Tranzystory unipolarne – czym są i jak działają?

​Tranzystory unipolarne FET (z ang. field-effect transistor) to tak zwane tranzystory polowe, które są elementem półprzewodnikowym sterowanym napięciowo. Nazwa tranzystora unipolarnego wynika z tego, że przepływ prądu w tranzystorze jest związany z ruchem nośników ładunków wyłącznie jednego rodzaju (albo dziur, albo elektronów). Sprawdź, czym są i jak działają tranzystory unipolarne.

Budowa i zasada działania tranzystora unipolarnego

Analizując tranzystor unipolarny, należy zwrócić uwagę przede wszystkim na to, że między źródłem a drenem istnieje wąski kanał półprzewodnika, który tworzy przewodzącą ścieżkę. Jeśli między bramką a źródłem doprowadzone zostanie napięcie polaryzujące złącze w kierunku zaporowym, wówczas szerokość kanału ulegnie zmniejszeniu, a jego rezystancja wzrośnie.

Napięcie, które spowoduje całkowite zamknięcie kanału przewodzącego, nazywa się napięciem odcięcia. Jeśli napięcie polaryzujące złącze w kierunku zaporowym będzie równe zeru, wówczas pole elektryczne spowoduje przepływ prądu przez kanał. Uwzględniając to, że dodatnie napięcie drenu względem źródła polaryzuje złącze w kierunku drenu zaporowo, to możemy spodziewać się, że grubość kanału przewodzącego będzie równa zeru, gdy napięcie drenu osiągnie wartość napięcia odcięcia.

Jednak dla tej wartości napięcia prąd drenu nie przestanie płynąć, ponieważ między punktem odcięcia a drenem istnieje pewne napięcie, które sprawia, że pole elektryczne przesunie nośniki od źródła do drenu. Z kolei gdy napięcie drenu przekroczy wartość tego napięcia, wówczas strefa zaporowa rozszerzy się między dren i bramkę, a wzrost napięcia będzie równoważony przez wzrost natężenia pola elektrycznego w rozszerzonym obszarze odcięcia. Prąd drenu pozostanie wówczas stały.

Nośniki dopływające do punktu odcięcia będą transportowane do strefy zaporowej w taki sam sposób, w jaki robią to nośniki wyciągane z bazy do obszaru kolektora w tranzystorze warstwowym. Warto zwrócić uwagę na to, że tranzystor unipolarny zwykle pracuje na napięciu wyższym od napięcie odcięcia, a także przy zaporowej polaryzacji bramki. Dzięki temu rezystancja wejściowa tranzystora unipolarnego osiąga duże wartości.

Budowa i zasada działania tranzystora unipolarnego z izolowaną bramką

W przypadku układów elektronicznych, w których konieczne jest zastosowanie bardzo dużej rezystancji wejściowej, warto zastosować tranzystory unipolarne z izolowaną bramką – tzw. MOSFET’y.

Bramki tego typu tranzystorów są izolowane od półprzewodnikowego podłoża warstwą tlenku. Budowa tranzystora jest zbliżona do konstrukcji tranzystorów PNP, a jego rezystancja wejściowa oscyluje w granicach 10¹²-10¹⁴ omów (poza izolowaną bramką).

W normalnych warunkach bramka ma potencjał ujemny względem podłoża, dzięki czemu odpycha obecne w nim elektrony i przyciąga dziury. Przy odpowiednim potencjale umożliwia to powstawanie w pobliżu bramki warstwy z nadmiarem dziur, czyli warstwy o właściwościach półprzewodnika typu P.