Полевые транзисторы

Ассортимент категории Полевые транзисторы

Полевые транзисторы: устройство, принцип и режимы работы, типы, схемы включения

Полевыми транзисторами называются полупроводниковые радиокомпоненты, которые используются для усиления электрического сигнала. В цифровых устройствах схемы на основе этих транзисторов выполняют функции ключей, управляющих переключениями логических элементов. В последнем случае применение полевых транзисторов очень выгодные с точки зрения миниатюризации аппаратуры. Это обусловлено тем, что для управления этими радиокомпонентами нужны небольшие мощности, в результате чего на одном кристалле полупроводниковой микросхемы можно размещать десятки тысяч транзисторов.

Полупроводниковым сырьем для изготовления полевых транзисторов является следующие материалы:

• карбид кремния
• арсенид галлия;
• нитрид галлия;
• фосфид индия.

Устройство и принцип работы полевого транзистора.

Полевые транзисторы состоят из трех элементов - истока, стока и затвора. Функции первых двух очевидны и заключаются соответственно в генерировании и приеме носителей электрического заряда, то есть электронов или дырок. Назначение затвора заключается в управлении током, протекающим через полевой транзистор. Таким образом, мы получаем классический триод с катодом, анодом и управляющим электродом.

В момент подачи напряжения на затвор, возникает электрическое поле, изменяющее ширину p-n переходов и влияет на величину тока, протекающего от истока к стоку. При отсутствии управляющего напряжения ничто не препятствует потоку носителей заряда. С повышением управляющего напряжения каналом, по которому движутся электроны или дырки, сужается, а при достижении какого-то порогового значения совсем перекрывается, и транзистор входит в так называемый режим отсечки. Именно это свойство полевых транзисторов и позволяет использовать их как ключи.

Усилительные свойства радиокомпонента обусловлены тем, что мощный электрический ток, протекающий от истока к стоку, повторяет динамику напряжения, прикладывается к затвору. Другими словами, с выхода усилителя снимается такой же по форме сигнал, как на управляющем электроде, только гораздо большей мощности.

Распространенные типы полевых транзисторов.

В это время в радиоаппаратуре применяются полевые транзисторы двух основных типов - с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором. Опишем подробнее каждую модификацию.

1. Управляющий p-n переход.
Эти полевые транзисторы являют собой удлиненный полупроводниковый кристалл, противоположные концы которого с металлическими выводами играют роль стока и истока. Функцию затвора выполняет небольшая зона с обратной проводимостью, внедрена в центральную часть кристалла. Так же как сток и исток, затвор комплектуется металлическими выводами.

Электронно-дырочный p-n переход в таких полевых транзисторах получил название управляющего, поскольку непосредственно изменяет мощность потока носителей заряда, представляет собой физическую преграду для электронов или дырок (в зависимости от типа проводимости основного кристалла).

2. Изолированный затвор.
Конструкция этих полевых транзисторов отличается от описанных выше с управляющим p-n переходом. Здесь полупроводниковый кристалл играет роль подложки, в которую на некотором расстоянии друг от друга внедрили две зоны с обратной проводимостью. Это исток и сток соответственно. Функцию затвора выполняет металлический вывод, который отделяется от кристалла слоем диэлектрика и, таким образом, электрически с ним не контактирует.

Так как в конструкции этих полевых транзисторов используются три типа материалов - металл, диэлектрик и полупроводник - данные радиокомпоненты часто называют МДП транзисторами. В элементах, которые формируются в кремниевых микросхемах планарно-эпитаксиальнми методами, в качестве диэлектрического слоя используется оксид кремния, в связи с чем буква «Д» в аббревиатуре заменяется на «О», и такие компоненты получают название МОП транзисторов.

Существует два вида этих полевых транзисторов - с индуцированным и встроенным каналом. В первых физический канал отсутствует и возникает только в результате воздействия электрического поля от затвора на подложку. Во-вторых, канал между истоком и стоком физически встроенный в подложку, и напряжение на затворе требуется не для формирования канала, а только для управления его характеристиками.

Схемотехнические преимущества полевых транзисторов с изолированным затвором перед транзисторами с управляющим p-n переходом заключается в большем входном сопротивлении. Это расширяет возможности применения данных компонентов. Например, они используются в высокоточных устройствах и другой аппаратуре, критичной к электрическим режимам.

В силу конструктивных особенностей МОН транзисторы очень чувствительны к внешним электрическим полям. Это заставляет соблюдать особые меры предосторожности при работе с этими радиодеталями. В частности, в процессе пайки необходимо использовать паяльную станцию ​​с заземлением, а, кроме того, заземляться должен и работник, выполняющий пайку. Даже маломощное статическое электричество способно повредить полевой транзистор.

Схемы включения полевых транзисторов.

В зависимости от того, каким образом полевой транзистор включается в усилительный каскад, существует три схемы - с общим истоком, с общим стоком и с общим затвором. Способы различаются тем, на какие электроды подаются питающие напряжения, и к которым контактам присоединяются источник сигнала и нагрузку.

• Схема с общим истоком используется чаще всего, потому, что именно в этом случае достигается максимальное усиление входного сигнала.
• Способ включения полевого транзистора с общим стоком используется, главным образом, в устройствах согласования, поскольку усиление здесь небольшой, но входной и выходной сигналы совпадают по фазе.
• И, наконец, схема с общим затвором находит применение, в основном, в высокочастотных усилителях. Полоса пропускания при таком включении полевого транзистора гораздо шире, чем при других схемах.