Campo (unipolar) un transistor es un dispositivo que tiene tres salidas y es controlado por aplicado al electrodo de control (obturador) Voltaje. La corriente regulada fluye a través del circuito fuente-drenador.
La idea de tal triodo surgió hace unos 100 años, pero fue posible abordar la implementación práctica solo a mediados del siglo pasado. En los años 50 del siglo pasado, se desarrolló el concepto de transistor de efecto de campo y en 1960 se fabricó la primera muestra de trabajo. Para comprender las ventajas y desventajas de los triodos de este tipo, debe comprender su diseño.
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dispositivo FET
Los transistores unipolares se dividen en dos grandes clases según el dispositivo y la tecnología de fabricación. A pesar de la similitud de los principios de control, tienen características de diseño que determinan sus características.
Triodos unipolares con unión p-n
El dispositivo de tal trabajador de campo es similar al dispositivo de un convencional diodo semiconductor y, a diferencia del pariente bipolar, contiene solo una transición. Un transistor de unión p-n consta de una placa de un tipo de conductor (por ejemplo, n) y una región incrustada de otro tipo de semiconductor (en este caso, p).
La capa N forma un canal a través del cual fluye la corriente entre la fuente y los terminales de drenaje. El pin de la puerta está conectado a la región p. Si se aplica un voltaje a la puerta que polariza la transición en la dirección opuesta, entonces la zona de transición se expande, la sección transversal del canal, por el contrario, se estrecha y su resistencia aumenta. Al controlar el voltaje de la puerta, se puede controlar la corriente en el canal. Transistor También se puede realizar con un canal tipo p, entonces la puerta está formada por un semiconductor n.
Una de las características de este diseño es la gran resistencia de entrada del transistor. La corriente de la compuerta está determinada por la resistencia de la unión polarizada inversamente y tiene una corriente constante de unidades o decenas de nanoamperios. En corriente alterna, la resistencia de entrada se establece mediante la capacitancia de la unión.
Las etapas de ganancia ensambladas en dichos transistores, debido a la alta resistencia de entrada, simplifican la combinación con los dispositivos de entrada. Además, durante el funcionamiento de los triodos unipolares, no hay recombinación de portadores de carga, lo que conduce a una disminución del ruido de baja frecuencia.
En ausencia de un voltaje de polarización, el ancho del canal es mayor y la corriente a través del canal es máxima. Al aumentar el voltaje, es posible lograr tal estado del canal cuando está completamente bloqueado. Este voltaje se denomina voltaje de corte (Uts).
La corriente de drenaje de un FET depende tanto del voltaje de puerta a fuente como del voltaje de drenaje a fuente. Si el voltaje en la puerta es fijo, con un aumento de Us, la corriente primero crece casi linealmente (sección ab). Al entrar en saturación, un nuevo aumento de tensión prácticamente no provoca un aumento de la corriente de drenaje (sección bc). Con un aumento en el nivel de voltaje de bloqueo en la puerta, la saturación ocurre en valores más bajos de Idock.
La figura muestra una familia de corriente de drenaje frente a voltaje entre la fuente y el drenaje para varios voltajes de puerta. Es obvio que cuando Us es mayor que el voltaje de saturación, la corriente de drenaje depende prácticamente solo del voltaje de puerta.
Esto se ilustra con la característica de transferencia de un transistor unipolar. A medida que aumenta el valor negativo del voltaje de puerta, la corriente de drenaje cae casi linealmente hasta cero cuando se alcanza el nivel de voltaje de corte en la puerta.
Triodos de puerta aislados unipolares
Otra versión del transistor de efecto de campo tiene una puerta aislada. Tales triodos se llaman transistores. TIR (metal-dieléctrico-semiconductor), denominación extranjera - MOSFET. Anteriormente se tomó el nombre MOS (metal-óxido-semiconductor).
El sustrato está formado por un conductor de cierto tipo de conductividad (en este caso, n), el canal está formado por un semiconductor de otro tipo de conductividad (en este caso, p). La puerta está separada del sustrato por una fina capa de dieléctrico (óxido) y puede afectar al canal solo a través del campo eléctrico generado.Con un voltaje de puerta negativo, el campo generado desplaza electrones de la región del canal, la capa se agota y su resistencia aumenta. Para los transistores de canal p, por el contrario, la aplicación de un voltaje positivo conduce a un aumento de la resistencia y una disminución de la corriente.
Otra característica del transistor de puerta aislada es la parte positiva de la característica de transferencia (negativa para un triodo de canal p). Esto significa que se puede aplicar un voltaje positivo de cierto valor a la puerta, lo que aumentará la corriente de drenaje. La familia de características de salida no tiene diferencias fundamentales con las características de un triodo con una unión p-n.
La capa dieléctrica entre la puerta y el sustrato es muy delgada, por lo que los transistores MOS de los primeros años de producción (por ejemplo, domésticos) KP350) eran extremadamente sensibles a la electricidad estática. El alto voltaje perforó la película delgada y destruyó el transistor. En los triodos modernos, se toman medidas de diseño para proteger contra sobretensiones, por lo que prácticamente no se necesitan precauciones estáticas.
Otra versión del triodo de puerta aislada unipolar es el transistor de canal inducido. No tiene un canal incorporado; en ausencia de voltaje en la puerta, la corriente de la fuente al drenaje no fluirá. Si se aplica un voltaje positivo a la puerta, entonces el campo creado por ella "jala" electrones de la zona n del sustrato y crea un canal para que la corriente fluya en la región cercana a la superficie.De esto queda claro que dicho transistor, según el tipo de canal, está controlado por un voltaje de una sola polaridad. Esto se puede ver en sus características de paso.
También hay transistores de puerta grande. Se diferencian de los habituales en que tienen dos puertas iguales, cada una de las cuales puede ser controlada por una señal separada, pero su efecto en el canal se resume. Tal triodo se puede representar como dos transistores ordinarios conectados en serie.
Circuitos de conmutación FET
El alcance de los transistores de efecto de campo es el mismo que el de bipolar. Se utilizan principalmente como elementos de refuerzo. Los triodos bipolares, cuando se utilizan en etapas amplificadoras, tienen tres circuitos de conmutación principales:
- con un colector común (seguidor de emisor);
- con una base común;
- con un emisor común.
Los transistores de efecto de campo se encienden de manera similar.
Esquema con un desagüe común
Esquema con un desagüe común (seguidor fuente), al igual que el seguidor de emisor en un triodo bipolar, no proporciona ganancia de voltaje, pero asume ganancia de corriente.
La ventaja del circuito es la alta impedancia de entrada, pero en algunos casos también es una desventaja: la cascada se vuelve sensible a la interferencia electromagnética. Si es necesario, Rin puede reducirse encendiendo la resistencia R3.
Circuito de puerta común
Este circuito es similar al de un transistor bipolar de base común. Este circuito da una buena ganancia de voltaje, pero ninguna ganancia de corriente. Al igual que la inclusión con una base común, esta opción se usa con poca frecuencia.
Circuito fuente común
El circuito más común para encender triodos de campo con una fuente común.Su ganancia depende de la relación entre la resistencia Rc y la resistencia en el circuito de drenaje (se puede instalar una resistencia adicional en el circuito de drenaje para ajustar la ganancia), y también depende de la inclinación de las características del transistor.
Además, los transistores de efecto de campo se utilizan como resistencia controlada. Para ello, se selecciona el punto de trabajo dentro del tramo lineal. De acuerdo con este principio, se puede implementar un divisor de voltaje controlado.
Y en un triodo de puerta doble en este modo, puede implementar, por ejemplo, un mezclador para recibir equipos: la señal recibida se envía a una puerta y a la otra. señal del oscilador local.
Si aceptamos la teoría de que la historia se desarrolla en espiral, podemos ver un patrón en el desarrollo de la electrónica. Alejándose de las lámparas controladas por voltaje, la tecnología ha pasado a los transistores bipolares, que requieren corriente para controlarse. La espiral ha dado un giro completo: ahora predominan los triodos unipolares que, como las lámparas, no requieren consumo de energía en los circuitos de control. Se verá hacia dónde conducirá más la curva cíclica. Hasta el momento, no hay alternativa a los transistores de efecto de campo.
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