Veld (unipolair) een transistor is een apparaat dat drie uitgangen heeft en wordt bestuurd door toegepast op de stuurelektrode (Luik) Spanning. Gereguleerde stroom vloeit door het source-drain-circuit.
Het idee van zo'n triode ontstond ongeveer 100 jaar geleden, maar het werd pas in het midden van de vorige eeuw mogelijk om praktische implementatie te benaderen. In de jaren 50 van de vorige eeuw werd het concept van een veldeffecttransistor ontwikkeld en in 1960 werd het eerste werkende monster vervaardigd. Om de voor- en nadelen van dit type triodes te begrijpen, moet u hun ontwerp begrijpen.
Inhoud
FET-apparaat
Unipolaire transistors zijn onderverdeeld in twee grote klassen volgens het apparaat en de productietechnologie. Ondanks de gelijkenis van besturingsprincipes, hebben ze ontwerpkenmerken die hun kenmerken bepalen.
Unipolaire triodes met pn-overgang
Het apparaat van zo'n veldwerker is vergelijkbaar met het apparaat van een conventionele halfgeleiderdiode en bevat, in tegenstelling tot het bipolaire familielid, slechts één overgang. Een pn-overgangstransistor bestaat uit een plaat van één type geleider (bijvoorbeeld n) en een ingebed gebied van een ander type halfgeleider (in dit geval p).
De N-laag vormt een kanaal waardoor stroom vloeit tussen de source- en drainterminals. De gate-pin is verbonden met het p-gebied. Als een spanning op de poort wordt aangelegd die de overgang in de tegenovergestelde richting voorspant, breidt de overgangszone uit, de kanaaldoorsnede daarentegen wordt smaller en de weerstand ervan neemt toe. Door de poortspanning te regelen, kan de stroom in het kanaal worden geregeld. Transistor kan ook worden uitgevoerd met een p-type kanaal, dan wordt de poort gevormd door een n-halfgeleider.
Een van de kenmerken van dit ontwerp is de zeer grote ingangsweerstand van de transistor. De poortstroom wordt bepaald door de weerstand van de sperrichtingsovergang en heeft een constante stroom van eenheden of tientallen nanoampères. Bij wisselstroom wordt de ingangsweerstand bepaald door de junctiecapaciteit.
Versterkingstrappen die op dergelijke transistors zijn gemonteerd, vereenvoudigen vanwege de hoge ingangsweerstand het matchen met invoerapparaten. Bovendien is er tijdens de werking van unipolaire triodes geen recombinatie van ladingsdragers, en dit leidt tot een afname van laagfrequente ruis.
Bij afwezigheid van een voorspanning is de kanaalbreedte het grootst en is de stroom door het kanaal maximaal. Door de spanning te verhogen, is het mogelijk om een dergelijke toestand van het kanaal te bereiken wanneer het volledig is geblokkeerd. Deze spanning wordt de afsnijspanning (Uts) genoemd.
De afvoerstroom van een FET hangt af van zowel de poort-naar-bronspanning als de afvoer-naar-bronspanning. Als de spanning aan de poort vast is, met een toename van Us, groeit de stroom eerst bijna lineair (sectie ab). Bij het betreden van verzadiging veroorzaakt een verdere toename van de spanning praktisch geen toename van de afvoerstroom (paragraaf bc). Bij een verhoging van het blokkeerspanningsniveau bij de gate treedt verzadiging op bij lagere waarden van Idock.
De afbeelding toont een familie van afvoerstroom versus spanning tussen bron en afvoer voor verschillende poortspanningen. Het is duidelijk dat wanneer Us hoger is dan de verzadigingsspanning, de afvoerstroom praktisch alleen afhangt van de poortspanning.
Dit wordt geïllustreerd door de overdrachtskarakteristiek van een unipolaire transistor. Naarmate de negatieve waarde van de poortspanning toeneemt, daalt de afvoerstroom bijna lineair naar nul wanneer het afsnijspanningsniveau bij de poort wordt bereikt.
Unipolaire geïsoleerde poorttriodes
Een andere versie van de veldeffecttransistor is met een geïsoleerde poort. Dergelijke triodes worden transistoren genoemd. TIR (metaal-diëlektrische halfgeleider), buitenlandse aanduiding - MOSFET. Eerder werd de naam genomen MOS (metaaloxide-halfgeleider).
Het substraat is gemaakt van een geleider met een bepaald type geleidbaarheid (in dit geval n), het kanaal wordt gevormd door een halfgeleider met een ander type geleidbaarheid (in dit geval p). De poort is van het substraat gescheiden door een dunne laag diëlektricum (oxide) en kan het kanaal alleen beïnvloeden via het opgewekte elektrische veld.Bij een negatieve poortspanning verplaatst het gegenereerde veld elektronen uit het kanaalgebied, raakt de laag uitgeput en neemt de weerstand ervan toe. Voor p-kanaaltransistoren daarentegen leidt het aanleggen van een positieve spanning tot een toename van de weerstand en een afname van de stroom.
Een ander kenmerk van de transistor met geïsoleerde poort is het positieve deel van de overdrachtskarakteristiek (negatief voor een p-kanaaltriode). Dit betekent dat er een positieve spanning van een bepaalde waarde op de gate kan worden gezet, waardoor de drainstroom zal toenemen. De familie van uitgangskarakteristieken heeft geen fundamentele verschillen met de karakteristieken van een triode met een pn-overgang.
De diëlektrische laag tussen de poort en het substraat is erg dun, dus MOS-transistoren uit de vroege productiejaren (bijvoorbeeld huishoudelijke KP350) waren extreem gevoelig voor statische elektriciteit. De hoge spanning doorboorde de dunne film en vernietigde de transistor. In moderne triodes worden ontwerpmaatregelen genomen om te beschermen tegen overspanning, zodat statische voorzorgsmaatregelen praktisch niet nodig zijn.
Een andere versie van de unipolaire geïsoleerde poorttriode is de geïnduceerde kanaaltransistor. Het heeft geen ingebouwd kanaal; bij afwezigheid van spanning aan de poort zal de stroom van de bron naar de afvoer niet stromen. Als er een positieve spanning op de poort wordt aangelegd, "trekt" het veld dat hierdoor wordt gecreëerd elektronen uit de n-zone van het substraat en creëert het een kanaal waardoor de stroom in het nabije oppervlak kan stromen.Hieruit blijkt duidelijk dat een dergelijke transistor, afhankelijk van het type kanaal, wordt aangestuurd door een spanning van slechts één polariteit. Dit is te zien aan de doorgangskenmerken.
Er zijn ook bi-gatetransistors. Ze verschillen van de gebruikelijke doordat ze twee gelijke poorten hebben, die elk kunnen worden bestuurd door een afzonderlijk signaal, maar hun effect op het kanaal wordt samengevat. Zo'n triode kan worden weergegeven als twee in serie geschakelde gewone transistoren.
FET-schakelcircuits
De reikwijdte van veldeffecttransistoren is hetzelfde als die van bipolair. Ze worden voornamelijk gebruikt als versterkende elementen. Bipolaire triodes hebben, wanneer ze worden gebruikt in versterkingstrappen, drie hoofdschakelcircuits:
- met een gemeenschappelijke verzamelaar (zender volger);
- met een gemeenschappelijke basis;
- met een gemeenschappelijke zender.
Veldeffecttransistoren worden op vergelijkbare manieren ingeschakeld.
Regeling met een gemeenschappelijke afvoer
Regeling met een gemeenschappelijke afvoer (bron volger), net als de emittervolger op een bipolaire triode, levert geen spanningsversterking, maar veronderstelt stroomversterking.
Het voordeel van de schakeling is de hoge ingangsimpedantie, maar in sommige gevallen is het ook een nadeel - de cascade wordt gevoelig voor elektromagnetische interferentie. Indien nodig kan Rin worden verminderd door de weerstand R3 in te schakelen.
Gemeenschappelijk poortcircuit:
Deze schakeling is vergelijkbaar met die van een bipolaire transistor met gewone basis. Deze schakeling geeft een goede spanningsversterking, maar geen stroomversterking. Net als de opname met een gemeenschappelijke basis, wordt deze optie niet vaak gebruikt.
Gemeenschappelijk broncircuit
De meest voorkomende schakeling voor het inschakelen van veldtriodes met een gemeenschappelijke bron.De versterking hangt af van de verhouding van de weerstand Rc tot de weerstand in het afvoercircuit (een extra weerstand kan in het afvoercircuit worden geïnstalleerd om de versterking aan te passen), en hangt ook af van de steilheid van de karakteristieken van de transistor.
Ook worden veldeffecttransistoren gebruikt als een gecontroleerde weerstand. Om dit te doen, wordt het werkpunt geselecteerd binnen de lineaire sectie. Volgens dit principe kan een gestuurde spanningsdeler worden gerealiseerd.
En op een triode met dubbele poort in deze modus kunt u bijvoorbeeld een mixer implementeren voor het ontvangen van apparatuur - het ontvangen signaal wordt naar de ene poort gevoerd en naar de andere - lokaal oscillatorsignaal:.
Als we de theorie accepteren dat de geschiedenis zich in een spiraal ontwikkelt, zien we een patroon in de ontwikkeling van elektronica. Weg van spanningsgestuurde lampen, is de technologie overgegaan op bipolaire transistors, die stroom nodig hebben om te regelen. De spiraal heeft een volledige draai gemaakt - nu is er een dominantie van unipolaire triodes, die, net als lampen, geen stroomverbruik in regelcircuits nodig hebben. Het zal blijken waar de cyclische curve verder zal leiden. Tot nu toe is er geen alternatief voor veldeffecttransistors.
Vergelijkbare artikelen:
