ackoo - učební texty

                 Unipolární tranzistory – základní principy činnosti

• Unipolární tranzistor je polovodičová  součástka řízená elektrickým polem, která využívá vlivu příčného elektrického pole na průchod proudu polovodičem.
• Příčné pole, které vzniká připojením řídícího napětí na řídící elektrodu zvanou hradlo G (gate-brána), rozšiřuje nebo zužuje vodivou dráhu v polovodiči, tzv. kanál mezi hlavními elektrodami, tj. editorem E (S-source-zřídlo) a kolektorem C (D-drain-odtok).

Podle způsobu připojení hradla k polovodiči dělíme tranzistory FE do dvou skupin:

• S hradlem odděleným PN přechodem
• S hradlem odděleným izolační vrstvou

Tranzistor s hradlem odděleným přechodem PN

• Podstatou je polovodičová destička typu P nebo N.
• V případě typu N jsou na ní vytvořeny přechody PN. Střední oblast N tvoří kanál, ze kterého jsou vyvedeny dvě elektrody (E a C).
•  Po připojení napětí U_CE kladnou svorkou na C prochází kanálem pracovní proud I_C.
•  Z oblasti P jsou vyvedena hradla G a připojena na záporný pól  zdroje U_GE. Na kladný pól tohoto zdroje je připojen E.
• Zvětšuje-li se záporné předpětí hradel, rozšiřují se oblasti obou přechodů PN, vodivý kanál se zužuje a proud I_C  se zmenšuje.

• Zúžení kanálu není po celé jeho délce stejné, neboť ze strany C, který je připojen na kladnou svorku zdroje U_CE, je závěrné napětí na přechodech větší než ze strany E.
•  Společným působením obou napětí_E a U_CE se vodivý kanál ve směru od E ke C zužuje.
•  Závěrným napětím na hradlech lze zúžit efektivní průřez kanálu až na nulu, tj. ze strany kolektoru jej zcela uzavřít. Kanálem se pak uzavírá pouze závěrný proud tvořený minoritními nosiči.

Tranzistor s hradlem odděleným izolační vrstvou

•  Z polovodičových součástejk typu MIS (metal-insulator-semiconductor) je nejběžnější tranzistor s hradlem odděleným oxidem křemičitým. MOS ( metal-oxide-semiconductor)

 Rozdělení tranzistorů :

• Tranzistor MOS s indukovaným kanálem
• Tranzistor MO v vodivým kanálem

Tranzistor MOS s indukovaným kanálem

• Je tvořen základní polovodičovou destičkou slabě dotovanou příměsí, tj. o velkém odporu.
• Na destičce např. typu N jsou zhotoveny dvě oblasti s opačným druhem vodivosti P, ze kterých jsou vyvedeny C a E.
• Hradlo G je od základní destičky odděleno vrstvou SiO₂.
• Izolační vrstvička tvoří dielektrikum kondenzátoru, jehož elektrodami jsou hradlo a polovodičová destička, která je obvykle svorkou S připojena na E.
• Po připojení napětí U_GE zápornou svorkou na hradlo a  kladnou na E, indukuje se pod vrstvou oxidu na základní destičce kladný náboj, který mění její vodivost z typu N na P. Od tzv. prahového napětí U_GE=U_T vzniká mezi C a E indukovaný kanál, který vodivě spojuje obě elektrody. Po připojení napětí U_CE mezi C a E uzavírá se kanálem proud I_C, jehož velikost závisí na napětí U_CE i U_GE.

 a) U_CE<   (U_GE – U_T)                  

v oblasti malých napětí U_CE vzniká  mezi C a E lineární vodivý kanál a I_C aw zvětšuje v závisloti na napětí U_CE.

b) U_CE ≤ ( U_GE – U_T)

se zvětšujícím se napětím U_CE se zmenšuje intenzita elektrického pole  směrem ke kolektoru, a rpto se zmenšuje v tomto směru I hloubka kanálu. Při napětí U_CE = (U_GE-U_T) je u kolektoru intenzita eletktrického pole nulíová, kanál je nasycen a uzavírá se.

c) U_CE > (U_GE – U_T)

Při dalším zvětšování napětí U_CE opět vzniká u C elektrické pole, ale opačného smyslu než u E. Kanál zůstává nasycen a bod nasycení se posunuje směrem k E, takže vodivá délka kanálu se zmenšuje, Proud mezi C a E vzniká pohybem kladných majoritních nosičů, které jsou urychlovány silným elektrickým polem mezi C a E. Tranzistor pracuje v oblasti nasycení.

Tranzistor MOS a vodivým kanálem

( tranzistor s automatickým otevřením)

• Dociluje se toho přídavnou difuzí polovodičové vrstvičky stejné vodivosti, jako má C a E, což umožňuje vznik kolektorového proudu  I_C i při nulovém napětí hradlo U_GE.
• Je-li hradlo připojeno na zápornou svorku zdroje U_GE a E na kladnou, jsou vlastnosti tranzistoru MOS s vodivým kanálem stejné jako s indukovaným kanálem.

• Zvětšování napětí U_GE vede k růstu proudu I_C.
• Tranzistor pracuje s obohacováním kanálu.
•  V případě obrácené polarity napětí, kdy je hradlo připojeno na kladný pól zdroje U_GE, indukuje kladný náboj na hradle v polovodiči inverzní záporný náboj, který mění vodivost kanálu z typu P na N. Kanál se zužuje směrem ke C a proud I_C lesá.
• Tranzistor pracuje s ochuzováním kanálu.

Základní zapojení tranzistorů FE