Tranzistor pole je elektronické zařízení, které hraje důležitou roli v moderní elektronice. Jedná se o polovodičový prvek, jehož hlavním principem práce je řídit tok elektronů a děr. Na rozdíl od bipolárních tranzistorů hrají hlavní roli elektrická pole v tranzistoru pole, nikoli elektrický proud.
Základem tranzistoru pole je kanál, který slouží k přenosu elektronů a děr. Kanál má tři zóny-zdroj, odtok a závěrku. Zdroj je zdrojem elektronů a odtok je místem, kam elektrony směřují. Závěrka řídí tok elektronů v kanálu vytvořením elektrického pole.
Když je do závěrky tranzistoru přiváděno napětí, je kanál vystaven elektrickému poli, které brání nebo usnadňuje pohyb elektronů. Podmíněně lze říci, že kladné napětí na závěrce odsouvá elektrony od kanálu, čímž se snižuje jeho vodivost, zatímco záporné napětí činí elektrony dostupnějšími pro pohyb a zvyšuje vodivost kanálu.
Historie vynálezu tranzistoru v terénu
Nápad na vytvoření tranzistoru pole přišel se Schauderem během jeho výzkumu polovodičové fyziky. V té době byly známé další dva typy tranzistorů: triod a bipolární tranzistor. Schauder se však rozhodl vyvinout nový typ tranzistoru, který by byl podstatně kompaktnější a energeticky účinnější než stávající protějšky.
V roce 1928 Schauder získal patent na tranzistor pole a představil jej na plakátovém zasedání v berlínském technickém institutu. Ukázal možnosti nového zařízení a vysvětlil jeho princip fungování.
V té době však tranzistor pole nezískal široké uznání a nestal se průmyslovým standardem kvůli technickým omezením a vysoké složitosti výroby. Většina společností a inženýrů raději používala jednodušší a dostupnější analogy.
Myšlenka tranzistoru v terénu však nebyla zapomenuta. V šedesátých letech se americký inženýr John Bardeen, který pracoval v laboratoři Bell Labs, vrátil ke zkoumání tranzistorů v terénu.
Bardini v roce 1963 navrhl nový design tranzistoru s názvem "model MOS", který se stal účinným a levným protějškem existujících tranzistorů.
Za svůj vývoj získali John Bardins, Leon Cooper a Robert Shockley v roce 1972 Nobelovu cenu za fyziku. Tranzistory založené na technologii MOS se staly široce používány v mnoha oblastech elektroniky, jako jsou počítače, televizory a mobilní zařízení.
Struktura tranzistoru pole
Tranzistor pole (PT) je polovodičové zařízení, které má tři vrstvy: zdroj (zdroj), odtok (drain) a závěrka (gate). Odkazuje na zařízení s efektem pole, to znamená, že vlastnosti tohoto tranzistoru jsou založeny na vlivu elektrického pole na elektrický proud.
Zdroj a odtok tvoří dva P-N přechody a závěrka je tvořena kovovou vrstvou umístěnou mezi dvěma oblastmi P-N přechodů. Zdroj a odtok tvoří obousměrnou diodu, zatímco závěrka řídí vodivost mezi zdrojem a odtokem.
Když je napětí přiváděno do závěrky, vytvoří se elektrické pole, které změní šířku oblasti P-N přechodů mezi zdrojem a odtokem. Toto pole určuje úroveň vodivosti tranzistoru, tj. ovlivňuje jeho elektrické vlastnosti.
Struktura tranzistoru v terénu mu umožňuje pracovat ve třech režimech: zesílení, odříznutí a nasycení. V režimu zesílení, kdy je samota napájena dostatečným napětím, působí tranzistor pole jako zesilovač signálu a přenáší jej ze zdroje do odtoku. V režimu odpojení, když není na závěrku přiváděno napětí, PT zastaví přenos signálu. V režimu saturace, kdy je na závěrku přiváděno velké napětí, funguje PT jako spínací zařízení, včetně a zastavení přenosu signálu.
Princip fungování tranzistoru přes kontrolovanou oblast
Princip fungování tranzistoru pole je založen na použití kontrolované oblasti zvané závěrka. Závěrka řídí proud protékající tranzistorem změnou napětí na něm.
Struktura tranzistoru pole zahrnuje tři oblasti: zdroj, odtok a závěrku. Mezi zdrojem a odtokem vede kanál tvořený substrátem, na kterém jsou přechody pn. Závěrka je umístěna nad kanálem a je od ní oddělena jemnou dielektrikou.
Když je na závěr přiváděno napětí, vytvoří se elektrické pole v závěrce, které proniká dielektrikou a tvoří elektrické pole v kanálu. Toto pole zakřivením PN přechodů v kanálu mění jeho elektrické vlastnosti a řídí proud, který jím protéká.
Polarizace závěrky tranzistoru pole určuje stav tranzistoru. Když je závěrka vypnutá, pole v kanálu je minimální a tranzistor je ve stavu "zavřený". V tomto případě proud tranzistorem netěsní.
Při přívodu kladného napětí na závěrku se elektrické pole zvyšuje, což vede k rozšíření a prohloubení kanálu. Tento stav se nazývá "objev " nebo"nasycení". V tomto stavu může signál nebo proud procházet tranzistorem bez podstatných omezení.
Tímto způsobem umožňuje tranzistor pole řídit proud v kanálu pomocí změny napětí na závěrce. Díky tomu je nepostradatelným prvkem obvodů pro zisk a přepínání v digitálních a analogových zařízeních.
Princip fungování tranzistoru pole prostřednictvím kolíku zpětné vazby
Polovodičové tranzistory se zpětnou vazbou používají konfiguraci s" řídicími "a" pracovními " elektrodami. Řídicí elektroda, nazývaná závěrka, se používá k ovládání elektrického pole v polovodičovém kanálu, kterým proud protéká. V důsledku změny napětí na závěrce se mění elektrické pole v kanálu, což ovlivňuje velikost a směr proudu.
Zpětná vazba umožňuje stabilizovat provoz tranzistoru v terénu a udržovat požadované vlastnosti, jako je zisk a linearita. Aplikace zpětné vazby také umožňuje zvýšit přesnost a stabilitu tranzistoru za různých podmínek.
Pro implementaci zpětné vazby mohou být v tranzistoru pole použity různé obvody a komponenty. Například rezistory, kondenzátory a operační zesilovače lze použít k vytvoření zpětnovazebních obvodů. Tyto komponenty umožňují sledovat parametry tranzistoru v závislosti na požadovaných charakteristikách provozu zařízení.
Je důležité si uvědomit, že zpětná vazba v tranzistorech v terénu znamená přenos signálu z výstupu na řídicí vstup a zpět. To umožňuje generovat ziskový efekt a řídit provoz tranzistoru v určitém rozsahu hodnot. Kombinace zpětné vazby a speciálních prvků umožňuje dosáhnout požadovaných charakteristik a chování tranzistoru pole.
Tranzistor v elektrických obvodech
Tranzistor pole je řízené elektronické zařízení založené na principu řízení elektrického proudu změnou napětí na vstupu. Má tři hlavní výstupy: zdroj (Source), odtok (Drain) a závěrka (Gate).
Princip fungování tranzistoru pole je založen na samoorganizaci nosičů záporného (elektronického) náboje v oblasti pole, která se tvoří mezi zdrojem a odtokem v důsledku přivádění napětí na závěrku. Řízení proudu se provádí změnou šířky a hloubky pole.
Tranzistor v terénu může fungovat ve dvou hlavních režimech: režimu zesílení a režimu přepínání. V režimu zesílení tranzistor zesiluje vstupní signál a přenáší jej na výstup a převádí jej na signál s větší amplitudou nebo výkonem. V režimu přepínání může propouštět nebo blokovat proud v závislosti na řídicím napětí.
Tranzistory v terénu mají mnoho různých typů a konfigurací, které určují jejich hlavní vlastnosti a oblasti použití. Nejběžnějšími typy jsou MOSFETy (metal-oxid-field tranzistor) a DMOS tranzistory (bipolární kov-oxid-field tranzistor).
Tranzistory v terénu jsou široce používány v mnoha zařízeních, včetně zesilovačů, filtrů, stabilizátorů, modulátorů a demodulátorů, napájecích zdrojů, počítačů a telefonů. Díky svým jedinečným vlastnostem umožňují výrazně zvýšit efektivitu a výkon elektronických systémů.
Typy tranzistorů v terénu a jejich aplikace
Tranzistory pole (FET) lze rozdělit na různé typy podle jejich struktury a vlastních charakteristik. Některé z nejběžnějších typů tranzistorů v terénu používaných v různých oblastech:
- Tranzistor kovů (MOSFET): MOSFET je jedním z nejběžnějších typů tranzistorů v terénu. Tento tranzistor se skládá z kovové závěrky, oxidu a polovodičového materiálu. Je široce používán v elektronice a má vysokou účinnost a spolehlivost.
- Tranzistor s izolovanou závěrkou (IGFET): IGFET, také známý jako MOSFET se strukturou izolované závěrky, má vysoký zisk a širokou škálu aplikací. Má nízkou spotřebu energie a používá se v čipech a dalších elektronických zařízeních.
- Polovodičový tranzistor (JFET): JFET má jednoduchou strukturu a používá se jako vysokofrekvenční zesilovač, modulátor a demodulátor. Má vysoký zisk a výkon a je široce používán v telekomunikacích a radioelektronice.
- Zesilovač se zpětnou vazbou pole (FET): FET se zpětnou vazbou pole se používá k zesílení signálů střídavého proudu. Je široce používán v různých zesilovacích zařízeních, včetně audio zesilovačů, rádiových vysílačů a televizních přijímačů.
Každý typ tranzistoru v terénu má své specifické použití a vlastnosti, což umožňuje jejich použití v široké škále elektronických zařízení a systémů. Do značné míry přispívají k rozvoji moderních technologií a každodenního života a poskytují vysokou efektivitu a spolehlivost v práci.
Hlavní výhody používání tranzistorů v terénu
1. Vysoká rychlost přepínání: Tranzistor v terénu umožňuje rychlé přepínání signálu, což umožňuje jeho použití ve vysokorychlostních zařízeních. To je zvláště užitečné v oblastech, kde je vyžadována okamžitá reakce na změny vstupního signálu, jako je rádiová komunikace a rychlá výpočetní technika.
2. Nízká spotřeba energie: Tranzistory v terénu se vyznačují nízkou spotřebou energie, což z nich činí ideální volbu pro bezdrátová zařízení a přenosnou elektroniku. Mají schopnost rychle přepínat mezi stavy a efektivně využívat energii, což prodlužuje životnost bateriových zařízení.
3. Vysoká spolehlivost a trvanlivost: Tranzistory v terénu mají obvykle méně pohyblivých a opotřebitelných částí ve srovnání s jinými typy tranzistorů, díky čemuž jsou spolehlivější a odolnější. Mohou odolávat vysokým teplotám, vlhkosti a mechanickým vlivům bez vážných následků na jejich provoz.
4. Široký rozsah pracovního napětí: Tranzistory v terénu mohou fungovat při různých provozních napětích, což z nich činí univerzální řešení pro mnoho obvodů. Jsou k dispozici v různých výkonových variantách, které vám umožní vybrat nejvhodnější možnost pro konkrétní aplikaci.
Všechny výše uvedené výhody činí tranzistory v terénu nepostradatelnými prvky v moderní elektronice. Jsou široce používány v oblastech, jako jsou telekomunikace, automatizace, Energetika, medicína a další, poskytují vysoký výkon, energetickou účinnost a spolehlivost zařízení.