Tranzistoare Unipolare

1.1. Generalitaţi

Tranzistoarele în care conducţia electrică este asigurată de un singur tip de purtatori de sarcină, se întalnesc în literatură sub denumirea de unipolare sau efect de câmp. Pentru aceste tranzistoare se foloşeste prescurtarea de tranzistoare TEC sau FET (Field Effect Trazistor).

Funcţionarea lor se bazează pe variaţia conductibilitaţii unui ,,canal” realizat dintr-un material semiconductor, ale cărui dimensiuni transversale sau concentraţii de purtători de sarcina mobili pot fi controlate cu ajutorul campului electric transversal, creat între un electrod de comandă numit grilă sau poartă, situat în vecinătatea canalului şi masa semiconductorului unde este format sau indus acest canal.

În funcţie de modul de realizare a grilei, distingem tranzistoarele cu grilă joncţiune TEC-J şi cu grilă izolată TEC-MOS.

Tranzistoarele TEC prezintă avantajul, în raport cu cele bipolare, că au o rezistenţa de intrare mare, au o tehnologie de fabricaţie mai simplă şi ocupă o arie de siliciu mai mica în structurile integrate. Pe de altă parte tranzistorul cu efect de câmp nu amplifică în curent. În circuitele electronice cu componente discrete se întalneşte şi în combinaţie cu tranzistorul bipolar.

Până în 1970 tranzistoarele cu efect de câmp realizate, abia puteau comanda curenţi de câteva zeci de mA la tensiuni de zeci de volţi. Apoi, o nouă tehnologie a permis realizarea tranzistoarelor MOS de putere (cu nume depinzând de companie, VMOS, TMOS, HEXFET, etc.). Aceste noi tranzistoare sunt capabile să opereze la tensiuni de ordinul a 1000 V şi să vehiculeze curenţi medii de până la 70 A; pentru durate scurte, ele pot conduce curenţi de până la 280 A (curenţi de vârf). În plus, tranzistoarele

MOS de putere sunt mult mai stabile termic decât corespondentele lor bipolare, la acelaşi tip de capsulă putând opera la puteri disipate mai mari.

Într-un tranzistor bipolar prin emitor sunt injectaţi purtători majoritari care ajung apoi în regiunea bazei, fiind aici minoritari datorită tipului diferit de dopare a bazei. Majoritatea lor traversează această regiune ajungând la colector şi formând curentul de colector, aproximativ egal cu cel de emitor. O foarte mică parte din ei se combină în regiunea bazei cu purtătorii majoritari de acolo. Acest fapt determină apariţia unui curent slab prin terminalul bazei. Astfel, tranzistorul bipolar poate fi privit fie ca un amplificator de curent (cu factorul aproximativ constant, de ordinul sutelor) fie ca un dispozitiv transconductanţă în care curentul de colector este controlat de tensiunea bază emitor. Dar, indiferent cum privim noi lucrurile, sursa de semnal care comandă tranzistorul bipolar trebuie să debiteze sau să absoarbă un curent care este de ordinul a 1 % din curentul comandat, şi aceasta, dacă nu am ales cumva conexiunea cu bază comună, în care sursa de semnal trebuie să debiteze întregul curent comandat.

Spre deosebire de tranzistoarele bipolare, tranzistoarele cu efect de câmp controlează curentul între canalul dintre terminalul de drenă şi cel de sursă prin câmpul electric determinat de tensiunea aplicată pe poartă. Ori, cel puţin în principiu, pentru a menţine un câmp electric nu avem nevoie de un curent care să circule.

Astfel, avantajul esenţial al tranzistoarelor cu efect de câmp este acela că intensitatea curentului în terminalul porţii este practic nulă. Din acest motiv, la tranzistoarele cu efect de câmp, curentul între terminalul de drenă şi cel de sursă este controlat de tensiunea dintre poartă şi sursă.

Conducţia între drenă şi sursă are loc printr-o regiune limitată a semiconductorului, numită canal.