TFBE1301 Elektronika 1.

Átírás

1 E, Kísérleti Fizika Tanszék TFBE1301 Elektronika 1. Térvezérlésű tranzisztorok

2 E, Kísérleti Fizika Tanszék TÉRVEZÉRLÉŰ TRANZIZTOROK (FET-ek) Térvezérlésű (unipoláris) tranzisztor (Field Effect Transistor [FET]) A bipoláris tranzisztorokkal szemben itt nem a bemeneti (bázis-) áram vezérli a tranzisztort, hanem a bemeneti (kapu-) feszültség által keltett elektromos tér. Ezáltal a FET kimeneti (nyelő-) árama igen kis bemeneti teljesítménnyel ( ~teljesítmény nélkül) vezérelhető. Kis fogyasztású áramköröknél előnyösen alkalmazhatók. Két fő típus: - Záróréteges térvezérlésű tranzisztor (Junction Field Effect Transistor [JFET]) - zigetelt kapuelektródás térvezérlésű tranzisztor (Metal-Oxide-emiconductor Field Effect Transistor [MOFET])

3 E, Kísérleti Fizika Tanszék JFET Záróréteges térvezérlésű tranzisztor (JFET) Felépítés:zennyezett félvezető kristályszakasz, két szemközti oldalán a szakasszal ellentétesen szennyezett, közös () kivezetéssel rendelkező tartománnyal. A kristályszakasz és a két szélső tartomány között két PN átmeneti réteg (záróréteg) alakul ki. Ezen a zárórétegen nem tud elektron keresztülhatolni, mivel az átmeneti rétegben levő elektromos tér kilöki onnan őket. n p Működés: Az elektronok számára áramlási útként csak a középső csatorna áll rendelkezésre. A csatornán átfolyó áram nagyságát a csatorna két végére rákapcsolt feszültség és a csatorna pályaellenállása határozza meg. A kapu () és a forrás () közé kapcsolt záróirányú U feszültség nagyságának növelésével a zárórétegek kiszélesednek, így a csatorna keresztmetszete csökken így állandó U mellett csökken a csatornán átfolyó I áram. Előny: az U feszültség szinte teljesítményfelvétel nélkül vezéreli az I áramot.

4 E, Kísérleti Fizika Tanszék JFET 3 szennyezett tartomány, 3 kivezetés: Forrás (-ource), Kapu (-ate), Nyelő (-rain) JFET rajzjelek: p-csatornás n-csatornás U U I I I U n-csatornás JFET jelleggörbéi: I U 1 U = I P 2 meredek I ség Δ = r = ΔI

5 E, Kísérleti Fizika Tanszék JFET JFET műszaki adatai (megtalálhatók az adott típus gyári adatlapján) Bemeneti ellenállás: ifferenciális kimeneti ellenállás: Meredekség: Kapu-forrás lezárási feszültség: Forrás-nyelő telítési áram: r r U P r I áll.( Ω) r = Ω ΔI ΔI ma = 3 10 V I U 1 U = I P 2 Nyelő-forrás max. feszültség: U max ( 30V) Kapu-forrás max. feszültség: U max ( -30V) Maximális nyelőáram: I max ( 25mA) Maximális kapu záróáram: I max ( 5nA) Maximális veszteségi teljesítmény: P tot ( 300mW) Maximális hőmérséklet: T j ( 135 C)

6 E, Kísérleti Fizika Tanszék JFET JFET alapkapcsolásai: +U t +U t -U t U >0 U U <0 U U <0 U Kapukapcsolás erősítőként nem használják a túl nagy - ellenállás miatt Forráskapcsolás jó fesz. és áramerősítés (erősítők) Leggyakrabban ezt alkalmazzák! Nyelőkapcsolás (forráskövető) nincs feszültségerősítés (impedancia illesztőfokozat) U t -U U t -U +U t a kisebb bemeneti kapacitás miatt előnyösebb, mint az emitterkövető

7 E, Kísérleti Fizika Tanszék JFET alkalmazásai Erősítőfokozat +12V C 1 =22nF R T =1kΩ T C 2 =22nF U U Ube U U U ki 6 V R =1MΩ -2V I I 10 ma U U ki0 12 ma 12 V 5mA U be0 t t 6V U be -2 V U U =U t - I R T t -2 V U ki U t

8 E, Kísérleti Fizika Tanszék JFET alkalmazásai Kapcsolófokozat JFET-tel U be R U ki Ha U vez Ube U és így U ki = 0 V. P, akkor a tranzisztor lezár U vez A JFET nyitásához U = 0 V (vagyis U vez = U be ) kell, ami nem egyszerű, ha az U be időben változik. Nyitott tranzisztornál U ki U be. Javított kapcsolófokozat U be R1 R U ki Ha U vez Ube U P, akkor a dióda nyitva van és tranzisztor lezár, így U ki = 0 V. U vez Ha U vez >U be, akkor a dióda zár és U =0 V lesz, így a FET kinyit, így U ki U be.

9 E, Kísérleti Fizika Tanszék MOFET MOFET (Metal-Oxide-emiconductor Field Effect Transistor) Felépítés: zennyezett félvezető kristály (szubsztrát) két, a szakasszal ellentétesen szennyezett szigettel (forrás és nyelő). A két sziget közötti kristályrész felett, a kristálytól elszigetelve található a kapuelektróda. n-csatornás növekményes (önzáró) típus n-típusú vezető híd Működés: Növekményes n-csatornás típus: A forráshoz és a szubsztráthoz képest pozitív U kapufeszültség hatására a forrás() és a nyelő() között n-típusú vezető híd jön létre, ennek vastagsága (és vezetőképessége) a feszültség növelésével növekszik. így állandó U mellett pozitív U kapufeszültséggel teljesítmény felvétel nélkül változtatható híd vezetőképessége (és így a hídon átfolyó I áram).

10 E, Kísérleti Fizika Tanszék MOFET n-csatornás, növekményes MOFET jelleggörbéi: I - U vezérlő jelleggörbe, I - U kimeneti jelleggörbe meredekség = ΔI

11 E, Kísérleti Fizika Tanszék MOFET Kiürítéses n-csatornás típus: A forráshoz és a szubsztráthoz képest pozitív U kapu-feszültség hatására a forrás() és a nyelő() közötti n-típusú vezető híd kiszélesedik, míg negatív U kapu-feszültség hatására elvékonyodik. így állandó U mellett mind pozitív, n-csatornás kiürítéses (önvezető) típus mind negatív U kapu-feszültséggel teljesítmény felvétel nélkül változtatható híd vezetőképessége (és így a hídon átfolyó I áram). MOFET rajzjelek: n-csatornás p-csatornás n-csatornás p-csatornás kiürítéses kiürítéses növekményes növekményes

12 E, Kísérleti Fizika Tanszék MOFET n-csatornás, kiürítéses MOFET jelleggörbéi: I - U vezérlő jelleggörbe, I - U kimeneti jelleggörbe meredekség = ΔI

13 E, Kísérleti Fizika Tanszék MOFET MOFETek jellemző adatai (megtalálhatók az adott típus gyári adatlapján) Bemeneti ellenállás: ifferenciális kimeneti ellenállás: Meredekség: Kapu-forrás lezárási feszültség: Forrás-nyelő telítési áram: Kapu-forrás kapacitás: r r U P I C Nyelő-forrás max. feszültség: U max ( 40V) Kapu-forrás max. feszültség: U max ( ±10V) Maximális nyelőáram: I max ( 50mA) r áll.( Ω) r = 10 50kΩ ΔI ΔI ma = 5 12 V C 2 5 pf A statikus töltések igen veszélyesek a MOFET kapu-szubsztrát közötti rétegére, ugyanis a nagy bemeneti ellenállás és kis kapacitás miatt könnyen felléphet az átütési szintnél magasabb feszültség. Emiatt a MOFET áramköröket rövidrezárt kivezetésekkel szállítják és néhány típusnak a bemeneteit beépített Z-diódás túlfeszültség-védelemmel látják el.

14 E, Kísérleti Fizika Tanszék MOFET MOFET alkalmazásai Forráskapcsolású erősítőfokozat +18V I I 18 V U U be C 1 R 1 R R L T U C 2 U Uki 9mA 3 V t U 9 ma 9 V t Nyelőkapcsolású illesztőfokozat +18V Kapcsolófokozat MOFET-tel U =U t - I R T t C 1 R 1 T U C 2 U be R U ki U be R U R L U ki U vez

15 E, Kísérleti Fizika Tanszék FET típusok összefoglalása