Tranzistory s bipolárním a polním efektem - jaký je rozdíl

Aktuální nebo pole

Většina lidí, ať už jsou tak či onak konfrontováni s elektronikou, by měla znát základní zařízení tranzistorů pole a bipolárních tranzistorů. Alespoň z názvu „tranzistor s efektem pole“ je zřejmé, že je řízen polem, elektrickým polem závěrky, zatímco bipolární tranzistor řízený základním proudem.

Aktuální a pole - rozdíl je kardinál. U bipolárních tranzistorů je proud kolektoru řízen změnou řídicího proudu báze, zatímco pro řízení vypouštěcího proudu tranzistoru s efektem pole stačí změnit napětí aplikované mezi hradlem a zdrojem a již není zapotřebí žádný řídicí proud.

FET rychleji

Což tranzistory lepší pole nebo bipolární? Výhoda tranzistorů s polním efektem ve srovnání s bipolárními je zřejmá: tranzistory s polním efektem mají vysoký vstupní odpor v stejnosměrném proudu a ani řízení při vysoké frekvenci nevede k významným nákladům na energii.

Hromadění a resorpce nosičů minoritních nábojů u tranzistorů s efektem v terénu chybí, a proto je jejich rychlost velmi vysoká (jak poznamenali vývojáři energetických zařízení). A protože přenos hlavních nosných nábojů je zodpovědný za zesílení tranzistorů s efektem pole, je horní hranice efektivního zesílení tranzistorů s efektem pole vyšší než pro bipolární.

Zde také upozorňujeme na vysokou teplotní stabilitu, nízkou úroveň rušení (kvůli nedostatečnému vstřikování nosičů menšinových poplatků, jako je tomu u bipolárních nosičů) a ekonomiku, pokud jde o spotřebu energie.

Různé reakce na teplo

Pokud se bipolární tranzistor zahřívá během provozu zařízení, pak se zvyšuje proud kolektor-emitor, to znamená, že teplotní koeficient odporu bipolárních tranzistorů je záporný.

V terénu je opak pravdou - teplotní koeficient zdroje odtoku je kladný, to znamená, že se zvyšující se teplotou se zvyšuje také odpor kanálu, to znamená, že proud zdroje odtoku klesá. Tato okolnost dává tranzistoru s polním efektem ještě jednu výhodu oproti bipolárním: tranzistory s polním efektem mohou být bezpečně zapojeny paralelně a vyrovnávací odpory v obvodech jejich odtoků nebudou vyžadovány, protože v souladu se zvýšením zátěže bude také automaticky zvyšován odpor kanálu.

Abychom dosáhli vysokých spínacích proudů, můžete snadno vytáčet složený klíč z několika paralelních tranzistorů s efektem pole, který se v praxi hodně používá, například u měničů (viz - Proč moderní střídače používají spíše tranzistory než tyristory).

Ale bipolární tranzistory nemohou být pouze paralelizovány, potřebují nutně odpory pro vyrovnávání proudu v obvodech zářičů. Jinak v důsledku nevyváženosti výkonného složeného klíče bude mít jeden z bipolárních tranzistorů dříve či později nevratné tepelné rozpadnutí. Pojmenovaný složený problém není téměř ohrožen složenými klíči pole. Tyto charakteristické tepelné vlastnosti jsou spojeny s vlastnostmi jednoduchého n- a p-kanálu a p-n křižovatkakteré se zásadně liší.

Rozsahy těchto a dalších tranzistorů

Rozdíly mezi polními efekty a bipolárními tranzistory jasně oddělují jejich oblast použití. Například v digitálních obvodech, kde je požadována minimální spotřeba proudu v pohotovostním stavu, se dnes tranzistory s efektem pole používají mnohem častěji. V analogových mikroobvodech pomáhají tranzistory s efektem pole dosahovat vysoké linearity charakteristik zesílení v širokém rozsahu napájecích napětí a výstupních parametrů.

Obvody cívka-cívka jsou dnes běžně implementovány s tranzistory s efektem pole, protože rozsah výstupních napětí jako signálů pro vstupy je snadno dosažitelný, téměř shodný s úrovní napájecího napětí. Takové obvody mohou jednoduše spojit výstup jednoho se vstupem druhého a není potřeba omezovačů napětí nebo děličů na odporech.

Pokud jde o bipolární tranzistory, jejich typické aplikace zůstávají: zesilovače, jejich stupně, modulátory, detektory, logické invertory a tranzistorové logické obvody.

Polní výhra

Vynikajícími příklady zařízení založených na tranzistorech s polním efektem jsou elektronické hodinky a dálkové ovládání pro tv. Díky použití struktur CMOS mohou tato zařízení pracovat až několik let z jednoho miniaturního zdroje energie - baterie nebo akumulátoru, protože prakticky nespotřebovávají energii.

V současné době jsou tranzistory s polním efektem stále více využívány v různých rádiových zařízeních, kde již úspěšně nahrazují bipolární. Jejich použití v rádiových vysílacích zařízeních umožňuje zvýšit kmitočet nosného signálu, což těmto zařízením poskytuje vysokou odolnost proti šumu.

Mají nízký odpor v otevřeném stavu a používají se v koncových fázích výkonných audiofrekvenčních zesilovačů (Hi-Fi), kde se opět úspěšně vyměňují bipolární tranzistory a dokonce i elektronky.

V zařízeních s vysokým výkonem, jako jsou softstartéry, Izolované hradlové bipolární tranzistory (IGBT) - zařízení, která kombinují tranzistory s bipolárním i polním efektem, se již úspěšně přemisťují tyristory.

Viz také: Druhy tranzistorů a jejich vlastnosti