สนาม (ขั้วเดียว) ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่มีสามเอาต์พุตและถูกควบคุมโดยนำไปใช้กับอิเล็กโทรดควบคุม (ชัตเตอร์) แรงดันไฟฟ้า. กระแสควบคุมไหลผ่านวงจรแหล่งจ่าย
ความคิดของไตรโอดดังกล่าวเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 100 ปีที่แล้ว แต่เป็นไปได้ที่จะเข้าใกล้การปฏิบัติจริงในช่วงกลางศตวรรษที่ผ่านมาเท่านั้น ในยุค 50 ของศตวรรษที่ผ่านมา แนวคิดของทรานซิสเตอร์แบบ field-effect ได้รับการพัฒนา และในปี 1960 ตัวอย่างการทำงานชิ้นแรกถูกผลิตขึ้น เพื่อให้เข้าใจถึงข้อดีและข้อเสียของไตรโอดประเภทนี้ คุณต้องเข้าใจการออกแบบ
เนื้อหา
อุปกรณ์ FET
ทรานซิสเตอร์แบบ Unipolar แบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ตามอุปกรณ์และเทคโนโลยีการผลิต แม้จะมีหลักการควบคุมที่คล้ายคลึงกัน แต่ก็มีคุณสมบัติการออกแบบที่กำหนดคุณลักษณะ
ไตรโอดแบบขั้วเดียวพร้อมทางแยก p-n
อุปกรณ์ของคนงานภาคสนามนั้นคล้ายกับอุปกรณ์ของคนงานทั่วไป เซมิคอนดักเตอร์ไดโอด และ แตกต่างจากญาติสองขั้ว มีเพียงการเปลี่ยนแปลงเดียว ทรานซิสเตอร์แบบชุมทาง p-n ประกอบด้วยแผ่นตัวนำชนิดหนึ่ง (เช่น n) และบริเวณฝังตัวของเซมิคอนดักเตอร์อีกประเภทหนึ่ง (ในกรณีนี้คือ p)
เลเยอร์ N สร้างช่องสัญญาณที่กระแสไหลระหว่างขั้วต้นทางและปลายทางระบาย หมุดเกทเชื่อมต่อกับพรีภูมิภาค หากแรงดันถูกนำไปใช้กับเกทที่อคติการเปลี่ยนภาพไปในทิศทางตรงกันข้าม โซนทรานซิชันจะขยายตัว ส่วนตัดขวางของช่อง ตรงกันข้าม แคบลง และความต้านทานจะเพิ่มขึ้น โดยการควบคุมแรงดันเกตทำให้สามารถควบคุมกระแสในช่องสัญญาณได้ ทรานซิสเตอร์ สามารถทำได้ด้วยช่องประเภท p จากนั้นเกทจะถูกสร้างขึ้นโดย n-semiconductor
คุณลักษณะอย่างหนึ่งของการออกแบบนี้คือความต้านทานอินพุตขนาดใหญ่มากของทรานซิสเตอร์ กระแสเกทถูกกำหนดโดยความต้านทานของทางแยกเอนเอียงย้อนกลับ และอยู่ที่กระแสคงที่ของหน่วยหรือหลายสิบนาโนแอมแปร์ สำหรับกระแสสลับ ความต้านทานอินพุตถูกกำหนดโดยความจุของจุดเชื่อมต่อ
เกนสเตจที่ประกอบบนทรานซิสเตอร์ดังกล่าว เนื่องจากความต้านทานอินพุตสูง ทำให้การจับคู่กับอุปกรณ์อินพุตง่ายขึ้น นอกจากนี้ ในระหว่างการทำงานของ unipolar triodes จะไม่มีการรวมตัวกันของตัวพาประจุไฟฟ้า ซึ่งจะทำให้เสียงรบกวนความถี่ต่ำลดลง
ในกรณีที่ไม่มีแรงดันอคติ ความกว้างของช่องจะสูงสุด และกระแสที่ไหลผ่านช่องจะสูงสุด การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าทำให้สามารถบรรลุสถานะของช่องสัญญาณได้เมื่อถูกบล็อกอย่างสมบูรณ์ แรงดันไฟฟ้านี้เรียกว่าแรงดันไฟตัด (Uts)
กระแสระบายของ FET ขึ้นอยู่กับทั้งแรงดันประตูสู่แหล่งและแรงดันไฟจากแหล่งจ่าย หากแรงดันไฟฟ้าที่เกตคงที่ โดยเพิ่มขึ้นใน Us กระแสแรกจะเติบโตเกือบเป็นเส้นตรง (ส่วน ab) เมื่อเข้าสู่ความอิ่มตัว แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอีกในทางปฏิบัติจะไม่ทำให้กระแสไฟระบายเพิ่มขึ้น (ส่วน bc) ด้วยการเพิ่มระดับแรงดันบล็อกที่ประตู ความอิ่มตัวจะเกิดขึ้นที่ค่า Idock ที่ต่ำกว่า
รูปแสดงกลุ่มของกระแสไฟระบายกับแรงดันระหว่างแหล่งจ่ายและแรงดันไฟสำหรับแรงดันเกตหลายตัว เป็นที่ชัดเจนว่าเมื่อเราสูงกว่าแรงดันอิ่มตัว กระแสระบายขึ้นอยู่กับแรงดันเกตเท่านั้น
สิ่งนี้แสดงให้เห็นโดยลักษณะการถ่ายโอนของทรานซิสเตอร์แบบขั้วเดียว เมื่อค่าลบของแรงดันเกตเพิ่มขึ้น กระแสระบายจะลดลงเกือบเป็นเส้นตรงจนเป็นศูนย์เมื่อถึงระดับแรงดันไฟตัดที่เกต
ไตรโอดเกทฉนวนไฟฟ้าแบบขั้วเดียว
ทรานซิสเตอร์สนามผลอีกรุ่นหนึ่งมีเกทหุ้มฉนวน ไตรโอดดังกล่าวเรียกว่าทรานซิสเตอร์ TIR (โลหะอิเล็กทริก - เซมิคอนดักเตอร์) การกำหนดต่างประเทศ - MOSFET. ก่อนหน้านี้ใช้ชื่อ MOS (เมทัล-ออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์).
สารตั้งต้นทำจากตัวนำของการนำไฟฟ้าบางประเภท (ในกรณีนี้คือ n) ช่องสัญญาณจะประกอบขึ้นจากสารกึ่งตัวนำที่มีการนำไฟฟ้าประเภทอื่น (ในกรณีนี้คือ p) ประตูถูกแยกออกจากพื้นผิวด้วยชั้นบาง ๆ ของอิเล็กทริก (ออกไซด์) และสามารถส่งผลกระทบต่อช่องผ่านสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นเท่านั้นที่แรงดันเกตลบ สนามที่สร้างขึ้นจะแทนที่อิเล็กตรอนจากบริเวณช่อง เลเยอร์จะหมดลง และความต้านทานของอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน สำหรับทรานซิสเตอร์ p-channel การใช้แรงดันบวกจะทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้นและกระแสไฟลดลง
คุณลักษณะอื่นของทรานซิสเตอร์เกทหุ้มฉนวนคือส่วนบวกของลักษณะการถ่ายโอน (ค่าลบสำหรับไตรโอด p-channel) ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้แรงดันบวกของค่าหนึ่งกับเกทได้ ซึ่งจะเพิ่มกระแสระบายออก ตระกูลของคุณลักษณะเอาท์พุตไม่มีความแตกต่างพื้นฐานจากลักษณะของไตรโอดที่มีทางแยก p-n
ชั้นไดอิเล็กตริกระหว่างเกตและพื้นผิวมีความบางมาก ดังนั้นทรานซิสเตอร์ MOS จากช่วงต้นของการผลิต (เช่น ในประเทศ KP350) มีความไวต่อไฟฟ้าสถิตอย่างยิ่ง ไฟฟ้าแรงสูงเจาะแผ่นฟิล์มบาง ทำลายทรานซิสเตอร์ ในไตรโอดสมัยใหม่ มีการใช้มาตรการการออกแบบเพื่อป้องกันแรงดันไฟเกิน ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้มาตรการป้องกันไฟฟ้าสถิต
อีกรุ่นหนึ่งของเกทไตรโอดหุ้มฉนวน unipolar คือทรานซิสเตอร์ช่องสัญญาณเหนี่ยวนำ ไม่มีช่องสัญญาณในตัวหากไม่มีแรงดันไฟฟ้าที่เกตกระแสจากแหล่งกำเนิดไปยังท่อระบายน้ำจะไม่ไหล หากใช้แรงดันบวกกับเกต สนามที่สร้างขึ้นโดยมัน "ดึง" อิเล็กตรอนจากโซน n ของสารตั้งต้น และสร้างช่องสำหรับกระแสไหลในบริเวณใกล้พื้นผิวจากนี้ไปเป็นที่ชัดเจนว่าทรานซิสเตอร์ดังกล่าวซึ่งขึ้นอยู่กับประเภทของช่องสัญญาณถูกควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้าที่มีขั้วเดียวเท่านั้น สังเกตได้จากลักษณะทางเดิน
นอกจากนี้ยังมีทรานซิสเตอร์แบบไบเกท พวกเขาแตกต่างจากปกติตรงที่มีสองประตูเท่ากัน ซึ่งแต่ละประตูสามารถควบคุมด้วยสัญญาณแยกกัน แต่ผลกระทบต่อช่องสัญญาณจะสรุปรวมไว้ ไตรโอดดังกล่าวสามารถแสดงเป็นทรานซิสเตอร์ธรรมดาสองตัวที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรม
วงจรสวิตชิ่ง FET
ขอบเขตของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามเหมือนกับของ ไบโพลาร์. ส่วนใหญ่จะใช้เป็นองค์ประกอบเสริมแรง ไบโพลาร์ไตรโอด เมื่อใช้ในขั้นตอนการขยายสัญญาณ จะมีวงจรสวิตชิ่งหลักสามวงจร:
- ด้วยนักสะสมทั่วไป (ผู้ติดตามอีซีแอล);
- มีฐานร่วมกัน
- ด้วยอีซีแอลทั่วไป
ทรานซิสเตอร์สนามผลเปิดในลักษณะเดียวกัน
โครงการที่มีการระบายน้ำทั่วไป
โครงการที่มีการระบายน้ำทั่วไป (ผู้ติดตามแหล่งที่มา) เช่นเดียวกับอีซีแอลอีซีแอลบนไบโพลาร์ไตรโอด ไม่ได้ให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่ม แต่ถือว่าได้รับกระแสไฟ
ข้อดีของวงจรคืออิมพีแดนซ์อินพุตสูง แต่ในบางกรณีก็มีข้อเสียเช่นกัน - น้ำตกจะไวต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า หากจำเป็น สามารถลด Rin ได้โดยเปิดตัวต้านทาน R3
วงจรเกททั่วไป
วงจรนี้คล้ายกับวงจรของทรานซิสเตอร์สองขั้วฐานทั่วไป วงจรนี้ให้แรงดันไฟฟ้าที่ดี แต่ไม่มีเกนกระแส เช่นเดียวกับการรวมเข้ากับฐานทั่วไป ตัวเลือกนี้มีการใช้งานไม่บ่อยนัก
วงจรต้นทางร่วม
วงจรที่ใช้บ่อยที่สุดสำหรับการเปิด field triodes กับแหล่งสัญญาณทั่วไปอัตราขยายขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของความต้านทาน Rc ต่อความต้านทานในวงจรระบายน้ำ (สามารถติดตั้งตัวต้านทานเพิ่มเติมในวงจรระบายน้ำเพื่อปรับค่าเกน) และยังขึ้นอยู่กับความชันของลักษณะของทรานซิสเตอร์ด้วย
นอกจากนี้ทรานซิสเตอร์แบบ field-effect ยังใช้เป็นความต้านทานที่ควบคุมได้ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ จุดปฏิบัติการจะถูกเลือกภายในส่วนเชิงเส้น ตามหลักการนี้ สามารถใช้ตัวแบ่งแรงดันควบคุมได้
และในโหมดนี้คุณสามารถใช้เครื่องผสมสำหรับรับอุปกรณ์ได้ในโหมดนี้ - สัญญาณที่ได้รับจะถูกป้อนไปยังเกตหนึ่งและอีกประตูหนึ่ง - สัญญาณออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่น.
หากเรายอมรับทฤษฎีที่ว่าประวัติศาสตร์พัฒนาเป็นวงก้นหอย เราจะเห็นรูปแบบในการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยีได้ย้ายออกจากหลอดไฟควบคุมแรงดันไฟฟ้าไปสู่ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ซึ่งต้องใช้กระแสไฟฟ้าในการควบคุม เกลียวหมุนได้เต็มที่ - ตอนนี้มีการครอบงำของ unipolar triodes ซึ่งไม่ต้องการการใช้พลังงานในวงจรควบคุมเช่นเดียวกับหลอดไฟ จะเห็นได้ว่าเส้นโค้งวัฏจักรจะนำไปสู่จุดใดต่อไป จนถึงตอนนี้ยังไม่มีทางเลือกอื่นนอกจากทรานซิสเตอร์แบบ field-effect
บทความที่คล้ายกัน:
