Mark (unipolær) en transistor er en enhed, der har tre udgange og styres af påført kontrolelektroden (lukker) spænding. Reguleret strøm løber gennem source-dræn-kredsløbet.
Ideen om en sådan triode opstod for omkring 100 år siden, men det blev først muligt at nærme sig praktisk implementering i midten af forrige århundrede. I 50'erne af det sidste århundrede blev konceptet med en felteffekttransistor udviklet, og i 1960 blev den første arbejdsprøve fremstillet. For at forstå fordelene og ulemperne ved trioder af denne type, skal du forstå deres design.
Indhold
FET enhed
Unipolære transistorer er opdelt i to store klasser i henhold til enheden og produktionsteknologien. På trods af ligheden mellem kontrolprincipper har de designfunktioner, der bestemmer deres egenskaber.
Unipolære trioder med p-n overgang
En sådan feltarbejders indretning ligner indretningen af en konventionel halvleder diode og i modsætning til den bipolære slægtning indeholder den kun én overgang. En p-n junction transistor består af en plade af en type leder (for eksempel n) og et indlejret område af en anden type halvleder (i dette tilfælde p).
N-laget danner en kanal, hvorigennem strøm løber mellem source- og drænterminalerne. Portstiften er forbundet til p-området. Hvis en spænding påføres porten, der forspænder overgangen i den modsatte retning, udvides overgangszonen, kanaltværsnittet tværtimod indsnævres, og dens modstand øges. Ved at styre gate-spændingen kan strømmen i kanalen styres. Transistor kan også udføres med en p-type kanal, så er porten dannet af en n-halvleder.
En af kendetegnene ved dette design er transistorens meget store indgangsmodstand. Portstrømmen bestemmes af modstanden af det omvendte forspændte kryds og er ved en konstant strøm på enheder eller titusinder af nanoampere. Ved vekselstrøm indstilles indgangsmodstanden af krydsets kapacitans.
Forstærkningstrin samlet på sådanne transistorer, på grund af den høje inputmodstand, forenkler matchning med inputenheder. Derudover er der under driften af unipolære trioder ingen rekombination af ladningsbærere, og dette fører til et fald i lavfrekvent støj.
I fravær af en forspænding er kanalbredden størst, og strømmen gennem kanalen er maksimal. Ved at øge spændingen er det muligt at opnå en sådan tilstand af kanalen, når den er fuldstændig blokeret. Denne spænding kaldes cut-off spændingen (Uts).
Drænstrømmen af en FET afhænger af både gate-to-source spændingen og dræn-til-kilde spændingen. Hvis spændingen ved porten er fast, med en stigning i Us, vokser strømmen først næsten lineært (afsnit ab). Når man går ind i mætning, forårsager en yderligere stigning i spændingen praktisk talt ikke en stigning i drænstrømmen (afsnit bc). Med en stigning i blokeringsspændingsniveauet ved porten forekommer mætning ved lavere værdier af Idock.
Figuren viser en familie af drænstrøm vs. spænding mellem source og drain for flere gate-spændinger. Det er indlysende, at når Us er højere end mætningsspændingen, afhænger afløbsstrømmen praktisk talt kun af gatespændingen.
Dette er illustreret ved overføringskarakteristikken for en unipolær transistor. Når den negative værdi af gate-spændingen stiger, falder drænstrømmen næsten lineært ned til nul, når cutoff-spændingsniveauet er nået ved gate.
Unipolære isolerede gate trioder
En anden version af felteffekttransistoren er med en isoleret gate. Sådanne trioder kaldes transistorer. TIR (metal-dielektrisk-halvleder), udenlandsk betegnelse - MOSFET. Tidligere blev navnet taget MOS (metaloxid-halvleder).
Substratet er lavet af en leder af en bestemt type ledningsevne (i dette tilfælde n), kanalen er dannet af en halvleder af en anden type ledningsevne (i dette tilfælde p). Porten er adskilt fra substratet af et tyndt lag af dielektrikum (oxid), og kan kun påvirke kanalen gennem det genererede elektriske felt.Ved en negativ gatespænding forskyder det genererede felt elektroner fra kanalområdet, laget bliver udtømt, og dets modstand stiger. For p-kanal transistorer, tværtimod, fører anvendelsen af en positiv spænding til en stigning i modstand og et fald i strøm.
Et andet træk ved den isolerede gate-transistor er den positive del af overføringskarakteristikken (negativ for en p-kanaltriode). Det betyder, at en positiv spænding af en vis værdi kan påføres porten, hvilket vil øge drænstrømmen. Familien af outputkarakteristika har ingen grundlæggende forskelle fra karakteristikaene for en triode med en p-n-forbindelse.
Det dielektriske lag mellem porten og substratet er meget tyndt, så MOS-transistorer fra tidlige produktionsår (for eksempel indenlandske KP350) var ekstremt følsomme over for statisk elektricitet. Højspændingen gennemborede den tynde film og ødelagde transistoren. I moderne trioder tages designforanstaltninger for at beskytte mod overspænding, så statiske forholdsregler er praktisk talt ikke nødvendige.
En anden version af den unipolære isolerede gate-triode er den inducerede kanaltransistor. Den har ikke en indbygget kanal; i mangel af spænding ved porten vil strømmen fra kilden til afløbet ikke strømme. Hvis en positiv spænding påføres porten, så "trækker" feltet skabt af den elektroner fra n-zonen af substratet og skaber en kanal for strømmen til at flyde i området nær overfladen.Heraf er det klart, at en sådan transistor, afhængigt af typen af kanal, styres af en spænding på kun én polaritet. Dette kan ses ud fra dens passagekarakteristika.
Der er også bi-gate transistorer. De adskiller sig fra de sædvanlige ved, at de har to lige store porte, som hver kan styres af et separat signal, men deres effekt på kanalen er opsummeret. En sådan triode kan repræsenteres som to almindelige transistorer forbundet i serie.
FET-koblingskredsløb
Omfanget af felteffekttransistorer er det samme som for bipolar. De bruges hovedsageligt som forstærkende elementer. Bipolære trioder, når de bruges i forstærkningstrin, har tre hovedkoblingskredsløb:
- med en fælles samler (udsender følger);
- med en fælles base;
- med en fælles emitter.
Felteffekttransistorer tændes på lignende måder.
Ordning med fælles afløb
Ordning med fælles afløb (kildefølger), ligesom emitterfølgeren på en bipolar triode, giver ikke spændingsforstærkning, men antager strømforstærkning.
Fordelen ved kredsløbet er den høje indgangsimpedans, men i nogle tilfælde er det også en ulempe - kaskaden bliver følsom over for elektromagnetisk interferens. Om nødvendigt kan Rin reduceres ved at tænde for modstanden R3.
Fælles portkredsløb
Dette kredsløb ligner det for en fælles bipolær transistor. Dette kredsløb giver god spændingsforstærkning, men ingen strømforstærkning. Ligesom inklusion med en fælles base, bruges denne mulighed sjældent.
Fælles kildekredsløb
Det mest almindelige kredsløb til at tænde felttrioder med en fælles kilde.Dens forstærkning afhænger af forholdet mellem modstanden Rc og modstanden i drænkredsløbet (en ekstra modstand kan installeres i drænkredsløbet for at justere forstærkningen), og afhænger også af stejlheden af transistorens egenskaber.
Også felteffekttransistorer bruges som en kontrolleret modstand. For at gøre dette vælges driftspunktet inden for det lineære afsnit. Ifølge dette princip kan en styret spændingsdeler implementeres.
Og på en dobbelt-gate triode i denne tilstand kan du implementere for eksempel en mixer til at modtage udstyr - det modtagne signal føres til den ene port og til den anden - lokaloscillator signal.
Hvis vi accepterer teorien om, at historien udvikler sig i en spiral, kan vi se et mønster i udviklingen af elektronik. Ved at bevæge sig væk fra spændingskontrollerede lamper er teknologien gået videre til bipolære transistorer, som kræver strøm for at styre. Spiralen har slået en hel omgang – nu er der dominans af unipolære trioder, der ligesom lamper ikke kræver strømforbrug i styrekredsløb. Det vil ses, hvor den cykliske kurve vil føre videre. Indtil videre er der intet alternativ til felteffekttransistorer.
Lignende artikler:
