Laukas (vienpolis) tranzistorius yra įtaisas, turintis tris išėjimus ir valdomas prie užtūros prijungto valdymo elektrodo (užtūros).vartaiį valdymo elektrodą (užtvarą) įjungiama įtampa. Valdoma srovė teka šaltinio-dreno grandine.
Tokio triodo idėja kilo maždaug prieš 100 metų, tačiau tik praėjusio šimtmečio viduryje atsirado galimybė jį praktiškai įgyvendinti. Šeštajame dešimtmetyje buvo sukurta lauko tranzistoriaus koncepcija, o 1960 m. pagamintas pirmasis veikiantis pavyzdys. Norint suprasti šio tipo triodų privalumus ir trūkumus, būtina suprasti jų konstrukciją.
Turinys
Lauko tranzistorių projektavimas
Unipoliniai tranzistoriai pagal konstrukciją ir gamybos technologiją skirstomi į dvi dideles klases. Nors valdymo principai yra panašūs, jie turi konstrukcinių ypatybių, lemiančių jų veikimą.
Unipoliniai triodai su p-n sandūra
Tokio lauko tranzistoriaus struktūra panaši į įprastinio lauko tranzistoriaus struktūrą. puslaidininkinis diodas ir, kitaip nei dvipolis pusbrolis, turi tik vieną jungtį. P-n sandūros tranzistorių sudaro vienos rūšies laidininko (pvz., n) plokštelė ir kito tipo puslaidininkio (šiuo atveju p) įterptas plotelis.
N sluoksnis sudaro kanalą, kuriuo teka srovė tarp šaltinio ir nutekėjimo kontaktų. Vartų gnybtas prijungtas prie p srities. Jei į užtūrą įjungiama įtampa, kuri perėjimą perkelia priešinga kryptimi, perėjimo sritis išsiplečia, o kanalo skerspjūvis, priešingai, susiaurėja ir jo varža padidėja. Valdant užtūros įtampą, galima valdyti srovę kanale. Tranzistorius taip pat gali būti pagamintas su p tipo kanalu, tokiu atveju užtvarą sudaro n puslaidininkis.
Vienas iš šios konstrukcijos ypatumų yra labai didelė tranzistoriaus įėjimo varža. Užtūros srovę lemia atgalinio perjungimo sandūros varža, o nuolatinės srovės atveju ji siekia vienetus arba dešimtis nanamperų. Esant kintamajai srovei, įėjimo varžą nusako sandūros talpa.
Stiprinimo pakopos, kuriose naudojami šie tranzistoriai, dėl didelės įėjimo varžos leidžia lengviau suderinti įėjimo įtaisus. Be to, vienpoliai triodai nekombinuoja krūvininkų nešiklių, todėl sumažėja žemo dažnio triukšmas.
Nesant šališkumo įtampos, kanalo plotis yra didžiausias, o srovė per kanalą - didžiausia. Padidinus įtampą, galima pasiekti būseną, kai kanalas visiškai išsijungia. Ši įtampa vadinama išjungimo įtampa (Uots).
Lauko tranzistoriaus drenažo srovė priklauso tiek nuo įtampos tarp užtūros ir šaltinio, tiek nuo drenažo ir šaltinio įtampos. Jei užtūros įtampa fiksuota, srovė iš pradžių didėjant Uci didėja beveik tiesiškai (ab grafikas). Įėjus į soties fazę, toliau didinant įtampą, nutekėjimo srovė praktiškai nedidėja (bb skyrius). Didėjant užtūros blokavimo įtampai, esant mažesnėms I atsargos vertėms, atsiranda prisotinimas.
Paveikslėlyje pavaizduota drenažo srovės priklausomybė nuo įtampos tarp šaltinio ir drenažo, esant kelioms užtūros įtampos vertėms. Akivaizdu, kad kai Uci viršija soties įtampą, nutekėjimo srovė beveik visiškai priklauso nuo užtūros įtampos.
Tai iliustruoja unipolinio tranzistoriaus perdavimo charakteristika. Didėjant neigiamai užtūros įtampai, drenažo srovė mažėja beveik tiesiškai, kol pasiekia nulį, kai užtūros įtampa pasiekia atjungimo įtampos lygį.
Unipoliniai triodai su izoliuotais vartais
Kitas lauko tranzistoriaus variantas - konstrukcija su izoliuotu užtvaru. Šie triodai vadinami TDP tranzistoriais TIR (metalo-dielektriko-puslaidininkio) tranzistoriai, užsienio pavadinimas MOSFET. Anksčiau buvo įprasta jį vadinti MOS (metalas-oksidas-puslaidininkis).
Pagrindas yra pagamintas iš tam tikro laidumo tipo laidininko (šiuo atveju n), o kanalas suformuotas iš kito laidumo tipo puslaidininkio (šiuo atveju p). Užtvarą nuo pagrindo skiria plonas dielektriko (oksido) sluoksnis, ir ji gali veikti kanalą tik per sukurtą elektrinį lauką. Jei užtūros įtampa neigiama, susidaręs laukas išstumia elektronus iš kanalo srities, sluoksnis nuskursta ir jo varža padidėja. Ir atvirkščiai, p-kanalo tranzistoriuose teigiama įtampa padidina varžą ir sumažina srovę.
Kita izoliuotų užtvarų tranzistoriaus savybė yra teigiama perdavimo charakteristikos dalis (neigiama p-kanalo triodo atveju). Tai reiškia, kad prie užtūros taip pat galima prijungti tam tikros vertės teigiamo poliariškumo įtampą, kuri padidins drenažo srovę. Išėjimo charakteristikos iš esmės nesiskiria nuo p-n sandūros triodo charakteristikų.
Dielektriko sluoksnis tarp užtūros ir pagrindo yra labai plonas, todėl ankstyvieji TIR tranzistoriai (pvz., šalyje pagaminti KP350) buvo labai jautrūs statinei elektrai. Aukšta įtampa pradūrė plonąją plėvelę, todėl tranzistorius tapo neveikiantis. Šiuolaikiniuose trioduose buvo imtasi konstruktyvių apsaugos nuo viršįtampių priemonių, todėl atsargumo priemonių nuo statinio krūvio beveik nereikia.
Kitas izoliuoto užtūros unipolinio triodo variantas yra indukcinio kanalo tranzistorius. Indukcinio kanalo nėra, todėl srovė neteka iš šaltinio į nutekėjimo kanalą, jei užtūroje nėra įtampos. Jei prie užtūros prijungiama teigiama įtampa, jos sukuriamas laukas "ištraukia" elektronus iš substrato n zonos ir sukuria kanalą, kuriuo teka srovė. Iš to aišku, kad toks tranzistorius, priklausomai nuo kanalo tipo, valdomas tik vieno poliškumo įtampa. Tai matyti ir iš jo pralaidumo charakteristikos.
Taip pat yra dviejų užtvarų tranzistorių. Nuo įprastų tranzistorių jie skiriasi tuo, kad turi dvi vienodas užtvaras, kurių kiekviena gali būti valdoma atskiru signalu, tačiau jų poveikis kanalui sumuojamas. Tokį triodą galima pavaizduoti kaip du paprastus nuosekliai sujungtus tranzistorius.
Lauko tranzistorių schemos
Lauko efekto tranzistorių taikymo sritis yra tokia pati kaip ir kaip ir bipolinių tranzistorių atveju.. Jie dažniausiai naudojami kaip stiprintuvo elementai. Bipoliniai triodai naudojami trijų pagrindinių grandinių stiprintuvų pakopose:
- bendras kolektorius (siųstuvo kartotuvas);
- bendras pagrindas;
- bendras emiteris.
Panašiai jungiami ir lauko tranzistoriai.
Bendra nutekėjimo grandinė
Bendrojo išleidimo grandinė (šaltinio ir jungties), panašiai kaip dvipolio triodo emiterio kartotuvas, nesuteikia jokio įtampos stiprinimo, tačiau suteikia srovės stiprinimą.
Šios grandinės privalumas - didelė įėjimo varža, kuri kai kuriais atvejais yra ir trūkumas - pakopa tampa jautri elektromagnetiniams trikdžiams. Jei reikia, Rin galima sumažinti įjungiant rezistorių R3.
Grandinė su bendraisiais vartais
Ši grandinė panaši į bipolinį tranzistorių su bendra baze. Ši grandinė užtikrina gerą įtampos stiprinimą, bet ne srovės stiprinimą. Panašiai kaip ir įprasta bazės konstrukcija, ji nėra dažnai naudojama.
Bendra šaltinio grandinė
Labiausiai paplitusi schema yra bendra lauko efekto triodų šaltinio jungtis. Jo stiprinimas priklauso nuo varžos Rc ir drenažo grandinės varžos santykio (į drenažo grandinę galima įdėti papildomą rezistorių, kad būtų galima reguliuoti stiprinimą.) ir taip pat priklauso nuo tranzistoriaus charakteristikos nuolydžio.
Lauko tranzistoriai taip pat naudojami kaip valdomi rezistoriai. Šiuo tikslu linijos atkarpoje pasirenkamas veikimo taškas. Remiantis šiuo principu galima sukurti valdomą įtampos daliklį.
Ir dvigubo užtūros triodo šiuo režimu galite įdiegti, pavyzdžiui, maišytuvą, skirtą priėmimo įrangai - ant vienos užtūros priimamas signalas, o ant kitos - heterodino signalas.
Jei sutiksime su teorija, kad istorija vystosi spirale, galime įžvelgti elektronikos raidos dėsningumus. Nuo įtampa valdomų lempų technologija perėjo prie dvipolių tranzistorių, kuriems valdyti reikia srovės. Spiralė apsuko ratą - dabar dominuoja unipoliniai triodai, kuriems, kaip ir lempoms, valdymo grandinėse nereikia vartoti energijos. Kur ciklinė kreivė mus nuves toliau, pamatysime. Kol kas lauko tranzistorių alternatyvos nematyti.
Susiję straipsniai:
