Campo (unipolare) un transistor è un dispositivo che ha tre uscite ed è controllato da applicato all'elettrodo di controllo (otturatore) voltaggio. La corrente regolata scorre attraverso il circuito source-drain.
L'idea di un tale triodo è nata circa 100 anni fa, ma è diventato possibile avvicinarsi all'attuazione pratica solo a metà del secolo scorso. Negli anni '50 del secolo scorso fu sviluppato il concetto di transistor ad effetto di campo e nel 1960 fu prodotto il primo esemplare funzionante. Per comprendere i vantaggi e gli svantaggi dei triodi di questo tipo, è necessario comprenderne il design.
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Dispositivo FET
I transistor unipolari sono divisi in due grandi classi in base al dispositivo e alla tecnologia di produzione. Nonostante la somiglianza dei principi di controllo, hanno caratteristiche di progettazione che ne determinano le caratteristiche.
Triodi unipolari con giunzione p-n
Il dispositivo di un tale lavoratore sul campo è simile al dispositivo di un convenzionale diodo a semiconduttore e, a differenza del relativo bipolare, contiene solo una transizione. Un transistor a giunzione p-n è costituito da una piastra di un tipo di conduttore (ad esempio, n) e una regione incorporata di un altro tipo di semiconduttore (in questo caso, p).
Lo strato N forma un canale attraverso il quale scorre la corrente tra i terminali di source e drain. Il pin del gate è collegato alla regione p. Se viene applicata una tensione al gate che polarizza la transizione nella direzione opposta, la zona di transizione si espande, la sezione trasversale del canale, al contrario, si restringe e la sua resistenza aumenta. Controllando la tensione di gate, è possibile controllare la corrente nel canale. Transistor può essere eseguita anche con un canale di tipo p, quindi il gate è formato da un n-semiconduttore.
Una delle caratteristiche di questo design è l'elevata resistenza di ingresso del transistor. La corrente di gate è determinata dalla resistenza della giunzione polarizzata inversa ed è a una corrente costante di unità o decine di nanoampere. In corrente alternata, la resistenza di ingresso è impostata dalla capacità di giunzione.
Gli stadi di guadagno assemblati su tali transistor, grazie all'elevata resistenza di ingresso, semplificano l'abbinamento con i dispositivi di ingresso. Inoltre, durante il funzionamento dei triodi unipolari, non c'è ricombinazione dei portatori di carica e questo porta a una diminuzione del rumore a bassa frequenza.
In assenza di una tensione di polarizzazione, la larghezza del canale è massima e la corrente attraverso il canale è massima. Aumentando la tensione, è possibile ottenere un tale stato del canale quando è completamente bloccato. Questa tensione è chiamata tensione di taglio (Uts).
La corrente di drain di un FET dipende sia dalla tensione gate-source che dalla tensione drain-source. Se la tensione al gate è fissa, con un aumento di Us, la corrente cresce prima in modo quasi lineare (sezione ab). Quando si entra in saturazione, un ulteriore aumento della tensione praticamente non provoca un aumento della corrente di drain (sezione bc). Con un aumento del livello di tensione di blocco al gate, la saturazione si verifica a valori inferiori di Idock.
La figura mostra una famiglia di corrente di drain rispetto alla tensione tra source e drain per diverse tensioni di gate. È ovvio che quando Us è maggiore della tensione di saturazione, la corrente di drain dipende praticamente solo dalla tensione di gate.
Ciò è illustrato dalla caratteristica di trasferimento di un transistor unipolare. All'aumentare del valore negativo della tensione di gate, la corrente di drain scende quasi linearmente fino a zero quando viene raggiunto il livello di tensione di cutoff in corrispondenza del gate.
Triodi di gate isolati unipolari
Un'altra versione del transistor ad effetto di campo è con un gate isolato. Tali triodi sono chiamati transistor. TIR (metallo-dielettrico-semiconduttore), denominazione straniera - MOSFET. In precedenza è stato preso il nome MOS (semiconduttore di ossido di metallo).
Il substrato è costituito da un conduttore di un certo tipo di conducibilità (in questo caso, n), il canale è formato da un semiconduttore di un diverso tipo di conducibilità (in questo caso, p). Il gate è separato dal substrato da un sottile strato di dielettrico (ossido) e può influenzare il canale solo attraverso il campo elettrico generato.A una tensione di gate negativa, il campo generato sposta gli elettroni dalla regione del canale, lo strato si esaurisce e la sua resistenza aumenta. Per i transistor a canale p, invece, l'applicazione di una tensione positiva comporta un aumento della resistenza e una diminuzione della corrente.
Un'altra caratteristica del transistor a gate isolato è la porzione positiva della caratteristica di trasferimento (negativa per un triodo a canale p). Ciò significa che al gate può essere applicata una tensione positiva di un certo valore, che aumenterà la corrente di drain. La famiglia delle caratteristiche di uscita non ha differenze fondamentali rispetto alle caratteristiche di un triodo con giunzione p-n.
Lo strato dielettrico tra il gate e il substrato è molto sottile, quindi i transistor MOS dei primi anni di produzione (ad esempio quelli domestici KP350) erano estremamente sensibili all'elettricità statica. L'alta tensione ha perforato il film sottile, distruggendo il transistor. Nei moderni triodi, vengono prese misure di progettazione per proteggere dalle sovratensioni, quindi praticamente non sono necessarie precauzioni statiche.
Un'altra versione del triodo di gate isolato unipolare è il transistor a canale indotto. Non ha un canale integrato; in assenza di tensione al gate, la corrente dalla sorgente allo scarico non scorrerà. Se viene applicata una tensione positiva al gate, il campo da esso creato "tira" gli elettroni dalla zona n del substrato e crea un canale per il flusso della corrente nella regione prossima alla superficie.Da ciò è chiaro che un tale transistor, a seconda del tipo di canale, è controllato da una tensione di una sola polarità. Questo può essere visto dalle sue caratteristiche di passaggio.
Ci sono anche transistor bi-gate. Si differenziano dai soliti in quanto hanno due porte uguali, ognuna delle quali può essere controllata da un segnale separato, ma il loro effetto sul canale è riassunto. Un tale triodo può essere rappresentato come due normali transistor collegati in serie.
Circuiti di commutazione FET
La portata dei transistor ad effetto di campo è la stessa di bipolare. Sono utilizzati principalmente come elementi di rinforzo. I triodi bipolari, quando utilizzati negli stadi di amplificazione, hanno tre circuiti di commutazione principali:
- con un collezionista comune (seguace dell'emettitore);
- con una base comune;
- con un comune emettitore.
I transistor ad effetto di campo vengono accesi in modi simili.
Schema con uno scarico comune
Schema con uno scarico comune (seguace della fonte), proprio come l'emettitore inseguitore su un triodo bipolare, non fornisce guadagno di tensione, ma presuppone un guadagno di corrente.
Il vantaggio del circuito è l'elevata impedenza di ingresso, ma in alcuni casi è anche uno svantaggio: la cascata diventa sensibile alle interferenze elettromagnetiche. Se necessario, Rin può essere ridotto accendendo la resistenza R3.
Circuito di gate comune
Questo circuito è simile a quello di un transistor bipolare a base comune. Questo circuito fornisce un buon guadagno di tensione, ma nessun guadagno di corrente. Come l'inclusione con una base comune, questa opzione viene utilizzata di rado.
Circuito sorgente comune
Il circuito più comune per l'accensione dei triodi di campo con una sorgente comune.Il suo guadagno dipende dal rapporto tra la resistenza Rc e la resistenza nel circuito di drenaggio (un resistore aggiuntivo può essere installato nel circuito di drenaggio per regolare il guadagno), e dipende anche dalla pendenza delle caratteristiche del transistor.
Inoltre, i transistor ad effetto di campo vengono utilizzati come resistenza controllata. Per fare ciò, il punto di lavoro viene selezionato all'interno della sezione lineare. Secondo questo principio, può essere implementato un partitore di tensione controllato.
E su un triodo a doppia porta in questa modalità, puoi implementare, ad esempio, un mixer per l'apparecchiatura di ricezione: il segnale ricevuto viene inviato a una porta e all'altra - segnale dell'oscillatore locale.
Se accettiamo la teoria secondo cui la storia si sviluppa a spirale, possiamo vedere un modello nello sviluppo dell'elettronica. Allontanandosi dalle lampade a tensione controllata, la tecnologia è passata ai transistor bipolari, che richiedono corrente per essere controllati. La spirale ha fatto un giro completo: ora c'è un predominio di triodi unipolari che, come le lampade, non richiedono il consumo di energia nei circuiti di controllo. Si vedrà dove la curva ciclica porterà ulteriormente. Finora, non c'è alternativa ai transistor ad effetto di campo.
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