Aufstellen (einpolig) Ein Transistor ist ein Gerät, das drei Ausgänge hat und durch Anlegen an die Steuerelektrode gesteuert wird (Verschluss) Stromspannung. Geregelter Strom fließt durch die Source-Drain-Schaltung.
Die Idee einer solchen Triode entstand vor etwa 100 Jahren, aber erst Mitte des letzten Jahrhunderts konnte man sich der praktischen Umsetzung nähern. In den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts wurde das Konzept eines Feldeffekttransistors entwickelt und 1960 das erste Arbeitsmuster hergestellt. Um die Vor- und Nachteile von Trioden dieses Typs zu verstehen, müssen Sie ihr Design verstehen.
Inhalt
FET-Gerät
Unipolare Transistoren werden je nach Geräte- und Fertigungstechnologie in zwei große Klassen eingeteilt. Trotz der Ähnlichkeit der Steuerprinzipien haben sie Konstruktionsmerkmale, die ihre Eigenschaften bestimmen.
Unipolare Trioden mit p-n-Übergang
Das Gerät eines solchen Außendienstmitarbeiters ist ähnlich dem Gerät eines herkömmlichen Halbleiterdiode und enthält im Gegensatz zum bipolaren Verwandten nur einen Übergang. Ein p-n-Übergangstransistor besteht aus einer Platte eines Leitertyps (z. B. n) und einem eingebetteten Bereich eines anderen Halbleitertyps (in diesem Fall p).
Die N-Schicht bildet einen Kanal, durch den Strom zwischen den Source- und Drain-Anschlüssen fließt. Der Gate-Pin ist mit dem p-Bereich verbunden. Wird an das Gate eine Spannung angelegt, die den Übergang in die entgegengesetzte Richtung vorspannt, so dehnt sich die Übergangszone aus, der Kanalquerschnitt hingegen verengt sich und sein Widerstand steigt. Durch Steuern der Gate-Spannung kann der Strom im Kanal gesteuert werden. Transistor kann auch mit einem p-Kanal ausgeführt werden, dann wird das Gate durch einen n-Halbleiter gebildet.
Eines der Merkmale dieses Designs ist der sehr große Eingangswiderstand des Transistors. Der Gate-Strom wird durch den Widerstand des in Sperrichtung vorgespannten Übergangs bestimmt und liegt bei einem konstanten Strom von Einheiten oder zehn Nanoampere. Bei Wechselstrom wird der Eingangswiderstand durch die Sperrschichtkapazität eingestellt.
Auf solchen Transistoren montierte Verstärkungsstufen vereinfachen aufgrund des hohen Eingangswiderstands die Anpassung an Eingabegeräte. Außerdem kommt es beim Betrieb von unipolaren Trioden zu keiner Rekombination von Ladungsträgern, was zu einer Verringerung des niederfrequenten Rauschens führt.
In Abwesenheit einer Vorspannung ist die Kanalbreite am größten und der Strom durch den Kanal maximal. Durch Erhöhen der Spannung ist es möglich, einen solchen Zustand des Kanals zu erreichen, wenn er vollständig gesperrt ist. Diese Spannung wird als Grenzspannung (Uts) bezeichnet.
Der Drain-Strom eines FET hängt sowohl von der Gate-zu-Source-Spannung als auch von der Drain-zu-Source-Spannung ab. Wird die Spannung am Gate fixiert, so wächst der Strom bei steigendem Us zunächst nahezu linear an (Abschnitt ab). Beim Eintritt in die Sättigung bewirkt eine weitere Spannungserhöhung praktisch keine Erhöhung des Drainstroms (Abschnitt bc). Bei einer Erhöhung des Sperrspannungspegels am Gate tritt bei niedrigeren Werten von Idock eine Sättigung auf.
Die Abbildung zeigt eine Schar von Drain-Strom über Spannung zwischen Source und Drain für mehrere Gate-Spannungen. Es ist offensichtlich, dass wenn Us höher als die Sättigungsspannung ist, der Drainstrom praktisch nur von der Gatespannung abhängt.
Dies wird durch die Übertragungskennlinie eines unipolaren Transistors veranschaulicht. Mit zunehmendem negativen Wert der Gate-Spannung fällt der Drain-Strom nahezu linear bis auf Null ab, wenn am Gate der Cutoff-Spannungspegel erreicht wird.
Unipolare Trioden mit isoliertem Gate
Eine andere Version des Feldeffekttransistors ist mit einem isolierten Gate. Solche Trioden werden Transistoren genannt. TIR (Metall-Dielektrikum-Halbleiter), ausländische Bezeichnung - MOSFET. Früher wurde der Name übernommen MOS (Metalloxid-Halbleiter).
Das Substrat besteht aus einem Leiter eines bestimmten Leitfähigkeitstyps (in diesem Fall n), der Kanal wird durch einen Halbleiter eines anderen Leitfähigkeitstyps (in diesem Fall p) gebildet. Das Gate ist durch eine dünne Schicht aus Dielektrikum (Oxid) vom Substrat getrennt und kann den Kanal nur durch das erzeugte elektrische Feld beeinflussen.Bei einer negativen Gate-Spannung verdrängt das erzeugte Feld Elektronen aus dem Kanalbereich, die Schicht verarmt und ihr Widerstand steigt. Bei p-Kanal-Transistoren hingegen führt das Anlegen einer positiven Spannung zu einer Erhöhung des Widerstands und einer Verringerung des Stroms.
Ein weiteres Merkmal des Transistors mit isoliertem Gate ist der positive Anteil der Übertragungskennlinie (negativ für eine p-Kanal-Triode). Das bedeutet, dass an das Gate eine positive Spannung mit einem bestimmten Wert angelegt werden kann, was den Drain-Strom erhöht. Die Familie der Ausgangskennlinien unterscheidet sich grundsätzlich nicht von den Eigenschaften einer Triode mit pn-Übergang.
Die dielektrische Schicht zwischen dem Gate und dem Substrat ist sehr dünn, sodass MOS-Transistoren aus frühen Produktionsjahren (z KP350) waren extrem empfindlich gegenüber statischer Elektrizität. Die Hochspannung durchbohrte den dünnen Film und zerstörte den Transistor. In modernen Trioden werden konstruktive Maßnahmen zum Schutz vor Überspannungen getroffen, sodass statische Vorkehrungen praktisch nicht erforderlich sind.
Eine andere Version der unipolaren Triode mit isoliertem Gate ist der Transistor mit induziertem Kanal. Es hat keinen eingebauten Kanal; ohne Spannung am Gate fließt kein Strom von der Source zum Drain. Wird an das Gate eine positive Spannung angelegt, „zieht“ das dadurch erzeugte Feld Elektronen aus der n-Zone des Substrats und erzeugt einen Kanal für den Stromfluss im oberflächennahen Bereich.Daraus wird deutlich, dass ein solcher Transistor, je nach Art des Kanals, nur mit einer Spannung einer Polarität angesteuert wird. Dies ist an seinen Durchgangseigenschaften zu erkennen.
Es gibt auch Bi-Gate-Transistoren. Sie unterscheiden sich von den üblichen dadurch, dass sie zwei gleiche Gates haben, die jeweils durch ein separates Signal gesteuert werden können, aber ihre Wirkung auf den Kanal summiert wird. Eine solche Triode kann als zwei in Reihe geschaltete gewöhnliche Transistoren dargestellt werden.
FET-Schaltkreise
Der Anwendungsbereich von Feldeffekttransistoren ist derselbe wie der von bipolar. Sie werden hauptsächlich als Verstärkungselemente verwendet. Bipolare Trioden haben, wenn sie in Verstärkerstufen verwendet werden, drei Hauptschaltkreise:
- mit einem gemeinsamen Kollektor (Emitterfolger);
- mit einer gemeinsamen Basis;
- mit einem gemeinsamen Strahler.
Feldeffekttransistoren werden auf ähnliche Weise eingeschaltet.
Schema mit einem gemeinsamen Abfluss
Schema mit einem gemeinsamen Abfluss (Quellenfolger), genau wie der Emitterfolger einer bipolaren Triode, liefert keine Spannungsverstärkung, sondern nimmt eine Stromverstärkung an.
Der Vorteil der Schaltung ist die hohe Eingangsimpedanz, in manchen Fällen aber auch ein Nachteil - die Kaskade wird empfindlich gegen elektromagnetische Störungen. Falls erforderlich, kann Rin durch Einschalten des Widerstands R3 verringert werden.
Gemeinsame Torschaltung
Diese Schaltung ähnelt der eines bipolaren Transistors in Basisschaltung. Diese Schaltung ergibt eine gute Spannungsverstärkung, aber keine Stromverstärkung. Wie die Inklusion mit einer gemeinsamen Basis wird diese Option selten verwendet.
Schaltung mit gemeinsamer Quelle
Die gebräuchlichste Schaltung zum Einschalten von Feldtrioden mit einer gemeinsamen Quelle.Seine Verstärkung hängt vom Verhältnis des Widerstands Rc zum Widerstand im Drain-Kreis ab (Zur Einstellung der Verstärkung kann ein zusätzlicher Widerstand in die Drain-Schaltung eingebaut werden) und hängt auch von der Steilheit der Charakteristik des Transistors ab.
Auch Feldeffekttransistoren werden als gesteuerter Widerstand verwendet. Dazu wird der Arbeitspunkt innerhalb des linearen Abschnitts gewählt. Nach diesem Prinzip kann ein gesteuerter Spannungsteiler implementiert werden.
Und auf einer Doppeltor-Triode in diesem Modus können Sie beispielsweise einen Mischer für Empfangsgeräte implementieren - das empfangene Signal wird einem Tor und dem anderen zugeführt - lokales Oszillatorsignal.
Wenn wir die Theorie akzeptieren, dass sich die Geschichte in einer Spirale entwickelt, können wir ein Muster in der Entwicklung der Elektronik erkennen. Die Technologie hat sich von spannungsgesteuerten Lampen weg zu bipolaren Transistoren entwickelt, die Strom zur Steuerung benötigen. Die Spirale hat eine volle Umdrehung gemacht - jetzt dominieren unipolare Trioden, die wie Lampen keinen Stromverbrauch in Steuerkreisen benötigen. Wohin die Konjunkturkurve weiter führen wird, wird sich zeigen. Bisher gibt es keine Alternative zu Feldeffekttransistoren.
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