Teória unipolárnych tranzistorov

Kanál tranzistora tvorí základný plátok s vodivosťou N. Na vzdialenejších koncoch plátku sú umiestnené kontakty emitora a kolektora. V kanáli sú vytvorené dve silne dotované oblasti s vodivostou P⁺. Ich vývody bývajú spojené a tvoria spolu ovládaciu elektródu G. Pri tomto druhu tranzistora zastáva priechod medzi ovládacou elektródou a kanálom funkciu izolačnej vrstvy a ovládacej elektródy. Priloženým napätím U_GE musí sa preto priechod polarizovať v spätnom smere. Ak má tranzistor kanál s vodivosťou N, musí byť trvalé napätie U_GEŁ0. To znamená, že tranzistor pracuje výlučne v ochudobňovacom type činnosti.

Medzi emitor a kolektor tranzistora pripojíme kladné napätie U_GE. Pokial je na ovládacej elektróde nulové napätie, prechádza kanálom kolektorový prúd, ktorý závisí od koncentrácie nosičov v kanáli a od jeho prierezu. Ak pripojíme na ovládaciu mriežku záporné napätie U_GE v uzavretom priechode PN sa vytvorí priečne elektrické pole, ktoré odpudzuje elektróny z oblasti priechodu. V dôsledku toho sa zmenšuje účinný prierez kanála a jeho vodivosť klesá tým výraznejšie, čím zápornejšie je napätie U_GE. Napokon vplyvom silného elektrického pola sa preruší vodivý kanál a zanikne kolektorový prúd, ako to vidíme na prevodovej charakteristike znázornenej na obrázku. Výstupné charakteristiky majú rovnaký tvar ako pri tranzistore typu MIS.

Z opisu činnosti tranzistora ovládaného elektrickým poľom s priechodovým hradlom vyplýva, že tento tranzistor môže pracovať len v ochudobňovacom type činnosti, pretože v obohacovacom type činnosti by sa otvoril priechod PN a stratil by tak schopnosť ovládať prúd, tečúci kanálom.

Vzhladom na to, že tranzistor ovládaný elektrickým poľom je ovládaný napätím ovládacej elektródy, hodia sa na vyjadrenie jeho vlastností admitančné charakteristiky Y.

Admitančné charakteristiky sa uvádzajú najčastejšie pre tranzistor v zapojení so spoločným emitorom. Charakteristické funkcie majú nasledujúce tvary:

a) Pre výstupné charakteristiky

b) Pre prevodové charakteristiky

Pri tranzistoroch ovládaných elektrickým polom sa vstupné a spätné charakteristiky neudávajú, pretože prúd ovládacej elektródy, t. j. vstupný prúd tranzistora je taký malý, že môžeme napísať

V skutočnosti však tecie prúd aj ovládacou elektródou. Nazýva sa zvyškovým prúdom ovládacej elektródy a je daný zvodovým prúdom izolačnej vrstvy tranzistora MIS, alebo záverným prúdom priechodu PN pri tranzistore JFET. Jeho velkosť sa udáva zvyčajne pri najväčšom dovolenom napätí ovládacej elektródy ako jeden z charakteristických parametrov tranzistora ovládaného elektrickým polom. Zvyškový prúd ovládacej elektródy býva rádovo 10^-12 A pri tranzistoroch JFET. Pri tranzistoroch ovládaných elektrickým poľom však prúd ovládacej elektródy nemá vplyv na ovládanie výstupného výkonu.

Pri pomalých a dostatočne malých zmenách obvodových veličín je správanie sa tranzistora ovládaného elektrickým poľom v zapojení so spoločným emitorom vyjadrené linearizovanými rovnicami

      Prenosová admitancia y_21e alebo strmosť 5 má hodnotu rádovo desatiny až jednotky miliampérov na volt. Výstupný odpor l/y_22e býva 10⁴ až 10⁵W.

      Vstupný odpor tranzistora ovládaného elektrickým poľom je daný zvodovým odporom izolačnej vrstvy pri tranzistore typu MIS (10¹⁴W), alebo záverným odporom priechodu PN pri tranzistore typu JFET (10¹²W).

      Pri rýchlych zmenách obvodových veličín, t. j. pri frekvenciách, pri ktorých sa prejavuje impedančný charakter tranzistora ovládaného elektrickým poľom, sa udávajú parametre y_e v komplexnom tvare podobne ako pri bipolárnych tranzistoroch.

Pri tranzistoroch ovládaných elektrickým poľom, predovšetkým však pri tranzistoroch typu MIS, je kritickou hraničnou hodnotou maximálne dovolené napätie medzi ovládacou elektródou a emitorom, príp. kolektorom. Prekročením tohto napätia sa elektricky prerazí izolačná vrstva a tým sa zničí aj tranzistor. Z tohto dôvodu sú nebezpečné aj elektrostatické náboje, ktoré sa dostanú na ovládaciu elektródu dotykom ruky. Preto sa tranzistory typu MIS dodávajú so skratovacou spojkou, nasadenou na svorkách tranzistora, ktorá spája nakrátko ovládaciu elektródu s vývodom emitora alebo kolektora. Spojka sa odstráni až po skončení montáže. Velkosť hraničného napätia ovládacej elektródy býva +/- 20 až +/- 100 V.

      Dalšími hraničnými hodnotami tranzistorov ovládaných elektrickým poľom sú:

            hraničné kolektorové napätie U_CE a U_CEM,
            hraničný kolektorový prúd I_C a I_CM,
            hraničný kolektorový stratový výkon P_C,
            teplotné údaje.