Содержание статьи:
Полевые транзисторы очень распространены как в старой схемотехнике, так и в современной. Сейчас в большей степени используются приборы с изолированным затвором, о типах полевых транзисторов и их особенностях сегодня мы и поговорим. В статье я буду проводить сравнение с биполярными транзисторами, в отдельных местах.
Что такое полевой транзистор?
Полевой транзистор — это полупроводниковый полностью управляемый ключ, который управляется электрическим полем. Электрическое поле создается напряжением, приложенным к затвору относительно истока. Полярность управляющего напряжения зависит от типа канала транзистора. Здесь прослеживается хорошая аналогия с электронными вакуумными лампами.
Другое название полевых транзисторов — униполярные. В общем случае их можно разделить на:
- транзисторы с управляющим p-n-переходом;
- транзисторы с изолированным затвором.
И те, и другие могут быть n-канальными и p-канальными. К затвору первых нужно прикладывать положительное управляющее напряжение для открытия ключа, а для вторых — отрицательное относительно истока.
- Читайте также, как собрать мультивибратор на транзисторах
У всех типов полевых транзисторов есть три вывода (иногда 4, но очень редко, встречается только на советских и обычно соединен с корпусом):
- Исток (источник носителей заряда, аналог эмиттера на биполярном).
- Сток (приемник носителей заряда от истока, аналог коллектора биполярного транзистора).
- Затвор (управляющий электрод, аналог сетки на лампах и базы на биполярных транзисторах).
Схемы включения полевых транзисторов
Подобно тому, как в различных электронных устройствах биполярные транзисторы работают с включением по схеме с общим эмиттером, с общим коллектором или с общей базой, полевые транзисторы во многих случаях можно использовать аналогичным образом включая их: с общим истоком, с общим стоком или с общим затвором.
Разница заключается в способе управления: биполярный транзистор управляется током базы, а полевой транзистор — зарядом затвора.
С точки зрения затрат энергии, управление полевым транзистором получается в целом более экономичным, чем управление транзистором биполярным. Это один из факторов, объясняющих нынешнюю популярность полевых транзисторов. Рассмотрим в общих чертах типичные схемы включения полевых транзисторов.
Включение полевого транзистора с общим истоком
Схема включения полевого транзистора с общим истоком является аналогом схемы с общим эмиттером для биполярного транзистора. Такое включение весьма распространено в силу возможности давать значительное усиление по мощности и по току, фаза напряжения цепи стока при этом переворачивается.
Входное сопротивление непосредственно перехода затвор-исток достигает сотен МОм, хотя оно может быть уменьшено путем добавления резистора между затвором и истоком с целью гальванически подтянуть затвор к общему проводу (защита полевого транзистора от наводок).
Величина этого резистора Rз (от 1 до 3 МОм обычно) подбирается так, чтобы не сильно шунтировать сопротивление затвор-исток, при этом не допускать перенапряжения от тока обратносмещенного управляющего перехода.
Существенное входное сопротивление полевого транзистора в схеме с общим истоком является важным достоинством именно полевого транзистора, при его использовании в схемах усиления напряжения, тока и мощности, ведь сопротивление в цепи стока Rс не превышает обычно единиц кОм.
Схема включения полевого транзистора с общим стоком
Схема включения полевого транзистора с общим стоком (истоковый повторитель) является аналогом схемы с общим коллектором для биполярного транзистора (эмиттерный повторитель). Такое включение используется в согласующих каскадах, где выходное напряжение должно находиться в фазе с входным.
Входное сопротивление перехода затвор-исток как и прежде достигает сотен МОм, при этом выходное сопротивление Rи сравнительно небольшое. Данное включение отличается более высоким частотным диапазоном, чем схема с общим истоком. Коэффициент усиления по напряжению близок к единице, так как напряжение исток-сток и затвор-исток для данной схемы обычно близки по величине.
Включение полевого транзистора с общим затвором
Схема с общим затвором — подобие каскаду с общей базой для биполярного транзистора. Усиления по току здесь нет, потому и усиление по мощности многократно меньше, чем в каскаде с общим истоком. Напряжение при усилении имеет ту же фазу, что и управляющее напряжение.
Поскольку выходной ток равен входному, то и коэффициент усиления по току равен единице, а коэффициент усиления по напряжению, как правило, больше единицы.
В данном включении присутствует особенность — параллельная отрицательная обратная связь по току. При повышении управляющего входного напряжения, потенциал истока возрастает, соответственно ток стока уменьшается и снижает напряжение на сопротивлении в цепи истока Rи.
Так с одной стороны напряжение на сопротивлении истока увеличивается благодаря росту входного сигнала, но уменьшается снижением тока стока, это и есть отрицательная обратная связь.
Данный феномен делает шире полосу пропускания каскада в области высоких частот, поэтому схема с общим затвором популярна в усилителях напряжения высоких частот, и особенно востребована в высоко устойчивых резонансных схемах.
Видео о схемах включения полевых транзисторов:
