Fält (unipolär) en transistor är en enhet som har tre utgångar och styrs av applicerad på kontrollelektroden (slutare) Spänning. Reglerad ström flyter genom source-drain-kretsen.
Idén om en sådan triod uppstod för cirka 100 år sedan, men det blev möjligt att närma sig praktisk implementering först i mitten av förra seklet. På 50-talet av förra seklet utvecklades konceptet med en fälteffekttransistor, och 1960 tillverkades det första arbetsprovet. För att förstå fördelarna och nackdelarna med trioder av denna typ måste du förstå deras design.
Innehåll
FET-enhet
Unipolära transistorer är indelade i två stora klasser beroende på enhet och tillverkningsteknik. Trots likheten mellan kontrollprinciperna har de designegenskaper som bestämmer deras egenskaper.
Unipolära trioder med p-n-övergång
Anordningen hos en sådan fältarbetare liknar anordningen hos en konventionell halvledardiod och, till skillnad från den bipolära släktingen, innehåller endast en övergång. En p-n-övergångstransistor består av en platta av en typ av ledare (till exempel n) och en inbäddad region av en annan typ av halvledare (i detta fall p).
N-skiktet bildar en kanal genom vilken ström flyter mellan source- och drain-terminalerna. Grindstiftet är anslutet till p-området. Om en spänning appliceras på grinden som förspänner övergången i motsatt riktning, expanderar övergångszonen, tvärsnittet av kanalen, tvärtom, smalnar och dess motstånd ökar. Genom att styra grindspänningen kan strömmen i kanalen styras. Transistor kan också utföras med en kanal av p-typ, då bildas grinden av en n-halvledare.
En av funktionerna i denna design är transistorns mycket stora ingångsresistans. Styrströmmen bestäms av resistansen hos den omvända förspända övergången och är vid en konstant ström av enheter eller tiotals nanoampere. Vid växelström ställs ingångsresistansen in av korsningskapacitansen.
Förstärkningssteg monterade på sådana transistorer, på grund av den höga ingångsresistansen, förenklar matchning med ingångsenheter. Dessutom, under driften av unipolära trioder, finns det ingen rekombination av laddningsbärare, och detta leder till en minskning av lågfrekvent brus.
I frånvaro av en förspänning är kanalbredden störst, och strömmen genom kanalen är maximal. Genom att öka spänningen är det möjligt att uppnå ett sådant tillstånd för kanalen när den är helt blockerad. Denna spänning kallas för cut-off spänning (Uts).
Drainströmmen för en FET beror på både gate-to-source-spänningen och drain-to-source-spänningen. Om spänningen vid grinden är fixerad, med en ökning av Us, växer strömmen först nästan linjärt (avsnitt ab). När man går in i mättnad, orsakar en ytterligare ökning av spänningen praktiskt taget inte en ökning av dräneringsströmmen (avsnitt bc). Med en ökning av blockeringsspänningsnivån vid grinden inträffar mättnad vid lägre värden för Idock.
Figuren visar en familj av drainström kontra spänning mellan source och drain för flera grindspänningar. Det är uppenbart att när Us är högre än mättnadsspänningen beror dräneringsströmmen praktiskt taget bara på gatespänningen.
Detta illustreras av överföringskarakteristiken för en unipolär transistor. När det negativa värdet på grindspänningen ökar, sjunker drainströmmen nästan linjärt ner till noll när gränsspänningsnivån uppnås vid grinden.
Unipolära isolerade grindtrioder
En annan version av fälteffekttransistorn är med en isolerad grind. Sådana trioder kallas transistorer. TIR (metall-dielektrisk-halvledare), utländsk beteckning - MOSFET. Tidigare togs namnet MOS (metall-oxid-halvledare).
Substratet är gjord av en ledare med en viss typ av konduktivitet (i detta fall n), kanalen bildas av en halvledare av en annan typ av konduktivitet (i detta fall, p). Grinden är separerad från substratet av ett tunt lager av dielektrikum (oxid), och kan endast påverka kanalen genom det genererade elektriska fältet.Vid en negativ grindspänning förskjuter det genererade fältet elektroner från kanalområdet, lagret blir utarmat och dess motstånd ökar. För p-kanaltransistorer, tvärtom, leder appliceringen av en positiv spänning till en ökning av motståndet och en minskning av strömmen.
En annan egenskap hos den isolerade grindtransistorn är den positiva delen av överföringskarakteristiken (negativ för en p-kanaltriod). Detta innebär att en positiv spänning av ett visst värde kan appliceras på grinden, vilket kommer att öka dräneringsströmmen. Familjen av utgångsegenskaper har inga grundläggande skillnader från egenskaperna hos en triod med en p-n-övergång.
Det dielektriska lagret mellan grinden och substratet är mycket tunt, så MOS-transistorer från tidiga år av produktion (till exempel inhemska KP350) var extremt känsliga för statisk elektricitet. Högspänningen genomborrade den tunna filmen och förstörde transistorn. I moderna trioder vidtas designåtgärder för att skydda mot överspänning, så statiska försiktighetsåtgärder behövs praktiskt taget inte.
En annan version av den unipolära isolerade grindtrioden är den inducerade kanaltransistorn. Den har ingen inbyggd kanal; i frånvaro av spänning vid grinden kommer strömmen från källan till avloppet inte att flyta. Om en positiv spänning appliceras på grinden, "drar" fältet som skapas av den elektroner från substratets n-zon och skapar en kanal för strömmen att flyta i området nära ytan.Av detta är det tydligt att en sådan transistor, beroende på typen av kanal, styrs av en spänning med endast en polaritet. Detta kan ses av dess passageegenskaper.
Det finns också bi-gate transistorer. De skiljer sig från de vanliga genom att de har två lika stora 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 kopplade i serie.
FET-kopplingskretsar
Omfattningen av fälteffekttransistorer är densamma som för bipolär. De används främst som förstärkningselement. Bipolära trioder, när de används i förstärkningssteg, har tre huvudkopplingskretsar:
- med en gemensam samlare (emitterföljare);
- med en gemensam bas;
- med en gemensam sändare.
Fälteffekttransistorer slås på på liknande sätt.
Schema med gemensamt avlopp
Schema med gemensamt avlopp (källföljare), precis som emitterföljaren på en bipolär triod, ger inte spänningsförstärkning, utan antar strömförstärkning.
Fördelen med kretsen är den höga ingångsimpedansen, men i vissa fall är det också en nackdel - kaskaden blir känslig för elektromagnetiska störningar. Vid behov kan Rin reduceras genom att slå på motståndet R3.
Gemensam grindkrets
Denna krets liknar den för en bipolär bastransistor. Denna krets ger bra spänningsförstärkning, men ingen strömförstärkning. Liksom inkluderingen med en gemensam bas, används detta alternativ sällan.
Gemensam källkrets
Den vanligaste kretsen för att slå på fälttrioder med en gemensam källa.Dess förstärkning beror på förhållandet mellan motståndet Rc och motståndet i dräneringskretsen (ett extra motstånd kan installeras i dräneringskretsen för att justera förstärkningen), och beror också på brantheten hos transistorns egenskaper.
Fälteffekttransistorer används också som ett kontrollerat motstånd. För att göra detta väljs arbetspunkten inom den linjära sektionen. Enligt denna princip kan en kontrollerad spänningsdelare implementeras.
Och på en dubbelgrindstriod i det här läget kan du implementera till exempel en mixer för att ta emot utrustning - den mottagna signalen matas till en grind och till den andra - lokaloscillatorsignal.
Om vi accepterar teorin att historien utvecklas i en spiral kan vi se ett mönster i elektronikens utveckling. På väg bort från spänningsstyrda lampor har tekniken gått vidare till bipolära transistorer, som kräver ström för att styra. Spiralen har gjort en hel vändning - nu finns en dominans av unipolära trioder, som liksom lampor inte kräver strömförbrukning i styrkretsar. Det kommer att synas vart den cykliska kurvan leder vidare. Än så länge finns det inget alternativ till fälteffekttransistorer.
Liknande artiklar:
