Fält (unipolär) transistor är en anordning som har tre utgångar och som styrs av den applicerade styrelektroden (gate) vid grinden.grindspänning läggs på styrelektroden (gate). Den ström som ska kontrolleras flyter genom käll-drain-kretsen.
Idén om en sådan triod uppstod för ungefär 100 år sedan, men det var inte förrän i mitten av förra seklet som det blev möjligt att närma sig ett praktiskt genomförande. På 1950-talet utvecklades begreppet fälteffekttransistor och 1960 tillverkades det första fungerande exemplaret. För att förstå fördelarna och nackdelarna med denna typ av triod måste man förstå hur de är konstruerade.
Innehåll
Konstruktion av fälteffekttransistorer
Unipolära transistorer kan delas in i två stora klasser som baseras på design och tillverkningsteknik. Även om kontrollprinciperna är likartade har de olika konstruktionsegenskaper som bestämmer deras prestanda.
Unipolära trioder med p-n-övergång
Strukturen hos en sådan fälteffekttransistor liknar den hos en konventionell Halvledardiod. och, till skillnad från sin bipolära kusin, innehåller den endast en förbindelse. En p-n-junction-transistor består av en skiva av en typ av ledare (t.ex. n) och ett inbäddat område av en annan typ av halvledare (i det här fallet p).
N-skiktet bildar en kanal genom vilken strömmen flyter mellan källans och dräneringens stift. Gate-terminalen är ansluten till p-regionen. Om en spänning läggs på grinden som förskjuter övergången i motsatt riktning expanderar övergångsområdet, medan kanalens tvärsnitt tvärtom smalnar av och motståndet ökar. Genom att styra spänningen vid grinden kan strömmen i kanalen kontrolleras. Transistorn kan också tillverkas med en kanal av p-typ, i vilket fall grinden utgörs av en n-halvledare.
En av de speciella egenskaperna hos denna konstruktion är transistorens mycket höga ingångsresistans. Grindströmmen bestäms av motståndet i den bakåtkopplade förbindelsen och är i storleksordningen enheter eller tiotals nanampere vid likström. Vid växelström är ingångsresistansen given av förbindelsekapacitansen.
Förstärkningstrappor som byggs med dessa transistorer gör det lättare att matcha ingångsenheterna på grund av deras höga ingångsimpedans. Dessutom rekombinerar inte unipolära trioder laddningsbärare, vilket minskar lågfrekvensbruset.
I avsaknad av förspänning är kanalbredden störst och strömmen genom kanalen maximal. När spänningen ökas kan man nå ett tillstånd där kanalen stängs av helt och hållet. Denna spänning kallas för brytspänning (Uots).
Drainströmmen i en fälteffekttransistor beror både på spänningen mellan grind och källa och på spänningen mellan drain och källa. Om grindspänningen är fast, ökar strömmen till en början nästan linjärt med ökande Uci (ab-plot). Vid mättnad leder en ytterligare ökning av spänningen praktiskt taget inte till någon ökning av dräneringsströmmen (bb-avsnittet). När nivån på spänningen för grindlåsning ökar uppstår mättnad vid lägre värden på I-stock.
Figuren visar familjens beroende av dräneringsströmmen av spänningen mellan källa och dränering för olika värden på grindspänningen. Det är tydligt att när Uci ligger över mättnadsspänningen är dräneringsströmmen nästan enbart beroende av grindspänningen.
Detta illustreras av den unipolära transistorens överföringskarakteristik. När den negativa grindspänningen ökar minskar dräneringsströmmen nästan linjärt tills den når noll när grindspänningen når spänningsgränsen.
Unipolära trioder med isolerad grind
En annan variant av en fälteffekttransistor är konstruktionen med en isolerad grind. Dessa trioder kallas TDP-transistorer. TIR transistorer (metall-dielektrisk-halvledare), utländsk beteckning MOSFET. Förr brukade man kalla det MOS (metalloxid-halvledare).
Substratet består av en ledare av en viss ledningstyp (i det här fallet n), kanalen består av en halvledare av en annan ledningstyp (i det här fallet p). Gaten är separerad från substratet genom ett tunt dielektriskt lager (oxid) och kan endast påverka kanalen genom det elektriska fält som skapas. Om grindspänningen är negativ tvingar det genererade fältet ut elektronerna ur kanalområdet, skiktet blir utarmat och dess motstånd ökar. Omvänt gäller för p-kanaliga transistorer att en positiv spänning ökar motståndet och minskar strömmen.
En annan egenskap hos en transistor med isolerad grind är den positiva delen av överföringskarakteristiken (negativ för en p-kanals triod). Detta innebär att en spänning med en viss positiv polaritet också kan läggas på grinden, vilket ökar dräneringsströmmen. Familjen av utgångsegenskaper skiljer sig inte fundamentalt från den för en p-n-junction triod.
Det dielektriska skiktet mellan grinden och substratet är mycket tunt, så tidiga MPT:er (som inhemskt tillverkade KP350) var extremt känsliga för statisk elektricitet. Höga spänningar punkterade den tunna filmen och gjorde transistorn obrukbar. I moderna trioder har konstruktiva åtgärder vidtagits för att skydda mot överspänning, så försiktighetsåtgärder mot statisk elektricitet är nästan onödiga.
En annan variant av en unipolär triod med isolerad grind är den induktiva kanaltransistorn. Det finns ingen induktiv kanal och ingen ström kommer att flöda från källan till dräneringen om det inte finns någon spänning vid grinden. Om en positiv spänning läggs på grinden kommer fältet som den genererar att "dra" elektroner från substratets n-zon och skapa en kanal i den ytnära regionen där strömmen kan flöda. Av detta framgår att en sådan transistor, beroende på kanalens typ, styrs av en spänning med endast en polaritet. Detta framgår också av dess genomgångsegenskaper.
Det finns också transistorer med dubbla grindar. De skiljer sig från konventionella transistorer genom att de har två likvärdiga grindar, som var och en kan styras av en separat signal, men deras effekt på kanalen summeras. En sådan triod kan representeras som två vanliga transistorer som är kopplade i serie.
Fälteffekttransistorer Schematiska ritningar
Användningsområdet för fälteffekttransistorer är detsamma som för som för bipolära transistorer .. De används främst som förstärkarelement. Bipolära trioder används i förstärkarsteg med tre huvudkretsar:
- gemensam samlare (emitter repeater);
- gemensam bas;
- gemensam emitter.
Fälteffekttransistorer är anslutna på ett liknande sätt.
Gemensam dräneringskrets
Gemensam-drain-krets (Käll-kopplare), som liknar en emitterrepeater på en bipolär triod, ger ingen spänningsförstärkning, men däremot en strömförstärkning.
En fördel med den här kretsen är dess höga ingångsimpedans, vilket i vissa fall är en nackdel - scenen blir känslig för elektromagnetiska störningar. Vid behov kan Rin minskas genom att inkludera ett motstånd R3.
Krets med gemensam grind
Denna krets liknar en bipolär transistor med gemensam bas. Denna krets ger en bra spänningsförstärkning, men ingen strömförstärkning. I likhet med den vanliga baskonstruktionen används den inte ofta.
Krets med gemensam källa
Det vanligaste arrangemanget är den gemensamma källkopplingen för fälteffekttrioder. Dess förstärkning beror på förhållandet mellan motståndet Rc och motståndet i dräneringskretsen (Ett ytterligare motstånd kan placeras i dräneringskretsen för att justera förstärkningen.) och beror också på lutningen på transistorens karakteristik.
Fälteffekttransistorer används också som styrda motstånd. För detta ändamål väljs driftspunkten inom ledningssektionen. Baserat på denna princip kan en kontrollerad spänningsdelare realiseras.
Och på en triod med dubbla grindar i detta läge kan du till exempel implementera en mixer för mottagningsutrustning - på den ena grinden den mottagna signalen och på den andra - signalen. signalen från heterodynen.
Om vi accepterar teorin att historien utvecklas i en spiral kan vi se ett mönster i elektronikens utveckling. Från spänningsstyrda rör har tekniken gått vidare till bipolära transistorer, som behöver ström för att styras. Spiralen har gått runt - nu dominerar unipolära trioder som, precis som lamporna, inte kräver någon strömförbrukning i styrkretsarna. Var den cykliska kurvan tar oss nästa gång kommer vi att se. Än så länge finns det inget alternativ till fälteffekttransistorer i sikte.
Relaterade artiklar:
