Princip činnosti tranzistoru s efektem pole pro figuríny

Princip polovodičového řízení elektrického proudu byl znám již na počátku XNUMX. století. Navzdory skutečnosti, že inženýři pracující v oblasti radioelektroniky věděli, jak tranzistor funguje, pokračovali v navrhování zařízení na bázi elektronek. Důvodem takové nedůvěry k polovodičovým triodám byla nedokonalost tranzistorů prvního bodu. Rodina germaniových tranzistorů se nelišila stabilitou svých charakteristik a byla vysoce závislá na teplotních podmínkách.

Vážnou konkurenci elektronkám dělaly monolitické křemíkové tranzistory až na konci 50. let. Od té doby se elektronický průmysl začal rychle rozvíjet a kompaktní polovodičové triody aktivně nahradily energeticky náročné lampy z obvodů elektronických zařízení. S příchodem integrovaných obvodů, kde počet tranzistorů může dosáhnout miliard, získala polovodičová elektronika přesvědčivé vítězství v boji za miniaturizaci zařízení.

Co je to tranzistor?

V moderním smyslu je tranzistor polovodičový rádiový prvek určený ke změně parametrů elektrického proudu a jeho ovládání. Konvenční polovodičová trioda má tři výstupy: základnu, na kterou jsou přiváděny řídicí signály, emitor a kolektor. Existují také vysoce výkonné kompozitní tranzistory.

Nápadná je velikostní škála polovodičových součástek – od několika nanometrů (nezabalené prvky používané v mikroobvodech) až po centimetry v průměru výkonných tranzistorů určených pro elektrárny a průmyslová zařízení. Zpětná napětí průmyslových triod mohou dosáhnout až 1000 V.

Zařízení

Konstrukčně se trioda skládá z polovodičových vrstev uzavřených v pouzdře. Polovodiče jsou materiály na bázi křemíku, germania, arsenidu galia a dalších chemických prvků. Dnes se provádí výzkum, který připravuje některé typy polymerů, a dokonce i uhlíkové nanotrubice, pro roli polovodičových materiálů. Zřejmě se v blízké budoucnosti dozvíme o nových vlastnostech grafenových tranzistorů s efektem pole.

Dříve byly polovodičové krystaly umístěny v kovových pouzdrech ve formě klobouků se třemi nohami. Tato konstrukce byla typická pro bodové tranzistory.

Dnes jsou návrhy většiny plochých, včetně křemíkových, polovodičových součástek vyráběny na bázi jednoho krystalu dopovaného v určitých částech. Lisují se do plastových, sklo-kovových nebo keramicko-kovových pouzder. Některé z nich mají vyčnívající kovové desky pro odvod tepla, které jsou namontovány na radiátorech.

Elektrody moderních tranzistorů jsou uspořádány v jedné řadě. Toto uspořádání nohou je vhodné pro automatickou montáž desky. Svorky nejsou na krytech označeny. Typ elektrody je určen referenčními knihami nebo měřením.

Pro tranzistory se používají polovodičové krystaly s různou strukturou, např. pnp nebo npn. Liší se polaritou napětí na elektrodách.

Schematicky lze strukturu tranzistoru znázornit jako dvě polovodičové diody oddělené další vrstvou. (Viz obrázek 1). Právě přítomnost této vrstvy umožňuje řídit vodivost polovodičové triody.

Rýže. 1. Struktura tranzistorů

Obrázek 1 schematicky znázorňuje strukturu bipolárních triod. Existuje další třída tranzistorů s efektem pole, o kterých bude pojednáno níže.

Základní princip činnosti

V klidu neprotéká mezi kolektorem a emitorem bipolární triody žádný proud. Odpor přechodu emitoru, který vzniká v důsledku interakce vrstev, brání elektrickému proudu. Pro zapnutí tranzistoru je nutné přivést na jeho bázi mírné napětí.

Obrázek 2 ukazuje schéma vysvětlující, jak trioda funguje.

Rýže. 2. Princip činnosti

Ovládáním základních proudů můžete zařízení zapínat a vypínat. Pokud je na základnu přiveden analogový signál, změní se amplituda výstupních proudů. V tomto případě bude výstupní signál přesně opakovat kmitání na základní elektrodě. Jinými slovy, dojde k zesílení elektrického signálu přijatého na vstupu.

Polovodičové triody tedy mohou pracovat v režimu elektronických klíčů nebo v režimu zesilování vstupních signálů.

Činnost zařízení v režimu elektronického klíče lze pochopit z obrázku 3.

Rýže. 3. Trioda v režimu klíče

Označení na schématech

Běžný zápis: “VT” nebo “Q”následuje poziční index. Například VT 3. V dřívějších diagramech lze nalézt zastaralá označení: „T“, „PP“ nebo „PT“. Tranzistor je znázorněn jako symbolické čáry označující odpovídající elektrody, zakroužkované nebo ne. Směr proudu v emitoru je označen šipkou.

Obrázek 4 ukazuje obvod ULF, ve kterém jsou tranzistory označeny novým způsobem, a obrázek 5 ukazuje schematická znázornění různých typů tranzistorů s efektem pole.

Rýže. 4. Příklad ULF obvodu na triodách

Typy tranzistorů

Podle principu činnosti a struktury se rozlišují polovodičové triody:

• pole;
• bipolární;
• kombinované.

Tyto tranzistory plní stejné funkce, ale existují rozdíly v principu jejich činnosti.

Tento typ triody se také nazývá unipolární kvůli elektrickým vlastnostem – mají proud pouze jedné polarity. Podle struktury a typu ovládání jsou tato zařízení rozdělena do 3 typů:

1. Tranzistory s řídícím pn přechodem (obr. 6).
2. S izolovanou bránou (jsou s vestavěným nebo s indukovaným kanálem).
3. MDP, se strukturou: kov-dielektrikum-vodič.

Charakteristickým rysem izolované brány je přítomnost dielektrika mezi ní a kanálem.

Díly jsou velmi citlivé na statickou elektřinu.

Obvody polní triody jsou znázorněny na obrázku 5.

Rýže. 5. Tranzistory s efektem pole 6. Fotografie skutečné polní triody

Věnujte pozornost názvu elektrod: odtok, zdroj a brána.

FETy spotřebují velmi málo energie. Na malou baterii nebo akumulátor vydrží i přes rok. Proto našly široké uplatnění v moderních elektronických zařízeních, jako jsou dálkové ovladače, mobilní gadgety atd.

Bipolární

O tomto typu tranzistoru bylo již mnoho řečeno v podkapitole „Základní princip činnosti“. Poznamenáváme pouze, že zařízení dostalo název „Bipolární“ kvůli schopnosti přenášet náboje opačných znamének jedním kanálem. Jejich vlastností je nízká výstupní impedance.

Tranzistory zesilují signály a fungují jako spínací zařízení. Do kolektorového okruhu lze zařadit dostatečně výkonnou zátěž. Díky velkému kolektorovému proudu lze snížit zátěžový odpor.

Níže se budeme podrobněji zabývat strukturou a principem fungování.

kombinovaný

Aby bylo dosaženo určitých elektrických parametrů z použití jednoho diskrétního prvku, vynalezli vývojáři tranzistorů kombinované konstrukce. Mezi ně patří:

s vestavěnými odpory a jejich obvodem;
• kombinace dvou triod (stejné nebo různé struktury) v jednom případě;
• lambda diody – kombinace dvou polních triod tvořících sekci se záporným odporem;
• konstrukce, ve kterých trioda s izolovaným hradlovým polem řídí bipolární triodu (používá se k ovládání elektromotorů).

Kombinované tranzistory jsou ve skutečnosti elementární mikroobvod v jednom pouzdru.

Jak funguje bipolární tranzistor? Pokyny pro figuríny

Činnost bipolárních tranzistorů je založena na vlastnostech polovodičů a jejich kombinací. Pro pochopení principu činnosti triod se budeme zabývat chováním polovodičů v elektrických obvodech.

Polovodiče.

Některé krystaly, jako je křemík, germanium atd., jsou dielektrika. Mají ale jednu vlastnost – pokud přidáte určité nečistoty, stanou se z nich vodiče se speciálními vlastnostmi.

Některé přísady (donory) vedou ke vzniku volných elektronů, zatímco jiné (akceptory) tvoří „díry“.

Pokud je např. křemík dopován fosforem (donor), pak získáme polovodič s přebytkem elektronů (struktura n-Si). Po přidání boru (akceptoru) se dopovaný křemík stane děrově vodivým polovodičem (p-Si), to znamená, že v jeho struktuře budou převládat kladně nabité ionty.

Jednosměrné vedení.

Proveďme myšlenkový experiment: zapojme dva heterogenní polovodiče ke zdroji energie a přiveďte proud do našeho návrhu. Stane se něco nečekaného. Pokud záporný vodič připojíte ke krystalu typu n, obvod se uzavře. Když však přepólujeme, v obvodu nebude žádná elektřina. Proč se tohle děje?

V důsledku spojení krystalů s různými typy vodivosti mezi nimi vzniká oblast s pn přechodem. Část elektronů (nosičů náboje) z krystalu typu n bude proudit do krystalu s děrovou vodivostí a rekombinovat díry v kontaktní zóně.

V důsledku toho vznikají nekompenzované náboje: v oblasti typu n – od záporných iontů a v oblasti typu p od kladných. Rozdíl potenciálů dosahuje hodnoty 0,3 až 0,6 V.

Vztah mezi napětím a koncentrací nečistot lze vyjádřit vzorcem:

V_T – hodnota termodynamického napětí, N_n и N_p – koncentrace elektronů a děr, resp_i znamená soustředění.

Při připojení plusu k p-vodiči a mínusu k polovodiči typu n elektrické náboje překoná bariéru, protože jejich pohyb bude namířen proti elektrickému poli uvnitř pn přechodu. V tomto případě je přechod otevřený. Ale pokud jsou póly obráceny, přechod bude uzavřen. Z toho plyne závěr: pn přechod tvoří jednosměrné vedení. Této vlastnosti se využívá při návrhu diod.

Od diody k tranzistoru.

Pokusme se zkomplikovat. Přidejme ještě jednu vrstvu mezi dva polovodiče se stejnými strukturami. Například mezi křemíkové destičky typu p vložíme vodivou vrstvu (n-Si). Není těžké odhadnout, co se bude dít v kontaktních zónách. Analogicky s výše popsaným procesem se vytvářejí oblasti s pn přechody, které blokují pohyb elektrických nábojů mezi emitorem a kolektorem bez ohledu na polaritu proudu.

Nejzajímavější se stane, když na mezivrstvu (základnu) přivedeme mírné napětí. V našem případě aplikujeme proud se záporným znaménkem. Stejně jako v případě diody je vytvořen obvod emitor-báze, kterým bude protékat proud. Současně se vrstva začne nasycovat otvory, což povede k vedení otvorů mezi emitorem a kolektorem.

Podívejte se na obrázek 7. Ukazuje, že kladné ionty zaplnily celý prostor našeho podmíněného návrhu a nyní nic neruší vedení proudu. Získali jsme vizuální model bipolárního tranzistoru pnp.

Rýže. 7. Princip činnosti triody

Při odbuzení báze se tranzistor velmi rychle vrátí do původního stavu a uzavře se kolektorový přechod.

Zařízení může také pracovat v režimu zesílení.

Pokud změníte hodnotu řídicího proudu, změní se intenzita tvorby děr na základně, což bude mít za následek proporcionální změnu amplitudy výstupního napětí při zachování frekvence signálu. Tento princip se používá k zesílení signálů.

Přivedením slabých impulsů na bázi získáme na výstupu stejnou frekvenci zesílení, ale s mnohem větší amplitudou (nastavenou napětím přivedeným na obvod kolektor-emitor).

NPN tranzistory fungují podobným způsobem. Mění se pouze polarita napětí. Zařízení s npn strukturou mají přímé vedení. Tranzistory typu Pnp mají obrácenou vodivost.

Zbývá dodat, že polovodičový krystal reaguje podobně jako ultrafialové spektrum světla. Zapínáním a vypínáním fotonového toku nebo úpravou jeho intenzity lze ovládat činnost triody nebo měnit odpor polovodičového rezistoru.

Spínací obvody bipolárních tranzistorů

Technici obvodů používají tato schémata zapojení: se společnou bází, společnými emitorovými elektrodami a zapínání se společným kolektorem (obr. 8).

Rýže. 8. Schémata zapojení bipolárních tranzistorů

Pro zesilovače se společnou základnou je typické:

• nízká vstupní impedance, která nepřesahuje 100 ohmů;
• dobré teplotní vlastnosti a frekvenční charakteristiky triody;
• vysoké povolené napětí;
• vyžaduje dva různé zdroje napájení.

Obvody společných emitorů mají:

• vysoké proudové a napěťové zisky;
• nízký výkonový zisk;
• inverze výstupního napětí vzhledem ke vstupu.

Při tomto zapojení stačí jeden napájecí zdroj.

Schéma připojení podle principu “společného kolektoru” poskytuje:

• vysoká vstupní a nízká výstupní impedance;
• nízkonapěťové zesílení ( < 1).

Jak funguje tranzistor s efektem pole? Vysvětlení pro figuríny

Struktura tranzistoru s efektem pole se liší od bipolárního tranzistoru tím, že proud v něm neprochází zónami pn přechodu. Nálože se pohybují po nastavitelné oblasti zvané brána. Šířka pásma brány je regulována napětím.

Prostor pn zóny se působením elektrického pole zmenšuje nebo zvětšuje (viz obr. 9). V souladu s tím se mění počet volných nosičů náboje – od úplného zničení až po konečné nasycení. V důsledku takového dopadu na bránu se reguluje proud na drenážních elektrodách (kontaktech, které vydávají zpracovaný proud). Vstupní proud protéká přes kontakty zdroje.

Obrázek 9. FET s pn přechodem

Na podobném principu pracují polní triody s vestavěným a indukovaným kanálem. Jejich schémata jste viděli na obrázku 5.

FET spínací obvody

V praxi se schémata zapojení používají analogicky s bipolární triodou:

• se společným zdrojem – dává velké zesílení proudu a výkonu;
• obvody se společným hradlem poskytující nízkou vstupní impedanci a nízký zisk (s omezeným použitím);
• obvody se společným odběrem, které fungují stejným způsobem jako obvody se společným emitorem.

Obrázek 10 ukazuje různá schémata zapojení.

Rýže. 10. Obrázek schémat zapojení polních triod

Téměř každý obvod je schopen pracovat při velmi nízkém vstupním napětí.

Nyní pojďme mluvit o tranzistorech s efektem pole. Co lze usuzovat pouze z jejich jména? Za prvé, protože jsou to tranzistory, mohou nějak řídit výstupní proud. Za druhé, mají mít tři kontakty. A za třetí, pn křižovatka je jádrem jejich práce. Co nám o tom říkají oficiální zdroje?

FET nazývané aktivní polovodičová zařízení, obvykle se třemi svorkami, ve kterých je výstupní proud řízen pomocí elektrického pole. (electrono.ru)

Definice nejen potvrdila naše předpoklady, ale také demonstrovala vlastnost tranzistorů s efektem pole – výstupní proud je řízen změnou použitého elektrického pole, tzn. Napětí. Ale u bipolárních tranzistorů, jak si pamatujeme, základní vstupní proud řídí výstupní proud.

Další fakt o tranzistorech s efektem pole lze zjistit, když věnujeme pozornost jejich jinému názvu – jednopolární. To znamená, že pouze jeden typ nosiče náboje (buď elektrony nebo díry) se účastní procesu toku proudu.

Tři kolíky FET se nazývají původu (zdroj aktuálních dopravců), brána (řídicí elektroda) a dřezu (elektroda, kudy proudí nosiče). Struktura se zdá jednoduchá a velmi podobná zařízení bipolárního tranzistoru. Dá se to ale udělat minimálně dvěma způsoby. Proto se rozlišují tranzistory s efektem pole s ovládacím pn přechodem и s izolovanou bránou.

Obecně se myšlenka posledně jmenovaného objevila ve 20. letech XX století, dlouho před vynálezem bipolárních tranzistorů. Úroveň technologie však umožnila jeho realizaci až v roce 1960. V 50. letech byl nejprve teoreticky popsán a poté obdržel provedení tranzistoru s efektem pole s řídicím pn přechodem. A stejně jako jejich bipolární „bratři“ hrají tranzistory s efektem pole stále obrovskou roli v elektronice.

Než přejdu k příběhu o fyzice fungování unipolárních tranzistorů, chci připomenout odkazy, pomocí kterých si můžete osvěžit své znalosti o pn přechodu: jedna a dvě.

Tranzistor s efektem pole s řídicím pn-přechodem

Jak tedy funguje první typ tranzistorů s efektem pole? Zařízení je založeno na polovodičové desce s (například) vodivostí typu p. Na opačných koncích má elektrody, přivedením napětí, do kterého budeme přijímat proud ze zdroje do odpadu. Na této desce je oblast s opačným typem vodivosti, ke které je připojena třetí elektroda – brána. Samozřejmě mezi bránou a p-oblastí pod ní (kanál) dojde k přechodu pn. A jelikož n-vrstva je výrazně уstejný kanál, pak většina přechodové oblasti ochuzené o mobilní nosiče náboje dopadne na p-vrstvu. Pokud tedy na přechod aplikujeme zpětné předpětí, pak uzavřením výrazně zvýší odpor kanálu a sníží proud mezi zdrojem a kolektorem. Výstupní proud tranzistoru je tedy regulován pomocí napětí (elektrického pole) hradla.

Můžeme nakreslit následující analogii: pn křižovatka je přehrada, která blokuje tok nosičů náboje od zdroje k odtoku. Zvýšením nebo snížením zpětného napětí na něm otevíráme / zavíráme brány a upravujeme „dodávku vody“ (výstupní proud).

Tak dovnitř pracovní režim tranzistor s efektem pole s řídicím pn přechodem, napětí hradla musí být buď nulové (kanál je plně otevřený) nebo obrácené.
Pokud je zpětné napětí tak velké, že blokovací vrstva uzavře kanál, tranzistor přejde do cutoff režim.

I při nulovém napětí hradla existuje mezi hradlem a kolektorem zpětné napětí rovné napětí zdroje-odvodu. To je důvod, proč má přechod pn tak zubatý tvar, který se rozšiřuje směrem k odtokové oblasti.

Je samozřejmé, že je možné vyrobit tranzistor s kanálem typu n a hradlem typu p. Podstata jeho práce se nezmění.

Podmíněné grafické obrázky tranzistorů s efektem pole jsou zobrazeny na obrázku (а – s kanálem typu p, б – s kanálem typu n). Šipka zde ukazuje směr od p-vrstvy k n-vrstvě.

Statická charakteristika polem řízeného tranzistoru s řídícím pn přechodem

Protože v provozním režimu je hradlový proud obvykle malý nebo dokonce roven nule, nebudeme uvažovat grafy vstupních charakteristik tranzistorů s efektem pole. Pojďme rovnou na víkend nebo do zásoby. Mimochodem, nazývají se statické, protože na bránu je přivedeno konstantní napětí. Tito. není třeba brát ohled na frekvenční momenty, přechodové děje atp.

Výkon (skladem) je závislost odebíracího proudu na napětí zdroj-odvod při konstantním napětí hradlo-zdroj. Obrázek ukazuje graf vlevo.

Na grafu lze jasně rozlišit tři zóny. První z nich je zóna prudkého nárůstu odtokového proudu. Tato tzv “ohmická” oblast. Kanál source-drain se chová jako rezistor, jehož odpor je řízen hradlovým napětím tranzistoru.

Druhá zóna je oblast nasycení. Má téměř lineární vzhled. Zde se kanál překrývá v oblasti svodu, která se zvyšuje s dalším zvýšením napětí zdroj-odvod. V souladu s tím také roste odpor kanálu a svodový proud se mění velmi mírně (Ohmův zákon). Právě tato část charakteristiky se používá v zesilovací technologii, protože zde dochází k nejmenšímu nelineárnímu zkreslení signálů a optimálním hodnotám parametrů malého signálu, které jsou pro zesílení zásadní. Tyto parametry zahrnují sklon, vnitřní odpor a zisk. Významy všech těchto obskurních frází budou odhaleny níže.

Třetí zóna grafu – oblast poruchyjehož jméno mluví samo za sebe.

Pravá strana obrázku ukazuje graf dalšího důležitého vztahu − odvodňovací charakteristika. Ukazuje, jak proud kolektoru závisí na napětí hradla-zdroje při konstantním napětí mezi zdrojem a kolektorem. A právě jeho strmost je jedním z hlavních parametrů tranzistoru s efektem pole.

Tranzistor s izolovaným hradlovým polem

Takové tranzistory jsou také často označovány jako MIS (metal-dielectric-semiconductor) nebo MOS (metal-oxide-semiconductor) tranzistory (metal-oxide-semiconductor field effect tranzistor, MOSFET). V takových zařízeních je brána oddělena od kanálu tenkou dielektrickou vrstvou. Fyzikálním základem jejich práce je vliv změny vodivosti připovrchové vrstvy polovodiče na rozhraní s dielektrikem pod vlivem příčného elektrického pole.
Zařízení tranzistorů tohoto typu je následující. Existuje polovodičový substrát s p-vodivostí, ve kterém jsou vytvořeny dvě silně dotované oblasti s n-vodivostí (zdroj a odtok). Mezi nimi leží úzká připovrchová propojka, jejíž vodivost je rovněž typu n. Nad ním je na povrchu desky tenká vrstva dielektrika (nejčastěji z oxidu křemičitého – odtud mimochodem zkratka MOS). A již na této vrstvě se nachází závěrka – tenký kovový film. Samotný krystal je obvykle připojen ke zdroji, i když se stává, že je připojen samostatně.

Pokud je při nulovém napětí na hradle aplikováno napětí zdroj-odvod, pak kanálem mezi nimi poteče proud. Proč ne přes krystal? Protože jeden z přechodů pn bude uzavřen.

A nyní přivedeme na bránu záporné napětí vzhledem ke zdroji. Výsledné příčné elektrické pole „vytlačí“ elektrony z kanálu do substrátu. V souladu s tím se odpor kanálu zvýší a proud, který jím protéká, se sníží. Takový režim, ve kterém výstupní proud klesá s rostoucím napětím hradla, se nazývá štíhlý režim.
Pokud na bránu přivedeme napětí, které přispěje ke vzniku pole, které „pomáhá“ elektronům „přicházet“ do kanálu ze substrátu, pak bude tranzistor pracovat v režim obohacení. V tomto případě odpor kanálu klesne a proud skrz něj se zvýší.

Výše uvažované provedení tranzistoru s izolovaným hradlem je obdobné jako provedení s řídícím pn přechodem v tom, že i při nulovém proudu na hradle s nenulovým napětím zdroj-odvod dochází k tzv. počáteční vypouštěcí proud. V obou případech je to způsobeno tím, že kanál pro tento proud vestavěný do konstrukce tranzistoru. To znamená, přísně vzato, právě jsme zvažovali takový podtyp tranzistorů MIS jako tranzistory s vestavěným kanálem.

Existuje však jiný typ izolovaných hradlových tranzistorů s efektem pole – tranzistor s indukovaným (inverzním) kanálem. Již z názvu je zřejmý jeho rozdíl od předchozího – má kanál mezi silně dotovanými mozkovými a zdrojovými oblastmi pouze tehdy, když je na bránu přivedeno napětí určité polarity.

Takže přivádíme napětí pouze na zdroj a odtok. Mezi nimi nebude protékat žádný proud, protože jeden z pn přechodů mezi nimi a substrátem je uzavřen.
Na bránu přivedeme napětí (přímé vzhledem ke zdroji). Výsledné elektrické pole „vytáhne“ elektrony ze silně dotovaných oblastí do substrátu ve směru brány. A když napětí hradla dosáhne určité hodnoty v zóně blízkého povrchu, tzv inverze typ vedení. Tito. koncentrace elektronů překročí koncentraci díry a mezi odtokem a zdrojem se objeví tenký kanálek ​​typu n. Tranzistor začne vést proud, čím silnější, tím vyšší je napětí hradla.
Z tohoto návrhu je zřejmé, že tranzistor s indukovaným kanálem může pracovat pouze v režimu obohacení. Proto se často nacházejí ve spínacích zařízeních.

Symboly pro izolované hradlové tranzistory jsou následující:

Zde
а − s vestavěným kanálem typu n;
б − s vestavěným kanálem typu p;
в − s výstupem ze substrátu;
г − s indukovaným kanálem typu n;
д − s indukovaným kanálem typu p;
е – s olovem ze substrátu.

Statické charakteristiky MIS tranzistorů

Rodina charakteristik drain a drain-gate tranzistoru s integrovaným kanálem je znázorněna na následujícím obrázku:

Stejné vlastnosti pro tranzistor s indukovaným kanálem:

Exotické MIS struktury

Aby se prezentace nepletla, chci jen poradit odkazy, na kterých si o nich můžete přečíst. Za prvé, toto je všemi oblíbená Wikipedie, sekce “TIR stavby pro speciální účely”. A zde je teorie a vzorce: učebnice polovodičové elektroniky, kapitola 6, podkapitoly 6.12-6.15. Přečtěte si to, je to zajímavé!

Obecné parametry tranzistorů s efektem pole

1. Maximální vypouštěcí proud při pevném napětí brány-zdroje.
2. Maximální napětí zdroje kolektoru, po kterém dojde k poruše.
3. Vnitřní (výstupní) odpor. Představuje odpor kanálu pro střídavý proud (napětí hradla je konstantní).
4. Strmost charakteristiky odvod-záklop. Čím je větší, tím „ostřejší“ je odezva tranzistoru na změnu napětí hradla.
5. Vstupní impedance. Je dán odporem reverzně vychýleného pn přechodu a obvykle dosahuje jednotek a desítek MΩ (což odlišuje tranzistory s efektem pole od bipolárních „příbuzných“). A mezi samotnými tranzistory s efektem pole patří dlaň k zařízením s izolovaným hradlem.
6. Získat – poměr změny napětí zdroj-odvod ke změně napětí hradlo-zdroj při konstantním odběrovém proudu.

Spínací schémata

Podobně jako bipolární lze tranzistor s efektem pole považovat za čtyřsvorkové zařízení, ve kterém se dva ze čtyř kontaktů shodují. Lze tedy rozlišit tři typy spínacích obvodů: se společným zdrojem, se společným hradlem a se společným odtokem. Výkonově jsou velmi podobné obvodům se společným emitorem, společnou bází a společným kolektorem pro bipolární tranzistory.
Nejčastěji aplikované společný zdrojový obvod (а), protože poskytuje větší zisk v proudu a výkonu.
Společný obvod brány (б) neposkytuje téměř žádné proudové zesílení a má malý vstupní odpor. Z tohoto důvodu má takové spínací schéma omezené praktické použití.
Schéma se společným odtokem (в) se také nazývá následovník zdroje. Jeho napěťové zesílení se blíží jednotce, vstupní odpor je velký a výstupní odpor je malý.

Rozdíly mezi tranzistory s efektem pole a bipolárními. Oblasti použití

• vysoká vstupní impedance pro stejnosměrný proud a při vysoké frekvenci, tudíž nízké řídicí ztráty;
• vysoká rychlost (kvůli absenci akumulace a resorpce menších nosičů);
• protože zesilovací vlastnosti tranzistorů s efektem pole jsou způsobeny přenosem hlavních nosičů náboje, je jejich horní hranice efektivního zesílení vyšší než u bipolárních;
• vysoká teplotní stabilita;
• nízká hladina šumu, protože tranzistory s efektem pole nevyužívají jev vstřikování vedlejších nosičů náboje, díky čemuž jsou bipolární tranzistory „hlučné“;
• malá spotřeba energie.

Kde se používají tranzistory s efektem pole? Ano, téměř všude. Digitální a analogové integrované obvody, sledovací a logická zařízení, energeticky úsporné obvody, flash paměti. Proč, dokonce i quartzové hodiny a dálkové ovládání TV fungují na tranzistorech s efektem pole. Jsou všude, %habrauser%. Ale teď už víte, jak fungují!