Đồng ruộng (đơn cực) bóng bán dẫn là một thiết bị có ba đầu ra và được điều khiển bằng cách áp vào điện cực điều khiển (màn trập) Vôn. Dòng điện điều tiết chạy qua mạch tiêu nguồn.
Ý tưởng về một chiếc triode như vậy đã nảy sinh cách đây khoảng 100 năm, nhưng nó mới có thể được triển khai thực tế chỉ vào giữa thế kỷ trước. Vào những năm 50 của thế kỷ trước, khái niệm về bóng bán dẫn hiệu ứng trường đã được phát triển, và vào năm 1960, mẫu làm việc đầu tiên đã được sản xuất. Để hiểu những ưu điểm và nhược điểm của loại triodes này, bạn cần hiểu thiết kế của chúng.
Nội dung
FET thiết bị
Bóng bán dẫn đơn cực được chia thành hai loại lớn tùy theo thiết bị và công nghệ sản xuất. Mặc dù có sự giống nhau về các nguyên tắc điều khiển, chúng có các đặc điểm thiết kế xác định các đặc tính của chúng.
Triodes đơn cực với đường giao nhau p-n
Thiết bị của một công nhân hiện trường tương tự như thiết bị của một điốt bán dẫn và, không giống như tương đối lưỡng cực, chỉ chứa một chuyển tiếp. Bóng bán dẫn tiếp giáp p-n bao gồm một bản của một loại dây dẫn (ví dụ, n) và một vùng nhúng của một loại bán dẫn khác (trong trường hợp này là p).
Lớp N tạo thành một kênh mà dòng điện chạy qua giữa các đầu nối nguồn và đầu cuối cống. Chân cổng được kết nối với vùng p. Nếu một điện áp được đặt vào cổng làm lệch quá trình chuyển đổi theo hướng ngược lại, thì vùng chuyển tiếp sẽ mở rộng, ngược lại, tiết diện kênh thu hẹp và điện trở của nó tăng lên. Bằng cách kiểm soát điện áp cổng, dòng điện trong kênh có thể được kiểm soát. Bóng bán dẫn cũng có thể được thực hiện với một kênh loại p, sau đó cổng được hình thành bởi một chất bán dẫn n.
Một trong những đặc điểm của thiết kế này là điện trở đầu vào của bóng bán dẫn rất lớn. Dòng điện cổng được xác định bởi điện trở của điểm nối phân cực ngược và ở dòng điện không đổi đơn vị hoặc hàng chục nanoampe. Trên dòng điện xoay chiều, điện trở đầu vào được thiết lập bởi điện dung đường giao nhau.
Đạt được các giai đoạn được lắp ráp trên các bóng bán dẫn như vậy, do điện trở đầu vào cao, đơn giản hóa việc kết hợp với các thiết bị đầu vào. Ngoài ra, trong quá trình hoạt động của triodes đơn cực, không có sự kết hợp lại của các hạt mang điện, và điều này dẫn đến việc giảm tiếng ồn tần số thấp.
Trong trường hợp không có điện áp phân cực, độ rộng kênh là lớn nhất và dòng điện qua kênh là cực đại. Bằng cách tăng điện áp, có thể đạt được trạng thái như vậy của kênh khi nó bị chặn hoàn toàn. Điện áp này được gọi là điện áp cắt (Uts).
Dòng xả của FET phụ thuộc vào cả điện áp cổng vào nguồn và điện áp xả vào nguồn. Nếu điện áp tại cổng là cố định, với sự tăng lên của Us, thì dòng điện đầu tiên phát triển gần như tuyến tính (phần ab). Khi bước vào trạng thái bão hòa, việc tăng thêm điện áp trên thực tế không gây ra sự gia tăng dòng thoát (phần bc). Với sự gia tăng mức điện áp chặn ở cổng, sự bão hòa xảy ra ở các giá trị thấp hơn của Idock.
Hình bên cho thấy một họ dòng xả so với điện áp giữa nguồn và cống đối với một số điện áp cổng. Rõ ràng là khi Us cao hơn điện áp bão hòa, dòng tiêu thực tế chỉ phụ thuộc vào điện áp cổng.
Điều này được minh họa bằng đặc tính truyền của bóng bán dẫn đơn cực. Khi giá trị âm của điện áp cổng tăng lên, dòng xả giảm gần như tuyến tính xuống 0 khi đạt đến mức điện áp cắt tại cổng.
Điốt cổng cách điện đơn cực
Một phiên bản khác của bóng bán dẫn hiệu ứng trường có cổng cách điện. Các triode như vậy được gọi là bóng bán dẫn. TIR (kim loại-điện môi-bán dẫn), ký hiệu nước ngoài - MOSFET. Trước đây tên đã được sử dụng MOS (kim loại-oxit-bán dẫn).
Chất nền được làm bằng chất dẫn điện của một loại độ dẫn điện nhất định (trong trường hợp này là n), kênh được hình thành bởi chất bán dẫn có loại độ dẫn điện khác (trong trường hợp này là p). Cổng được ngăn cách với chất nền bởi một lớp điện môi (oxit) mỏng và có thể ảnh hưởng đến kênh chỉ thông qua điện trường được tạo ra.Ở điện áp cổng âm, trường được tạo ra sẽ dịch chuyển các điện tử khỏi vùng kênh, lớp này trở nên cạn kiệt và điện trở của nó tăng lên. Đối với bóng bán dẫn kênh p, ngược lại, việc sử dụng điện áp dương dẫn đến tăng điện trở và giảm dòng điện.
Một tính năng khác của bóng bán dẫn cổng cách điện là phần dương của đặc tính truyền (âm đối với triode kênh p). Điều này có nghĩa là một điện áp dương có giá trị nhất định có thể được áp dụng cho cổng, điều này sẽ làm tăng dòng thoát. Họ các đặc tính đầu ra không có sự khác biệt cơ bản nào so với các đặc tính của một triode có tiếp giáp p-n.
Lớp điện môi giữa cổng và chất nền rất mỏng, vì vậy các bóng bán dẫn MOS từ những năm đầu sản xuất (ví dụ, trong nước KP350) cực kỳ nhạy cảm với tĩnh điện. Điện áp cao xuyên qua màng mỏng, phá hủy bóng bán dẫn. Trong các triode hiện đại, các biện pháp thiết kế được thực hiện để bảo vệ chống quá áp, do đó, các biện pháp phòng ngừa tĩnh điện trên thực tế là không cần thiết.
Một phiên bản khác của triode cổng cách điện đơn cực là bóng bán dẫn kênh cảm ứng. Nó không có kênh tích hợp, trong trường hợp không có điện áp ở cổng, dòng điện từ nguồn đến cống sẽ không chạy. Nếu một điện áp dương được đặt vào cổng, thì trường do nó tạo ra sẽ "kéo" các điện tử từ vùng n của chất nền và tạo ra một kênh cho dòng điện chạy trong vùng gần bề mặt.Từ đó rõ ràng là một bóng bán dẫn như vậy, tùy thuộc vào loại kênh, được điều khiển bởi một điện áp chỉ có một cực tính. Điều này có thể được nhìn thấy từ đặc điểm đoạn văn của nó.
Ngoài ra còn có bóng bán dẫn hai cổng. Chúng khác với các cổng thông thường ở chỗ chúng có hai cổng bằng nhau, mỗi cổng có thể được điều khiển bởi một tín hiệu riêng biệt, nhưng ảnh hưởng của chúng trên kênh được tổng hợp lại. Một triode như vậy có thể được biểu diễn như hai bóng bán dẫn thông thường mắc nối tiếp.
Các mạch chuyển đổi FET
Phạm vi của bóng bán dẫn hiệu ứng trường giống như phạm vi của bóng bán dẫn lưỡng cực. Chúng chủ yếu được sử dụng như các yếu tố gia cố. Các triode lưỡng cực, khi được sử dụng trong các giai đoạn khuếch đại, có ba mạch chuyển mạch chính:
- với một nhà sưu tập chung (người theo dõi emitter);
- với một cơ sở chung;
- với một bộ phát chung.
Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường được bật theo những cách tương tự.
Đề án với một cống chung
Đề án với một cống chung (người theo dõi nguồn), giống như bộ theo bộ phát trên triode lưỡng cực, không cung cấp độ lợi điện áp, nhưng giả định độ lợi dòng điện.
Ưu điểm của mạch là trở kháng đầu vào cao, nhưng trong một số trường hợp, nó cũng là nhược điểm - mạch phân tầng trở nên nhạy cảm với nhiễu điện từ. Nếu cần, có thể giảm Rin bằng cách bật điện trở R3.
Mạch cổng chung
Mạch này tương tự như mạch của bóng bán dẫn lưỡng cực cơ bản thông thường. Mạch này cho độ lợi điện áp tốt, nhưng không có độ lợi dòng điện. Giống như bao gồm với một cơ sở chung, tùy chọn này không thường xuyên được sử dụng.
Mạch nguồn chung
Mạch phổ biến nhất để chuyển đổi triodes trường với một nguồn chung.Độ lợi của nó phụ thuộc vào tỷ số của điện trở Rc với điện trở trong mạch cống (một điện trở bổ sung có thể được lắp đặt trong mạch xả để điều chỉnh độ lợi), và cũng phụ thuộc vào độ dốc của các đặc tính của bóng bán dẫn.
Ngoài ra, các bóng bán dẫn hiệu ứng trường được sử dụng như một điện trở có kiểm soát. Để làm điều này, điểm hoạt động được chọn trong phần tuyến tính. Theo nguyên tắc này, một bộ phân áp có điều khiển có thể được thực hiện.
Và trên triode cổng đôi ở chế độ này, bạn có thể triển khai, chẳng hạn như bộ trộn cho thiết bị nhận - tín hiệu nhận được được đưa đến một cổng và đến cổng kia - tín hiệu dao động cục bộ.
Nếu chúng ta chấp nhận lý thuyết cho rằng lịch sử phát triển theo hình xoắn ốc, chúng ta có thể thấy một khuôn mẫu trong sự phát triển của điện tử. Không còn dùng đèn điều khiển bằng điện áp, công nghệ đã chuyển sang dùng các bóng bán dẫn lưỡng cực, đòi hỏi dòng điện để điều khiển. Vòng xoắn đã hoàn thành - hiện nay có sự thống trị của các triode đơn cực, giống như đèn, không yêu cầu tiêu thụ điện năng trong các mạch điều khiển. Nó sẽ được nhìn thấy nơi mà đường cong tuần hoàn sẽ dẫn xa hơn. Cho đến nay, không có giải pháp thay thế cho các bóng bán dẫn hiệu ứng trường.
Các bài tương tự:
