Поле (еднополюсен) транзисторът е устройство, което има три изхода и се управлява чрез приложен към контролния електрод (затвор) волтаж. Регулираният ток протича през веригата източник-източник.
Идеята за такъв триод възникна преди около 100 години, но стана възможно да се подходи към практическото изпълнение едва в средата на миналия век. През 50-те години на миналия век е разработена концепцията за полеви транзистор, а през 1960 г. е произведен първият работещ образец. За да разберете предимствата и недостатъците на триодите от този тип, трябва да разберете техния дизайн.
Съдържание
FET устройство
Еднополярните транзистори са разделени на два големи класа според устройството и технологията на производство. Въпреки сходството на принципите на управление, те имат конструктивни характеристики, които определят техните характеристики.
Еднополярни триоди с p-n преход
Устройството на такъв полеви работник е подобно на устройството на конвенционален полупроводников диод и за разлика от биполярния роднина съдържа само един преход. Транзисторът с p-n преход се състои от плоча от един тип проводник (например n) и вградена област от друг тип полупроводник (в този случай p).
N-слоят образува канал, през който протича ток между изходните и източните изводи. Изводът на портата е свързан към p-областта. Ако към портата се приложи напрежение, което отклонява прехода в обратна посока, тогава преходната зона се разширява, напречното сечение на канала, напротив, се стеснява и съпротивлението му се увеличава. Чрез контролиране на напрежението на портата може да се контролира токът в канала. Транзистор може да се извърши и с канал от p-тип, тогава портата се формира от n-полупроводник.
Една от характеристиките на този дизайн е много голямото входно съпротивление на транзистора. Токът на порта се определя от съпротивлението на кръстовището с обратно изместване и е при постоянен ток от единици или десетки наноампера. При променлив ток входното съпротивление се задава от капацитета на прехода.
Етапите на усилване, сглобени на такива транзистори, поради високото входно съпротивление, опростяват съпоставянето с входните устройства. Освен това по време на работа на еднополярни триоди няма рекомбинация на носители на заряд и това води до намаляване на нискочестотния шум.
При липса на напрежение на отклонение ширината на канала е най-голяма, а токът през канала е максимален. Чрез увеличаване на напрежението е възможно да се постигне такова състояние на канала, когато той е напълно блокиран. Това напрежение се нарича напрежение на прекъсване (Uts).
Токът на изтичане на FET зависи както от напрежението от вход към източник, така и от напрежението от изход към източник. Ако напрежението на портата е фиксирано, с увеличаване на Us, токът първо нараства почти линейно (секция ab). При навлизане на насищане по-нататъшното увеличаване на напрежението практически не води до увеличаване на тока на изтичане (участък bc). С увеличаване на нивото на блокиращото напрежение на портата, насищането настъпва при по-ниски стойности на Idock.
Фигурата показва фамилия ток на изтичане спрямо напрежение между източник и дренаж за няколко напрежения на порта. Очевидно е, че когато Us е по-високо от напрежението на насищане, токът на изтичане зависи практически само от напрежението на порта.
Това се илюстрира от трансферната характеристика на еднополюсен транзистор. Тъй като отрицателната стойност на напрежението на порта се увеличава, токът на изтичане пада почти линейно до нула, когато нивото на прекъсване на напрежението се достигне на порта.
Еднополярни изолирани триоди за порти
Друга версия на полевия транзистор е с изолирана порта. Такива триоди се наричат транзистори. ТИР (метал-диелектрик-полупроводник), чуждо обозначение - MOSFET. Преди това името беше взето MOS (метал-оксид-полупроводник).
Субстратът е направен от проводник с определен тип проводимост (в този случай n), каналът е образуван от полупроводник с различен тип проводимост (в този случай p). Портата е отделена от субстрата с тънък слой диелектрик (оксид) и може да повлияе на канала само чрез генерираното електрическо поле.При отрицателно напрежение на портата генерираното поле измества електроните от областта на канала, слоят се изчерпва и съпротивлението му се увеличава. За р-каналните транзистори, напротив, прилагането на положително напрежение води до увеличаване на съпротивлението и намаляване на тока.
Друга характеристика на транзистора с изолиран затвор е положителната част на трансферната характеристика (отрицателна за триод с p-канален). Това означава, че към портата може да се приложи положително напрежение с определена стойност, което ще увеличи тока на изтичане. Семейството изходни характеристики няма фундаментални разлики от характеристиките на триод с p-n преход.
Диелектричният слой между портата и субстрата е много тънък, така че MOS транзистори от ранните години на производство (например домашни KP350) са изключително чувствителни към статично електричество. Високото напрежение пробива тънкия филм, разрушавайки транзистора. В съвременните триоди се вземат конструктивни мерки за защита от пренапрежение, така че статични предпазни мерки практически не са необходими.
Друга версия на еднополюсния изолиран триод на портата е индуциран канален транзистор. Той няма вграден канал; при липса на напрежение на портата, токът от източника към дренажа няма да тече. Ако към портата се приложи положително напрежение, тогава създаденото от него поле „дърпа” електрони от n-зоната на субстрата и създава канал за протичане на тока в областта близо до повърхността.От това става ясно, че такъв транзистор, в зависимост от вида на канала, се управлява от напрежение само с една полярност. Това се вижда от неговите характеристики на преминаване.
Има и транзистори с двойна врата. Те се различават от обикновените по това, че имат две равни врати, всяка от които може да се управлява от отделен сигнал, но ефектът им върху канала се сумира. Такъв триод може да бъде представен като два обикновени транзистора, свързани последователно.
Превключващи вериги на FET
Обхватът на полеви транзистори е същият като този на биполярно. Те се използват главно като подсилващи елементи. Биполярните триоди, когато се използват в усилващи стъпала, имат три главни превключващи вериги:
- с общ колектор (последовател на емитер);
- с обща основа;
- с общ емитер.
Полевите транзистори се включват по подобен начин.
Схема с общ дренаж
Схема с общ дренаж (източник последовател), точно както емитерния последовател на биполярен триод, не осигурява усилване на напрежението, а предполага усилване на тока.
Предимството на схемата е високият входен импеданс, но в някои случаи е и недостатък - каскадата става чувствителна към електромагнитни смущения. Ако е необходимо, Rin може да бъде намален чрез включване на резистора R3.
Обща верига на портата
Тази схема е подобна на тази на обикновен базов биполярен транзистор. Тази схема дава добро усилване на напрежението, но няма усилване на тока. Подобно на включването с обща основа, тази опция се използва рядко.
Верига с общ източник
Най-често срещаната схема за включване на полеви триоди с общ източник.Неговото усилване зависи от съотношението на съпротивлението Rc към съпротивлението в източната верига (допълнителен резистор може да бъде монтиран в дренажната верига за регулиране на усилването), а също така зависи от стръмността на характеристиките на транзистора.
Също така, полеви транзистори се използват като контролирано съпротивление. За да направите това, работната точка се избира в рамките на линейния участък. Съгласно този принцип може да бъде реализиран управляван делител на напрежение.
И на триод с двойна врата в този режим можете да приложите например миксер за приемане на оборудване - полученият сигнал се подава към една порта, а към другата - сигнал на локален осцилатор.
Ако приемем теорията, че историята се развива по спирала, можем да видим закономерност в развитието на електрониката. Отдалечавайки се от лампите с контролирано напрежение, технологията премина към биполярни транзистори, които изискват ток за управление. Спиралата направи пълен завой - сега има доминиране на еднополярни триоди, които, подобно на лампите, не изискват консумация на енергия в управляващите вериги. Ще се види накъде ще води цикличната крива по-нататък. Засега няма алтернатива на транзисторите с полеви ефект.
Подобни статии:
