שדה (חד קוטבי) טרנזיסטור הוא התקן בעל שלוש יציאות ונשלט על ידי הפעלת אלקטרודת הבקרה (תְרִיס) מתח. זרם מוסדר זורם דרך מעגל המקור-ניקוז.
הרעיון של שלישייה כזו עלה לפני כ-100 שנים, אך ניתן היה לגשת ליישום מעשי רק באמצע המאה הקודמת. בשנות ה-50 של המאה הקודמת פותח הרעיון של טרנזיסטור אפקט שדה, ובשנת 1960 יוצרה דגימת העבודה הראשונה. כדי להבין את היתרונות והחסרונות של טריודות מסוג זה, אתה צריך להבין את העיצוב שלהם.
תוֹכֶן
מכשיר FET
טרנזיסטורים חד-קוטביים מחולקים לשתי מחלקות גדולות בהתאם למכשיר ולטכנולוגיית הייצור. למרות הדמיון של עקרונות הבקרה, יש להם תכונות עיצוב שקובעות את המאפיינים שלהם.
טריודות חד-קוטביות עם צומת p-n
המכשיר של עובד שטח כזה דומה למכשיר של קונבנציונלי דיודה מוליכים למחצה ובניגוד לקרוב הדו קוטבי, מכיל רק מעבר אחד. טרנזיסטור p-n צומת מורכב מלוח מסוג אחד של מוליך (לדוגמה, n), ואזור מוטבע של סוג אחר של מוליכים למחצה (במקרה זה, p).
שכבת ה-N יוצרת תעלה שדרכה זורם זרם בין מסופי המקור והניקוז. סיכת השער מחוברת לאזור p. אם מופעל על השער מתח שמטה את המעבר בכיוון ההפוך, אז אזור המעבר מתרחב, חתך הערוץ, להיפך, מצטמצם, וההתנגדות שלו עולה. על ידי שליטה במתח השער, ניתן לשלוט בזרם בערוץ. טרָנזִיסטוֹר ניתן לבצע גם עם ערוץ מסוג p, ואז השער נוצר על ידי n-מוליכים למחצה.
אחת התכונות של עיצוב זה היא התנגדות הכניסה הגדולה מאוד של הטרנזיסטור. זרם השער נקבע על ידי ההתנגדות של הצומת המוטה לאחור, והוא נמצא בזרם קבוע של יחידות או עשרות ננואמפר. בזרם חילופין, התנגדות הכניסה נקבעת על ידי קיבול הצומת.
שלבי רווח המורכבים על טרנזיסטורים כאלה, בשל התנגדות הכניסה הגבוהה, מפשטים את ההתאמה עם התקני קלט. בנוסף, במהלך פעולתן של טריודות חד-קוטביות, אין ריקומבינציה של נושאי מטען, וזה מוביל לירידה ברעש בתדר נמוך.
בהיעדר מתח הטיה, רוחב הערוץ הוא הגדול ביותר, והזרם דרך הערוץ הוא מקסימלי. על ידי הגדלת המתח, ניתן להגיע למצב כזה של הערוץ כאשר הוא חסום לחלוטין. מתח זה נקרא מתח הניתוק (Uts).
זרם הניקוז של FET תלוי הן במתח השער למקור והן במתח הניקוז למקור. אם המתח בשער קבוע, עם עלייה ב-Us, הזרם גדל תחילה כמעט באופן ליניארי (סעיף ab). כאשר נכנסים לרוויה, עלייה נוספת במתח למעשה אינה גורמת לעלייה בזרם הניקוז (סעיף bc). עם עלייה ברמת מתח החסימה בשער, הרוויה מתרחשת בערכים נמוכים יותר של Idock.
האיור מציג משפחה של זרם ניקוז לעומת מתח בין מקור לניקוז עבור מספר מתחי שער. ברור שכאשר Us גבוה ממתח הרוויה, זרם הניקוז תלוי כמעט רק במתח השער.
זה מומחש על ידי מאפיין ההעברה של טרנזיסטור חד קוטבי. ככל שהערך השלילי של מתח השער עולה, זרם הניקוז יורד כמעט באופן ליניארי עד לאפס כאשר מגיעים לרמת מתח הניתוק בשער.
טריודות שערים מבודדים חד קוטביים
גרסה נוספת של טרנזיסטור אפקט השדה היא עם שער מבודד. טריודות כאלה נקראות טרנזיסטורים. TIR (מתכת-דיאלקטרי-מוליכים למחצה), ייעוד זר - MOSFET. בעבר השם נלקח MOS (מתכת-תחמוצת-מוליך למחצה).
המצע עשוי ממוליכות מסוג מסוים של מוליכות (במקרה זה, n), הערוץ נוצר על ידי מוליך למחצה מסוג אחר של מוליכות (במקרה זה, p). השער מופרד מהמצע בשכבה דקה של דיאלקטרי (אוקסיד), ויכול להשפיע על התעלה רק דרך השדה החשמלי שנוצר.במתח שער שלילי, השדה שנוצר מחליף אלקטרונים מאזור התעלה, השכבה מתרוקנת וההתנגדות שלה עולה. עבור טרנזיסטורים ערוץ p, להיפך, יישום של מתח חיובי מוביל לעלייה בהתנגדות ולירידה בזרם.
תכונה נוספת של טרנזיסטור השער המבודד היא החלק החיובי של מאפיין ההעברה (שלילי לטריודה של ערוץ p). המשמעות היא שניתן להפעיל על השער מתח חיובי בעל ערך מסוים, מה שיגדיל את זרם הניקוז. למשפחת מאפייני הפלט אין הבדלים מהותיים מהמאפיינים של טריודה עם צומת p-n.
השכבה הדיאלקטרית בין השער למצע דקה מאוד, ולכן טרנזיסטורי MOS משנים מוקדמות של ייצור (לדוגמה, ביתי KP350) היו רגישים ביותר לחשמל סטטי. המתח הגבוה פילח את הסרט הדק והרס את הטרנזיסטור. בטריודות מודרניות, אמצעי תכנון ננקטים כדי להגן מפני מתח יתר, כך שבעצם אין צורך באמצעי זהירות סטטיים.
גרסה נוספת של שלישיית השער המבודדת החד-קוטבית היא טרנזיסטור הערוץ המושרה. אין לו תעלה מובנית; בהיעדר מתח בשער, הזרם מהמקור לניקוז לא יזרום. אם מופעל מתח חיובי על השער, אז השדה שנוצר על ידו "מושך" אלקטרונים מאזור ה-n של המצע, ויוצר תעלה לזרם לזרום באזור הקרוב לפני השטח.מכאן ברור שטרנזיסטור כזה, בהתאם לסוג הערוץ, נשלט על ידי מתח של קוטביות אחת בלבד. ניתן לראות זאת ממאפייני המעבר שלו.
ישנם גם טרנזיסטורים דו-שערים. הם נבדלים מהרגילים בכך שיש להם שני שערים שווים, שבכל אחד מהם ניתן לשלוט על ידי אות נפרד, אך השפעתם על הערוץ מסוכמת. טריודה כזו יכולה להיות מיוצגת כשני טרנזיסטורים רגילים המחוברים בסדרה.
מעגלי מיתוג FET
ההיקף של טרנזיסטורי אפקט שדה זהה לזה של דו קוטבי. הם משמשים בעיקר כאלמנטים מחזקים. לטריודות דו-קוטביות, כאשר משתמשים בשלבי הגברה, יש שלושה מעגלי מיתוג עיקריים:
- עם אספן משותף (עוקב פולט);
- עם בסיס משותף;
- עם פולט משותף.
טרנזיסטורי אפקט שדה מופעלים בדרכים דומות.
תכנית עם ניקוז משותף
תכנית עם ניקוז משותף (עוקב מקור), בדיוק כמו עוקב הפולט על טריודה דו-קוטבית, אינו מספק רווח מתח, אלא מניח רווח זרם.
היתרון של המעגל הוא עכבת הכניסה הגבוהה, אך בחלק מהמקרים מדובר גם בחיסרון – המפל הופך לרגיש להפרעות אלקטרומגנטיות. במידת הצורך, ניתן להפחית את רין על ידי הפעלת הנגד R3.
מעגל שער משותף
מעגל זה דומה לזה של טרנזיסטור דו-קוטבי בסיס משותף. מעגל זה נותן רווח מתח טוב, אך אין רווח זרם. כמו הכללה עם בסיס משותף, אפשרות זו משמשת לעתים רחוקות.
מעגל מקור משותף
המעגל הנפוץ ביותר להפעלת טריודות שדה עם מקור משותף.הרווח שלו תלוי ביחס בין ההתנגדות Rc להתנגדות במעגל הניקוז (ניתן להתקין נגד נוסף במעגל הניקוז כדי להתאים את ההגבר), ותלוי גם בתלילות המאפיינים של הטרנזיסטור.
כמו כן, טרנזיסטורי אפקט שדה משמשים כהתנגדות מבוקרת. לשם כך, נקודת ההפעלה נבחרת בתוך הקטע הליניארי. על פי עיקרון זה, ניתן ליישם מחלק מתח מבוקר.
ובטריודה עם שער כפול במצב זה, אתה יכול ליישם, למשל, מערבל לקליטת ציוד - האות המתקבל מוזן לשער אחד, ולשני - אות מתנד מקומי.
אם נקבל את התיאוריה שההיסטוריה מתפתחת בספירלה, נוכל לראות דפוס בהתפתחות האלקטרוניקה. בהתרחקות מנורות נשלטות מתח, הטכנולוגיה עברה לטרנזיסטורים דו-קוטביים, שדורשים זרם כדי לשלוט בהם. הספירלה עשתה תפנית מלאה - כעת יש דומיננטיות של טריודות חד-קוטביות, אשר, כמו מנורות, אינן דורשות צריכת חשמל במעגלי בקרה. נראה לאן העקומה המחזורית תוביל הלאה. עד כה, אין אלטרנטיבה לטרנזיסטורי אפקט שדה.
מאמרים דומים:
