Campo (unipolar) um transistor é um dispositivo que possui três saídas e é controlado por aplicado ao eletrodo de controle (obturador) Voltagem. A corrente regulada flui através do circuito fonte-dreno.
A ideia de tal triodo surgiu há cerca de 100 anos, mas tornou-se possível abordar a implementação prática apenas em meados do século passado. Nos anos 50 do século passado, o conceito de transistor de efeito de campo foi desenvolvido e, em 1960, a primeira amostra de trabalho foi fabricada. Para entender as vantagens e desvantagens dos triodes desse tipo, você precisa entender seu design.
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Dispositivo FET
Os transistores unipolares são divididos em duas grandes classes de acordo com o dispositivo e a tecnologia de fabricação. Apesar da semelhança dos princípios de controle, eles possuem características de projeto que determinam suas características.
Triodos unipolares com junção p-n
O dispositivo de tal trabalhador de campo é semelhante ao dispositivo de um convencional diodo semicondutor e, ao contrário do relativo bipolar, contém apenas uma transição. Um transistor de junção p-n consiste em uma placa de um tipo de condutor (por exemplo, n) e uma região embutida de outro tipo de semicondutor (neste caso, p).
A camada N forma um canal através do qual a corrente flui entre os terminais de fonte e dreno. O pino da porta está conectado à região p. Se uma tensão for aplicada à porta que polariza a transição na direção oposta, a zona de transição se expande, a seção transversal do canal, ao contrário, se estreita e sua resistência aumenta. Ao controlar a tensão da porta, a corrente no canal pode ser controlada. Transistor também pode ser realizado com um canal tipo p, então a porta é formada por um n-semicondutor.
Uma das características deste projeto é a resistência de entrada muito grande do transistor. A corrente de porta é determinada pela resistência da junção com polarização reversa e está em uma corrente constante de unidades ou dezenas de nanoampères. Em corrente alternada, a resistência de entrada é definida pela capacitância de junção.
Os estágios de ganho montados em tais transistores, devido à alta resistência de entrada, simplificam a correspondência com os dispositivos de entrada. Além disso, durante a operação de triodos unipolares, não há recombinação de portadores de carga, e isso leva a uma diminuição do ruído de baixa frequência.
Na ausência de uma tensão de polarização, a largura do canal é maior e a corrente através do canal é máxima. Ao aumentar a tensão, é possível atingir esse estado do canal quando ele está completamente bloqueado. Essa tensão é chamada de tensão de corte (Uts).
A corrente de dreno de um FET depende tanto da tensão porta-fonte quanto da tensão dreno-fonte. Se a tensão na porta for fixa, com um aumento em Us, a corrente primeiro cresce quase linearmente (seção ab). Ao entrar na saturação, um aumento adicional na tensão praticamente não causa um aumento na corrente de dreno (seção bc). Com um aumento no nível de tensão de bloqueio no portão, a saturação ocorre em valores mais baixos de Idock.
A figura mostra uma família de corrente de dreno versus tensão entre fonte e dreno para várias tensões de porta. É óbvio que quando Us é maior que a tensão de saturação, a corrente de dreno depende praticamente apenas da tensão da porta.
Isso é ilustrado pela característica de transferência de um transistor unipolar. À medida que o valor negativo da tensão da porta aumenta, a corrente de dreno cai quase linearmente até zero quando o nível de tensão de corte é atingido na porta.
Triodos de portão isolados unipolares
Outra versão do transistor de efeito de campo é com uma porta isolada. Esses triodos são chamados de transistores. TIR (metal-dielétrico-semicondutor), designação estrangeira - MOSFET. Anteriormente, o nome foi tomado MOS (metal-óxido-semicondutor).
O substrato é feito de um condutor de um certo tipo de condutividade (neste caso, n), o canal é formado por um semicondutor de um tipo diferente de condutividade (neste caso, p). A porta é separada do substrato por uma fina camada de dielétrico (óxido), e pode afetar o canal apenas através do campo elétrico gerado.Em uma tensão de porta negativa, o campo gerado desloca elétrons da região do canal, a camada fica esgotada e sua resistência aumenta. Para transistores de canal p, pelo contrário, a aplicação de uma tensão positiva leva a um aumento na resistência e a uma diminuição na corrente.
Outra característica do transistor de porta isolada é a porção positiva da característica de transferência (negativa para um triodo de canal p). Isso significa que uma tensão positiva de um determinado valor pode ser aplicada à porta, o que aumentará a corrente de dreno. A família de características de saída não tem diferenças fundamentais das características de um triodo com uma junção p-n.
A camada dielétrica entre a porta e o substrato é muito fina, então os transistores MOS dos primeiros anos de produção (por exemplo, KP350) eram extremamente sensíveis à eletricidade estática. A alta tensão perfurou o filme fino, destruindo o transistor. Nos triodos modernos, as medidas de projeto são tomadas para proteger contra sobretensão, de modo que as precauções estáticas praticamente não são necessárias.
Outra versão do triodo de porta isolada unipolar é o transistor de canal induzido. Não possui canal embutido; na ausência de tensão na porta, a corrente da fonte para o dreno não fluirá. Se uma tensão positiva for aplicada à porta, o campo criado por ela “puxará” elétrons da zona n do substrato e criará um canal para a corrente fluir na região próxima à superfície.A partir disso, fica claro que esse transistor, dependendo do tipo de canal, é controlado por uma tensão de apenas uma polaridade. Isso pode ser visto a partir de suas características de passagem.
Existem também transistores de porta dupla. Eles diferem dos usuais por terem duas portas iguais, cada uma das quais pode ser controlada por um sinal separado, mas seu efeito no canal é resumido. Tal triodo pode ser representado como dois transistores comuns conectados em série.
Circuitos de comutação FET
O escopo dos transistores de efeito de campo é o mesmo do bipolar. Eles são usados principalmente como elementos de reforço. Triodos bipolares, quando usados em estágios de amplificação, possuem três circuitos principais de comutação:
- com um coletor comum (seguidor de emissor);
- com base comum;
- com um emissor comum.
Os transistores de efeito de campo são ligados de maneiras semelhantes.
Esquema com um dreno comum
Esquema com um dreno comum (seguidor de origem), assim como o seguidor de emissor em um triodo bipolar, não fornece ganho de tensão, mas assume ganho de corrente.
A vantagem do circuito é a alta impedância de entrada, mas em alguns casos também é uma desvantagem - a cascata se torna sensível à interferência eletromagnética. Se necessário, Rin pode ser reduzido ligando o resistor R3.
Circuito de porta comum
Este circuito é semelhante ao de um transistor bipolar de base comum. Este circuito dá um bom ganho de tensão, mas nenhum ganho de corrente. Assim como a inclusão com base comum, essa opção é usada com pouca frequência.
Circuito fonte comum
O circuito mais comum para ligar triodos de campo com uma fonte comum.Seu ganho depende da razão entre a resistência Rc e a resistência no circuito de dreno (um resistor adicional pode ser instalado no circuito de drenagem para ajustar o ganho), e também depende da inclinação das características do transistor.
Além disso, transistores de efeito de campo são usados como uma resistência controlada. Para fazer isso, o ponto de operação é selecionado dentro da seção linear. De acordo com este princípio, um divisor de tensão controlado pode ser implementado.
E em um triodo de porta dupla neste modo, você pode implementar, por exemplo, um mixer para receber equipamentos - o sinal recebido é alimentado para um portão e para o outro - sinal do oscilador local.
Se aceitarmos a teoria de que a história se desenvolve em espiral, podemos ver um padrão no desenvolvimento da eletrônica. Afastando-se das lâmpadas controladas por tensão, a tecnologia passou para os transistores bipolares, que exigem corrente para controlar. A espiral deu uma volta completa - agora há um domínio de triodos unipolares, que, como as lâmpadas, não requerem consumo de energia nos circuitos de controle. Será visto onde a curva cíclica levará mais adiante. Até agora, não há alternativa aos transistores de efeito de campo.
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