Польові транзистори

ТЕМА: ПОЛЬОВІ ТРАНЗИСТОРИ

У сучасному світі електроніки важливо розуміти принципи роботи ключових елементів, що використовуються у схемах.  Одним із таких елементів є польові транзистори (ПТ), які застосовуються у пристроях від простих підсилювачів до потужних мікропроцесорів. Розуміння їхньої будови та принципів роботи дозволяє створювати енергоефективні й високошвидкісні схеми.

    Польовий транзистор – це електронний компонент, який працює як керований перемикач або підсилювач струму. В англомовній літературі його називають транзистор типу FET (Field Effect Transistor)

Класифікація

Польові транзистори поділяються на два основних типи:

1. З р-каналом та n-каналом – визначаються типом носіїв заряду (електрони чи дірки).
2. З ізольованим затвором (MOSFET) та з керуючим переходом (JFET)

MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) – це польовий транзистор з ізольованим затвором, який використовує метал-оксид-напівпровідникову структуру для керування струмом через канал. Завдяки високому вхідному опору та низькому споживанню енергії, MOSFET широко застосовується в цифрових мікросхемах, джерелах живлення та підсилювачах сигналу.

JFET (Junction Field-Effect Transistor) – це польовий транзистор із керуючим переходом, у якому струм через канал контролюється напругою на p-n переході між затвором і каналом. JFET має дуже високий вхідний опір, низьке споживання енергії та використовується переважно в аналогових схемах, зокрема у підсилювачах сигналу та фільтрах.

Будова та принцип роботи

ПТ складається з трьох основних електродів:

• Витік (джерело) (S, Source) – точка входу носіїв заряду.
• Затвор (G, Gate) – електрод, що керує струмом у каналі.
• Сток (D, Drain) – точка виходу носіїв заряду.

Керування польовими транзисторами здійснюється напругою на затворі, яка впливає на ширину провідного каналу та, відповідно, на струм між витоком і стоком.

JFET (ПТ із керуючим переходом) 

• При відсутності напруги на затворі (G) канал відкритий, і через нього проходить максимальний струм (ID).
• Якщо на затвор подати негативну напругу (для N-канального JFET), p-n перехід починає створювати збіднене поле, що звужує канал і зменшує струм стоку.
• При досягненні певної напруги канал повністю закривається, і струм припиняється.

У MOSFET (ПТ із ізольованим затвором) канал може бути в режимі збагачення або збіднення:

У режимі збагачення (найпоширеніший) без напруги на затворі струм через канал не проходить.

• При подачі позитивної напруги (для N-канального MOSFET) електрони притягуються до каналу, і струм починає текти.
• Зі збільшенням напруги опір каналу зменшується, і струм стоку зростає.

У режимі збіднення (рідше використовується) канал провідний за замовчуванням, а збільшення напруги на затворі поступово зменшує струм.

Схеми підключення

Як і біполярні транзистори, польові транзистори мають три схеми вмикання:

Основною підсилюючою схемою є схема зі спільним витоком.

1. Зі спільним  (загальним) витоком
2. Зі спільним (загальним) стоком
3. Зі спільним (загальним) затвором

1. Схема з загальним витоком (аналогічна спільному емітеру у BJT) – використовується для підсилення напруги.
2. Схема з загальним стоком (аналогічна спільному колектору у BJT) – використовується як буферний каскад через високий вхідний опір.
3. Схема з загальним затвором – має низький вхідний опір і використовується у високочастотних підсилювачах.

Аналіз схожостей і відмінностей між біполярними та польовими транзисторами

Схожості:

• Обидва типи використовуються для посилення та перемикання сигналів.
• Виготовляються з напівпровідникових матеріалів (кремній, германій).
• Мають три основні електроди.

Відмінності:

Для того, щоб біполярний транзистор відкрився, струм через його базу повинен протікати постійно, у випадку, якщо струм припиняє протікати транзистор закривається, в той час як для польового транзистора потрібен лише маленький імпульс (сигнал), щоб він відкрився і сигналу зворотної полярності, щоб він закрився

Самоперевірка

1. Яка основна відмінність між BJT та FET?

а) Кількість електродів

б) Принцип керування

в) Типи носіїв заряду

г) Відсутність напівпровідникових матеріалів

2. Яка основна перевага FET у порівнянні з BJT?

а) Вищий вхідний опір

б) Вища потужність

в) Нижча швидкодія

г) Залежність від температури

3. Який електрод відповідає за керування у MOSFET?

а) Витік

б) Затвор

в) Стік

г) Колектор

Відео для перегляду:

https://youtu.be/upJLooRCDHE?si=hpqo6gd8R-wWmoHp

Додаткова література:

https://elib.tsatu.edu.ua/dep/enf/etem_1/5/index5.html

https://radiodetali.com.ua/ua/articles/shodinka-vosyma-tranzistori-chastina-druga