UnipolÄrnÅ tranzistory JFET. DělenÅ unipolärnåch tranzistorů. (Junction Field Effect Tranzistor)

Transkript

1 UnipolÄrnÅ tranzistory Na rozdäl od bipolårnäch tranzistorů, u kteréch řäzené proud prochåzä dvěma polovodičovémi přechody a ovlådajä se båzovém proudem (čämž zatěžujä budäcä obvod näzkém vstupnäm odporem), u unipolårnäch tranzistorů řäzené proud prochåzä jen polovodičem jednoho typu, majä tedy velmi malç Ébytek napětå v sepnutöm stavu a ovlådajä se pouze napětäm, majä tedy velmi velkç vstupnå odpor (rådově MΩ). UnipolÄrnÅ tranzistory jsou řäzenâ elektrickém polem FET (Field Effect Tranzistor), kterém regulujä velikost proudu prochåzejäcäho vodivém kanålem polovodiče typu N nebo P. DělenÅ unipolärnåch tranzistorů JFET MOSFET s vodivçm kanälem MOSFET s indukovançm kanälem MESFET s přechodem kov-polovodič PoužitÅ unipolärnåch tranzistorů JFET (Junction Field Effect Tranzistor)

2 Tranzistor je tvořen zåkladnä destičkou polovodiče jednoho typu (napřäklad N), na kterâ je ze dvou stran vytvořena bråna (hradlo) z polovodiče opačnâho typu (P). BrÅnou prochåzä kanål, kterém protâkå proud. ŘÄdÄcÄ elektroda označovanå G (Gate) je připojena k oběma polovinåm bråny. VÉvody vodivâho kanålu jsou označovåny S a D (Source - zdroj, Drain - odtok). Pokud na řädäcä elektrodu nenä přivedeno napětä, kolem přechodu vznikne vypråzdněnå oblast, kterå omezuje průchozä vodivé kanål a definuje velikost protâkajäcäho proudu.

3 PřivedenÄm napětä na řädäcä elektrodu v zåpornâ polaritě se zvětšä vypråzdněnå oblast na åkor vodivâho kanålu a tak se zmenšä velikost proudu protâkajäcäho kanålem. Protože elektroda D må vůči řädäcä elektrodě opačnâ napětä, je na tâto straně vypråzdněnå oblast většä a vodivé kanål užšä. Při zvyšovånä napětä mezi S a D u vodivâho kanålu se tato jednostrannå deformace zvětšuje. PřenosovÄ a vçstupnå charakteristika tranzistoru JFET Při nulovâm napětä na řädäcä elektrodě UGS je véstupnä proud ID největšä, se zvyšujäcäm se řädäcäm napětäm (do zåpornéch hodnot) kleså k nule. Pro danâ napětä řädäcä elektrody UGS při zvyšujäcäm se napětä UDS proud ID zpočåtku prudce

4 roste, ale vlivem nerovnoměrně se zužujäcäho kanålu (vypråzdněnå oblast u vévodu D se zvětšuje) růst proudu zpomaluje, až dojde k nasycenä kanålu a proud už se neměnä. Simulace obvodu zobrazujäcäho přenosovou charakteristiku tranzistoru Simulace obvodu zobrazujäcäho véstupnä charakteristiku tranzistoru MOSFET s vodivçm kanälem (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Tranzistor) Tranzistor je tvořen zåkladnä destičkou polovodiče jednoho typu (napřäklad P) s näzkou koncentracä přäměsä, do kterâ jsou vytvořeny dvě elektrody druhâho typu (N+), tvořenâ velkou koncentracä přäměsä a mezi nimi je vytvořen åzké kanål stejnâho typu (N) s näzkou koncentracä přäměsä. Na destičce je oxidacä vytvořena nevodivå vrstva, na näž je napařena hlinäkovå vodivå elektroda G. Protože je řädäcä elektroda izolovåna, vstupnå odpor tranzistoru je obrovskç ( Ω).

5 Důležitâ je pamatovat si, že izolačnä vrstva pod řädäcä elektrodou je velmi tenkä a prorazä ji napětä už od několika desätek voltů, takže při pråci s těmito tranzistory je zapotřebä zabrånit vzniku statickö elektřiny. Tranzistory se dodåvajä se zkratovanémi vévody a pracuje se na vodivâ uzemněnâ podložce. Pokud na řädäcä elektrodu nenä přivedeno napětä, kolem přechodu vznikne vypråzdněnå oblast, kterå omezuje průchozä vodivé kanål a definuje velikost proudu protâkajäcäho mezi elektrodami S a D. PřivedenÄm napětä na řädäcä elektrodu v zåpornâ polaritě způsobä tzv. ochuzovacå režim kanälu - elektrickâ pole vytvořenâ pod izolovanou řädäcä elektrodou odpuzuje z vodivâho kanålu elektrony a

6 důsledek zmenšenä proudu vodivém kanålem. vytlačuje je do zåkladnä destičky. To må za PřivedenÄm napětä na řädäcä elektrodu v kladnâ polaritě způsobä tzv. obohacovacå režim kanälu - elektrickâ pole vytvořenâ pod izolovanou řädäcä elektrodou vytrhåvå elektrony ze zåkladnä destičky a obohacuje množstvä nosičů ve vodivâm kanåle. To må za důsledek zvětšenä proudu vodivém kanålem. PřenosovÄ a vçstupnå charakteristika tranzistoru MOSFET s vodivçm kanälem

7 Při nulovâm napětä na řädäcä elektrodě je véstupnä proud dané množstväm zbévajäcäch volnéch nosičů ve vodivâm kanålu. Při rostoucäm kladnâm napětä řädäcä elektrody je množstvä nosičů vodivâho kanålu obohacovåno, s rostoucäm zåporném napětäm naopak ochuzovåno. Pro danâ napětä řädäcä elektrody UGS při zvyšujäcäm se napětä UDS proud ID zpočåtku prudce roste, ale vlivem nerovnoměrně se zužujäcäho kanålu (vypråzdněnå oblast u vévodu D se zvětšuje) růst proudu zpomaluje, až dojde k nasycenä kanålu a proud už se neměnä. Simulace obvodu zobrazujäcäho přenosovou charakteristiku tranzistoru Simulace obvodu zobrazujäcäho véstupnä charakteristiku tranzistoru MOSFET s indukovançm kanälem (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Tranzistor)

8 Proti předchozämu typu je jediné rozdäl a to, že chybä åzké kanål s näzkou koncentracä přäměsä mezi elektrodami S a D, takže nejsou propojeny. Tranzistor se často použävå jako rychlé spänač napřäklad pro řäzenä motorů. Při vypänånä vznikajä na cävkåch motorů napěťovâ špičky, kterâ by mohly tranzistor zničit, proto je často přämo v pouzdře tranzistoru zabudovanå rychlå ochrannå dioda, kterå přepětä eliminuje. Pokud na řädäcä elektrodu nenä přivedeno napětä, kolem přechodu vznikne

9 vypråzdněnå oblast u vévodu D zvětšenå napětäm v zåvěrnâm směru a neprotâkå žådné proud. PřivedenÄm napětä na řädäcä elektrodu v kladnâ polaritě dojde k vytrhåvånä elektronů ze zåkladnä destičky, což způsobä vznik tzv. inverznä vrstvy, kterå obsahuje dostatek volnéch elektronů na vedenä proudu mezi elektrodami S a D PřenosovÄ a vçstupnå charakteristika tranzistoru MOSFET s indukovançm kanälem Při nulovâm napětä na řädäcä elektrodě je véstupnä proud nulové. Při rostoucäm kladnâm napětä řädäcä elektrody přibévå množstvä nosičů vytrhåvanéch ze zåkladnä destičky a protâkå většä proud.

10 Pro danâ napětä řädäcä elektrody UGS při zvyšujäcäm se napětä UDS proud ID zpočåtku prudce roste, ale vlivem zvětšovånä vypråzdněnâ oblasti u vévodu D se růst proudu zpomaluje, až dojde k nasycenä kanålu a proud už se neměnä. Simulace obvodu zobrazujäcäho přenosovou charakteristiku tranzistoru Simulace obvodu zobrazujäcäho véstupnä charakteristiku tranzistoru

11

12 MESFET s přechodem kov-polovodič (MEtal Schottky Field Effect Tranzistor) Tento tranzistor využävå usměrňujäcä přechod kov-polovodič, které je (podobně jako Schottkyho dioda) schopen pracovat na velmi vysokéch frekvencäch (desätky GHz). PrincipiÅlně pracuje stejně jako JFET a må i stejnou značku. JFET 2SK30 Idss = 0,0065 A Uds = 50 V Ugs = 5 V Pd = 0,1 W MOSFET-VK BSP129 Idss = 0,35 A Uds = 240 V Ugs = 20 V Pd = 1,8 W Rds = 20 Ohm MOSFET-IK BS107 Idss = 0,25 A Uds = 200 V Ugs = 1,3 V Pd = 0,35 W Rds = 28 Ohm MOSFET-IK BUZ11 Idss = 33 A Uds = 50 V Ugs = 20 V Pd = 90 W Rds = 0,04 Ohm PoužitÅ unipolärnåch tranzistorů MOSFET tranzistor s indukovançm kanälem jako spånač Simulace obvodu s MOSFET tranzistorem s indukovaném kanålem jako spänačem

13 MOSFET tranzistor s indukovançm kanälem jako regulätor Simulace obvodu s MOSFET tranzistorem s indukovaném kanålem jako regulåtorem MOSFET tranzistor s vodivçm kanälem jako zesilovač Simulace obvodu s MOSFET tranzistorem s vodivém kanålem jako zesilovačem