Подобных приборов есть множество типов и структур, заметно отличающихся по своим характеристикам даже для начинающего самодельщика, решившего их использовать. Мы пока ограничимся самым простым их типом - полевым транзистором с p-n переходом.
Многими вещами полевые транзисторы сходны с обычными. Подобно тому, как бывают транзисторы p-n-p и n-p-n структуры, есть полевые транзисторы с p-каналом и n-каналом соответственно. Вот только названия выводов - другие. Вместо эмиттера - исток, вместо базы - затвор, вместо коллектора - сток.
Также аналогичны и схемы усиления и генерации на них. Есть наиболее распространенная схема с общим истоком. Есть не усиливающая по напряжению схема с общим стоком (истоковый повторитель). Правда, нужда в ней возникает нечасто, так как даже схема с общим истоком, сделанная на полевом транзисторе, и так обладает высоким входным сопротивлением. Наконец, можно еще и схему с общим затвором забацать, и каскодный усилитель. Но вот некоторые параметры полевых транзисторов будут для вас необычными.
Вернемся к заурядной схеме с общим истоком на транзисторе с n-каналом и рассмотрим ее схемотехнику.
Полевой транзистор более похож на радиолампу. При нулевом напряжении на затворе он открыт полностью (почти полностью, но об этом немного позднее). По мере увеличения отрицательного напряжения на затворе, создаваемое им электрическое поле не дает электронам пройти через канал, как бы "пережимает" его. Ток стока снижается, а при некотором напряжении и прекращается вовсе. Это напряжение называется напряжением отсечки.
Еще раз: полевой транзистор, в отличие от обычного, управляется не током, а напряжением. Тока в цепи затвора практически нет, так как p-n-переход в полевом транзисторе находится под обратным напряжением. Благодаря этому даже обычный каскад с общим истоком обладает высоким входным сопротивлением. Если на обычных транзисторах радиотехники стремятся подключать колебательные контура через дополнительные катушки связи с меньшим числом витков (теряя при этом напряжение) или добавлять эмиттерные повторители, то полевые транзисторы можно подключать непосредственно, и при этом не терять добротность и избирательность контура.
Понятно, что никакого коэффициента усиления в полевом транзисторе быть не может. Ведь коэффициент - это соотношение между одинаковыми величинами ( например, между током базы и током коллектора), а как можно сравнивать миллиамперы и вольты? Поэтому усилительные свойства полевого транзистора (как и радиолампы) характеризуются крутизной характеристики, обозначаемой буквой S и выражаемой в мА/В. То есть, на сколько миллиампер уменьшается ток стока при подаче закрывающего напряжения в 1 В. Другие параметры вам понятны: максимальная мощность рассеивания, максимальное напряжение сток-исток, максимальный ток стока. Граничную частоту полевиков в справочниках обычно не указывают, но ее можно оценить по формуле:
Где: F - граничная частота, МГц; S - крутизна характеристики, мА/В; C11и - входная емкость, пФ (имеется в справочниках).
Как вы уже несомненно знаете, для линейного неискаженного усиления в базу обычного транзистора мы закачиваем небольшой ток смещения, слегка приоткрывающий его. Для нормального же линейного усиления на полевом транзисторе его нужно слегка призакрыть отрицательным напряжением. Еще более отрицательным, чем отрицательный полюс источника питания.
- Так что же это - нам придется ставить в устройство дополнительный источник питания, подобно сеточному напряжению в мощных ламповых передатчиках? - Не обязательно. Реальная нужда в таком возникает нечасто. Скажем, в усилительных каскадах конструкторы обычно применяют низкоомные резисторы в цепи истока. Совсем как резисторы в катодной цепи в ламповых схемах!
Еще часто бывает, что полевики усиливают напряжение с детекторов, а тут уж как диоды поставишь, такую полярность и получишь. Или в измерительных приборах усиливают напряжение извне, также подаваемое в нужной полярности. Так что с этим особых проблем не возникает. Есть трудности в другом.
Вот та самая характеристика полевого транзистора - зависимость тока стока от напряжения на затворе.
Во-первых, мы видим, что она не имеет резких изломов. Во-вторых, тока через цепь затвора практически нет. Это означает малые нелинейные и интермодуляционные искажения, что важно для получения помехоустойчивых высокоизбирательных приемников. Да и для высококачественной аудиоаппаратуры, у которой звуки не смешиваются в одну неразборчивую кашу.
Но максимально возможный ток стока - это параметр данного экземпляра транзистора. Больше уже не выжмешь (почти не выжмешь). В отличие от обычного транзистора, которому можно вкачать в базу побольше и получить в цепи коллектора сколько нужно. То же и с напряжением отсечки. Взяли транзистор с током побольше, а у него и это самое напряжение выше, маленький входной сигнал может его и не закрыть, когда нужно. Обычные транзисторы, как бы сказать, "более одинаковы". А с полевиками установка режима схемы и сама ее работоспособность могут сильно зависеть от параметров примененного прибора. Но для человека, ясно представляющего себе суть этих проблем, ничего невозможного нет.
МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ МОНТАЖЕ. Высокое входное сопротивление полевых транзисторов, а, следовательно, малые утечки, может привести к тому, что даже небольшой заряд статического электричества создаст напряжение, способное пробить затвор полевика. Поэтому в промышленности обычно соблюдались следующие меры предосторожности при обращении с полевыми транзисторами и микросхемами на их основе:
- пайка низковольтными (не выше 36 В) паяльниками с заземленным жалом.
- заземление тела монтажника с помощью браслета через резистор в 1 МОм для безопасности.
- заземление другого инструмента.
- хранение данных приборов завернутыми в фольгу.
- закорачивание выводов при хранении и монтаже.
Вообще-то сейчас в такие приборы как правило встраиваются защитные стабилитроны, так что некоторые из этих мер, наверное, излишни. Но нам же не нужны лишние проблемы, которые надо будет как-то выявлять и устранять за свои же деньги? Так что по возможности эти меры надо соблюдать. Даже если вы паяете 220 В паяльником, то перед пайкой полевика выключите его из розетки и сначала коснитесь общего провода платы для уравнивания зарядов. Нетрудно и закоротить выводы транзистора ленточкой из фольги, а потом сорвать ее.
Теперь по поводу этих оговорок "почти". На полевые транзисторы этой структуры обычно запрещается подавать положительное напряжение - ведь в этом случае p-n-переход в транзисторе откроется, через него потечет ток, а он на это вовсе не рассчитан. Но вот, скажем, на старые советские КП103 с p-каналом допускалось подавать отрицательное напряжение не более 0,5 В. Ведь эти транзисторы - кремниевые, а как вы знаете при таких напряжениях кремниевые диоды даже в прямом направлении еще не открываются. Поэтому подача на затвор напряжения в открывающей полярности до нескольких десятых долей вольта все же возможна. Характеристика прибора при этом немного продвигается, не нарушая линейности прибора, ток стока растет больше начального значения.
Также полевые транзисторы можно использовать в пассивном режиме - когда на них совсем не подается постоянное напряжение питания. Транзистор становится управляемым сопротивлением сток-исток, зависящим от напряжения между истоком и затвором.
