Unipolární tranzistor
unipolární = na přenosu proudu se podílí pouze jeden typ nosičů
• řízení pohybu nosičů náboje elektrickým polem → tranzistory
řízené el. polem FET (Field Effect Tranzistor)
dle provedení se rozlišují:
• tranzistory s přechodovým hradlem JFET (Junction FET)
• tranzistory s izolovaným hradlem MOSFET (Metal Oxide
Semiconductor FET)
• vedení proudu se uskutečňuje v tzv. kanále
• kanál typu N (nositeli proudu jsou elektrony)
• kanál typu P (nositeli proudu jsou díry)
Unipolární tranzistor – JFET
Elektrody:
• S – source (emitor)
• D – drain (kolektor)
• G – gate (řídicí elektroda)
Přechod P+N
při závěrném napětí UGS rozšiřování
oblasti prostor. náboje do N
→ změna tloušťky vodivého kanálu
→ změna velikosti proudu ID
Tranzistor JFET s N kanálem
(princip a schématická značka)
Unipolární tranzistor – JFET
Činnost tranzistoru pro UGS = 0 V
• vytvoření depletiční oblasti – ad b)
(rozšířeno do N)
• s rostoucím UDS rozšiřování depletiční
oblasti na straně D („závěrněji“ pólovaný
přechod); proud ID vzrůstá lineárně
s rostoucím napětím UDS – chování jako
rezistor;
• při zvýšení napětí UDS dojde vlivem konečného
odporu kanálu k rozdělení potenciálu – ad c);
vzrůstá odpor kanálu a ID narůstá pomaleji
• při UDSsat je kanál zaškrcen a proud ID zůstává
konstantní i při dalším navyšování UDS – ad d)
Unipolární tranzistor – JFET
Činnost tranzistoru pro UGS ˂ 0 V
• depletiční oblast je rozšířena i při UDS = 0 V
→ menší vodivost kanálu než při UGS = 0 V
→ k zaškrcení kanálu dojde při menším napětí
UDS, tzn. UDSsat je menší
• při UGS = UP je depletiční oblast rozšířena
přes celý kanál → ID = 0 A
UP = UT – prahové napětí (treshold)
saturační napětí
= −
proud v saturačním režimu
= 1 −
Unipolární tranzistor – JFET
Normované výstupní charakteristiky
Unipolární tranzistor – JFET
převodní charakteristika výstupní charakteristika
BF245B (BF545B)
Strmost hradla: = (až 3,5 mA/V)
Napěťový zes. činitel: = −
.
Unipolární tranzistor – JFET
malosignálový model
gm – obdobný význam jako β u bipolárního tranzistoru
velikost vstupního odporu cca 1011 Ω
zapojení tranzistoru: SS, SG, SD (SE, SB, SC)
Unipolární tranzistor – JFET
ukázka zapojení
záporné předpětí na G se realizuje rezistorem RS
Unipolární tranzistor – MOSFET
NMOS PMOS
Unipolární tranzistor – MOSFET
Činnost tranzistoru – indukovaný kanál:
• UGS = 0 V a UDS ˃ 0 V,
proud ID velmi malý (jednotka nA)
• UGS ˃ UP a UDS ˃ 0 V
pod G vytvořena inverzní vrstva (N)
kanálem teče proud ID s rostoucím
UGS roste velikost ID
• při překročení UDS ˃ UDSsat
zůstává velikost ID konstantní
(snižuje se rozdíl napětí mezi D a G)
• tranzistor pracuje v obohacovacím
režimu (enhancement mode)
saturační napětí: = −
satur. proud: = − 1
Unipolární tranzistor – MOSFET
Normované výstupní charakteristiky
Unipolární tranzistor – MOSFET
Převodní a výstupní charakteristika
Unipolární tranzistor – MOSFET
Činnost tranzistoru – trvalý kanál:
• difúzí nebo iontovou implantací vytvořen vodivý
kanál mezi D a S
• proud ID i při UGS = 0 V
• tranzistor pracuje v ochuzovacím režimu (depletion mode)
• UP – prahové napětí
dojde k zániku kolektorového proudu
Unipolární tranzistor – MOSFET
Převodní a výstupní charakteristika
CMOS struktura
Complementary MOS
• vysoká spínací rychlost
• malé napájecí napětí
• malý příkon
---------------------------------------------------------------------------------------------
Literatura – hlavní zdroj informací pro unipolární tranzistory:
Musil, V. a kol.: Elekronické součástky. 2. vyd. Brno: VUT, 1996.
ISBN 80-214-0821-9.(Skriptum)