Polje (jednopolarni) tranzistor je uređaj koji ima tri izlaza i njime se upravlja priloženim na kontrolnu elektrodu (zatvarač) napon. Regulirana struja teče kroz krug izvor-odvod.
Ideja o takvoj triodi nastala je prije oko 100 godina, ali praktičnoj provedbi postalo je moguće pristupiti tek sredinom prošlog stoljeća. Pedesetih godina prošlog stoljeća razvijen je koncept tranzistora s efektom polja, a 1960. godine proizveden je prvi radni uzorak. Da biste razumjeli prednosti i nedostatke trioda ove vrste, morate razumjeti njihov dizajn.
Sadržaj
FET uređaj
Unipolarni tranzistori su podijeljeni u dvije velike klase prema uređaju i tehnologiji proizvodnje. Unatoč sličnosti načela upravljanja, oni imaju značajke dizajna koje određuju njihove karakteristike.
Unipolarne triode s p-n spojem
Uređaj takvog terenskog radnika sličan je uređaju konvencionalnog poluvodička dioda i, za razliku od bipolarnog relativnog, sadrži samo jedan prijelaz. Tranzistor p-n spoja sastoji se od ploče jedne vrste vodiča (na primjer, n) i ugrađene regije druge vrste poluvodiča (u ovom slučaju, p).
N-sloj tvori kanal kroz koji struja teče između terminala izvora i odvoda. Pin za vrata spojen je na p-područje. Ako se na kapiju primijeni napon koji naginje prijelaz u suprotnom smjeru, tada se prijelazna zona širi, poprečni presjek kanala, naprotiv, sužava, a njegov otpor raste. Kontrolom napona vrata može se kontrolirati struja u kanalu. Tranzistor također se može izvesti s kanalom p-tipa, tada se vrata formiraju od n-poluvodiča.
Jedna od značajki ovog dizajna je vrlo veliki ulazni otpor tranzistora. Struja na vratima određena je otporom spoja s obrnutom pristrasnošću i ima konstantnu struju od jedinica ili desetaka nanoampera. Na izmjeničnu struju, ulazni otpor je postavljen kapacitivnošću spoja.
Pojačani stupnjevi sastavljeni na takvim tranzistorima, zbog visokog ulaznog otpora, pojednostavljuju usklađivanje s ulaznim uređajima. Osim toga, tijekom rada unipolarnih trioda ne dolazi do rekombinacije nosača naboja, a to dovodi do smanjenja niskofrekventnog šuma.
U nedostatku prednapona, širina kanala je najveća, a struja kroz kanal je maksimalna. Povećanjem napona moguće je postići takvo stanje kanala kada je potpuno blokiran. Taj se napon naziva granični napon (Uts).
Struja odvoda FET-a ovisi i o naponu od vrata do izvora i o naponu od drena do izvora. Ako je napon na vratima fiksan, s povećanjem Us, struja prvo raste gotovo linearno (presjek ab). Prilikom ulaska u zasićenje, daljnji porast napona praktički ne uzrokuje povećanje odvodne struje (presjek bc). S povećanjem razine napona blokiranja na vratima, dolazi do zasićenja pri nižim vrijednostima Idock-a.
Slika prikazuje obitelj odvodne struje u odnosu na napon između izvora i odvoda za nekoliko napona vrata. Očito je da kada je Us veći od napona zasićenja, struja odvoda ovisi praktički samo o naponu vrata.
To ilustrira prijenosna karakteristika unipolarnog tranzistora. Kako negativna vrijednost napona na vratima raste, struja odvoda pada gotovo linearno na nulu kada se dosegne razina graničnog napona na vratima.
Unipolarne izolirane triode za vrata
Druga verzija tranzistora s efektom polja je s izoliranim vratima. Takve triode nazivaju se tranzistori. TIR (metal-dielektrik-poluvodič), strana oznaka - MOSFET. Ranije je uzeto ime MOS (metal-oksid-poluvodič).
Podloga je izrađena od vodiča određene vrste vodljivosti (u ovom slučaju, n), kanal je formiran od poluvodiča druge vrste vodljivosti (u ovom slučaju, p). Vrata su odvojena od podloge tankim slojem dielektrika (oksida) i mogu utjecati na kanal samo kroz generirano električno polje.Pri negativnom naponu vrata, generirano polje istiskuje elektrone iz područja kanala, sloj se iscrpljuje, a njegov otpor raste. Za p-kanalne tranzistore, naprotiv, primjena pozitivnog napona dovodi do povećanja otpora i smanjenja struje.
Još jedna značajka tranzistora s izoliranim vratima je pozitivan dio karakteristike prijenosa (negativan za triodu s p-kanalom). To znači da se na kapiju može primijeniti pozitivan napon određene vrijednosti, što će povećati struju odvoda. Obitelj izlaznih karakteristika nema temeljnih razlika od karakteristika triode s p-n spojem.
Dielektrični sloj između vrata i supstrata je vrlo tanak, pa MOS tranzistori iz ranih godina proizvodnje (npr. KP350) bili izuzetno osjetljivi na statički elektricitet. Visok napon je probio tanki film, uništivši tranzistor. U modernim triodama poduzimaju se projektne mjere za zaštitu od prenapona, tako da statičke mjere opreza praktički nisu potrebne.
Druga verzija unipolarne izolirane triode kapije je inducirani kanalni tranzistor. Nema ugrađeni kanal; u nedostatku napona na vratima, struja od izvora do odvoda neće teći. Ako se na kapiju primijeni pozitivan napon, tada polje koje stvara "povlači" elektrone iz n-zone supstrata i stvara kanal za strujanje u području blizu površine.Iz ovoga je jasno da se takvim tranzistorom, ovisno o vrsti kanala, upravlja naponom samo jednog polariteta. To se vidi iz njegovih prolaznih karakteristika.
Postoje i tranzistori s dva vrata. Razlikuju se od uobičajenih po tome što imaju dva jednaka vrata, od kojih se svaki može kontrolirati zasebnim signalom, ali se njihov učinak na kanal zbraja. Takvu triodu možemo predstaviti kao dva obična tranzistora spojena u seriju.
FET sklopni sklopovi
Opseg tranzistora s efektom polja je isti kao i kod bipolarni. Uglavnom se koriste kao elementi za ojačanje. Bipolarne triode, kada se koriste u stupnjevima za pojačavanje, imaju tri glavna sklopna kruga:
- sa zajedničkim kolektorom (sljedbenik emitera);
- sa zajedničkom bazom;
- sa zajedničkim emiterom.
Tranzistori s efektom polja se uključuju na sličan način.
Shema sa zajedničkim odvodom
Shema sa zajedničkim odvodom (sljedbenik izvora), baš kao emiterski sljedbenik na bipolarnoj triodi, ne daje pojačanje napona, već pretpostavlja pojačanje struje.
Prednost sklopa je visoka ulazna impedancija, ali u nekim slučajevima je i nedostatak - kaskada postaje osjetljiva na elektromagnetske smetnje. Ako je potrebno, Rin se može smanjiti uključivanjem otpornika R3.
Krug zajedničkih vrata
Ovaj sklop je sličan onom kod uobičajenog bipolarnog tranzistora. Ovaj krug daje dobro pojačanje napona, ali nema pojačanje struje. Kao i uključivanje sa zajedničkom bazom, ova se opcija rijetko koristi.
Krug zajedničkog izvora
Najčešći sklop za uključivanje poljske trioda sa zajedničkim izvorom.Njegovo pojačanje ovisi o omjeru otpora Rc i otpora u odvodnom krugu (u odvodni krug se može ugraditi dodatni otpornik za podešavanje pojačanja), a ovisi i o strmini karakteristika tranzistora.
Također, tranzistori s efektom polja koriste se kao kontrolirani otpor. Da biste to učinili, unutar linearnog presjeka odabire se radna točka. Prema ovom principu može se implementirati kontrolirani djelitelj napona.
A na triodi s dvostrukim vratima u ovom načinu rada možete implementirati, na primjer, mikser za prijem opreme - primljeni signal se dovodi do jedne kapije, a do druge - signal lokalnog oscilatora.
Ako prihvatimo teoriju da se povijest razvija spiralno, možemo vidjeti obrazac u razvoju elektronike. Udaljavajući se od lampi kontroliranih naponom, tehnologija je prešla na bipolarne tranzistore, kojima je potrebna struja za upravljanje. Spirala je napravila potpuni zaokret - sada postoji dominacija unipolarnih trioda, koje, poput svjetiljki, ne zahtijevaju potrošnju energije u upravljačkim krugovima. Vidjet će se kamo će ciklička krivulja dalje voditi. Zasad ne postoji alternativa tranzistorima s efektom polja.
Slični članci:
