Unipolární tranzistory – základní principy činnosti
- Unipolární tranzistor je polovodičová součástka řízená elektrickým polem, která využívá vlivu příčného elektrického pole na průchod proudu polovodičem.
- Příčné pole, které vzniká připojením řídícího napětí na řídící elektrodu zvanou hradlo G (gate-brána), rozšiřuje nebo zužuje vodivou dráhu v polovodiči, tzv. kanál mezi hlavními elektrodami, tj. editorem E (S-source-zřídlo) a kolektorem C (D-drain-odtok).
Podle způsobu připojení hradla k polovodiči dělíme tranzistory FE do dvou skupin:
- S hradlem odděleným PN přechodem
- S hradlem odděleným izolační vrstvou
Tranzistor s hradlem odděleným přechodem PN
- Podstatou je polovodičová destička typu P nebo N.
- V případě typu N jsou na ní vytvořeny přechody PN. Střední oblast N tvoří kanál, ze kterého jsou vyvedeny dvě elektrody (E a C).
- Po připojení napětí UCE kladnou svorkou na C prochází kanálem pracovní proud IC.
- Z oblasti P jsou vyvedena hradla G a připojena na záporný pól zdroje UGE. Na kladný pól tohoto zdroje je připojen E.
- Zvětšuje-li se záporné předpětí hradel, rozšiřují se oblasti obou přechodů PN, vodivý kanál se zužuje a proud IC se zmenšuje.
- Zúžení kanálu není po celé jeho délce stejné, neboť ze strany C, který je připojen na kladnou svorku zdroje UCE, je závěrné napětí na přechodech větší než ze strany E.
- Společným působením obou napětíE a UCE se vodivý kanál ve směru od E ke C zužuje.
- Závěrným napětím na hradlech lze zúžit efektivní průřez kanálu až na nulu, tj. ze strany kolektoru jej zcela uzavřít. Kanálem se pak uzavírá pouze závěrný proud tvořený minoritními nosiči.
Tranzistor s hradlem odděleným izolační vrstvou
- Z polovodičových součástejk typu MIS (metal-insulator-semiconductor) je nejběžnější tranzistor s hradlem odděleným oxidem křemičitým. MOS ( metal-oxide-semiconductor)
Rozdělení tranzistorů :
- Tranzistor MOS s indukovaným kanálem
- Tranzistor MO v vodivým kanálem
Tranzistor MOS s indukovaným kanálem
- Je tvořen základní polovodičovou destičkou slabě dotovanou příměsí, tj. o velkém odporu.
- Na destičce např. typu N jsou zhotoveny dvě oblasti s opačným druhem vodivosti P, ze kterých jsou vyvedeny C a E.
- Hradlo G je od základní destičky odděleno vrstvou SiO2.
- Izolační vrstvička tvoří dielektrikum kondenzátoru, jehož elektrodami jsou hradlo a polovodičová destička, která je obvykle svorkou S připojena na E.
- Po připojení napětí UGE zápornou svorkou na hradlo a kladnou na E, indukuje se pod vrstvou oxidu na základní destičce kladný náboj, který mění její vodivost z typu N na P. Od tzv. prahového napětí UGE=UT vzniká mezi C a E indukovaný kanál, který vodivě spojuje obě elektrody. Po připojení napětí UCE mezi C a E uzavírá se kanálem proud IC, jehož velikost závisí na napětí UCE i UGE.
a) UCE< (UGE – UT)
v oblasti malých napětí UCE vzniká mezi C a E lineární vodivý kanál a IC aw zvětšuje v závisloti na napětí UCE.
b) UCE ≤ ( UGE – UT)
se zvětšujícím se napětím UCE se zmenšuje intenzita elektrického pole směrem ke kolektoru, a rpto se zmenšuje v tomto směru I hloubka kanálu. Při napětí UCE = (UGE-UT) je u kolektoru intenzita eletktrického pole nulíová, kanál je nasycen a uzavírá se.
c) UCE > (UGE – UT)
Při dalším zvětšování napětí UCE opět vzniká u C elektrické pole, ale opačného smyslu než u E. Kanál zůstává nasycen a bod nasycení se posunuje směrem k E, takže vodivá délka kanálu se zmenšuje, Proud mezi C a E vzniká pohybem kladných majoritních nosičů, které jsou urychlovány silným elektrickým polem mezi C a E. Tranzistor pracuje v oblasti nasycení.
Tranzistor MOS a vodivým kanálem
( tranzistor s automatickým otevřením)
- Dociluje se toho přídavnou difuzí polovodičové vrstvičky stejné vodivosti, jako má C a E, což umožňuje vznik kolektorového proudu IC i při nulovém napětí hradlo UGE.
- Je-li hradlo připojeno na zápornou svorku zdroje UGE a E na kladnou, jsou vlastnosti tranzistoru MOS s vodivým kanálem stejné jako s indukovaným kanálem.
- Zvětšování napětí UGE vede k růstu proudu IC.
- Tranzistor pracuje s obohacováním kanálu.
- V případě obrácené polarity napětí, kdy je hradlo připojeno na kladný pól zdroje UGE, indukuje kladný náboj na hradle v polovodiči inverzní záporný náboj, který mění vodivost kanálu z typu P na N. Kanál se zužuje směrem ke C a proud IC lesá.
- Tranzistor pracuje s ochuzováním kanálu.
Základní zapojení tranzistorů FE