Давненько не було на сайті статей з електроніки та схемотехніки, тому сьогодні покладемо початок циклу статей, присвяченому пристрою і роботі польового транзистора в різних схемах. І метою цієї, стартовою статті є зрозуміти що це за транзистори такі, навіщо вони потрібні і як працюють.
Як і біполярний, польовий транзистор має три висновки, відповідно, три електрода. І провідність між двома з цих електродів залежить від того, яка напруга докладено до третього. У цьому, за великим рахунком, і полягає суть роботи полевиков 😉
Польові транзистори, знову ж як і їх біполярні колеги, бувають різних полярностей - n-типу і p-типу. а точніше n-канальні і p-канальні. Більш того, є ще й інші типи ПТ, але про докладної класифікації ми поговоримо пізніше.
Давайте поки обмежимося розглядом, наприклад, n-канального польовика, і для початку подивимося на його позначення на принципових схемах.
Схема польового транзистора.
Зліва зображено n-канальний польовий транзистор і його електроди, а праворуч, відповідно, його біполярний n-p-n «аналог». Здавалося б, пристрої практично повністю ідентичні один одному - в чому ж різниця? А ось у чому ...
Сама назва ПТ нам говорить про те, що його роботою керує електричне поле, яке створюється прикладеним до затвору напругою (як ви пам'ятаєте, в БТ вихідний струм керувався струмом бази). У разі ж ПТ через затвор і зовсім не тече ніякої струм і в цьому то, мабуть, і полягає головна особливість цього пристрою. Давайте розберемося трохи докладніше. Струм затвора відсутня, отже, повне вхідний опір транзистора неймовірно велике (дійсно,, а, тобто струм, у нас прагне до нуля). І це властивість польовика має величезне значення.
З усього цього випливає, що польовий транзистор можна розглядати як пристрій, що підсилює струм, оскільки на вході струму, як ми з'ясували, немає зовсім. Давайте розглянемо, як же він все-таки працює.
Отже, нагадую, що ми зупинили свій вибір на розгляді n-канального польового транзистора. Коли цей пристрій працює в нормальному режимі стік має позитивний потенціал щодо витоку (для p-канального. Природно, все навпаки). Струм ж від стоку і витоку НЕ буде протікати до тих пір, поки до затвор буде прикладена позитивна щодо витоку напруга. Тобто як тільки ми подаємо на затвор напруга, що перевищує потенціал витоку, від стоку до витоку починає протікати струм. Змінюючи напругу Uзи (напруга затвор-витік) ми можемо управляти величиною цього струму.
Давайте для кращого розуміння подивимося на вихідні характеристики (залежність струму стоку від напруги стік-витік):
Бачимо, що при напрузі стік-витік вище 1-2 В. струм стоку залишається практично незмінним. Ця область характеристик ПТ називається областю насичення. З великою точністю польовий транзистор дозволяє отримати незмінний струм стоку при постійному значенні напруги затвор-витік. Як бачимо з графіка - чим більше значення Uзи, тим більше стає величина струму стоку. Крім того, можна сказати, що струм стоку прямо пропорційний квадрату різниці напруг (Uзи-Uп). Тут Uп - це гранична напруга. Що це таке? А це така напруга затвора, при якому починає протікати струм стоку. Для даного графіка порогове значення напруга затвор-витік становить приблизно 1.6 В.
Тепер давайте розглянемо невеликий приклад. Розберемося, як працює схема ключа на польовику:
Схема проста до неподобства, крім самого ПТ в ній практично нічого немає) Резистор тут умовно зображує навантаження, нехай вона розрахована на споживання струму 100 мА і напруга 5В. При такому положенні перемикача, як на малюнку, потенціал затвора дорівнює потенціалу землі і дорівнює потенціалу витоку. А це означає, що польовика «вимкнений» і ток стоку відсутня. Щоб «включити» транзистор необхідно, щоб потенціал затвора перевищував потенціал витоку, що досягається перемиканням S1. У цьому випадку від стоку до витоку починає протікати струм стоку, а через те, що транзистор має опір досить-таки маленьке в порівнянні з навантаженням, то потенціал стоку стане близький до потенціалу землі, а напруга на навантаженні складе майже 5 вольт. Дивіться самі чому так виходить. Опір навантаження і вихідний опір транзистора являють собою звичайний дільник напруги, тоді значення напруги на навантаженні:
А враховуючи, що у нас набагато менше, ніж, ми і отримуємо, що майже всі 5 вольт виявляться на навантаженні)
Думаю, на цьому сьогодні закінчимо, а в наступній статті докладно розглянемо, які бувають типи полевиков і чим вони відрізняються один від одного.