Lauks (unipolārs) Tranzistors ir ierīce, kurai ir trīs izejas, un to vada pie vārtiem pieliktais vadības elektrods (aizvars).vārtivadības elektrodam (aizvaram) tiek pielikts spriegums. Vadāmā strāva plūst caur avota un drenāžas ķēdi.
Ideja par šādu triodu radās aptuveni pirms 100 gadiem, taču tikai pagājušā gadsimta vidū radās iespēja to praktiski realizēt. Pagājušā gadsimta 50. gados tika izstrādāta lauka tranzistora koncepcija, un 1960. gadā tika izgatavots pirmais funkcionējošais paraugs. Lai izprastu šāda veida triodu priekšrocības un trūkumus, ir nepieciešams izprast to uzbūvi.
Saturs
Lauka tranzistoru projektēšana
Unipolārie tranzistori iedalās divās lielās klasēs, pamatojoties uz konstrukciju un izgatavošanas tehnoloģiju. Lai gan vadības principi ir līdzīgi, tiem ir konstrukcijas īpatnības, kas nosaka to veiktspēju.
Unipolārie triodi ar p-n savienojumu
Šāda lauka tranzistora struktūra ir līdzīga parastā tranzistora struktūrai. pusvadītāju diode un atšķirībā no tā bipolārā brālēna tajā ir tikai viens savienojums. P-n savienojuma tranzistors sastāv no viena tipa (piemēram, n) vadītāja plāksnītes un cita tipa (šajā gadījumā p) pusvadītāja iebūvēta apgabala.
N-slānis veido kanālu, pa kuru plūst strāva starp avota un drenāžas kontaktiem. Vārtu spaile ir savienota ar p-apgabalu. Ja vārtiņiem tiek pielikts spriegums, kas pāreju novirza pretējā virzienā, pārejas apgabals paplašinās, kanāla šķērsgriezums, gluži pretēji, sašaurinās un tā pretestība palielinās. Kontrolējot vārtu spriegumu, var kontrolēt strāvu kanālā. Tranzistors var izgatavot arī ar p tipa kanālu, un tādā gadījumā aizvaru veido n pusvadītājs.
Viena no šīs konstrukcijas īpatnībām ir ļoti augstā tranzistora ieejas pretestība. Vārtu strāvu nosaka atgriezeniski pārslēdzamā savienojuma pretestība, un tā ir vienībās vai desmitos nanomperu pie līdzstrāvas. Strāvas maiņstrāvas režīmā ieejas pretestība ir atkarīga no savienojuma kapacitātes.
Pastiprināšanas pakāpes, kas veidotas ar šiem tranzistoriem, pateicoties to augstajai ieejas pretestībai, atvieglo ieejas ierīču saskaņošanu. Turklāt unipolārie triodi nerekombinē lādiņnesējus, un tas samazina zemas frekvences trokšņus.
Ja nav slīpuma sprieguma, kanāla platums ir vislielākais un strāva caur kanālu ir maksimāla. Palielinot spriegumu, var tikt sasniegts stāvoklis, kad kanāls ir pilnībā izslēgts. Šo spriegumu sauc par izslēgšanas spriegumu (Uots).
Lauka tranzistora drenāžas strāva ir atkarīga gan no sprieguma starp aizvaru un avotu, gan no drenāžas un avota sprieguma. Ja vārtu spriegums ir fiksēts, strāva sākotnēji palielinās gandrīz lineāri, palielinoties Uci (ab diagramma). Ieejot piesātinājumā, turpmāka sprieguma palielināšana praktiski neizraisa drenāžas strāvas palielināšanos (bb sadaļa). Palielinoties vārtu bloķēšanas sprieguma līmenim, piesātinājums rodas pie zemākām I-maskas vērtībām.
Attēlā parādīta drenāžas strāvas ģimenes atkarība no sprieguma starp avotu un drenāžu vairākām vārtu sprieguma vērtībām. Ir skaidrs, ka, ja Uci ir virs piesātinājuma sprieguma, drenāžas strāva ir gandrīz pilnībā atkarīga no aizbīdņa sprieguma.
To ilustrē unipolāra tranzistora pārvades raksturlīkne. Pieaugot negatīvajam aizvara spriegumam, drenāžas strāva gandrīz lineāri samazinās, līdz sasniedz nulli, kad aizvara spriegums sasniedz atslēgšanas sprieguma līmeni.
Unipolārie triodi ar izolētu aizvaru
Vēl viens lauka tranzistora variants ir konstrukcija ar izolētu aizvaru. Šos triodus sauc par TDP tranzistoriem TIR (metāla-dielektriķa-pusvadītāja) tranzistori, ārzemju apzīmējums MOSFET. Agrāk to mēdza saukt par MOS (metālu oksīdu pusvadītāju).
Substrāts ir izgatavots no noteikta vadītspējas tipa (šajā gadījumā n) vadītāja, kanālu veido cita vadītspējas tipa (šajā gadījumā p) pusvadītājs. Vārti ir atdalīti no substrāta ar plānu dielektriķa (oksīda) slāni, un tie var ietekmēt kanālu tikai ar radītā elektriskā lauka palīdzību. Ja vārtu spriegums ir negatīvs, radītais lauks izspiež elektronus no kanāla apgabala, slānis noplicinās un tā pretestība palielinās. Turpretī p-kanāla tranzistoriem pozitīva sprieguma pielikšana palielina pretestību un samazina strāvu.
Vēl viena izolēta aizvara tranzistora iezīme ir pozitīvā pārvades raksturlīknes daļa (p-kanāla triodei - negatīvā). Tas nozīmē, ka vārtu var pieslēgt arī noteiktas vērtības pozitīvas polaritātes spriegumu, kas palielinās drenāžas strāvu. Izvades raksturlielumu grupa būtiski neatšķiras no p-n savienojuma triodes raksturlielumiem.
Dielektriskais slānis starp vārtiem un substrātu ir ļoti plāns, tāpēc agrīni ražotie TIR tranzistori (piemēram, vietējie TIR tranzistori) ir ļoti plāni. KP350) bija ļoti jutīgi pret statisko elektrību. Augsts spriegums caurdūra plānu plēvi, padarot tranzistoru nederīgu. Mūsdienu triodos ir veikti konstruktīvi pasākumi aizsardzībai pret pārspriegumu, tāpēc piesardzības pasākumi pret statisko elektrību praktiski nav nepieciešami.
Vēl viens izolēta aizvara unipolārā trioda variants ir induktīvā kanāla tranzistors. Nav induktīvā kanāla, un, ja vārtos nav sprieguma, no avota uz drenāžu plūst strāva. Ja vārtiem tiek pielikts pozitīvs spriegums, tā radītais lauks "izvelk" elektronus no substrāta n-zonas un izveido kanālu, pa kuru plūst strāvai. No tā ir skaidrs, ka šāds tranzistors atkarībā no kanāla tipa tiek vadīts tikai ar vienas polaritātes spriegumu. To var redzēt arī no tā caurlaides raksturlieluma.
Ir arī dubulto vārtu tranzistori. Tie atšķiras no parastajiem tranzistoriem ar to, ka tiem ir divi vienādi vārti, no kuriem katru var vadīt ar atsevišķu signālu, bet to ietekme uz kanālu tiek summēta. Šādu triodu var attēlot kā divus parastus secīgi savienotus tranzistorus.
Lauka efekta tranzistora shēmas
Lauka efekta tranzistoru pielietojuma joma ir tāda pati kā kā bipolāriem tranzistoriem.. Tos galvenokārt izmanto kā pastiprinātāju elementus. Bipolāros triodus izmanto pastiprinātāju pakāpēs ar trim galvenajām shēmām:
- kopējais kolektors (raidītāja retranslators);
- kopējā bāze;
- kopīgs raidītājs.
Līdzīgi tiek savienoti arī lauka tranzistori.
Kopējā drenāžas ķēde
Kopējā drenāžas ķēde (avota-savienotājs), līdzīgi kā emitera atkārtotājs bipolārajā triodē, nenodrošina sprieguma pastiprinājumu, bet nodrošina strāvas pastiprinājumu.
Šīs shēmas priekšrocība ir tās augstā ieejas pretestība, kas dažos gadījumos ir trūkums - pakāpē rodas elektromagnētiskie traucējumi. Ja nepieciešams, Rin var samazināt, pievienojot rezistoru R3.
Ķēde ar kopīgiem vārtiem
Šī shēma ir līdzīga bipolārajam tranzistoram ar kopējo bāzi. Šī shēma nodrošina labu sprieguma pastiprinājumu, bet ne strāvas pastiprinājumu. Līdzīgi kā parastā pamatnes konstrukcija, tā netiek plaši izmantota.
Kopējā avota ķēde
Visizplatītākais risinājums ir lauka efekta triožu kopējais avota savienojums. Tās pastiprinājums ir atkarīgs no pretestības Rc attiecības pret pretestību drenāžas ķēdē (drenāžas ķēdē var ievietot papildu rezistoru, lai regulētu pastiprinājumu.) un ir atkarīgs arī no tranzistora raksturlīknes slīpuma.
Lauka efekta tranzistori tiek izmantoti arī kā vadāmie rezistori. Šim nolūkam darba punkts tiek izvēlēts līnijas sekcijā. Pamatojoties uz šo principu, var izveidot kontrolētu sprieguma dalītāju.
Un šajā režīmā uz dubulto vārtu trioda var realizēt, piemēram, sajaucēju, lai saņemtu iekārtas - uz vienas vārtiem saņemto signālu, un uz otras - heterodīna signāls.
Ja pieņemam teoriju, ka vēsture attīstās spirālveidīgi, varam saskatīt likumsakarības elektronikas attīstībā. No spriegumvadāmām lampām tehnoloģija ir pārgājusi uz bipolāriem tranzistoriem, kuru vadībai nepieciešama strāva. Spirāle ir apmetusies pilnā lokā - tagad dominē unipolārie triodi, kuriem, tāpat kā lampām, nav nepieciešams enerģijas patēriņš vadības shēmās. Būs redzams, kur cikliskā līkne mūs aizvedīs tālāk. Pagaidām nav redzama alternatīva lauka tranzistoriem.
Saistītie raksti:
