Tranzystory polowe
T
r
a
n
z
y
s
t
o
r
y
p
o
l
o
w
e
Tranzystory polowe
T
r
a
n
z
y
s
t
o
r
y
p
o
l
o
w
e
TRANZYSTORY
T
R
A
N
Z
Y
S
T
O
R
Y
dla
d
l
a
POCZTKUJCYCH
P
O
C
Z
T
K
U
J
C
Y
C
H
21
Część
Zgodnie z wcześniejszą zapowiedzią cykl o wzmacniaczach operacyjnych ukazuje się wymiennie z kolejnymi odcinkami na temat
tranzystorów. W najbliższych odcinkach zawarte są wszystkie informacje o tranzystorach polowych potrzebne współczesnemu
elektronikowi-hobbyście.
W podręcznikach można znalezć opisy co 1. złączowe z kanałem n (JFET N), To znaczy, że w normalnych warunkach
najmniej sześciu podstawowych rodzajów 2. z izolowaną bramką, tzw. wzbogacane, w obwodzie bramki nie płynie prąd. Tran-
tranzystorów polowych zobacz rysunek 1. z kanałem n (MOSFET N), zystor jest otwierany i zamykany pod wpły-
Nie musisz wiedzieć szczegółowo, jak są 3. z izolowaną bramką, tzw. wzbogacane, wem napięcia między bramką a zródłem
zbudowane. Takie informacje znajdziesz z kanałem p (MOSFET P). (oznaczanego U ). Jeśli w obwodzie bram-
GS
w szkolnych podręcznikach. Ja chciałbym Ci Na rysunku 2 znajdziesz symbole tych ki prąd nie płynie, oznacza to, że rezystan-
przedstawić jedynie zasady działania, naj- trzech rodzajów tranzystorów. Tylko te tran- cja wejściowa wszelkich tranzystorów polo-
ważniejsze parametry oraz podstawowe ukła- zystory musisz bliżej poznać i tylko te bę- wych jest bardzo, bardzo duża, zdecydowa-
dy pracy. Przekonasz się, że tranzystory polo- dziesz stosował. Natomiast MOSFET-y z ka- nie większa niż bipolarnych, nawet pracują-
we mają wiele zalet, a zasady ich stosowania nałem zubożanym nie są dostępne na rynku. cych w roli wtórników emiterowych.
są bardzo proste. Jestem absolutnie pewny, iż Zauważ, że symbole MOSFET-ów różnią się I to jest jedna z głównych zalet wszelkich
polubisz te pożyteczne i popularne elementy. od tych z rysunku 1. Spotykane na rynku polówek .
MOSFET-y mają trzy wyprowadzenia, a nie
Rys. 1 cztery. Rys. 2
Tranzystory polowe
złączowe
Praktycznie wszystkie spotykane dziś tranzy-
NAZWY. W literaturze tranzystor polowy DZIAAANIE. Fizyczne podstawy działania story polowe złączowe, w skrócie JFET (lub J-
określa się skrótem FET Field Effect tranzystorów polowych są inne niż bipolar- FET) mają kanał typu n (istnieją też złączowe
Transistor, dosłownie tranzystor z efektem nych, niemniej jednak działanie jest podob- polówki z kanałem p, jednak są używane bar-
polowym . Tranzystor polowy złączowy to ne. Tranzystor polowy też ma trzy końcówki. dzo rzadko, możesz o nich zapomnieć). Znane
JFET (J od junction złącze). Drugi główny Elektrodę sterującą, odpowiednik bazy, nazy- od lat są tranzystory o oznaczeniach BF245
gatunek to tranzystory polowe z izolowaną wamy bramką (ang. gate) i oznaczamy dużą (były produkowane w kraju), BF246, BF247.
bramką MOSFET-y. MOS to skrót od Metal literą G. W zwykłym tranzystorze bipolar- Być może na zasadzie analogii z tranzy-
Oxide Semiconductor (metal-tlenek-półprze- nym prąd bazy steruje prądem kolektora. storem bipolarnym intuicja podpowiada Ci,
wodnik) wskazujący, że metalowa bramka Czym większy prąd bazy, tym większy prąd że przy zerowym napięciu bramka-zródło
izolowana jest (dwu)tlenkiem krzemu od pół- płynie w obwodzie kolektor-emiter. W tran- (U ) tranzystor polowy jest zatkany,
GS
przewodnikowego kanału wiodącego prąd. zystorze polowym prąd sterowany płynie a otwiera się przy zwiększaniu tego napięcia.
A oto pierwsza dobra wiadomość: nie w obwodzie dren zródło (D drain, odpo- Tym razem intuicja Cię zawiodła. JFET-y to
wszystkie spośród sześciu wspomnianych ro- wiednik kolektora, S source, odpowiednik dziwaki. Zapamiętaj raz na zawsze, że TRAN-
dzajów są wykorzystywane w praktyce. Spo- emitera). Co najważniejsze, wszystkie tran- ZYSTORY ZACZOWE PRZY ZEROWYM NAPI-
tkasz tylko trzy: zystory polowe są sterowane napięciowo. CIU S OTWARTE PRZEWODZ (podobnie
Elektronika dla Wszystkich
80
Podstawy
MOSFET-y z kanałem zubożanym) Aby je Natomiast w zakresie bardzo małych na-
zatkać, trzeba między zródło a bramkę podać pięć dren-zródło, rzędu ą20mV (czyli także
napięcie ujemne. Ilustruje to rysunek 3. dla małych napięć zmiennych), nachylenie
Gdybyś natomiast na bramkę JFET-a podał zależy od napięcia U pokazuje to w po-
GS
napięcie dodatnie względem zródła, to w ob- większeniu rysunek 5b. A to nachylenie to
wodzie bramka-zródło zacznie płynąć prąd. nic innego jak... rezystancja. To znaczy, że
Taki tryb pracy nie jest wykorzystywany dla małych sygnałów zmiennych obwód
w praktyce, dlatego rysunek 3c jest przekre- dren-zródło jest opornikiem o rezystancji
ślony. Tranzystor będzie się wtedy zachowy- zależnej od napięcia U . Rysunek 7 poka-
GS
wał tak, jakby między zródłem a bramką była zuje tłumik sygnałów audio sterowany napię-
włączona dioda. Wskazuje zresztą na to strzał- ciem stałym Ureg. Polowe tranzystory złą-
ka w obwodzie bramki. Rzeczywiście, jak czowe bywają używane w obwodach, gdzie
wskazuje nazwa, tranzystory JFET posiadają trzeba napięciowo regulować poziom nie-
złącze (diodowe), które podczas normalnej wielkich sygnałów zmiennych. Ponieważ za-
pracy jest spolaryzowane wstecznie - prąd kres liniowej pracy gołego tranzystora jest
wtedy nie płynie, a oporność wejściowa jest niewielki (ą10...ą20mV), w praktyce za-
bardzo duża. Ilustruje to rysunek 4, gdzie miast prostego regulatora wg rysunku 7b sto-
obrazowo przedstawiono tranzystor JFET ja- suje się ulepszony układ ze sprzężeniem
ko złożenie diody i rezystora. Nie jest to wyo- zwrotnym, pokazany na rysunku 7c, który
brażenie błędne tranzystor polowy w pierw- umożliwia pracę z napięciami rzędu ą50mV, Rys. 6a
szym przybliżeniu rzeczywiście można sobie a nawet więcej (jednak czym większe napię-
wyobrazić jako rezystor sterowany napięciem. cie, tym większe zniekształcenia nieliniowe).
Ze względu na niedoskonałości tłumiki
Rys. 3 z FET-ami są obecnie skutecznie wypierane
Rys. 4
Rys. 6b
przez bardziej złożone regulatory scalone,
w tym potencjometry elektroniczne.
Znacznie ważniejsze jest jednak, byś zro-
Podstawowe parametry zumiał znaczenie charakterystyki z rysunku
W zasadzie nie musisz znać szczegółowych 6. W przypadku zwykłych, bipolarnych tran-
charakterystyk tranzystorów polowych złą- zystorów poszczególne egzemplarze różniły
czowych. Będziesz je stosował bardzo się przede wszystkim wartością wzmocnienia
rzadko. W razie potrzeby wykorzystasz go- prądowego, natomiast napięcie baza-emiter,
towy schemat z literatury albo jeden z ukła- potrzebne do otwarcia tranzystora we wszy-
dów podanych w dalszej części artykułu. Rys. 5a stkich tranzystorach, jest praktycznie takie
Proponuję jednak, żebyś przeanalizował samo. Zupełnie inaczej jest w przypadku
charakterystyki popularnego tranzystora po- omawianych tranzystorów polowych. Tu na-
lowego BF245, pokazane na rysunkach 5 i 6. pięcie, przy którym tranzystor zaczyna się
Rysunek 5 pokazuje charakterystykę wyj- otwierać, bardzo różni się dla poszczegól-
ściową, a rysunek 6 charakterystyki przej- nych egzemplarzy - zwróć uwagę, że na ry-
ściowe. Zwróć uwagę, że przy napięciach sunku 6b zaznaczyłem kolorem czarnym ty-
dren-zródło większych od 5V prąd drenu powe charakterystyki przejściowe tranzysto-
praktycznie nie zależy od napięcia drenu - rów BF245 z grup A, B, C oraz kolorem
charakterystyka na rysunku 5a przebiega po- czerwonym charakterystyki jakichś pięciu
ziomo. Jeśli przy zmianach napięcia prąd się konkretnych egzemplarzy tranzystorów
zmienia bardzo mało, to znaczy, że obwód JFET. Poszczególne egzemplarze różnią się
drenu ma właściwości zródła prądowego zarówno napięciem U , przy którym zaczy-
GS0
ma bardzo dużą rezystancję dynamiczną, na płynąć prąd, prądem drenu I (przy ze-
DSS
podobnie jak obwód kolektorowy zwykłego rowym napięciu U ), jak też nachyleniem
GS
tranzystora. Rys. 5b charakterystyki.
Elektronika dla Wszystkich
81
Podstawy
Jednym z podstawowych parametrów dzę Ci jednak sprawdzać złączowych polówek w amperach na wolt (A/V), czyli w milisimen-
tranzystora polowego złączowego jest napię- w ten sposób. Są to delikatne tranzystory i ła- sach (mS) lub simensach (S). A że siemens to
cie bramka-zródło, przy którym zaczyna dunki statyczne mogą je uszkodzić właśnie odwrotność oma (ohm), w literaturze często za-
się on otwierać. To napięcie progu otwiera- podczas takich prób. Złą sławą pod tym miast mA/V, mS czy S spotkasz dowcipny
nia (napięcie odcięcia) oznaczane jest w ka- względem cieszyły się popularne BF245 kra- skrót mmho lub mho. Ogólnie biorąc, czym
talogach U i dla spotykanych na rynku jowej produkcji. Przy nieostrożnym obcho- większa wartość transkonduktancji i wyższe
GSO
tranzystorów JFET wynosi 10V...-0,5V. Na- dzeniu się z nimi nawet połowa potrafiła się napięcie odcięcia U , tym lepszy tranzystor.
GSO
pięcie to można bardzo łatwo zmierzyć uszkodzić jeszcze przed wlutowaniem W katalogach znajdziesz wartości trans-
w układzie z rysunku 8. w układ. Przy wszelkich kontaktach z małymi konduktancji tranzystorów. Słusznie się do-
polówkami zachowaj ostrożność: połóż na myślasz, że występuje tu duży rozrzut pomię-
Rys. 7 blacie stołu metalową uziemioną blachę, co ja- dzy egzemplarzami, nawet pochodzącymi
z tej samej serii produkcyjnej. Zresztą często
tranzystory JFET dzielone są na grupy, róż-
niące się wartościami napięcia odcięcia i prą-
du nasycenia drenu. Przykładem jest popu-
larny niegdyś BF245. Tranzystory są selek-
cjonowane pod względem prądu I
DSS
BF245A: 2...6,5mA
BF245B: 6...15mA
BF245C: 12...25mA.
W katalogach znajdziesz też maksymalne
napięcie dren-zródło, maksymalną moc strat,
Drugim istotnym parametrem tranzysto- kiś czas dotykaj rury wodociągowej (uziemie- nie ma natomiast dopuszczalnego prądu dre-
rów złączowych jest nia), żeby rozładować swe ciało; nie zaszko- nu. Jeśli jeszcze tego nie zauważyłeś, zauważ
prąd nasycenia drenu Rys. 8 dziłoby też uziemienie grota lutownicy. teraz w polówkach złączowych nie można
przy zerowym napię- Zwróć jeszcze uwagę na nachylenie charak- dowolnie zwiększyć prądu drenu. Jest on
ciu U , czyli przy ma- terystyki przejściowej z rysunku 6. Wcześniej ograniczony i przy zwarciu bramki ze
GS
ksymalnym otwarciu dowiedziałeś się, że nachylenie charakterystyki zródłem (U =0) przyjmuje maksymalną
GS
tranzystora, oznaczany z rysunku 5 to jakiś rodzaj oporu przecież na wartość równą I . Nie możesz go zwięk-
DSS
I . Jak widać z rysun- jednej osi miałeś napięcie dren-zródło, na dru- szyć, bo podając dodatnie napięcie na bram-
DSS
ku 6, również tu rozrzut giej prąd drenu. Stosunek napięcia do prądu to kę spowodowałbyś przepływ prądu bramki
między egzemplarzami rezystancja w tym wypadku jest to rezystan- i straciłbyś zalety tego tranzystora.
jest duży. cja wyjściowa lub inaczej rezystancja wewnę- Jak wskazuje rysunek 6, w trakcie normal-
Prąd nasycenia danego egzemplarza moż- trzna tranzystora. Na rysunku 6 na jednej osi nej pracy napięcie bramka-zródło powinno
na zmierzyć w układzie według rysunku 9a, masz prąd drenu, na drugiej napięcie bramka- być ujemne lub co najwyżej równe zeru. Mo-
ale można także wg rysunku 9b. Różnica zródło. Czy można tu mówić o jakimś wzmoc- że to Ci się wydać dużym utrudnieniem, bo ni-
w układach pomiarowych z rysunków 8 nieniu? W tranzystorze bipolarnym mamy zro- by skąd wziąć w prostym układzie, zasilanym
i 9b polega na tym, że woltomierz ma bardzo zumiały parametr - wzmocnienie prądowe, czy- z baterii, ujemne napięcie. Stop, nie tak szyb-
dużą rezystancję wewnętrzną, np. 10M&!, li stosunek prądu kolektora do prądu bazy. ko, znów intuicja Cię zwiodła. A kto mówi, że
a płynący przezeń prąd jest bardzo mały, na- A tu? Stosunek prądu do napięcia... potrzebne jest ujemne napięcie zasilania?
tomiast amperomierz ma mały, bliski zeru Zamiast obniżać napięcie bramki, można
opór wewnętrzny, wobec czego zródło tran- Rys. 10 przecież podwyższyć napięcie zródła, jak po-
zystora jest praktycznie zwarte do masy kazuje rysunek 11a. Nie trzeba też stosować
(i nadal jest to układ z rysunku 3b). W prak- dodatkowego zródła można sprytnie wyko-
tyce znaczy to, że w tym samym układzie po- rzystać spadek napięcia na rezystorze, jak po-
miarowym można zmierzyć oba kluczowe kazuje rysunek 11b. Wartość tego rezystora
parametry JFET-a przełączając multimetr. (0...10k&!) wyznacza prąd płynący przez
tranzystor. Taki sposób (auto)polaryzacji
Rys. 9 znany jest od wielu lat, kiedyś powszechnie
stosowany był w układach lampowych. Przy
okazji wyszło na jaw, że tranzystory polowe
złączowe z kanałem n mają podobne właści-
wości jak lampy próżniowe (triody).
Tranzystory polowe także mogą pracować
w układach ze wspólnym zródłem, wspól-
Zastanów się... nym drenem i wspólną bramką, analogicznie
Zauważ, że nachylenie określa przyrost jak zwykłe tranzystory pracują w układach ze
prądu drenu pod wpływem przyrostu na- wspólnym emiterem, wspólnym kolektorem
Rysunek 10 pomoże Ci w przypadku, gdy- pięcia sterującego U . To nachylenie jest i wspólną bazą zobacz rysunek 12. Nie bę-
GS
byś koniecznie chciał sprawdzać takie tranzy- więc odpowiednikiem wzmocnienia prądowe- dziemy wgłębiać się w szczegóły, ponieważ
story za pomocą omomierza. Jak widzisz, go ze zwykłych tranzystorów. Jednak nie na- nigdy Ci się to nie przyda. W praktyce bywa-
miedzy drenem a zródłem oporność jest w obu zywamy tego ani wzmocnieniem, ani czuło- ją wykorzystywane proste układy z rysunku
kierunkach mała, natomiast między bramką ścią jest to tak zwana (nie bój się!) TRANS- 13: zródło prądowe oraz wtórniki mające bar-
a drenem lub zródłem masz zwyczajną diodę, KONDUKTANCJA. Transkonduktancja wy- dzo dużą rezystancję wejściową.
która przewodzi w jednym kierunku. Nie ra- rażana jest w miliamperach na wolt (mA/V) lub
Elektronika dla Wszystkich
82
Podstawy
Rezystancja wejściowa układów jest rów-
na rezystancji R1. R1 może mieć wartość od
1k&!...100M&!.
Wtórnik
ze zródłem
prądowym
Rys. 11 Rys. 13 dwóch identycznych tranzystorów. Takie ele-
menty, zawierające w jednej obudowie dwa bli-
Rys. 12 zniacze tranzystory FET są dostępne. Prawie
każdy oscyloskop ma na wejściu taki wtórnik.
I jeszcze jedna ważna uwaga - ze względu
na swą specyficzną budowę, w tranzystorach
złączowych można bezkarnie zamieniać
miejscami końcówki drenu i zródła właści-
wości układu będą takie same.
Tyle o tranzystorach polowych złączowych.
Piotr Górecki
Szczególnie dobre właściwości (szerokie i wyjściu, stabilność cieplna) ma wtórnik z ry-
pasmo, jednakowe napięcie stałe na wejściu sunku 13d pod warunkiem zastosowania
Elektronika dla Wszystkich
83
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
(21 Potencjał zakłócający i anomalie)980928 21173 21 (10)2 21 SPAWANIE MIEDZI I STOPÓW MIEDZI (v4 )USTAWA z dnia 21 marca 1985 r o drogach publicznychcommercial howto 21Nyx Password Storage 1 21 readme21 (206)więcej podobnych podstron