مجال (أحادي القطب) الترانزستور هو جهاز له ثلاثة مخرجات ويتم التحكم فيه عن طريق تطبيقه على قطب التحكم (مصراع) الجهد االكهربى. يتدفق التيار المنظم عبر دائرة استنزاف المصدر.
نشأت فكرة هذا الصمام الثلاثي منذ حوالي 100 عام ، ولكن أصبح من الممكن التعامل مع التنفيذ العملي فقط في منتصف القرن الماضي. في الخمسينيات من القرن الماضي ، تم تطوير مفهوم ترانزستور التأثير الميداني ، وفي عام 1960 تم تصنيع أول عينة عمل. لفهم مزايا وعيوب الصمامات الثلاثية من هذا النوع ، تحتاج إلى فهم تصميمها.
محتوى
جهاز FET
تنقسم الترانزستورات أحادية القطب إلى فئتين كبيرتين حسب الجهاز وتكنولوجيا التصنيع. على الرغم من تشابه مبادئ التحكم ، إلا أن لديهم ميزات تصميم تحدد خصائصهم.
الصمام الثلاثي أحادي القطب مع تقاطع pn
جهاز مثل هذا العامل الميداني يشبه الجهاز التقليدي الصمام الثنائي أشباه الموصلات وعلى عكس قريب ثنائي القطب ، يحتوي على انتقال واحد فقط. يتكون ترانزستور الوصلة pn من لوحة من نوع واحد من الموصلات (على سبيل المثال ، n) ومنطقة مضمنة لنوع آخر من أشباه الموصلات (في هذه الحالة ، p).
تشكل الطبقة N قناة يتدفق من خلالها التيار بين طرفي المصدر والصرف. دبوس البوابة متصل بالمنطقة p. إذا تم تطبيق جهد على البوابة التي تحيز الانتقال في الاتجاه المعاكس ، فإن منطقة الانتقال تتوسع ، ويضيق المقطع العرضي للقناة ، وتزداد مقاومته. من خلال التحكم في جهد البوابة ، يمكن التحكم في التيار في القناة. الترانزستور يمكن أيضًا إجراء قناة من النوع p ، ثم يتم تشكيل البوابة بواسطة n-semiconductor.
تتمثل إحدى ميزات هذا التصميم في مقاومة الإدخال الكبيرة جدًا للترانزستور. يتم تحديد تيار البوابة من خلال مقاومة التقاطع المنحاز العكسي ، وهو في تيار ثابت من الوحدات أو عشرات الأمبيرات النانوية. في التيار المتردد ، يتم ضبط مقاومة الإدخال بواسطة سعة الوصلة.
يتم تجميع مراحل الكسب على مثل هذه الترانزستورات ، نظرًا لمقاومة المدخلات العالية ، وتبسيط المطابقة مع أجهزة الإدخال. بالإضافة إلى ذلك ، أثناء تشغيل الصمام الثنائي القطب أحادي القطب ، لا يوجد إعادة تركيب لحاملات الشحن ، وهذا يؤدي إلى انخفاض في ضوضاء التردد المنخفض.
في حالة عدم وجود جهد متحيز ، يكون عرض القناة أكبر ، ويكون التيار عبر القناة كحد أقصى. من خلال زيادة الجهد ، من الممكن تحقيق مثل هذه الحالة للقناة عندما يتم حظرها تمامًا. يسمى هذا الجهد بجهد القطع (Uts).
يعتمد تيار التصريف الخاص بـ FET على كل من جهد البوابة إلى المصدر والجهد من الصرف إلى المصدر. إذا تم إصلاح الجهد عند البوابة ، مع زيادة في Us ، فإن التيار أولاً ينمو بشكل خطي تقريبًا (القسم ab). عند الدخول في التشبع ، لا تؤدي الزيادة الإضافية في الجهد عمليًا إلى زيادة تيار التصريف (القسم قبل الميلاد). مع زيادة مستوى جهد الحجب عند البوابة ، يحدث التشبع عند القيم المنخفضة لـ Idock.
يوضح الشكل عائلة تيار التصريف مقابل الجهد الكهربي بين المصدر والصرف لعدة جهد بوابة. من الواضح أنه عندما يكون جهدنا أعلى من جهد التشبع ، فإن تيار التصريف يعتمد عمليًا فقط على جهد البوابة.
يتضح هذا من خلال خاصية النقل للترانزستور أحادي القطب. مع زيادة القيمة السالبة لجهد البوابة ، ينخفض تيار التصريف بشكل خطي تقريبًا إلى الصفر عندما يتم الوصول إلى مستوى جهد القطع عند البوابة.
صمامات البوابة أحادية القطب المعزولة
نسخة أخرى من ترانزستور تأثير المجال مع بوابة معزولة. تسمى هذه الصمامات الثلاثية الترانزستورات. TIR (معدن-عازل-أشباه موصلات) ، تسمية أجنبية - موسفيت. سابقا كان الاسم مأخوذا موس (معدن - أكسيد أشباه الموصلات).
الركيزة مصنوعة من موصل من نوع معين من الموصلية (في هذه الحالة ، ن) ، وتتكون القناة من أشباه الموصلات من نوع مختلف من الموصلية (في هذه الحالة ، ص). يتم فصل البوابة عن الركيزة بطبقة رقيقة من العازل الكهربائي (أكسيد) ، ويمكن أن تؤثر على القناة فقط من خلال المجال الكهربائي المتولد.عند جهد البوابة السالب ، يزيح المجال المتولد الإلكترونات من منطقة القناة ، وتصبح الطبقة مستنفدة ، وتزداد مقاومتها. بالنسبة للترانزستورات ذات القناة p ، على العكس من ذلك ، يؤدي تطبيق الجهد الموجب إلى زيادة المقاومة وانخفاض التيار.
ميزة أخرى لترانزستور البوابة المعزولة هي الجزء الإيجابي من خاصية النقل (سلبي لقناة p الصمام الثلاثي). هذا يعني أنه يمكن تطبيق جهد موجب بقيمة معينة على البوابة ، مما سيزيد من تيار التصريف. لا تحتوي عائلة خصائص الخرج على اختلافات جوهرية عن خصائص الصمام الثلاثي مع تقاطع pn.
الطبقة العازلة بين البوابة والركيزة رقيقة جدًا ، لذا فإن ترانزستورات MOS من السنوات الأولى للإنتاج (على سبيل المثال ، المحلية KP350) كانت حساسة للغاية للكهرباء الساكنة. اخترق الجهد العالي الطبقة الرقيقة ، ودمر الترانزستور. في الصمامات الثلاثية الحديثة ، يتم اتخاذ تدابير التصميم للحماية من الجهد الزائد ، لذلك لا توجد حاجة عمليًا إلى الاحتياطات الثابتة.
إصدار آخر من الصمام الثلاثي البوابة المعزول أحادي القطب هو ترانزستور القناة المستحث. لا يحتوي على قناة مدمجة ؛ في حالة عدم وجود جهد عند البوابة ، لن يتدفق التيار من المصدر إلى الصرف. إذا تم تطبيق جهد موجب على البوابة ، فإن الحقل الذي تم إنشاؤه بواسطته "يسحب" الإلكترونات من المنطقة n من الركيزة ، ويخلق قناة لتدفق التيار في المنطقة القريبة من السطح.من هذا يتضح أن مثل هذا الترانزستور ، اعتمادًا على نوع القناة ، يتم التحكم فيه بواسطة جهد قطبي واحد فقط. يمكن ملاحظة ذلك من خصائص مروره.
هناك أيضًا ترانزستورات ثنائية البوابة. وهي تختلف عن تلك المعتادة من حيث أن لديهم بوابتين متساويتين ، يمكن التحكم في كل منهما بواسطة إشارة منفصلة ، ولكن يتم تلخيص تأثيرها على القناة. يمكن تمثيل هذا الصمام الثلاثي كترانزستورين عاديين متصلين في سلسلة.
دوائر تبديل FET
نطاق تأثير المجال الترانزستورات هو نفسه من ثنائي القطب. تستخدم بشكل أساسي كعناصر تقوية. الصمام الثنائي القطب ، عند استخدامه في مراحل التضخيم ، له ثلاث دوائر تبديل رئيسية:
- مع جامع مشترك (المتابع الباعث);
- مع قاعدة مشتركة
- مع باعث مشترك.
يتم تشغيل الترانزستورات ذات التأثير الميداني بطرق مماثلة.
مخطط مع استنزاف مشترك
مخطط مع استنزاف مشترك (تابع المصدر) ، تمامًا مثل تابع الباعث في الصمام الثلاثي ثنائي القطب ، لا يوفر كسبًا للجهد ، ولكنه يفترض الكسب الحالي.
تتمثل ميزة الدائرة في مقاومة المدخلات العالية ، ولكنها في بعض الحالات تكون أيضًا عيبًا - حيث تصبح السلسلة حساسة للتداخل الكهرومغناطيسي. إذا لزم الأمر ، يمكن تقليل Rin عن طريق تشغيل المقاوم R3.
دائرة البوابة المشتركة
تشبه هذه الدائرة تلك الموجودة في الترانزستور ثنائي القطب ذي القاعدة المشتركة. تعطي هذه الدائرة ربحًا جيدًا للجهد ، ولكن لا يوجد مكسب حالي. مثل التضمين مع قاعدة مشتركة ، يتم استخدام هذا الخيار بشكل غير متكرر.
دارة المصدر المشترك
الدائرة الأكثر شيوعًا لتشغيل الصمامات الثلاثية ذات المصدر المشترك.يعتمد كسبه على نسبة المقاومة Rc إلى المقاومة في دائرة التصريف (يمكن تركيب مقاوم إضافي في دائرة التصريف لضبط الكسب) ، ويعتمد أيضًا على شدة انحدار خصائص الترانزستور.
أيضًا ، تُستخدم الترانزستورات ذات التأثير الميداني كمقاومة خاضعة للرقابة. للقيام بذلك ، يتم تحديد نقطة التشغيل داخل المقطع الخطي. وفقًا لهذا المبدأ ، يمكن تنفيذ مقسم جهد متحكم فيه.
وعلى الصمام الثلاثي ذي البوابة المزدوجة في هذا الوضع ، يمكنك تنفيذ ، على سبيل المثال ، جهاز مزج لجهاز الاستقبال - يتم تغذية الإشارة المستقبلة إلى بوابة واحدة ، وإلى الأخرى - إشارة مذبذب محلي.
إذا قبلنا النظرية القائلة بأن التاريخ يتطور في دوامة ، يمكننا أن نرى نمطًا في تطور الإلكترونيات. بالابتعاد عن المصابيح التي يتم التحكم فيها بالجهد ، انتقلت التكنولوجيا إلى الترانزستورات ثنائية القطب ، والتي تتطلب تيارًا للتحكم. لقد أحدث اللولب منعطفًا كاملاً - الآن هناك هيمنة للثلاثي القطب أحادي القطب ، والذي ، مثل المصابيح ، لا يتطلب استهلاك الطاقة في دوائر التحكم. سيتبين إلى أين سيقود المنحنى الدوري إلى أبعد من ذلك. حتى الآن ، لا يوجد بديل للترانزستورات ذات التأثير الميداني.
مقالات مماثلة:
