F1301 Bevezetés az elektronikába Térvezérlésű tranzisztorok

E, Kísérleti Fizika Tanszék F1301 Bevezetés az elektronikába Térvezérlésű tranzisztorok

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])

E, Kísérleti Fizika Tanszék 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.

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

E, Kísérleti Fizika Tanszék 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 I r áll.( 10 10 10 14 Ω) r = 80 200Ω ma = 3 10 V I I U 1 U = 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)

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

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

E, Kísérleti Fizika Tanszék Kapcsolófokozat JFET-tel U be R U ki Ha U vez U be és így U ki = 0 V. U 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 U be U, akkor a dióda nyitva van és tranzisztor lezár, így U ki = 0 V. P 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.

MOFET (Metal-Oxide-emiconductor Field Effect Transistor) E, Kísérleti Fizika Tanszék 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 Működés: n-típusú vezető híd Növekményes n-csatornás típus: A forráshoz és a szubsztráthoz képest pozitív U kapu-feszültség 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 kapu-feszültséggel teljesítmény felvétel nélkül változtatható híd vezetőképessége (és így a hídon átfolyó I áram).

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

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

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

E, Kísérleti Fizika Tanszék 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.( 10 14 10 15 Ω) r = 10 50kΩ ma = 5 12 V C 2 5pF 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.

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

E, Kísérleti Fizika Tanszék FET típusok összefoglalása: