Pole (unipolarny) tranzystor to urządzenie, które ma trzy wyjścia i jest sterowane przez przyłożoną do bramki elektrodę sterującą (bramkę).bramanapięcie jest przykładane do elektrody sterującej (bramki). Przez obwód źródło-dren przepływa prąd, który ma być kontrolowany.
Pomysł na taką triodę powstał około 100 lat temu, ale dopiero w połowie ubiegłego wieku można było przystąpić do jego praktycznej realizacji. W latach 50. opracowano koncepcję tranzystora polowego, a w 1960 r. wyprodukowano pierwszy działający egzemplarz. Aby zrozumieć zalety i wady tego typu triod, należy poznać ich budowę.
Spis treści
Projektowanie tranzystorów polowych
Tranzystory unipolarne dzielą się na dwie duże klasy w zależności od konstrukcji i technologii wytwarzania. Chociaż zasady sterowania są podobne, mają one cechy konstrukcyjne, które decydują o ich skuteczności.
Triody unipolarne ze złączem p-n
Struktura takiego tranzystora polowego jest podobna do struktury zwykłego tranzystora dioda półprzewodnikowa i, w przeciwieństwie do swojego bipolarnego kuzyna, zawiera tylko jedno złącze. Tranzystor ze złączem p-n składa się z płytki z przewodnikiem jednego typu (np. n) i osadzonego na niej obszaru z półprzewodnika innego typu (w tym przypadku p).
Warstwa n tworzy kanał, przez który płynie prąd między stykami źródła i drenu. Zacisk bramki jest podłączony do regionu p. Jeśli do bramki zostanie przyłożone napięcie przesuwające przejście w przeciwnym kierunku, obszar przejścia rozszerza się, a przekrój kanału, przeciwnie, zwęża się i wzrasta jego rezystancja. Kontrolując napięcie bramki, można sterować prądem w kanale. Tranzystor Można również wykonać kanał typu p, w którym bramka jest wykonana z półprzewodnika typu n.
Jedną z cech tej konstrukcji jest bardzo duża rezystancja wejściowa tranzystora. Prąd bramki jest określany przez rezystancję złącza przełączanego wstecznie i wynosi w zakresie jednostek lub dziesiątek nanamperów przy prądzie stałym. W przypadku prądu przemiennego rezystancja wejściowa jest określona przez pojemność złącza.
Stopnie wzmocnienia zbudowane z tych tranzystorów, ze względu na ich wysoką impedancję wejściową, ułatwiają dopasowanie urządzeń wejściowych. Ponadto triody unipolarne nie rekombinują nośników ładunku, co zmniejsza szumy przy niskich częstotliwościach.
W przypadku braku napięcia bias szerokość kanału jest największa, a prąd płynący przez kanał jest maksymalny. Po zwiększeniu napięcia można osiągnąć stan, w którym kanał jest całkowicie zamknięty. Napięcie to jest nazywane napięciem wyłączenia (Uots).
Prąd drenu tranzystora polowego zależy zarówno od napięcia między bramką a źródłem, jak i od napięcia dren-źródło. Jeśli napięcie bramki jest stałe, to początkowo prąd rośnie prawie liniowo wraz ze wzrostem Uci (wykres ab). Po wejściu w stan nasycenia dalszy wzrost napięcia praktycznie nie powoduje wzrostu prądu drenu (sekcja bb). Wraz ze wzrostem poziomu napięcia blokowania bramki nasycenie występuje przy niższych wartościach I-stock.
Na rysunku przedstawiono rodzinną zależność prądu drenu od napięcia między źródłem a drenem dla kilku wartości napięcia bramki. Wyraźnie widać, że przy Uci powyżej napięcia nasycenia prąd drenu zależy prawie wyłącznie od napięcia bramki.
Ilustruje to charakterystyka przenoszenia tranzystora unipolarnego. Wraz ze wzrostem ujemnego napięcia bramki prąd drenu maleje niemal liniowo, aż osiągnie wartość zerową, gdy napięcie bramki osiągnie poziom napięcia odcięcia.
Triody unipolarne z izolowaną bramką
Innym wariantem tranzystora polowego jest konstrukcja z izolowaną bramką. Takie triody są nazywane tranzystorami TDP TIR tranzystory (metalowo-dielektryczno-półprzewodnikowe), oznaczenie obce MOSFET. Zwykło się nazywać ją MOS (metal-oxide-semiconductor).
Podłoże jest wykonane z przewodnika o określonym typie przewodności (w tym przypadku n), kanał jest utworzony przez półprzewodnik o innym typie przewodności (w tym przypadku p). Bramka jest oddzielona od podłoża cienką warstwą dielektryka (tlenku) i może oddziaływać na kanał tylko poprzez wytworzone pole elektryczne. Jeśli napięcie bramki jest ujemne, wytworzone pole wypycha elektrony z obszaru kanału, warstwa ulega wyczerpaniu i wzrasta jej rezystancja. I odwrotnie, w przypadku tranzystorów p-kanałowych przyłożenie dodatniego napięcia zwiększa rezystancję i zmniejsza prąd.
Inną cechą tranzystorów z izolowaną bramką jest dodatni odcinek charakterystyki przenoszenia (ujemny dla triod p-kanałowych). Oznacza to, że do bramki można przyłożyć napięcie o określonej dodatniej polaryzacji, co spowoduje zwiększenie prądu drenu. Rodzina charakterystyk wyjściowych nie różni się zasadniczo od charakterystyki triody p-n.
Warstwa dielektryczna między bramką a podłożem jest bardzo cienka, więc wczesne MPT (np. produkowane w kraju KP350) były bardzo wrażliwe na elektryczność statyczną. Wysokie napięcie przebijało cienką warstwę, uniemożliwiając działanie tranzystora. W nowoczesnych triodach zastosowano konstrukcyjne środki ochrony przed przepięciami, więc zabezpieczenia przed wyładowaniami elektrostatycznymi są prawie niepotrzebne.
Innym wariantem triody unipolarnej z izolowaną bramką jest tranzystor z kanałem indukcyjnym. Nie ma kanału indukcyjnego i żaden prąd nie popłynie ze źródła do drenu, jeśli na bramce nie ma napięcia. Jeśli do bramki zostanie przyłożone dodatnie napięcie, wytworzone przez nią pole "wyciąga" elektrony ze strefy n podłoża i tworzy kanał w obszarze przypowierzchniowym, przez który może płynąć prąd. Wynika z tego jasno, że taki tranzystor, w zależności od rodzaju kanału, jest sterowany napięciem o jednej polaryzacji. Widać to również po jego charakterystyce przelotowej.
Istnieją również tranzystory z podwójną bramką. Różnią się one od zwykłych tranzystorów tym, że mają dwie jednakowe bramki, z których każda może być sterowana osobnym sygnałem, ale ich wpływ na kanał jest sumowany. Taka trioda może być przedstawiona jako dwa zwykłe tranzystory połączone szeregowo.
Schemat tranzystora polowego
Zakres zastosowań tranzystorów polowych jest taki sam, jak w przypadku jak w przypadku tranzystorów bipolarnych .. Są one stosowane głównie jako elementy wzmacniaczy. Triody bipolarne są stosowane w stopniach wzmacniaczy z trzema głównymi obwodami:
- wspólny kolektor (emiter wzmacniacz);
- wspólna podstawa;
- wspólny emiter.
W podobny sposób podłącza się tranzystory polowe.
Obwód wspólnego drenu
Obwód wspólnego drenu (źródło-sprzęgacz), podobnie jak wzmacniacz emiterowy w triodzie bipolarnej, nie zapewnia wzmocnienia napięciowego, ale zapewnia wzmocnienie prądowe.
Zaletą tego układu jest wysoka impedancja wejściowa, która w niektórych przypadkach jest wadą - stopień staje się podatny na zakłócenia elektromagnetyczne. W razie potrzeby wartość Rin można zmniejszyć przez dodanie rezystora R3.
Obwód z wspólną bramką
Układ ten jest podobny do tranzystora bipolarnego o wspólnej bazie. Ten obwód daje dobre wzmocnienie napięciowe, ale nie daje wzmocnienia prądowego. Podobnie jak wspólna konstrukcja podstawy, nie jest ona powszechnie stosowana.
Obwód wspólnego źródła
Najczęściej spotykanym układem jest połączenie triod polowych ze wspólnym źródłem. Jego wzmocnienie zależy od stosunku rezystancji Rc do rezystancji w obwodzie drenu (w obwodzie drenu można umieścić dodatkowy rezystor, aby dostosować wzmocnienie) i zależy również od nachylenia charakterystyki tranzystora.
Tranzystory polowe są również wykorzystywane jako sterowane rezystory. W tym celu w przekroju linii wybiera się punkt pracy. W oparciu o tę zasadę można zrealizować sterowany dzielnik napięcia.
A na triodzie z podwójną bramką w tym trybie można zrealizować np. mieszacz do urządzeń odbiorczych - na jednej bramce odbierany sygnał, a na drugiej - sygnał wejściowy. sygnał z heterodyny.
Jeśli przyjmiemy teorię, że historia rozwija się spiralnie, możemy dostrzec pewien wzór w rozwoju elektroniki. Od lamp sterowanych napięciem technologia przeszła do tranzystorów bipolarnych, które do sterowania potrzebują prądu. Spirala zatoczyła koło - obecnie dominują triody unipolarne, które, podobnie jak lampy, nie wymagają poboru mocy w obwodach sterujących. Zobaczymy, dokąd zaprowadzi nas ta cykliczna krzywa. Na razie nie widać żadnej alternatywy dla tranzystorów polowych.
Powiązane artykuły:
