Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0581

Číslo materiálu VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_16_Unipolární tranzistor

Název školy Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno

Autor Ing. Miroslav Krýdl

Tematická oblast ELEKTRONIKA

Ročník třetí

Datum tvorby Srpen 2012

Anotace Tematický celek je zaměřen na problematiku základů elektroniky. Prezentace je určena žákům 3.ročníku, slouží jako doplněk učiva.

Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora

je polovodičový prvek, jehož označení unipolární vyjadřuje, že přenos náboje

je v tomto tranzistoru uskutečňován pouze majoritními nositeli (na rozdíl od

bipolárního tranzistoru).

Skládá se z polovodičů typu N a P.

Pro velký vstupní odpor se těmto tranzistorům také říká tranzistory

řízené elektrickým polem (FET, Field-Effect Transistors).

Velký vstupní odpor je velkou výhodou unipolárních tranzistorů oproti

bipolárním, jejichž malý vstupní odpor se nepříznivě projevuje při zesilování

signálů ze zdrojů s velkým vnitřním odporem.

Vstupním obvodem unipolárního tranzistoru tak neteče proud a je,

podobně jako elektronka, řízen napětím.

Řídící elektrodou teče buď jen malý proud ekvivalentní proudu diody v

závěrném směru nebo jí neteče prakticky žádný proud.

Unipolární tranzistor

Tyto výhody umožňují unipolární tranzistor využívat v obvodech s

vysokou hustotou integrace. Z principu funkce bipolárního tranzistoru totiž

vzniká Jouleovo, které není schopný miniaturní čip odvést.

Nevýhodou (danou právě vysokou vstupní impedancí) je možnost

snadného poškození těchto tranzistorů statickým nábojem, zvláště při

manipulaci před zapojením do obvodů.

Další výhodou tohoto tranzistoru je že v I. kvadrantu je VA

charakteristika silně (né ideálně) lineární, proto jej často používáme v

analogovém režimu(nejčastěji jako zesilovač)minimální zkreslení.

Existují dva druhy unipolárních tranzistorů:

JFET (unipolární tranzistor s přechodovým hradlem)

MOSFET (unipolární tranzistor s izolovaným hradlem)

Unipolární tranzistor

Princip činnosti unipolárních tranzistorů (FET)

Obr. 1

Obr. 2

Obr. 3

• výstupní (zatěžovací) proud teče jen jedním typem polovodiče (vodivým

kanálem), neprochází tedy přes PN přechod jako u bipolárního

• proud ve vodivém kanálu je řízen elektrickým polem – jde o FET tranzistory

(Field Effect Transistor)

• vodivý kanál může být typu P nebo N – jde o FET s kanálem N nebo P

• koncové elektrody mají názvy:

Source (zdrojová elektroda)

Drain (odvod nábojů)

Gate (řídicí elektroda)

Princip činnosti unipolárních tranzistorů (FET)

• při výrobě FET je planární technologií v monokrystalu typu N nebo P

vytvořen vodivý kanál difuzí tak, aby měl vodivost opačného typu než

monokrystal – substrát B (angl. Bulk – hlavní část)

• substrát musí být vodivě spojen se Source, aby se při řízení mohly

vyměňovat nosiče náboje mezi substrátem a kanálem

• vysoká dotace P+ na kontaktních plochách s kovovými elektrodami

zabraňuje vytvoření závěrné vrstvy mezi kovem a polovodičem

• Gate musí být izolován od kanálu, aby neprotékal proud mezi Source a

Gate

• izolaci lze realizovat dvojím způsobem:

• Izolační vrstvou – jde o IGFET

• PN přechodem – jde o JFET

Princip činnosti unipolárních tranzistorů (FET)

název IGFET (Insulated Gate FET)

• izolační vrstva slouží pro oddělení Gate od kanálu

• na izolaci je napařen kov (elektroda – Gate)

IGFET tranzistory

Podle izolační vrstvy a substrátu se IGFET dělí na:

1. MOSFET – (Metal Oxid Semiconductor FET)

- izolační vrstva je SiO2, substrát tvoří křemík

2. MISFET – (Metal Insulator Semiconductor FET)

- izolační vrstva SiO2, substrát galliumarsenid

IGFET tranzistory - Princip činnosti

Obr. 4

IGFET se zabudovaným (vestavěným) kanálem =ochuzovaný FET

• kanál je vodivý i při UGS = 0 – elektrické pole UGS vytlačuje nosiče

nábojů a přiškrcuje tak kanál

• v IGFET s N kanálem pro UGS > 0 se začnou elektrony nasávat do

kanálu

• v IGFET s N kanálem pro UGS < 0 se začnou elektrony odčerpávat z

kanálu – dojde k ochuzení kanálu o volné nosiče nábojů

IGFET tranzistory - Druhy IGFET tranzistorů

Obr. 5

IGFET s indukovaným kanálem = FET s obohaceným kanálem

kanál je nevodivý při UGS = 0 – vodivý kanál je nutno vytvořit přiložením

napětí mezi S a G

IGFET tranzistory - Druhy IGFET tranzistorů

Obr. 6

• protože elektroda Gate je galvanicky

oddělena od kanálu, může se

elektrostaticky nabíjet na vysoké napětí

– dojde k proražení izolace

• při transportu a skladování je nutno

spojit vývod Gate s ostatními vývody –

tyto vodivé spoje lze odstranit až po

zapájení tranzistoru

• při pájení těchto tranzistorů je třeba

zajistit jejich ochranu pomocí

speciálního pracoviště

• pro odstranění problémů se vyrábí

IGFET s ochrannými přepěťovými

diodami - transily

Pravidla při manipulaci s IGFET tranzistory

Obr. 7

• název JF-ET (junction FET, z angl. spojení), často označované jako

PNFET

• vodivý kanál může být P nebo N (častější je kanál N kvůli pohyblivosti

elektronů)

• elektroda Gate je vytvořena z opačného polovodiče než je vodivý kanál

(vznikne vždy přechod PN)

• mezi Gate a vodivým kanálem je izolace vytvořena závěrnou vrstvou

PN přechodu (při správné polarizaci)

• účinný průřez kanálu je tím menší, čím vyšší je napětí Gate – Source

• toto předpětí mezi Gate – Source se nesmí přepólovat, jinak by

se zrušila závěrná vrstva

JFET tranzistory - Princip činnosti

Kesl, Jan. Elektronika I – Analogová technika. Praha :BEN, 2003. 118 s. ISBN 80-7300-074-1.

Obr. 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8: http://cs.wikipedia.org/wiki/Unipolarni_tranzistor

Obr. 7: http://www.mikroelektro.utb.cz/e107_files/downloads/pr5.pdf.

Použité zdroje: