itciskra.ru
Транзисторы могут быть дискретными или интегральными. Полевой транзистор относится к дискретным элементам, и отличается от других типов своей конструкцией и принципом работы. Он состоит из трех слоев: источника, стока и затвора. Название «полевой» он получил из-за того, что при его работе управление электрическим током осуществляется с помощью электрического поля.
Ключевым элементом полевого транзистора является затвор – тонкий металлический слой, размещенный между источником и стоком. Затвор создает электрическое поле, которое регулирует электропроводность между источником и стоком транзистора. При изменении напряжения на затворе меняется и проводимость канала между источником и стоком.
Главное преимущество полевого транзистора заключается в том, что для его работы не требуется большого тока управления. Это делает его очень удобным и энергоэффективным элементом. Благодаря этому свойству полевые транзисторы нашли широкое применение во многих областях: от радиоэлектроники до телефонов и компьютеров.
Что такое полевой транзистор?
Полевой транзистор получил свое название из-за своего устройства — он использует электрическое поле для контроля потока заряда в его структуре. Это отличает полевой транзистор от других типов транзисторов, таких как биполярные транзисторы.
Полевые транзисторы состоят из трех слоев полупроводникового материала, обычно кремния или германия. Два из этих слоев являются типа N или типа P, а третий слой является изолятором или проводником. Внутри полевого транзистора есть канал, который регулируется электрическим полем, создаваемым на его затворе.
Когда напряжение применяется к затвору, оно создает электрическое поле, которое изменяет количество заряда, протекающего через канал полевого транзистора. Это позволяет контролировать электрический ток, проходящий через полевой транзистор, что делает его удобным для использования в устройствах усиления и коммутации сигналов.
Важной особенностью полевых транзисторов является их малая потребляемая мощность и высокая эффективность, что делает их широко используемыми в мобильной электронике и других низкопотребляющих приложениях.
Основные принципы работы
Полевой транзистор получил свое название благодаря основному принципу работы, который основан на использовании поля. Поле создается между электродами приложенным напряжением и контролирует прохождение электрического тока.
Структура полевого транзистора состоит из трех электродов: источника, стока и затвора. Источник и сток представляют собой два примыкающих полупроводниковых слоя, образуя канал, через который проходит ток. Затвор же находится над каналом и создает электрическое поле, контролируя прохождение тока через канал.
При подаче напряжения на затвор образуется электрическое поле, которое воздействует на свободные электроны в канале. При положительном напряжении на затворе, электрическое поле затормаживает свободные электроны и препятствует течению тока. При отрицательном напряжении на затворе, электрическое поле ускоряет электроны и позволяет току протекать.
Таким образом, полевой транзистор контролирует прохождение тока с помощью изменения напряжения на затворе. Главным преимуществом полевого транзистора является его высокая эффективность и низкое потребление энергии, что делает его одним из самых популярных устройств в электронике.
История развития
История развития полевых транзисторов началась во второй половине 20 века. В то время активно исследовались различные типы транзисторов, которые могли бы заменить устаревшие вакуумные лампы.
Первые полевые транзисторы были разработаны и представлены в 1959 году физиками Джоном Аталлом Кэмбеллом, Джеком Килби и Робертом Нойсом в компании Texas Instruments. Эти транзисторы были созданы на основе полупроводниковых материалов и отличались от транзисторов на основе диодовой структуры. Именно благодаря новой структуре, транзисторы на полупроводниковых материалах получили название «полевых».
С течением времени и с развитием технологий полевые транзисторы стали эффективно применяться в различных областях электроники и стали основой для создания многих устройств. В настоящее время полевые транзисторы широко используются в микропроцессорах, компьютерах, мобильных устройствах, радиоэлектронике и других сферах.
Различия с биполярным транзистором
Полевой транзистор отличается от биполярного транзистора своей физической структурой и принципом работы.
Основными различиями между полевым и биполярным транзисторами являются:
- Тип проводимости: полевой транзистор является УП (управляемым полупроводниковым) прибором, в то время как биполярный транзистор является БП (биполярным) прибором.
- Управление током: в полевом транзисторе управление током осуществляется путем изменения электрического поля в канале, в то время как биполярный транзистор управляется путем изменения тока базы.
- Входное сопротивление: в полевом транзисторе входное сопротивление очень высоко, что означает, что он почти не потребляет входной ток, в отличие от биполярного транзистора, который имеет низкое входное сопротивление.
- Выходная характеристика: полевой транзистор имеет линейную выходную характеристику, в то время как биполярный транзистор имеет нелинейную характеристику.
- Скорость переключения: полевой транзистор имеет быстродействие в переключении тока и может быть использован для работы на высоких частотах, тогда как биполярный транзистор работает медленнее и не подходит для высокочастотных схем.
В целом, выбор между полевым и биполярным транзистором зависит от конкретных требований и условий применения. Оба типа транзисторов имеют свои преимущества и ограничения, и правильный выбор зависит от того, какие требования нужно удовлетворить.
Преимущества и недостатки
Полевой транзистор имеет ряд преимуществ, которые делают его широко используемым в электронике:
- Низкое потребление энергии: полевые транзисторы потребляют меньше энергии, чем другие типы транзисторов, что делает их идеальными для использования в портативных устройствах;
- Большая мощность: полевые транзисторы способны работать на высоких частотах и обеспечивать высокую мощность, что позволяет им использоваться в радиосвязи и других приложениях с высокими требованиями к мощности;
- Высокая стабильность: полевые транзисторы обладают хорошей стабильностью передачи сигнала и малыми искажениями, что делает их предпочтительными для использования в аудиоусилителях;
- Простота управления: управление полевыми транзисторами происходит с помощью напряжения, что упрощает их использование и интеграцию в схему.
Однако у полевых транзисторов есть и некоторые недостатки:
- Более высокая стоимость производства: изготовление полевых транзисторов требует использования специальных материалов и технологий, что влияет на их стоимость;
- Меньшая надежность: полевые транзисторы более чувствительны к статическому электричеству и механическим повреждениям, что может снизить их надежность и долговечность;
- Ограничения по напряжению: полевые транзисторы не могут работать с высокими напряжениями, что делает их не подходящими для некоторых приложений с высокими требованиями к напряжению.
Сферы применения
Полевые транзисторы широко применяются в электронике и микроэлектронике, благодаря их высокой производительности и низкому энергопотреблению. Они используются во множестве устройств и систем, включая:
- Телекоммуникационное оборудование: полевые транзисторы используются в сотовых телефонах, радиосвязи, радиопередатчиках и других системах связи.
- Электроника потребительских товаров: полевые транзисторы применяются в телевизорах, домашних кинотеатрах, аудиоусилителях, компьютерной технике и других устройствах для обеспечения эффективной работы сигналов и усиления сигналов.
- Энергетическая промышленность: полевые транзисторы используются в солнечных панелях, инверторах энергии, регуляторах напряжения и других системах энергоснабжения для управления и регулирования электрической энергии.
- Автомобильная промышленность: полевые транзисторы применяются в автомобильной электронике, такой как системы зажигания, системы управления двигателем, системы коммуникации и другие.
- Аэрокосмическая и оборонная промышленность: полевые транзисторы используются в системах связи, радиотехническом оборудовании, радарах, навигационном оборудовании и других системах.
Это лишь некоторые из множества областей, в которых применяются полевые транзисторы. Их универсальность и высокая производительность делают их важными компонентами в современных технологиях и системах.