Tranzistori unipolari
(16 804)Tranzistoarele unipolare, ca și transistoarele bipolare, sunt componente electronice utilizate pentru a amplifica semnalele electrice. Utilizând un semnal de control de putere redusă, se poate controla o tensiune sau un curent ridicat. Acestea formează apoi un fel de comutator. Tranzistoarele unipolare sunt utilizate în convertoare, amplificatoare de putere, invertoare și dispozitive conexe. Procesoarele, de exemplu, sunt formate din până la un miliard de tranzistori unipolari foarte mici, închiși într-o singură carcasă.
Tipuri de tranzistoare unipolare
Există mai multe tipuri de tranzistoare unipolare, printre care se numără J-FET-urile (din limba engleză Junction Field Effect Transistor), MOSFET-urile (din limba engleză Metal Oxide Semiconductor FET) sau TFT-urile (din limba engleză Thin Film Transistor). Există mai multe alte tipuri de tranzistoare unipolare, dar în practică primele două tipuri sunt cel mai frecvent utilizate în circuitele electronice. Pe de altă parte, tranzistoarele TFT sunt utilizate în principal în afișajele cu cristale lichide (LCD), din cauza domeniului lor de aplicare îngust.
Carcasa și principiul de funcționare a tranzistoarelor unipolare
Tranzistoarele unipolare au în mod normal trei conductoare numite drenă, sursă și poartă. Având în vedere că tranzistoarele unipolare și bipolare vin de obicei în aceeași carcasă și îndeplinesc funcții aproape identice, la prima vedere sunt greu de deosebit. Cu toate acestea, trebuie amintit faptul că ambele au o structură diferită.
Tranzistoarele cu efect de câmp J-FET funcționează în principal prin intermediul proprietăților fenomenelor de câmp electric. Construcția acestui tip de tranzistor se bazează pe utilizarea unui strat de semiconductor de tip N sau de tip P la care sunt conectate conductoarele de drenă și de sursă și a unui semiconductor cu un tip de dopaj slab și opus care înconjoară de obicei așa-numitul canal al tranzistorului și la care este conectat conductorul de poartă. Dopajul semiconductorului care formează canalul determină dacă este vorba de un J-FET de tip N (N-JFET) sau de tip P (P-JFET), acesta din urmă fiind utilizat mult mai rar în practică.
Ca exemplu, să descriem funcționarea unui tranzistor unipolar J-FET cu un canal de tip N. Atunci când există o tensiune pe ieșirile acestui element, denumite drenă și sursă, un curent circulă între sursă și drenă. Dacă joncțiunea marcată ca poartă este polarizată negativ, adică în acest caz tensiunea aplicată la poartă este negativă în raport cu sursa, curentul care circulă prin canalul tranzistorului va începe să scadă și să dispară. Acest lucru se datorează faptului că zona epuizată dintre drenă și sursă va începe să crească. Dacă valoarea diferenței de tensiune dintre poartă și sursă este suficient de mare, adică pentru un tranzistor J-FET cu un canal de tip N, tensiunea de poartă este suficient de mică, curentul va înceta complet să circule prin canal. De obicei, această tensiune este de câțiva volți și depinde de tipul special de tranzistor. O astfel de stare a unui tranzistor unipolar se numește cut-off, iar valoarea rezistenței care apare atunci între drenă și sursă este foarte mare, de ordinul gigaohmului [GΩ]. Trebuie remarcat faptul că tranzistorul unipolar este controlat numai prin tensiune. Curentul care circulă între poartă și sursă este practic zero.
Tranzistoare unipolare MOSFET
Un alt tip de tranzistor unipolar utilizat în mod obișnuit este tranzistorul MOSFET. În acest tip de element electronic, poarta, realizată din metal, este izolată galvanic de celelalte elemente ale tranzistorului printr-o zonă subțire de dioxid de siliciu. Partea principală și cea mai mare a unui MOSFET este reprezentată de substrat, un semiconductor slab dopat de tip P sau N, la care sunt conectate pinul de bază și două mici regiuni puternic dopate și puternic dopate. Conductoarele de sursă și de drenaj sunt conectate la acesta. Ele determină dacă tranzistorul este de tip P sau N. Atunci când nu există nicio diferență de tensiune între fiecare dintre conductoarele individuale ale unui tranzistor unipolar, cele două joncțiuni P-N dintre sursă și drenă formează, ca să spunem așa, două diode conectate în serie. Într-un astfel de caz, unul dintre ele este polarizat negativ, astfel încât nu există posibilitatea ca prin acest tranzistor să treacă curent (cu excepția cazului în care tensiunea aplicată depășește valoarea maximă admisă). Cu toate acestea, dacă la poartă, care este situată între sursă și drenă, apare o tensiune suficient de mare de polaritate corespunzătoare (de exemplu, în cazul unui tranzistor cu canal de tip N, aceasta va fi o tensiune pozitivă în raport cu sursa) și este depășită așa-numita tensiune de prag, interacțiunea câmpului electric cu stratul de semiconductor slab dopat de dedesubt va duce la formarea așa-numitului strat de inversie. Acest lucru creează un canal care conectează electric conductele de sursă și de drenaj. În acest caz, curentul care poate trece prin tranzistor depinde de tensiunea aplicată la poarta de conectare și este o relație liniară, dar numai până la o anumită valoare a curentului de drenaj. Bineînțeles, există și o valoare a tensiunii aplicate la poarta de legătură peste care curentul nu se va mai acumula, iar aceasta se numește tensiune de saturație.
Cazul tocmai descris a implicat un transistor MOSFET cu canal îmbogățit. Un astfel de tranzistor este în mod normal închis și numai aplicarea unei tensiuni adecvate la poartă îl face să se deschidă, în timp ce există, de asemenea, tranzistoare cu canal sărăcit, care sunt mult mai puțin frecvente și la care, dacă poarta are același potențial ca și sursa, este deschisă și poate conduce curentul.
Construcția unui tranzistor MOSFET înseamnă că acesta se comportă ca un condensator și poate avea o capacitate destul de mare. Din acest motiv, schimbarea stării unui astfel de tranzistor la o frecvență ridicată poate fi problematică, deoarece este nevoie de ceva timp pentru a încărca și descărca capacitatea de la poartă și, prin urmare, pentru a schimba starea de conducție a acestui element electric. Din acest motiv, circuitele de comandă a MOSFET-urilor trebuie să aibă o capacitate de curent mare. O altă proprietate a tranzistoarelor de tip MOSFET este aceea că au o diodă între drenă și sursă, care se numește uneori diodă parazită. Existența sa se datorează însăși structurii tranzistorului, așa cum am menționat anterior. Aceasta este o informație importantă pentru controlul CA.
Tranzistoarele unipolare pot fi găsite sub formă de componente cu montare pe suprafață sau prin inserție. Din acest motiv, sunt disponibile într-o mare varietate de carcase, dintre care cele mai populare sunt DPAK, D2PAK, TO220, TO247 sau SOT23. Acestea au de obicei trei fire (cu excepția tranzistoarelor multicanal).
Parametrii și caracteristicile tranzistoarelor unipolare
Parametrii care sunt importanți în alegerea tranzistorului potrivit includ tensiunea maximă drenă-sursă (exprimată în volți [V]), tensiunea maximă poartă-sursă, care în acest caz este tensiunea de control, curentul maxim de drenă (exprimat în amperi [A]), puterea de disipare (exprimată în wați [W]) și rezistența de conducție (exprimată în ohmi [Ω] sau miliohmi [mΩ]). Depășirea tensiunii sau a curentului maxim poate duce la funcționarea defectuoasă a componentelor sau la daune ireparabile. De asemenea, descărcarea unei cantități prea mari de energie pe un tranzistor unipolar poate provoca supraîncălzirea și defectarea acestuia. În practică, se utilizează radiatoare suplimentare care sunt în contact cu componenta și care permit astfel o disipare mai eficientă a căldurii în mediul înconjurător. Uneori (de exemplu, în cazul surselor de alimentare cu comutație) se utilizează și circulația forțată a aerului, care este asigurată de ventilatoare și îmbunătățește răcirea.
Depozit:
