Unipol€rn• tranzistory
Na rozd€l od bipol•rn€ch tranzistorů, u kterƒch ř€zenƒ proud proch•z€ dvěma polovodičovƒmi přechody a ovl•daj€ se b•zovƒm proudem (č€mž zatěžuj€ bud€c€ obvod n€zkƒm vstupn€m odporem), u unipol•rn€ch tranzistorů ř€zenƒ proud proch•z€ jen polovodičem jednoho typu, maj€ tedy velmi mal‚ ƒbytek napět• v sepnut…m stavu a ovl•daj€ se pouze napět€m, maj€ tedy velmi velk‚ vstupn• odpor (r•dově MΩ). Unipol€rn• tranzistory jsou ř€zen‰ elektrickƒm polem FET (Field Effect Tranzistor), kterƒm reguluj€ velikost proudu proch•zej€c€ho vodivƒm kan•lem polovodiče typu N nebo P.
Dělen• unipol€rn•ch tranzistorů JFET MOSFET s vodiv‚m kan€lem MOSFET s indukovan‚m kan€lem MESFET s přechodem kov-polovodič Použit• unipol€rn•ch tranzistorů
JFET (Junction Field Effect Tranzistor)
Tranzistor je tvořen z•kladn€ destičkou polovodiče jednoho typu (např€klad N), na kter‰ je ze dvou stran vytvořena br•na (hradlo) z polovodiče opačn‰ho typu (P). Br•nou proch•z€ kan•l, kterƒm prot‰k• proud. Ř€d€c€ elektroda označovan• G (Gate) je připojena k oběma polovin•m br•ny. Vƒvody vodiv‰ho kan•lu jsou označov•ny S a D (Source - zdroj, Drain - odtok). Pokud na ř€d€c€ elektrodu nen€ přivedeno napět€,
kolem
vypr•zdněn•
přechodu
oblast,
kter•
vznikne omezuje
průchoz€ vodivƒ kan•l a definuje velikost prot‰kaj€c€ho proudu.
Přiveden€m napět€ na ř€d€c€ elektrodu v z•porn‰ polaritě se zvětš€ vypr•zdněn• oblast na Œkor vodiv‰ho kan•lu a tak se zmenš€
velikost
proudu
prot‰kaj€c€ho
kan•lem. Protože elektroda D m• vůči ř€d€c€ elektrodě opačn‰ napět€, je na t‰to straně vypr•zdněn• oblast větš€ a vodivƒ kan•l užš€. Při zvyšov•n€ napět€ mezi S a D u vodiv‰ho kan•lu se tato jednostrann• deformace zvětšuje.
Přenosov€ a v‚stupn• charakteristika tranzistoru JFET Při nulov‰m napět€ na ř€d€c€ elektrodě UGS je vƒstupn€
proud
největš€,
ID se
zvyšuj€c€m se ř€d€c€m napět€m
(do
z•pornƒch
hodnot)
kles• k nule.
Pro dan‰ napět€ ř€d€c€ elektrody
UGS
při
zvyšuj€c€m se napět€ UDS zpoč•tku
proud
ID prudce
roste,
ale
vlivem
nerovnoměrně
se
zužuj€c€ho
kan•lu
(vypr•zdněn•
oblast
u
vƒvodu
D
se
zvětšuje) růst proudu zpomaluje, až dojde k nasycen€ kan•lu a proud už se neměn€.
Simulace obvodu zobrazuj€c€ho přenosovou charakteristiku tranzistoru Simulace obvodu zobrazuj€c€ho vƒstupn€ charakteristiku tranzistoru
MOSFET s vodiv‚m kan€lem (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Tranzistor) Tranzistor je tvořen z•kladn€
destičkou
polovodiče
jednoho
typu (např€klad P) s n€zkou
koncentrac€
př€měs€, do kter‰ jsou vytvořeny
dvě
elektrody typu
druh‰ho
(N+),
velkou
tvořen‰
koncentrac€
př€měs€ a mezi nimi je vytvořen Œzkƒ kan•l stejn‰ho typu (N) s n€zkou
koncentrac€
př€měs€. Na destičce je oxidac€ vytvořena nevodiv• vrstva, na n€ž
elektroda G. Protože je ř€d€c€ elektroda (10 13-10 17Ω).
izolov•na, vstupn• odpor
tranzistoru je
obrovsk‚
je
napařena
hlin€kov•
vodiv•
Důležit‰ je pamatovat si, že izolačn€ vrstva pod ř€d€c€ elektrodou je velmi tenk€ a proraz€ ji napět€ už od několika des€tek voltů, takže při pr•ci s těmito tranzistory je zapotřeb€ zabr•nit vzniku statick… elektřiny. Tranzistory se dod•vaj€ se zkratovanƒmi vƒvody a pracuje se na vodiv‰ uzemněn‰ podložce.
Pokud
na
ř€d€c€ elektrodu nen€ přivedeno napět€, kolem přechodu vznikne
vypr•zdněn• oblast, kter• omezuje průchoz€ vodivƒ kan•l a definuje velikost proudu prot‰kaj€c€ho mezi elektrodami S a D.
Přiveden€m napět€
na
ř€d€c€ elektrodu v z•porn‰ polaritě způsob€ tzv. ochuzovac• režim kan€lu
-
elektrick‰ pole vytvořen‰ pod izolovanou ř€d€c€ elektrodou odpuzuje z vodiv‰ho kan•lu elektrony a
vytlačuje je do z•kladn€ destičky. To m•
za
důsledek zmenšen€ proudu vodivƒm kan•lem.
Přiveden€m napět€
na
ř€d€c€ elektrodu v kladn‰ polaritě způsob€ tzv.
obohacovac• režim kan€lu - elektrick‰ pole vytvořen‰ pod izolovanou ř€d€c€ elektrodou vytrh•v• elektrony ze z•kladn€ destičky a obohacuje množstv€ nosičů ve vodiv‰m kan•le. To m• za důsledek zvětšen€ proudu vodivƒm kan•lem.
Přenosov€ a v‚stupn• charakteristika tranzistoru MOSFET s vodiv‚m kan€lem
Při nulov‰m napět€ na ř€d€c€ elektrodě je vƒstupn€ proud danƒ množstv€m zbƒvaj€c€ch volnƒch nosičů ve vodiv‰m kan•lu. Při rostouc€m kladn‰m napět€ ř€d€c€ elektrody je množstv€ nosičů vodiv‰ho kan•lu obohacov•no, s rostouc€m z•pornƒm napět€m naopak ochuzov•no.
Pro dan‰ napět€ ř€d€c€ elektrody
UGS
při
zvyšuj€c€m se napět€ UDS
proud
zpoč•tku roste,
ID prudce
ale
vlivem
nerovnoměrně
se
zužuj€c€ho
kan•lu
(vypr•zdněn•
oblast
u
vƒvodu
D
se
zvětšuje) růst proudu zpomaluje, až dojde k nasycen€ kan•lu a proud už se neměn€.
Simulace obvodu zobrazuj€c€ho přenosovou charakteristiku tranzistoru Simulace obvodu zobrazuj€c€ho vƒstupn€ charakteristiku tranzistoru
MOSFET s indukovan‚m kan€lem (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Tranzistor)
Proti
předchoz€mu
typu je jedinƒ rozd€l a to,
že
kan•l
chyb€ s
koncentrac€
Œzkƒ n€zkou
př€měs€
mezi elektrodami S a D,
takže
nejsou
propojeny.
Tranzistor se často použ€v• jako rychlƒ sp€nač např€klad pro ř€zen€ motorů. Při vyp€n•n€ vznikaj€ na c€vk•ch motorů napěťov‰ špičky, kter‰ by mohly tranzistor zničit, proto je často př€mo v pouzdře tranzistoru zabudovan• rychl• ochrann• dioda, kter• přepět€ eliminuje.
Pokud ř€d€c€ elektrodu nen€ přivedeno napět€, kolem přechodu vznikne
na
vypr•zdněn• oblast u vƒvodu D zvětšen• napět€m v z•věrn‰m směru a neprot‰k• ž•dnƒ proud. Přiveden€m napět€
na
ř€d€c€ elektrodu v kladn‰ polaritě dojde
k
vytrh•v•n€ elektronů ze z•kladn€ destičky, což způsob€ vznik
tzv.
inverzn€ vrstvy, kter• obsahuje dostatek volnƒch elektronů na
veden€
proudu mezi elektrodami SaD
Přenosov€ a v‚stupn• charakteristika tranzistoru MOSFET s indukovan‚m kan€lem Při
nulov‰m
napět€
na
ř€d€c€
elektrodě je vƒstupn€ proud nulovƒ. Při rostouc€m kladn‰m napět€ ř€d€c€ elektrody přibƒv• množstv€ nosičů vytrh•vanƒch ze z•kladn€ destičky a prot‰k• větš€ proud.
Pro dan‰ napět€ ř€d€c€ elektrody
UGS
při
zvyšuj€c€m se napět€ UDS
proud
zpoč•tku roste,
ID prudce
ale
vlivem
zvětšov•n€ vypr•zdněn‰ oblasti u vƒvodu
D
se
růst
proudu zpomaluje, až dojde
k
nasycen€
kan•lu a proud už se neměn€.
Simulace obvodu zobrazuj€c€ho přenosovou charakteristiku tranzistoru Simulace obvodu zobrazuj€c€ho vƒstupn€ charakteristiku tranzistoru
MESFET s přechodem kov-polovodič (MEtal Schottky Field Effect Tranzistor) Tento tranzistor využ€v• usměrňuj€c€ přechod kov-polovodič, kterƒ je (podobně jako Schottkyho dioda) schopen pracovat na velmi vysokƒch frekvenc€ch (des€tky GHz). Principi•lně pracuje stejně jako JFET a m• 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
Použit• unipol€rn•ch tranzistorů MOSFET tranzistor s indukovan‚m kan€lem jako sp•nač
Simulace obvodu s MOSFET tranzistorem s indukovanƒm kan•lem jako sp€načem
MOSFET tranzistor s indukovan‚m kan€lem jako regul€tor
Simulace obvodu s MOSFET tranzistorem s indukovanƒm kan•lem jako regul•torem
MOSFET tranzistor s vodiv‚m kan€lem jako zesilovač
Simulace obvodu s MOSFET tranzistorem s vodivƒm kan•lem jako zesilovačem
