Kenttä (yksinapainen) transistori on laite, jolla on kolme lähtöä ja jota ohjataan ohjauselektrodille (sulkija) Jännite. Säädetty virta kulkee lähde-tyhjennyspiirin läpi.
Ajatus tällaisesta triodista syntyi noin 100 vuotta sitten, mutta käytännön toteutusta oli mahdollista lähestyä vasta viime vuosisadan puolivälissä. Viime vuosisadan 50-luvulla kehitettiin kenttätransistorin konsepti, ja vuonna 1960 valmistettiin ensimmäinen toimiva näyte. Ymmärtääksesi tämän tyyppisten triodien edut ja haitat, sinun on ymmärrettävä niiden suunnittelu.
Sisältö
FET-laite
Unipolaariset transistorit on jaettu kahteen suureen luokkaan laitteen ja valmistustekniikan mukaan. Ohjausperiaatteiden samankaltaisuudesta huolimatta niillä on suunnitteluominaisuuksia, jotka määrittävät niiden ominaisuudet.
Unipolaariset triodit p-n-liitoksella
Tällaisen kenttätyöntekijän laite on samanlainen kuin tavanomaisen puolijohdediodi ja toisin kuin kaksisuuntainen sukulainen, sisältää vain yhden siirtymän. P-n-liitostransistori koostuu yhden tyyppisen johtimen levystä (esimerkiksi n) ja toisen tyyppisen puolijohteen upotetusta alueesta (tässä tapauksessa p).
N-kerros muodostaa kanavan, jonka kautta virta kulkee lähde- ja nieluliittimien välillä. Portin tappi on kytketty p-alueeseen. Jos hilaan syötetään jännite, joka esijännittää siirtymän vastakkaiseen suuntaan, siirtymävyöhyke laajenee, kanavan poikkileikkaus päinvastoin kapenee ja sen vastus kasvaa. Hilajännitettä ohjaamalla voidaan ohjata kanavan virtaa. Transistori voidaan suorittaa myös p-tyypin kanavalla, jolloin hila muodostuu n-puolijohteesta.
Yksi tämän rakenteen ominaisuuksista on transistorin erittäin suuri tuloresistanssi. Hilavirta määräytyy käänteisen biasoidun liitoksen resistanssin perusteella, ja se on yksiköiden tai kymmenien nanoampeerien vakiovirralla. Vaihtovirralla tuloresistanssi asetetaan liitoskapasitanssilla.
Tällaisiin transistoreihin kootut vahvistusasteet yksinkertaistavat sovittamista tulolaitteiden kanssa korkean tulovastuksen vuoksi. Lisäksi unipolaaristen triodien toiminnan aikana ei tapahdu varauskantajien rekombinaatiota, mikä johtaa matalataajuisen kohinan vähenemiseen.
Bias-jännitteen puuttuessa kanavan leveys on suurin ja kanavan läpi kulkeva virta on suurin. Jännitettä nostamalla on mahdollista saavuttaa sellainen kanavan tila, kun se on täysin tukossa. Tätä jännitettä kutsutaan katkaisujännitteeksi (Uts).
FETin nieluvirta riippuu sekä hila-lähdejännitteestä että nielu-lähdejännitteestä. Jos jännite portissa on kiinteä, Us:n kasvaessa virta kasvaa ensin lähes lineaarisesti (kohta ab). Saturaatioon tullessa jännitteen lisänousu ei käytännössä aiheuta nieluvirran kasvua (kohta bc). Kun estojännitetaso nousee portilla, kyllästyminen tapahtuu Idockin alhaisemmilla arvoilla.
Kuvassa on nieluvirran perhe vs. jännite lähteen ja nielun välillä useille hilajännitteille. On selvää, että kun Us on korkeampi kuin kyllästysjännite, nieluvirta riippuu käytännössä vain hilajännitteestä.
Tätä havainnollistaa unipolaarisen transistorin siirto-ominaisuus. Hilajännitteen negatiivisen arvon kasvaessa nieluvirta putoaa lähes lineaarisesti alas nollaan, kun katkaisujännitetaso saavutetaan hilalla.
Yksinapaiset eristetyt porttitriodit
Toinen kenttätransistorin versio on eristetty hilalla. Tällaisia triodeja kutsutaan transistoreiksi. TIR (metalli-dielektrinen-puolijohde), ulkomainen nimitys - MOSFET. Aiemmin nimi otettiin käyttöön MOS (metallioksidi-puolijohde).
Substraatti on valmistettu tietyn tyyppisestä johtavuudesta (tässä tapauksessa n), kanavan muodostaa erityyppinen johtavuus (tässä tapauksessa p) puolijohteesta. Portti on erotettu substraatista ohuella eristekerroksella (oksidi), ja se voi vaikuttaa kanavaan vain syntyneen sähkökentän kautta.Negatiivisella hilajännitteellä generoitu kenttä syrjäyttää elektronit kanava-alueelta, kerros ehtyy ja sen vastus kasvaa. P-kanavatransistoreilla päinvastoin positiivisen jännitteen käyttö johtaa vastuksen kasvuun ja virran pienenemiseen.
Eristetyn hilatransistorin toinen ominaisuus on siirtokäyrän positiivinen osa (negatiivinen p-kanavatriodille). Tämä tarkoittaa, että hilaan voidaan asettaa tietyn arvon positiivinen jännite, mikä lisää tyhjennysvirtaa. Lähtöominaisuuksien perheellä ei ole perustavanlaatuisia eroja p-n-liitoksella varustetun triodin ominaisuuksiin.
Dielektrinen kerros portin ja alustan välillä on hyvin ohut, joten MOS-transistorit tuotantoa alkuvuosilta (esim. KP350) olivat erittäin herkkiä staattiselle sähkölle. Korkea jännite lävisti ohuen kalvon ja tuhosi transistorin. Nykyaikaisissa triodeissa suunnitellaan ylijännitteen suojaamiseksi, joten staattisia varotoimia ei käytännössä tarvita.
Toinen yksinapaisen eristetyn hilatriodin versio on indusoitu kanavatransistori. Siinä ei ole sisäänrakennettua kanavaa; jos portissa ei ole jännitettä, virta lähteestä viemäriin ei kulje. Jos hilaan kohdistetaan positiivinen jännite, sen luoma kenttä "vetää" elektroneja substraatin n-vyöhykkeeltä ja muodostaa kanavan virran kulkemiseen pinnan läheisyydessä.Tästä on selvää, että tällaista transistoria ohjataan kanavatyypistä riippuen vain yhden napaisuuden jännitteellä. Tämä näkyy sen läpikulkuominaisuuksista.
On myös kaksiporttitransistoreja. Ne eroavat tavallisista siinä, että niissä on kaksi yhtäläistä porttia, joista kutakin voidaan ohjata erillisellä signaalilla, mutta niiden vaikutus kanavaan on summattu. Tällainen triodi voidaan esittää kahtena tavallisena sarjaan kytkettynä transistorina.
FET-kytkentäpiirit
Kenttätransistoreiden laajuus on sama kuin kaksisuuntainen mieliala. Niitä käytetään pääasiassa vahvistuselementteinä. Bipolaarisissa triodeissa, kun niitä käytetään vahvistusvaiheissa, on kolme pääkytkentäpiiriä:
- yhteisellä keräilijällä (emitterin seuraaja);
- yhteisellä pohjalla;
- yhteisellä emitterillä.
Kenttätransistorit kytketään päälle samalla tavalla.
Kaavio yhteisellä viemärillä
Kaavio yhteisellä viemärillä (lähteen seuraaja), aivan kuten bipolaarisen triodin emitteriseuraaja, ei anna jännitteen vahvistusta, mutta olettaa virran vahvistuksen.
Piirin etuna on korkea tuloimpedanssi, mutta joissain tapauksissa se on myös haitta - kaskadista tulee herkkä sähkömagneettisille häiriöille. Tarvittaessa Rin-arvoa voidaan pienentää kytkemällä päälle vastus R3.
Yhteinen porttipiiri
Tämä piiri on samanlainen kuin yhteiskantainen bipolaarinen transistori. Tämä piiri antaa hyvän jännitevahvistuksen, mutta ei virran vahvistusta. Kuten sisällyttäminen yhteisellä pohjalla, tätä vaihtoehtoa käytetään harvoin.
Yhteinen lähdepiiri
Yleisin piiri kenttätriodien kytkemiseen päälle yhteisellä lähteellä.Sen vahvistus riippuu resistanssin Rc suhteesta tyhjennyspiirin vastukseen (tyhjennyspiiriin voidaan asentaa lisävastus vahvistuksen säätämiseksi), ja riippuu myös transistorin ominaisuuksien jyrkkyydestä.
Myös kenttätransistoreja käytetään ohjattuna vastuksena. Tätä varten toimintapiste valitaan lineaarisen osan sisällä. Tämän periaatteen mukaan voidaan toteuttaa ohjattu jännitteenjakaja.
Ja kaksoisporttitriodissa tässä tilassa voit toteuttaa esimerkiksi sekoittimen laitteiden vastaanottamista varten - vastaanotettu signaali syötetään yhteen porttiin ja toiseen - paikallisoskillaattorin signaali.
Jos hyväksymme teorian, jonka mukaan historia kehittyy spiraalimaisesti, voimme nähdä elektroniikan kehityksessä kuvion. Jänniteohjatuista lampuista etääntyessään tekniikka on siirtynyt bipolaarisiin transistoreihin, joiden ohjaamiseen tarvitaan virtaa. Kierre on tehnyt täyden käännöksen - nyt hallitsevat unipolaariset triodit, jotka, kuten lamput, eivät vaadi virrankulutusta ohjauspiireissä. Nähtäväksi jää, minne syklinen käyrä vie pidemmälle. Toistaiseksi kenttätransistoreille ei ole vaihtoehtoa.
Samanlaisia artikkeleita:
