Unipolární tranzistory – tranzistory řízené elektrickým polem

Cíle kapitoly: Objasnit pojem unipolární tranzistory, charakterizovat je jako elektronické součástky. Popsat principy činnosti, základní zapojení a možnosti aplikace.

Klíčová slova: FET, JFET, MOSFET, emitor, kolektor, hradlo, substrát, kanál, odporový režim

Unipolární tranzistory jsou moderní tranzistory nejvíce používané v integrovaných obvodech. Jejich název zdůrazňuje, že proud prochází tranzistorem prostřednictvím jednoho typu nosičů elektrického náboje (elektronů nebo děr). Používá se také označení FET (Field Effect Tranzistor – tranzistor řízený elektrickým polem).

Od vynálezu tranzistoru FET v roce 1952 byla jeho konstrukce neustále zdokonalována a bylo vytvořeno množství různých provedení vhodných pro různé aplikace.

Obr. 1: Typy tranzistorů FET a jejich symbolické značky

Na obr.1 vidíme orientační rozdělení některých tranzistorů FET. Vzhledem k tomu, že vývoj v této oblasti neustále pokračuje, nemůže být rozdělení úplné. K tomu přispívá i skutečnost, že stejný typ tranzistorů od různých výrobců může mít z konkurenčních důvodů odlišné symbolické značky.

Hlavní typy uspořádání unipolárních tranzistorů – značení

• FET zkratka z anglického názvu tranzistoru řízeného polem: „Field Efect Tranzistor“;

• JFET zkratka pro tranzistor FET, u kterého je řídicí elektroda-hradlo oddělena od polovodiče kanálu závěrně polarizovaným přechodem PN: „Junction gate FET“;

• IGFET označení tranzistoru FET s řídicí elektrodou (hradlem) izolovanou od polovodiče pomocí izolantu: „Insulated Gate FET“;

• MISFET zkratka pro tranzistor FET s kovovým hradlem odděleným od polovodiče izolantem: „Metal-Insulator-Semiconuctor FET“;

• MOSFET zkratka pro tranzistor FET s kovovým hradlem, u kterého je izolant tvořen tenkou vrstvou oxidu křemičitého: „Metal-Oxid-Semiconductor FET“;

• MNOSFET označení pro tranzistor FET s izolantem tvořeným vrstvou oxidu nitridu: „Metal-Nitride-Oxid-Semiconductor FET“.

Tranzistor řízený elektrickým polem je aktivní elektronický prvek, ve kterém je k řízení velikosti proudu mezi kolektorem a emitorem využíváno elektrostatické pole, kterým se mění vodivost tzv. kanálu mezi kolektorem a emitorem. Toto pole je vytvořeno napětím přiloženým na řídicí elektrodu, která je nazývána hradlo (gate, značí se G).

Princip je vidět na obrázku 2

Tabulka 2: Přehled značení vývodů FET

Obr. 2: Idea tranzistoru FET

Hradlo tvořené kovovou elektrodou je odizolováno od polovodičové destičky vodivosti typu N nebo P. Polovodičová destička tvoří kanál, kterým se mezi emitorem S a kolektorem D pohybují elektrické náboje.

Předpokládáme, že elektroda S je vodivě spojena s elektrodou emitoru E. Přiložíme-li nyní napětí mezi elektrodou hradla G a emitoru S, ovlivní vzniklé elektrické pole pohyb elektrických nábojů v polovodiči.

Poznámka: Pojem „kanál“ je používaný při popisu činnosti unipolárních tranzistorů. Označuje oblast, kterou prochází elektrický náboj, tedy jí protéká proud I_D mezi kolektorem a emitorem tranzistoru. Kanál je tvořen mezi dvěma protilehlými oblastmi polovodiče.

Rozeznáváme dva typy kanálů:

• Kanál typu N – v tomto kanálu je elektrický proud tvořen elektrony;

• Kanál typu P – v tomto kanálu je elektrický proud tvořen dírami.

Velikost proudu, který prochází kanálem, závisí na vnitřním odporu R kanálu a na napětí přiloženém mezi kolektor a emitor tranzistoru.

Velikost elektrického pole, kterým je řízena šířka kanálu, je určena velikostí napětí přiloženého na hradlo G tranzistoru. Na velikosti elektrického pole závisí šířka kanálu a tím i velikost jeho odporu.

Dílčí lekce

Zdroje

• KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009

Obrázky​

• Obr. 1: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Typy tranzistorů FET a jejich symbolické značky, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
• Obr. 2: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Idea tranzistoru FET, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009