Champ (unipolaire) un transistor est un dispositif qui a trois sorties et est commandé par appliqué à l'électrode de commande (obturateur) tension. Le courant régulé circule dans le circuit source-drain.
L'idée d'une telle triode est née il y a environ 100 ans, mais il n'est devenu possible d'aborder la mise en œuvre pratique qu'au milieu du siècle dernier. Dans les années 50 du siècle dernier, le concept d'un transistor à effet de champ a été développé et en 1960, le premier échantillon de travail a été fabriqué. Pour comprendre les avantages et les inconvénients des triodes de ce type, vous devez comprendre leur conception.
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Dispositif FET
Les transistors unipolaires sont divisés en deux grandes classes selon le dispositif et la technologie de fabrication. Malgré la similitude des principes de contrôle, ils ont des caractéristiques de conception qui déterminent leurs caractéristiques.
Triodes unipolaires avec jonction pn
L'appareil d'un tel travailleur de terrain est similaire à l'appareil d'un diode à semi-conducteur et, contrairement au relatif bipolaire, ne contient qu'une seule transition. Un transistor à jonction p-n se compose d'une plaque d'un type de conducteur (par exemple, n) et d'une région intégrée d'un autre type de semi-conducteur (dans ce cas, p).
La couche N forme un canal à travers lequel le courant circule entre les bornes de source et de drain. La broche de grille est connectée à la région p. Si une tension est appliquée à la grille qui polarise la transition dans le sens opposé, la zone de transition se dilate, la section du canal, au contraire, se rétrécit et sa résistance augmente. En contrôlant la tension de grille, le courant dans le canal peut être contrôlé. Transistor peut également être réalisée avec un canal de type p, alors la grille est formée par un semi-conducteur n.
L'une des caractéristiques de cette conception est la très grande résistance d'entrée du transistor. Le courant de grille est déterminé par la résistance de la jonction polarisée en inverse et est à un courant constant d'unités ou de dizaines de nanoampères. En courant alternatif, la résistance d'entrée est définie par la capacité de jonction.
Les étages de gain assemblés sur de tels transistors, en raison de la résistance d'entrée élevée, simplifient l'adaptation avec les dispositifs d'entrée. De plus, lors du fonctionnement des triodes unipolaires, il n'y a pas de recombinaison des porteurs de charge, ce qui entraîne une diminution du bruit basse fréquence.
En l'absence de tension de polarisation, la largeur du canal est la plus grande et le courant traversant le canal est maximal. En augmentant la tension, il est possible d'atteindre un tel état du canal lorsqu'il est complètement bloqué. Cette tension est appelée tension de coupure (Uts).
Le courant de drain d'un FET dépend à la fois de la tension grille-source et de la tension drain-source. Si la tension à la grille est fixe, avec une augmentation de Us, le courant croît d'abord presque linéairement (section ab). En entrant en saturation, une nouvelle augmentation de tension ne provoque pratiquement pas d'augmentation du courant de drain (section bc). Avec une augmentation du niveau de tension de blocage à la grille, la saturation se produit à des valeurs inférieures d'Idock.
La figure montre une famille de courant de drain en fonction de la tension entre la source et le drain pour plusieurs tensions de grille. Il est évident que lorsque Us est supérieure à la tension de saturation, le courant de drain ne dépend pratiquement que de la tension de grille.
Ceci est illustré par la caractéristique de transfert d'un transistor unipolaire. Lorsque la valeur négative de la tension de grille augmente, le courant de drain chute presque linéairement jusqu'à zéro lorsque le niveau de tension de coupure est atteint au niveau de la grille.
Triodes de porte isolées unipolaires
Une autre version du transistor à effet de champ est à grille isolée. De telles triodes sont appelées transistors. RIT (métal-diélectrique-semi-conducteur), désignation étrangère - MOSFET. Auparavant, le nom était pris MOS (métal-oxyde-semi-conducteur).
Le substrat est constitué d'un conducteur d'un certain type de conductivité (ici, n), le canal est formé par un semi-conducteur d'un autre type de conductivité (ici, p). La grille est séparée du substrat par une fine couche de diélectrique (oxyde) et ne peut affecter le canal qu'à travers le champ électrique généré.À une tension de grille négative, le champ généré déplace les électrons de la région du canal, la couche s'appauvrit et sa résistance augmente. Pour les transistors à canal p, au contraire, l'application d'une tension positive entraîne une augmentation de la résistance et une diminution du courant.
Une autre caractéristique du transistor à grille isolée est la partie positive de la caractéristique de transfert (négative pour une triode à canal p). Cela signifie qu'une tension positive d'une certaine valeur peut être appliquée à la grille, ce qui augmentera le courant de drain. La famille des caractéristiques de sortie ne présente aucune différence fondamentale par rapport aux caractéristiques d'une triode avec une jonction p-n.
La couche diélectrique entre la grille et le substrat est très fine, de sorte que les transistors MOS des premières années de production (par exemple, domestiques KP350) étaient extrêmement sensibles à l'électricité statique. La haute tension a percé le film mince, détruisant le transistor. Dans les triodes modernes, des mesures de conception sont prises pour se protéger contre les surtensions, de sorte que les précautions statiques ne sont pratiquement pas nécessaires.
Une autre version de la triode à grille isolée unipolaire est le transistor à canal induit. Il n'a pas de canal intégré; en l'absence de tension à la grille, le courant de la source au drain ne circulera pas. Si une tension positive est appliquée à la grille, le champ créé par celle-ci "tire" les électrons de la zone n du substrat et crée un canal permettant au courant de circuler dans la région proche de la surface.Il en ressort qu'un tel transistor, selon le type de canal, est commandé par une tension d'une seule polarité. Cela peut être vu à partir de ses caractéristiques de passage.
Il existe également des transistors bi-gate. Ils diffèrent des habituels en ce qu'ils ont deux portes égales, chacune pouvant être contrôlée par un signal séparé, mais leur effet sur le canal est résumé. Une telle triode peut être représentée comme deux transistors ordinaires connectés en série.
Circuits de commutation FET
La portée des transistors à effet de champ est la même que celle des bipolaire. Ils sont principalement utilisés comme éléments de renforcement. Les triodes bipolaires, lorsqu'elles sont utilisées dans des étages d'amplification, ont trois circuits de commutation principaux :
- avec un collecteur commun (émetteur suiveur);
- avec une base commune ;
- avec un émetteur commun.
Les transistors à effet de champ sont activés de manière similaire.
Schéma avec évacuation commune
Schéma avec évacuation commune (source suiveur), tout comme l'émetteur suiveur sur une triode bipolaire, ne fournit pas de gain de tension, mais suppose un gain de courant.
L'avantage du circuit est l'impédance d'entrée élevée, mais dans certains cas, c'est aussi un inconvénient - la cascade devient sensible aux interférences électromagnétiques. Si nécessaire, Rin peut être réduit en allumant la résistance R3.
Circuit de porte commun
Ce circuit est similaire à celui d'un transistor bipolaire à base commune. Ce circuit donne un bon gain de tension, mais pas de gain de courant. Comme l'inclusion avec une base commune, cette option est peu utilisée.
Circuit source commun
Le circuit le plus courant pour allumer des triodes de champ avec une source commune.Son gain dépend du rapport de la résistance Rc à la résistance dans le circuit de drain (une résistance supplémentaire peut être installée dans le circuit de drain pour régler le gain), et dépend également de la pente des caractéristiques du transistor.
De plus, des transistors à effet de champ sont utilisés comme résistance contrôlée. Pour ce faire, le point de fonctionnement est sélectionné dans la section linéaire. Selon ce principe, un diviseur de tension commandé peut être mis en oeuvre.
Et sur une triode à double porte dans ce mode, vous pouvez implémenter, par exemple, un mélangeur pour l'équipement de réception - le signal reçu est envoyé à une porte et à l'autre - signal d'oscillateur local.
Si nous acceptons la théorie selon laquelle l'histoire se développe en spirale, nous pouvons voir un modèle dans le développement de l'électronique. S'éloignant des lampes à tension contrôlée, la technologie est passée aux transistors bipolaires, qui nécessitent du courant pour être contrôlés. La spirale a fait un tour complet - il y a maintenant une prédominance de triodes unipolaires qui, comme les lampes, ne nécessitent pas de consommation d'énergie dans les circuits de commande. On verra où la courbe cyclique mènera plus loin. Jusqu'à présent, il n'y a pas d'alternative aux transistors à effet de champ.
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