Πεδίο (μονοπολική) ένα τρανζίστορ είναι μια συσκευή που έχει τρεις εξόδους και ελέγχεται με εφαρμογή στο ηλεκτρόδιο ελέγχου (παραθυρόφυλλο) Τάση. Ρυθμιζόμενο ρεύμα ρέει μέσω του κυκλώματος πηγής-αποχέτευσης.
Η ιδέα ενός τέτοιου τριόδου προέκυψε πριν από περίπου 100 χρόνια, αλλά κατέστη δυνατή η προσέγγιση της πρακτικής εφαρμογής μόνο στα μέσα του περασμένου αιώνα. Στη δεκαετία του '50 του περασμένου αιώνα, αναπτύχθηκε η ιδέα ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου και το 1960 κατασκευάστηκε το πρώτο δείγμα εργασίας. Για να κατανοήσετε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των τριόδων αυτού του τύπου, πρέπει να κατανοήσετε το σχεδιασμό τους.
Περιεχόμενο
Συσκευή FET
Τα μονοπολικά τρανζίστορ χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες ανάλογα με τη συσκευή και την τεχνολογία κατασκευής. Παρά την ομοιότητα των αρχών ελέγχου, έχουν σχεδιαστικά χαρακτηριστικά που καθορίζουν τα χαρακτηριστικά τους.
Μονοπολικοί τρίοδοι με διασταύρωση p-n
Η συσκευή ενός τέτοιου εργάτη πεδίου είναι παρόμοια με τη συσκευή ενός συμβατικού δίοδος ημιαγωγών και, σε αντίθεση με τη διπολική συγγενή, περιέχει μόνο μία μετάβαση. Ένα τρανζίστορ σύνδεσης p-n αποτελείται από μια πλάκα ενός τύπου αγωγού (για παράδειγμα, n) και μια ενσωματωμένη περιοχή ενός άλλου τύπου ημιαγωγού (στην περίπτωση αυτή, p).
Το στρώμα Ν σχηματίζει ένα κανάλι μέσω του οποίου ρέει ρεύμα μεταξύ των ακροδεκτών πηγής και αποστράγγισης. Ο πείρος πύλης συνδέεται με την περιοχή p. Εάν εφαρμοστεί μια τάση στην πύλη που πολώνει τη μετάβαση προς την αντίθετη κατεύθυνση, τότε η ζώνη μετάβασης επεκτείνεται, η διατομή του καναλιού, αντίθετα, στενεύει και η αντίστασή της αυξάνεται. Με τον έλεγχο της τάσης της πύλης, μπορεί να ελεγχθεί το ρεύμα στο κανάλι. Τρανζίστορ μπορεί επίσης να εκτελεστεί με ένα κανάλι τύπου p, τότε η πύλη σχηματίζεται από έναν n-ημιαγωγό.
Ένα από τα χαρακτηριστικά αυτού του σχεδιασμού είναι η πολύ μεγάλη αντίσταση εισόδου του τρανζίστορ. Το ρεύμα πύλης καθορίζεται από την αντίσταση της ανάστροφης πολωμένης σύνδεσης και βρίσκεται σε σταθερό ρεύμα μονάδων ή δεκάδων νανοαμπέρ. Στο εναλλασσόμενο ρεύμα, η αντίσταση εισόδου ρυθμίζεται από την χωρητικότητα της διασταύρωσης.
Τα στάδια απολαβής που συναρμολογούνται σε τέτοια τρανζίστορ, λόγω της υψηλής αντίστασης εισόδου, απλοποιούν την αντιστοίχιση με τις συσκευές εισόδου. Επιπλέον, κατά τη λειτουργία μονοπολικών τριόδων, δεν υπάρχει ανασυνδυασμός φορέων φορτίου και αυτό οδηγεί σε μείωση του θορύβου χαμηλής συχνότητας.
Σε περίπτωση απουσίας τάσης πόλωσης, το πλάτος του καναλιού είναι το μεγαλύτερο και το ρεύμα μέσω του καναλιού είναι μέγιστο. Με την αύξηση της τάσης, είναι δυνατό να επιτευχθεί μια τέτοια κατάσταση του καναλιού όταν είναι εντελώς φραγμένο. Αυτή η τάση ονομάζεται τάση αποκοπής (Uts).
Το ρεύμα αποστράγγισης ενός FET εξαρτάται τόσο από την τάση πύλης προς πηγή όσο και από την τάση αποστράγγισης σε πηγή. Εάν η τάση στην πύλη είναι σταθερή, με μια αύξηση στο Us, το ρεύμα αυξάνεται πρώτα σχεδόν γραμμικά (τμήμα αβ). Κατά την εισαγωγή κορεσμού, μια περαιτέρω αύξηση της τάσης πρακτικά δεν προκαλεί αύξηση του ρεύματος αποστράγγισης (τμήμα bc). Με αύξηση του επιπέδου τάσης μπλοκαρίσματος στην πύλη, ο κορεσμός εμφανίζεται σε χαμηλότερες τιμές του Idock.
Το σχήμα δείχνει μια οικογένεια ρεύματος αποστράγγισης σε σχέση με την τάση μεταξύ πηγής και αποστράγγισης για πολλές τάσεις πύλης. Είναι προφανές ότι όταν το Us είναι υψηλότερο από την τάση κορεσμού, το ρεύμα αποστράγγισης εξαρτάται πρακτικά μόνο από την τάση της πύλης.
Αυτό φαίνεται από το χαρακτηριστικό μεταφοράς ενός μονοπολικού τρανζίστορ. Καθώς η αρνητική τιμή της τάσης της πύλης αυξάνεται, το ρεύμα αποστράγγισης πέφτει σχεδόν γραμμικά στο μηδέν όταν επιτευχθεί το επίπεδο τάσης αποκοπής στην πύλη.
Τρίοδοι πύλης με μονοπολική μόνωση
Μια άλλη έκδοση του τρανζίστορ εφέ πεδίου είναι με μονωμένη πύλη. Τέτοια τρίοδα ονομάζονται τρανζίστορ. ΤΙΡ (μέταλλο-διηλεκτρικό-ημιαγωγός), ξένη ονομασία - MOSFET. Παλαιότερα το όνομα είχε ληφθεί MOS (μέταλλο-οξείδιο-ημιαγωγός).
Το υπόστρωμα αποτελείται από έναν αγωγό συγκεκριμένου τύπου αγωγιμότητας (στην περίπτωση αυτή, n), το κανάλι σχηματίζεται από έναν ημιαγωγό διαφορετικού τύπου αγωγιμότητας (στην περίπτωση αυτή, p). Η πύλη διαχωρίζεται από το υπόστρωμα με ένα λεπτό στρώμα διηλεκτρικού (οξείδιο) και μπορεί να επηρεάσει το κανάλι μόνο μέσω του παραγόμενου ηλεκτρικού πεδίου.Σε μια αρνητική τάση πύλης, το παραγόμενο πεδίο εκτοπίζει τα ηλεκτρόνια από την περιοχή του καναλιού, το στρώμα εξαντλείται και η αντίστασή του αυξάνεται. Για τρανζίστορ καναλιού p, αντίθετα, η εφαρμογή θετικής τάσης οδηγεί σε αύξηση της αντίστασης και μείωση του ρεύματος.
Ένα άλλο χαρακτηριστικό του μονωμένου τρανζίστορ πύλης είναι το θετικό τμήμα του χαρακτηριστικού μεταφοράς (αρνητικό για ένα τρίοδο καναλιού p). Αυτό σημαίνει ότι μια θετική τάση ορισμένης τιμής μπορεί να εφαρμοστεί στην πύλη, η οποία θα αυξήσει το ρεύμα αποστράγγισης. Η οικογένεια των χαρακτηριστικών εξόδου δεν έχει θεμελιώδεις διαφορές από τα χαρακτηριστικά μιας τριόδου με διασταύρωση p-n.
Το διηλεκτρικό στρώμα μεταξύ της πύλης και του υποστρώματος είναι πολύ λεπτό, έτσι τα τρανζίστορ MOS από τα πρώτα χρόνια παραγωγής (για παράδειγμα, οικιακά KP350) ήταν εξαιρετικά ευαίσθητα στον στατικό ηλεκτρισμό. Η υψηλή τάση τρύπησε το λεπτό φιλμ, καταστρέφοντας το τρανζίστορ. Στα σύγχρονα τρίοδα λαμβάνονται σχεδιαστικά μέτρα για την προστασία από την υπέρταση, επομένως πρακτικά δεν χρειάζονται στατικές προφυλάξεις.
Μια άλλη έκδοση του μονοπολικού μονωμένου τριόδου πύλης είναι το τρανζίστορ επαγόμενου καναλιού. Δεν έχει ενσωματωμένο κανάλι· ελλείψει τάσης στην πύλη, το ρεύμα από την πηγή προς την αποχέτευση δεν θα ρέει. Εάν εφαρμοστεί θετική τάση στην πύλη, τότε το πεδίο που δημιουργείται από αυτήν «τραβάει» ηλεκτρόνια από τη ζώνη ν του υποστρώματος και δημιουργεί ένα κανάλι για τη ροή του ρεύματος στην περιοχή κοντά στην επιφάνεια.Από αυτό είναι σαφές ότι ένα τέτοιο τρανζίστορ, ανάλογα με τον τύπο του καναλιού, ελέγχεται από μια τάση μόνο μιας πολικότητας. Αυτό φαίνεται από τα χαρακτηριστικά διόδου του.
Υπάρχουν επίσης τρανζίστορ bi-gate. Διαφέρουν από τα συνηθισμένα στο ότι έχουν δύο ίσες πύλες, καθεμία από τις οποίες μπορεί να ελεγχθεί από ένα ξεχωριστό σήμα, αλλά η επίδρασή τους στο κανάλι συνοψίζεται. Ένα τέτοιο τρίοδο μπορεί να αναπαρασταθεί ως δύο συνηθισμένα τρανζίστορ συνδεδεμένα σε σειρά.
Κυκλώματα μεταγωγής FET
Το εύρος των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου είναι το ίδιο με αυτό των διπολικός. Χρησιμοποιούνται κυρίως ως ενισχυτικά στοιχεία. Τα διπολικά τρίοδα, όταν χρησιμοποιούνται σε στάδια ενίσχυσης, έχουν τρία κύρια κυκλώματα μεταγωγής:
- με κοινό συλλέκτη (εκπομπός οπαδός);
- με κοινή βάση?
- με κοινό πομπό.
Τα τρανζίστορ εφέ πεδίου ενεργοποιούνται με παρόμοιους τρόπους.
Σχέδιο με κοινό αγωγό
Σχέδιο με κοινό αγωγό (οπαδός της πηγής), ακριβώς όπως ο ακόλουθος πομπού σε μια διπολική τρίοδο, δεν παρέχει κέρδος τάσης, αλλά υποθέτει κέρδος ρεύματος.
Το πλεονέκτημα του κυκλώματος είναι η υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις είναι επίσης ένα μειονέκτημα - ο καταρράκτης γίνεται ευαίσθητος στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Εάν είναι απαραίτητο, το Rin μπορεί να μειωθεί ενεργοποιώντας την αντίσταση R3.
Κοινό κύκλωμα πύλης
Αυτό το κύκλωμα είναι παρόμοιο με αυτό ενός διπολικού τρανζίστορ κοινής βάσης. Αυτό το κύκλωμα δίνει καλό κέρδος τάσης, αλλά όχι κέρδος ρεύματος. Όπως η συμπερίληψη με μια κοινή βάση, αυτή η επιλογή χρησιμοποιείται σπάνια.
Κοινό κύκλωμα πηγής
Το πιο κοινό κύκλωμα για την ενεργοποίηση τριοδίων πεδίου με κοινή πηγή.Το κέρδος του εξαρτάται από την αναλογία της αντίστασης Rc προς την αντίσταση στο κύκλωμα αποστράγγισης (μπορεί να εγκατασταθεί μια πρόσθετη αντίσταση στο κύκλωμα αποστράγγισης για τη ρύθμιση της απολαβής), και εξαρτάται επίσης από την κλίση των χαρακτηριστικών του τρανζίστορ.
Επίσης, τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου χρησιμοποιούνται ως ελεγχόμενη αντίσταση. Για να γίνει αυτό, το σημείο λειτουργίας επιλέγεται μέσα στη γραμμική τομή. Σύμφωνα με αυτή την αρχή, μπορεί να εφαρμοστεί ένας ελεγχόμενος διαιρέτης τάσης.
Και σε μια τρίοδο διπλής πύλης σε αυτήν τη λειτουργία, μπορείτε να εφαρμόσετε, για παράδειγμα, έναν μίκτη για εξοπλισμό λήψης - το λαμβανόμενο σήμα τροφοδοτείται στη μία πύλη και στην άλλη - σήμα τοπικού ταλαντωτή.
Αν δεχθούμε τη θεωρία ότι η ιστορία αναπτύσσεται σε μια σπείρα, μπορούμε να δούμε ένα μοτίβο στην ανάπτυξη της ηλεκτρονικής. Απομακρυνόμενοι από τους λαμπτήρες ελεγχόμενης τάσης, η τεχνολογία έχει προχωρήσει σε διπολικά τρανζίστορ, τα οποία απαιτούν ρεύμα για τον έλεγχο. Η σπείρα έχει κάνει πλήρη στροφή - τώρα κυριαρχούν μονοπολικές τριόδους, οι οποίες, όπως οι λαμπτήρες, δεν απαιτούν κατανάλωση ενέργειας στα κυκλώματα ελέγχου. Θα φανεί πού θα οδηγήσει περαιτέρω η κυκλική καμπύλη. Μέχρι στιγμής, δεν υπάρχει εναλλακτική λύση στα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου.
Παρόμοια άρθρα:
