Polje (unipolarni) tranzistor je naprava, ki ima tri izhode in jo krmili uporabljena krmilna elektroda (vrata).vrata) napetost se dovaja na krmilno elektrodo (vrata). Regulirani tok teče skozi vezje vir-odvod.
Zamisel o takšni triodi je nastala pred približno 100 leti, vendar je do praktične izvedbe prišlo šele sredi prejšnjega stoletja. V petdesetih letih prejšnjega stoletja je bil razvit koncept tranzistorja z učinkom polja, leta 1960 pa je bil izdelan prvi delujoči vzorec. Da bi razumeli prednosti in slabosti triod tega tipa, je treba razumeti njihovo strukturo.
Vsebina
Oblikovanje tranzistorjev z učinkom polja
Unipolarni tranzistorji se glede na zasnovo in tehnologijo izdelave delijo v dva velika razreda. Čeprav so načela krmiljenja podobna, imajo konstrukcijske značilnosti, ki določajo njihove značilnosti.
Unipolarne triode s p-n spojem
Struktura takega p-n spojnega tranzistorja je podobna navadnemu polprevodniška dioda in za razliko od svojega bipolarnega sorodnika vsebuje samo eno stičišče. Tranzistor s p-n spojem je sestavljen iz rezine ene vrste prevodnika (npr. n) in vgrajenega območja druge vrste polprevodnika (v tem primeru p).
N-sloj tvori kanal, skozi katerega teče tok med zatiči vira in odtoka. Vodnik vrat je povezan s p-regijo. Če se na vrata uporabi napetost, ki premakne prehod v nasprotno smer, se prehodno območje razširi, prečni prerez kanala se, nasprotno, zoži, njegova odpornost se poveča. S krmiljenjem napetosti vrat je mogoče nadzorovati tok v kanalu. Tranzistor lahko tudi s kanalom p-tipa, potem so vrata sestavljena iz n-polprevodnika.
Ena od posebnosti te zasnove je zelo velik vhodni upor tranzistorja. Tok vrat je določen z uporom reverzno preklopnega spoja in je v območju enot ali desetin nanamperov pri enosmernem toku. Pri izmeničnem toku je vhodni upor podan s kapacitivnostjo spoja.
Ojačevalne stopnje, sestavljene na takih tranzistorjih, zaradi visoke vhodne impedance poenostavljajo ujemanje z vhodnimi napravami. Prav tako unipolarne triode ne rekombinirajo nosilcev naboja, kar zmanjša nizkofrekvenčni šum.
Ko ni prednapetosti, je širina kanala največja in tok skozi kanal največji. Ko se napetost poveča, je možno doseči stanje kanala, ko je popolnoma zaskočen. Ta napetost se imenuje izklopna napetost (Uots).
Odvodni tok tranzistorja z učinkom polja je odvisen od napetosti med vrati in izvorom ter napetosti odvod-izvor. Če popravite napetost vrat, se tok sprva poveča skoraj linearno z naraščanjem Uci (ab graf).Pri vstopu v nasičenost nadaljnje povečanje napetosti praktično ne povzroči povečanja odvodnega toka (odsek bb). Ko se raven napetosti zaklepanja vrat poveča, pride do nasičenja pri nižjih vrednostih I-stoka.
Slika prikazuje družino napetostnih odvisnosti odvodnega toka med izvorom in odvodom za več vrednosti napetosti vrat. Očitno je, da je pri Uci nad nasičeno napetostjo odvodni tok praktično odvisen le od napetosti vrat.
To je ponazorjeno s prenosno karakteristiko unipolarnega tranzistorja. Ko negativna napetost na vratih narašča, se odvodni tok skoraj linearno zmanjšuje, dokler ne doseže nič, ko napetost na vratih doseže raven izklopne napetosti.
Unipolarne triode z izoliranimi vrati
Druga različica tranzistorja z učinkom polja je zasnova z izoliranimi vrati. Te triode imenujemo TFT TIR (kovina-dielektrik-polprevodnik) tranzistorji, tuja oznaka MOSFET. Včasih je bila navada klicati MOS (kovinski oksid-polprevodnik).
Podlaga je izdelana iz prevodnika z določeno vrsto prevodnosti (v tem primeru n), kanal tvori polprevodnik z drugo vrsto prevodnosti (v tem primeru p). Vrata so od substrata ločena s tanko dielektrično (oksidno) plastjo in lahko na kanal vplivajo samo preko ustvarjenega električnega polja. Ko je napetost vrat negativna, ustvarjeno polje izpodrine elektrone iz območja kanala, plast se izčrpa in njen upor se poveča. Za tranzistorje s kanalom tipa p, nasprotno, uporaba pozitivne napetosti vodi do povečanja upora in zmanjšanja toka.
Druga značilnost z vrati izoliranega tranzistorja je pozitiven del prenosne karakteristike (negativen pri p-kanalni triodi). To pomeni, da se lahko napetost pozitivne polarnosti določene vrednosti uporabi tudi za vrata, kar bo povečalo odvodni tok.Družina izhodnih karakteristik se bistveno ne razlikuje od triode p-n spoja.
Dielektrična plast med vrati in podlago je zelo tanka, zato so tranzistorji TIR iz zgodnjih let proizvodnje (na primer domači KP350) so bili izjemno občutljivi na statično elektriko. Visoke napetosti so preluknjale tanek film, zaradi česar tranzistor ni deloval. V sodobnih triodah so bili sprejeti konstruktivni ukrepi za zaščito pred prenapetostjo, zato so previdnostni ukrepi proti statični napetosti skoraj nepotrebni.
Druga različica unipolarne triode z izoliranimi vrati je tranzistor z induciranim kanalom. Nima induktivnega kanala, zato tok ne teče od vira do odtoka, če na vratih ni napetosti. Če se na vrata uporabi pozitivna napetost, polje, ki ga ustvari, "potegne" elektrone iz n-območja substrata in ustvari kanal v območju blizu površine za pretok toka. Iz tega je jasno, da je tak tranzistor, odvisno od vrste kanala, krmiljen z napetostjo samo ene polarnosti. To je razvidno tudi iz njegove prepustnosti.
Obstajajo tudi tranzistorji z dvojnimi vrati. Od običajnih se razlikujejo po tem, da imajo dva enaka vrata, od katerih je vsako mogoče krmiliti z ločenim signalom, vendar se njihov učinek na kanal sešteje. Takšno triodo lahko predstavimo kot dva navadna tranzistorja v seriji.
Vezalni diagrami za tranzistorje z učinkom polja
Področje uporabe tranzistorjev z učinkom polja je enako kot pri bipolarni .. Uporabljajo se predvsem kot ojačevalni elementi. Bipolarne triode, kadar se uporabljajo v ojačevalnih stopnjah, imajo tri osnovna vezja:
- skupni zbiralnik (oddajnik repetitor);
- s skupno bazo;
- skupni oddajnik.
Tranzistorji z učinkom polja so povezani na podoben način.
Common Stock Array
Krog skupnega odtoka (Izvor Repeater), tako kot emiterski repetitor na bipolarni triodi, ne zagotavlja napetostnega ojačanja, zagotavlja pa tokovno ojačanje.
Prednost vezja je visok vhodni upor, v nekaterih primerih pa je to slabost - stopnja postane občutljiva na elektromagnetne motnje. Po potrebi se lahko Rin zmanjša z vključitvijo upora R3.
Krog s skupnimi vrati
To vezje je podobno bipolarnemu tranzistorju s skupno bazo. To vezje daje dobro napetostno ojačenje, vendar ne tokovno ojačenje. Tako kot običajna osnovna zasnova se ne uporablja pogosto.
Skupna izvorna matrika
Najpogostejši tokokrog je povezava s skupnim izvorom triod z efektom polja. Njegovo ojačanje je odvisno od razmerja upora Rc proti uporu v odvodnem vezju (za prilagoditev ojačanja v odtočnem vezju je mogoče namestiti dodaten upor) in je odvisen tudi od naklona karakteristike tranzistorja.
Tranzistorji z učinkom polja se uporabljajo tudi kot nadzorovani upor. V ta namen se delovna točka izbere znotraj linearnega odseka. Po tem principu je mogoče izvesti krmiljeni napetostni delilnik.
In na triodi z dvojnimi vrati v tem načinu lahko implementirate na primer mešalnik za sprejemno opremo - na enih vratih prejeti signal, na drugi pa - signal iz heterodina.
Če sprejmete teorijo, da se zgodovina razvija v spirali, lahko vidite vzorec v razvoju elektronike. Tehnologija se je odmaknila od napetostno krmiljenih elektronk k bipolarnim tranzistorjem, ki potrebujejo tok za krmiljenje. Spirala je naredila popoln obrat - zdaj prevladujejo unipolarne triode, ki ne zahtevajo, tako kot svetilke, porabe energije v krmilnih vezjih. Kam nas bo ciklična krivulja pripeljala naprej - bomo videli. Doslej ni bilo opaziti nobene alternative tranzistorjem z učinkom polja.
Povezani članki:
