Campo (unipolar) transistor é um dispositivo que tem três saídas e é controlado pelo eléctrodo de controlo aplicado (portão) no portão.portãoA tensão é aplicada ao eléctrodo de controlo (portão). A corrente a ser controlada flui através do circuito de drenagem da fonte.
A ideia de um tal triodo teve origem há cerca de 100 anos, mas só em meados do século passado se tornou possível abordar a implementação prática. Nos anos 50, o conceito do transistor de efeito de campo foi desenvolvido e o primeiro exemplo de trabalho foi fabricado em 1960. Para compreender as vantagens e desvantagens deste tipo de tríodo, é necessário compreender a sua construção.
Conteúdos
Concepção de transístores de efeito de campo
Os transístores unipolares enquadram-se em duas grandes classes baseadas na tecnologia de concepção e fabrico. Embora os princípios de controlo sejam semelhantes, eles têm características de concepção que determinam o seu desempenho.
Tríodos unipolares com junção p-n
A estrutura de tal transistor de efeito de campo é semelhante à de um transistor convencional díodo semicondutor e, ao contrário do seu primo bipolar, contém apenas uma junção. Um transistor de junção p-n consiste numa bolacha de um tipo de condutor (por exemplo n), e uma região embutida de outro tipo de semicondutor (neste caso p).
A camada n forma um canal através do qual a corrente flui entre os pinos da fonte e o dreno. O terminal do portão está ligado à região p. Se for aplicada uma voltagem à porta que desloca a transição na direcção oposta, a região de transição expande-se, a secção transversal do canal, pelo contrário, estreita-se, e a sua resistência aumenta. Controlando a voltagem da porta, a corrente no canal pode ser controlada. O transistor também pode ser feito com um canal tipo p, caso em que o portão é formado por um n-semicondutor.
Uma das peculiaridades deste desenho é a muito alta resistência de entrada do transístor. A corrente de porta é determinada pela resistência da junção comutada para trás, e está na gama de unidades ou dezenas de nanamperes em corrente contínua. Em CA, a resistência de entrada é dada pela capacitância de junção.
As fases de ganho construídas com estes transístores, devido à sua elevada impedância de entrada, facilitam a correspondência dos dispositivos de entrada. Além disso, os triodes unipolares não recombinam os portadores de carga, o que reduz o ruído de baixa frequência.
Na ausência de tensão tendenciosa, a largura do canal é maior e a corrente através do canal é máxima. Quando a voltagem é aumentada, pode ser alcançado um estado em que o canal é completamente fechado. Esta tensão é chamada de tensão de corte (Uots).
A corrente de drenagem de um transistor de efeito de campo depende tanto da tensão entre a porta e a fonte como da tensão da fonte de drenagem. Se a voltagem da porta for fixa, a corrente aumenta quase linearmente com o aumento do Uci no início (ab plot). Ao entrar na saturação, um aumento adicional da tensão causa praticamente nenhum aumento da corrente de drenagem (secção bb). À medida que o nível da tensão de bloqueio do portão aumenta, a saturação ocorre com valores mais baixos de I-stock.
A figura mostra a dependência familiar da corrente de drenagem em tensão entre a fonte e a drenagem para vários valores de tensão de porta. É evidente que com Uci acima da tensão de saturação, a corrente de drenagem depende quase exclusivamente da tensão da porta.
Isto é ilustrado pela característica de transferência de um transístor unipolar. À medida que a tensão de porta negativa aumenta, a corrente de drenagem diminui quase linearmente até chegar a zero quando a tensão de porta atinge o nível de tensão de corte.
Tríodos unipolares com porta isolada
Outra variante de um transistor de efeito de campo é o desenho com um portão isolado. Estes triodos são chamados transístores TDP TIR (metal-dieléctrico-semicondutor) transístores, designação estrangeira MOSFET. Costumava chamar-se-lhe MOS (semicondutor metal-oxido-semicondutor).
O substrato é feito de um condutor de um certo tipo de condutividade (neste caso n), o canal é formado por um semicondutor de outro tipo de condutividade (neste caso p). A porta é separada do substrato por uma fina camada dieléctrica (óxido), e só pode afectar o canal através do campo eléctrico criado. Se a voltagem da porta for negativa, o campo gerado força os electrões para fora da área do canal, a camada fica esgotada e a sua resistência aumenta. Pelo contrário, para os transístores de canal p, a aplicação de uma tensão positiva aumenta a resistência e reduz a corrente.
Outra característica de um transístor de porta isolada é a secção positiva da característica de transferência (negativa para um triodo de canal p). Isto significa que uma tensão de certa polaridade positiva também pode ser aplicada à porta, o que aumentará a corrente de drenagem. A família de características de saída não é fundamentalmente diferente da de um triodo de junção p-n.
A camada dieléctrica entre a porta e o substrato é muito fina, por isso os primeiros MPTs (como os produzidos internamente) KP350) eram extremamente sensíveis à electricidade estática. As altas tensões perfuraram a película fina, tornando o transístor inoperante. Nos triodos modernos, foram tomadas medidas construtivas para proteger contra sobretensões, pelo que as precauções contra a estática são quase desnecessárias.
Outra variante de um triodo unipolar de porta isolada é o transistor indutivo de canal. Não há canal indutivo e nenhuma corrente fluirá da fonte para o dreno se não houver tensão no portão. Se uma voltagem positiva for aplicada à porta, o campo que gera 'puxará' electrões da zona n do substrato, e criará um canal na região próxima da superfície para que a corrente flua. Daí resulta claro que um tal transistor, dependendo do tipo de canal, é controlado por voltagem de uma só polaridade. Isto também pode ser visto a partir da sua característica de passagem.
Existem também transístores de porta dupla. Diferem dos transístores convencionais por terem dois portões iguais, cada um dos quais pode ser controlado por um sinal separado, mas o seu efeito no canal é resumido. Um tal triodo pode ser representado como dois transístores comuns ligados em série.
Esquemas de Transistor de Efeito de Campo
O âmbito de aplicação dos transístores de efeito de campo é o mesmo que para como para os transístores bipolares .. São utilizados principalmente como elementos amplificadores. Os triodos bipolares são utilizados em fases de amplificação com três circuitos principais:
- coleccionador comum (repetidor emissor);
- base comum;
- Emissor comum.
Os transístores de efeito de campo estão ligados de forma semelhante.
Circuito de drenagem comum
Circuito de drenagem comum (acoplador de fonte), semelhante a um repetidor emissor num triodo bipolar, não fornece qualquer ganho de voltagem, mas fornece ganho de corrente.
Uma vantagem deste circuito é a sua elevada impedância de entrada, que em alguns casos é uma desvantagem - a fase torna-se susceptível a interferências electromagnéticas. Se necessário, o Rin pode ser reduzido através da inclusão de uma resistência R3.
Circuito com porta comum
Este circuito é semelhante a um transistor bipolar de base comum. Este circuito dá um bom ganho de tensão, mas nenhum ganho de corrente. Semelhante ao desenho de base comum, não é comummente utilizado.
Circuito fonte comum
O arranjo mais comum é a ligação de fonte comum dos triodos de efeito de campo. O seu ganho depende da razão entre a resistência Rc e a resistência no circuito de drenagem (pode ser colocada uma resistência adicional no circuito de drenagem para ajustar o ganho) e também depende do declive da característica do transístor.
Os transístores de efeito de campo são também utilizados como resistências controladas. Para este efeito, o ponto de operação é seleccionado dentro da secção de linha. Com base neste princípio, um divisor de tensão controlado pode ser realizado.
E num triodo de porta dupla neste modo, pode implementar, por exemplo, um misturador para receber equipamento - numa porta o sinal recebido, e na outra - o o sinal da heterodyne.
Se aceitarmos a teoria de que a história evolui em espiral, podemos ver um padrão no desenvolvimento da electrónica. A partir de tubos de tensão controlada, a tecnologia passou para transístores bipolares, que precisam de corrente para os controlar. A espiral chegou ao círculo completo - existe agora um domínio de triodos unipolares que, tal como as lâmpadas, não requerem consumo de energia nos circuitos de controlo. Onde a curva cíclica nos levará a seguir será vista. Por enquanto, não há alternativa aos transístores de efeito de campo à vista.
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