필드 (단극) 트랜지스터는 3개의 출력을 가지며 인가된 제어 전극(게이트)에 의해 제어되는 소자입니다.문) 전압이 제어 전극(게이트)에 인가됩니다. 조정된 전류는 소스-드레인 회로를 통해 흐릅니다.
이러한 3극관의 아이디어는 약 100년 전에 시작되었지만 지난 세기 중반까지 실제 구현에 접근하는 것이 불가능했습니다. 1950년대에 전계 효과 트랜지스터의 개념이 개발되었고 1960년에 첫 번째 작업 샘플이 생산되었습니다. 이 유형의 3극관의 장단점을 이해하려면 구조를 이해해야 합니다.
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전계 효과 트랜지스터의 설계
유니폴라 트랜지스터는 설계 및 제조 기술에 따라 크게 두 가지로 나뉩니다. 제어 원칙은 유사하지만 특성을 결정하는 설계 기능이 있습니다.
pn 접합이 있는 단극 3극관
이러한 pn 접합 트랜지스터의 구조는 일반 트랜지스터의 구조와 유사합니다. 반도체 다이오드 양극성 상대와 달리 하나의 접합만 포함합니다. pn 접합 트랜지스터는 한 유형의 도체(예: n)의 웨이퍼와 다른 유형의 반도체(이 경우 p)의 내장 영역으로 구성됩니다.
n층은 소스 핀과 드레인 핀 사이에 전류가 흐르는 채널을 형성합니다. 게이트 리드는 p-영역에 연결됩니다. 반대 방향으로 전이를 이동시키는 게이트에 전압이 가해지면 전이 영역이 확장되고 반대로 채널 단면이 좁아지고 저항이 증가합니다. 게이트 전압을 제어하여 채널의 전류를 제어할 수 있습니다. 트랜지스터 p-형 채널로 만들 수도 있고 게이트는 n-반도체로 형성됩니다.
이 디자인의 특징 중 하나는 트랜지스터의 매우 큰 입력 저항입니다. 게이트 전류는 역방향 접합의 저항에 의해 결정되며 DC에서 단위 또는 수십 나노암페어 범위에 있습니다. AC 전류에서 입력 저항은 접합 커패시턴스에 의해 제공됩니다.
이러한 트랜지스터에 조립된 증폭단은 높은 입력 임피던스로 인해 입력 장치와의 매칭을 단순화합니다. 또한 단극 3극관은 전하 캐리어를 재결합하지 않으므로 저주파 잡음이 감소합니다.
바이어스 전압이 없을 때 채널 폭이 가장 크고 채널을 통과하는 전류가 최대입니다. 전압이 증가하면 채널이 완전히 래치되는 상태에 도달할 수 있습니다. 이 전압을 차단 전압(Uots)이라고 합니다.
전계 효과 트랜지스터의 드레인 전류는 게이트와 소스 사이의 전압과 드레인-소스 전압 모두에 따라 달라집니다. 게이트 전압을 고정하면 처음에는 Uci가 증가함에 따라 전류가 거의 선형으로 증가합니다(ab 플롯).포화 상태에 들어갈 때 전압이 더 증가하면 드레인 전류(bb 섹션)가 거의 증가하지 않습니다. 게이트 잠금 전압의 레벨이 증가함에 따라 I-stock의 더 낮은 값에서 포화가 발생합니다.
그림은 게이트 전압의 여러 값에 대한 소스와 드레인 사이의 드레인 전류의 전압 종속성 제품군을 보여줍니다. 분명히 포화 전압보다 높은 Uci에서 드레인 전류는 실질적으로 게이트 전압에만 의존합니다.
이것은 유니폴라 트랜지스터의 전달 특성으로 설명됩니다. 음의 게이트 전압이 증가함에 따라 드레인 전류는 게이트 전압이 차단 전압 레벨에 도달할 때 0에 도달할 때까지 거의 선형으로 감소합니다.
절연 게이트가 있는 단극 3극관
전계 효과 트랜지스터의 또 다른 변형은 절연 게이트가 있는 설계입니다. 이 3극관을 TFT라고 합니다. 티르 (금속-유전체-반도체) 트랜지스터, 외국 명칭 MOSFET. 부르는 것이 관례였다. 모스 (금속 산화물 반도체).
기판은 특정 전도성 유형(이 경우 n)의 도체로 만들어지고 채널은 다른 전도성 유형(이 경우 p)의 반도체로 형성됩니다. 게이트는 얇은 유전체(산화물) 층에 의해 기판과 분리되며 생성된 전기장을 통해서만 채널에 영향을 줄 수 있습니다. 게이트 전압이 음수이면 생성된 필드가 채널 영역에서 전자를 대체하고 층이 고갈되고 저항이 증가합니다. 반대로 p 형 채널을 가진 트랜지스터의 경우 양의 전압을 인가하면 저항이 증가하고 전류가 감소합니다.
게이트 절연 트랜지스터의 또 다른 특징은 전달 특성의 양의 부분(p-채널 3극관의 경우 음)입니다. 이것은 특정 값의 양극성 전압이 게이트에도 인가될 수 있다는 것을 의미하며, 이는 드레인 전류를 증가시킬 것입니다.출력 특성군은 pn접합 3극관과 근본적으로 다르지 않습니다.
게이트와 기판 사이의 유전층이 매우 얇기 때문에 제조 초기의 TIR 트랜지스터(예: 국내 KP350) 정전기에 매우 민감했습니다. 고전압이 박막에 구멍을 내어 트랜지스터를 작동하지 못하게 했습니다. 현대의 3극관에서는 과전압으로부터 보호하기 위한 건설적인 조치가 취해졌으므로 정전기에 대한 예방 조치는 거의 필요하지 않습니다.
절연 게이트가 있는 단극 3극관의 또 다른 변형은 유도 채널 트랜지스터입니다. 유도성 채널이 없으므로 게이트에 전압이 없으면 소스에서 드레인으로 전류가 흐르지 않습니다. 게이트에 양의 전압이 가해지면 게이트가 생성하는 필드가 기판의 n-존에서 전자를 "끌어당기고" 전류가 흐르도록 표면 근처 영역에 채널을 생성합니다. 이러한 트랜지스터는 채널 유형에 따라 한 극성의 전압에 의해 제어된다는 것이 분명합니다. 이는 통과 특성에서도 알 수 있습니다.
이중 게이트 트랜지스터도 있습니다. 그것들은 각각 별도의 신호로 제어할 수 있는 두 개의 동일한 게이트가 있지만 채널에 대한 영향이 요약된다는 점에서 기존 게이트와 다릅니다. 이러한 3극관은 직렬로 연결된 두 개의 일반 트랜지스터로 나타낼 수 있습니다.
전계 효과 트랜지스터의 배선도
전계 효과 트랜지스터의 적용 범위는 다음과 같습니다. 양극성 .. 그들은 주로 증폭기 요소로 사용됩니다. 증폭기 단계에서 사용되는 바이폴라 3극관에는 세 가지 기본 회로가 있습니다.
- 공통 수집가(이미 터 리피터);
- 공통 기반으로;
- 공통 이미터.
전계 효과 트랜지스터도 비슷한 방식으로 연결됩니다.
보통주 배열
공통 드레인 회로(소스 리피터), 양극 3극관의 이미 터 리피터와 마찬가지로 전압 이득은 제공하지 않지만 전류 이득은 제공합니다.
회로의 장점은 높은 입력 저항이지만 어떤 경우에는 단점이 있습니다. 스테이지가 전자기 간섭에 민감해집니다. 필요한 경우 저항 R3을 포함하여 Rin을 줄일 수 있습니다.
공통 게이트가 있는 회로
이 회로는 공통 베이스가 있는 바이폴라 트랜지스터와 유사합니다. 이 회로는 좋은 전압 이득을 제공하지만 전류 이득은 없습니다. 공통 베이스 디자인과 마찬가지로 일반적으로 사용되지 않습니다.
공통 소스 어레이
가장 일반적인 회로는 전계 효과 3극관의 공통 소스 연결입니다. 이득은 드레인 회로의 저항에 대한 저항 Rc의 비율에 따라 달라집니다(드레인 회로의 이득을 조정하기 위해 추가 저항을 설치할 수 있습니다.) 또한 트랜지스터 특성의 기울기에 따라 달라집니다.
전계 효과 트랜지스터는 제어 저항으로도 사용됩니다. 이를 위해 선형 섹션 내에서 작동점이 선택됩니다. 이 원리에 따라 제어 전압 분배기를 구현할 수 있습니다.
그리고 이 모드의 이중 게이트 3극관에서는 예를 들어 수신 장비용 믹서를 구현할 수 있습니다. 헤테로다인의 신호.
역사가 나선형으로 진화한다는 이론을 받아들인다면 전자공학 발전의 패턴을 볼 수 있다. 이 기술은 전압 제어 튜브에서 전류를 제어하는 바이폴라 트랜지스터로 이동했습니다. 나선형이 완전히 바뀌었습니다. 이제 램프와 같이 제어 회로에서 전력 소비가 필요하지 않은 단극 3 극관이 우세합니다. 순환 곡선이 우리를 다음으로 데려갈 곳 - 우리는 보게 될 것입니다. 지금까지 전계 효과 트랜지스터에 대한 대안은 관찰되지 않았습니다.
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