Lúka (unipolárne) tranzistor je zariadenie, ktoré má tri výstupy a je riadené priložením na riadiacu elektródu (uzávierka) Napätie. Regulovaný prúd preteká obvodom zdroj-odtok.
Myšlienka takejto triódy vznikla asi pred 100 rokmi, ale praktickú realizáciu bolo možné pristupovať až v polovici minulého storočia. V 50. rokoch minulého storočia bol vyvinutý koncept tranzistora s efektom poľa a v roku 1960 bola vyrobená prvá pracovná vzorka. Aby ste pochopili výhody a nevýhody triód tohto typu, musíte pochopiť ich dizajn.
Obsah
FET zariadenie
Unipolárne tranzistory sú rozdelené do dvoch veľkých tried podľa zariadenia a technológie výroby. Napriek podobnosti princípov ovládania majú konštrukčné prvky, ktoré určujú ich vlastnosti.
Unipolárne triódy s p-n prechodom
Zariadenie takéhoto terénneho pracovníka je podobné ako zariadenie konvenčného polovodičová dióda a na rozdiel od bipolárneho príbuzného obsahuje iba jeden prechod. Tranzistor s prechodom p-n pozostáva z dosky jedného typu vodiča (napríklad n) a vloženej oblasti iného typu polovodiča (v tomto prípade p).
N-vrstva tvorí kanál, cez ktorý prúdi prúd medzi terminálom zdroja a odtokom. Hradlový kolík je pripojený k oblasti p. Ak sa na bránu privedie napätie, ktoré posunie prechod v opačnom smere, potom sa prechodová zóna rozšíri, prierez kanála sa naopak zmenší a jeho odpor sa zvýši. Riadením napätia hradla možno ovládať prúd v kanáli. Tranzistor možno vykonať aj kanálom typu p, potom je hradlo tvorené n-polovodičom.
Jednou z vlastností tohto dizajnu je veľmi veľký vstupný odpor tranzistora. Prúd hradla je určený odporom spätne predpätého spoja a je pri konštantnom prúde jednotiek alebo desiatok nanoampérov. Pri striedavom prúde je vstupný odpor nastavený kapacitou prechodu.
Zosilňovacie stupne zostavené na takýchto tranzistoroch vďaka vysokému vstupnému odporu zjednodušujú párovanie so vstupnými zariadeniami. Okrem toho pri činnosti unipolárnych triód nedochádza k rekombinácii nosičov náboja, čo vedie k zníženiu nízkofrekvenčného šumu.
Pri absencii predpätia je šírka kanála najväčšia a prúd cez kanál je maximálny. Zvýšením napätia je možné dosiahnuť taký stav kanála, keď je úplne zablokovaný. Toto napätie sa nazýva medzné napätie (Uts).
Odtokový prúd FET závisí od napätia medzi bránou a zdrojom a od napätia medzi odtokom a zdrojom. Ak je napätie na bráne pevné, s nárastom Us, prúd najprv rastie takmer lineárne (sekcia ab). Pri vstupe do saturácie ďalšie zvýšenie napätia prakticky nespôsobí zvýšenie odtokového prúdu (časť bc). So zvýšením úrovne blokovacieho napätia na bráne dochádza k saturácii pri nižších hodnotách Idocku.
Obrázok ukazuje skupinu kolektorového prúdu vs. napätie medzi zdrojom a kolektorom pre niekoľko hradlových napätí. Je zrejmé, že keď je Us vyššie ako saturačné napätie, odvodňovací prúd závisí prakticky len od napätia hradla.
Toto je znázornené prenosovou charakteristikou unipolárneho tranzistora. Keď sa záporná hodnota napätia hradla zvyšuje, odtokový prúd klesá takmer lineárne na nulu, keď sa dosiahne úroveň medzného napätia na hradle.
Unipolárne izolované hradlové triódy
Ďalšia verzia tranzistora s efektom poľa je s izolovaným hradlom. Takéto triódy sa nazývajú tranzistory. TIR (kov-dielektrikum-polovodič), cudzie označenie - MOSFET. Predtým bolo meno prijaté MOS (kov-oxid-polovodič).
Substrát je vyrobený z vodiča určitého typu vodivosti (v tomto prípade n), kanál je tvorený polovodičom iného typu vodivosti (v tomto prípade p). Brána je oddelená od substrátu tenkou vrstvou dielektrika (oxidu) a môže ovplyvniť kanál iba prostredníctvom generovaného elektrického poľa.Pri zápornom hradlovom napätí generované pole vytláča elektróny z oblasti kanála, vrstva sa vyčerpáva a jej odpor sa zvyšuje. V prípade p-kanálových tranzistorov naopak aplikácia kladného napätia vedie k zvýšeniu odporu a zníženiu prúdu.
Ďalšou vlastnosťou izolovaného hradlového tranzistora je kladná časť prenosovej charakteristiky (negatívna pre p-kanálovú triódu). To znamená, že na bránu môže byť privedené kladné napätie určitej hodnoty, čo zvýši odtokový prúd. Rodina výstupných charakteristík nemá zásadné rozdiely od charakteristík triódy s p-n prechodom.
Dielektrická vrstva medzi bránou a substrátom je veľmi tenká, takže tranzistory MOS z prvých rokov výroby (napríklad domáce KP350) boli mimoriadne citlivé na statickú elektrinu. Vysoké napätie prerazilo tenký film a zničilo tranzistor. V moderných triódach sa prijímajú konštrukčné opatrenia na ochranu pred prepätím, takže statické opatrenia prakticky nie sú potrebné.
Ďalšou verziou unipolárnej izolovanej hradlovej triódy je tranzistor s indukovaným kanálom. Nemá vstavaný kanál, pri absencii napätia na bráne nebude prúdiť prúd zo zdroja do odtoku. Ak sa na bránu privedie kladné napätie, pole ním vytvorené „vytiahne“ elektróny z n-zóny substrátu a vytvorí kanál pre prúdenie prúdu v oblasti blízko povrchu.Z toho je zrejmé, že takýto tranzistor je v závislosti od typu kanála riadený napätím iba jednej polarity. Je to vidieť z jeho prechodových charakteristík.
Existujú aj bi-gate tranzistory. Líšia sa od bežných v tom, že majú dve rovnaké brány, z ktorých každá môže byť ovládaná samostatným signálom, ale ich vplyv na kanál je sčítaný. Takáto trióda môže byť reprezentovaná ako dva bežné tranzistory zapojené do série.
FET spínacie obvody
Rozsah tranzistorov s efektom poľa je rovnaký ako rozsah bipolárne. Používajú sa hlavne ako výstužné prvky. Bipolárne triódy, keď sa používajú v zosilňovacích stupňoch, majú tri hlavné spínacie obvody:
- so spoločným zberačom (sledovač vysielača);
- so spoločnou základňou;
- so spoločným žiaričom.
Tranzistory s efektom poľa sa zapínajú podobným spôsobom.
Schéma so spoločným odtokom
Schéma so spoločným odtokom (sledovateľ zdroja), rovnako ako emitorový sledovač na bipolárnej trióde, neposkytuje napäťové zosilnenie, ale predpokladá prúdové zosilnenie.
Výhodou obvodu je vysoká vstupná impedancia, no v niektorých prípadoch je aj nevýhodou - kaskáda sa stáva citlivou na elektromagnetické rušenie. V prípade potreby možno Rin znížiť zapnutím odporu R3.
Spoločný obvod brány
Tento obvod je podobný obvodu bipolárneho tranzistora so spoločnou bázou. Tento obvod poskytuje dobrý zisk napätia, ale žiadny prúdový zisk. Rovnako ako zahrnutie so spoločným základom, táto možnosť sa používa zriedka.
Spoločný zdrojový obvod
Najbežnejší obvod na zapínanie poľných triód so spoločným zdrojom.Jeho zosilnenie závisí od pomeru odporu Rc k odporu v drenážnom okruhu (do odtokového okruhu je možné nainštalovať dodatočný odpor na nastavenie zisku), a tiež závisí od strmosti charakteristík tranzistora.
Ako riadený odpor sa tiež používajú tranzistory s efektom poľa. Na tento účel sa v rámci lineárneho úseku zvolí pracovný bod. Podľa tohto princípu je možné realizovať riadený delič napätia.
A na trióde s dvojitou bránou v tomto režime môžete implementovať napríklad mixér pre prijímacie zariadenie - prijatý signál sa privádza do jednej brány a do druhej - signál lokálneho oscilátora.
Ak prijmeme teóriu, že história sa vyvíja po špirále, môžeme vidieť vzorec vo vývoji elektroniky. Po odklone od napäťovo riadených lámp sa technológia presunula k bipolárnym tranzistorom, ktorých ovládanie vyžaduje prúd. Špirála sa naplno rozbehla – teraz dominujú unipolárne triódy, ktoré si podobne ako lampy nevyžadujú príkon v riadiacich obvodoch. Uvidí sa, kam ďalej povedie cyklická krivka. Zatiaľ neexistuje žiadna alternatíva k tranzistorom s efektom poľa.
Podobné články:
