飽和電圧を超える Uci では、ドレイン電流は実質的にゲート電圧のみに依存します。
これは、ユニポーラ トランジスタの伝達特性によって示されます。負のゲート電圧が増加すると、ドレイン電流はほぼ直線的に減少し、ゲート電圧がカットオフ電圧レベルに達するとゼロになります。
絶縁ゲート付きユニポーラ三極管
電界効果トランジスタの別のバリエーションは、絶縁ゲートを備えた設計です。これらの三極管は TFT と呼ばれます TIR (金属-誘電体-半導体) トランジスタ、外国の指定 MOSFET.昔は電話するのが習慣だった モス （金属酸化物半導体）。
基板は特定の導電型 (この場合は n) の導体でできており、チャネルは別の導電型 (この場合は p) の半導体によって形成されます。ゲートは、薄い誘電体 (酸化物) 層によって基板から分離されており、生成された電界によってのみチャネルに影響を与えることができます。ゲート電圧が負の場合、生成された電界が電子をチャネル領域から追い出し、層が空乏化し、その抵抗が増加します。逆に、p型チャネルを持つトランジスタの場合、正の電圧を印加すると、抵抗が増加し、電流が減少します。
ゲート絶縁型トランジスタのもう 1 つの特徴は、伝達特性の正の部分です (p チャネル三極管では負)。これは、ある値の正極性電圧をゲートにも印加できることを意味し、これによりドレイン電流が増加します。出力特性のファミリーは、基本的に pn 接合三極管のそれと変わりません。
ゲートと基板の間の誘電体層は非常に薄いため、製造初期の TIR トランジスタ (たとえば、国内の KP350) は、静電気に非常に敏感でした。高電圧が薄膜に穴を開け、トランジスタを動作不能にしました。現代の三極管では、過電圧から保護するために建設的な対策が講じられているため、静電気に対する予防措置はほとんど不要です。
絶縁ゲートを備えたユニポーラ三極管の別の変形は、誘導チャネルトランジスタです。誘導チャネルがないため、ゲートに電圧がない場合、ソースからドレインに電流は流れません。正の電圧がゲートに印加されると、それが生成する電界が基板の n ゾーンから電子を「引き寄せ」、電流が流れるように表面近くの領域にチャネルを作成します。このことから、このようなトランジスタは、チャネルのタイプに応じて、1つの極性のみの電圧によって制御されることが明らかです。これは、パススルー特性からもわかります。
ダブルゲートトランジスタもあります。それらは 2 つの等しいゲートを持ち、それぞれが別々の信号で制御できるという点で従来のものとは異なりますが、チャネルへの影響は合計されます。このような三極管は、直列に接続された 2 つの通常のトランジスタとして表すことができます。
電界効果トランジスタの配線図
電界効果トランジスタの適用範囲は、 バイポーラ。.主に増幅素子として使用されます。バイポーラ三極管を増幅段で使用する場合、次の 3 つの基本回路があります。
- 共通コレクター (エミッターリピーター);
- 共通の基盤を持つ;
- 共通のエミッター。
電界効果トランジスタも同様に接続されています。
コモンストックアレイ
共通ドレイン回路 (ソースリピーター）、バイポーラ三極管のエミッタリピーターと同様に、電圧ゲインは提供しませんが、電流ゲインを提供します.
この回路の利点は入力抵抗が高いことですが、場合によっては欠点もあります。つまり、ステージが電磁干渉の影響を受けやすくなります。必要に応じて、抵抗 R3 を追加することで Rin を減らすことができます。
コモンゲート回路
この回路は、ベースが共通のバイポーラトランジスタに似ています。この回路では、電圧ゲインは良好ですが、電流ゲインは得られません。共通の基本設計と同様に、一般的には使用されません。
共通ソース配列
最も一般的な回路は、電界効果三極管の共通ソース接続です。そのゲインは、抵抗Rcとドレイン回路の抵抗の比に依存します（ドレイン回路のゲインを調整するために、追加の抵抗を取り付けることができます) また、トランジスタ特性の傾きにも依存します。
電界効果トランジスタは、制御抵抗としても使用されます。この目的のために、動作点は線形セクション内で選択されます。制御された分圧器は、この原理に従って実装できます。
また、このモードのダブルゲート三極管では、たとえば、受信機器用のミキサーを実装できます-一方のゲートでは受信信号、もう一方のゲートでは- ヘテロダインからの信号.
歴史がらせん状に進化するという理論を受け入れれば、エレクトロニクスの発展のパターンを見ることができます。この技術は、電圧制御の真空管から、制御に電流が必要なバイポーラ トランジスタに移行しました。スパイラルは完全に回転しました。現在、ランプのように制御回路での電力消費を必要としないユニポーラ三極管が優勢です。循環曲線が次に私たちをどこに連れて行くか - 私たちは見ていきます.これまでのところ、電界効果トランジスタに代わるものは観察されていません。
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