В ПУЛЬСОМЕРЕ РАБОТАЕТ… ПОЛЕ

«К технике, предназначенной для работы в поле, мне, механизатору широкого профиля, не привыкать. Не спасую и перед аппаратурой, собранной из широко распространенных радиодеталей. А вот самостоятельно разобраться в появившихся за последнее время каких-то полевых транзисторах не в силах. Помогите!..»

(Из письма сибиряка В.Белозерова в редакцию)

Биполярные транзисторы — полупроводниковые триоды, имеющие коллектор, базу и эмиттер, — давно и прочно вошли в нашу жизнь. Обладая (по сравнению со своими ламповыми предшественниками) массой несомненных достоинств, они отличаются относительно невысоким входным сопротивлением. Последнее приводит порой к вынужденному усложнению аппаратуры (из-за необходимости согласования высокоомного датчика или выхода предыдущего каскада с последующим низкоомным входом).

Но с развитием электроники появились, получая все большее распространение, и униполярные (полевые) транзисторы. Входное сопротивление у них настолько велико (десятки или даже сотни мегаом), что трудностей в согласовании каскада, собранного на таком полупроводниковом приборе, с высокоомным источником сигнала практически не возникает. А свое второе, быстро укоренившееся наименование эти транзисторы получили благодаря тому, что поток основных носителей заряда через проводящую область управляется здесь поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением, которое подается на электроды входной цепи.

Как и у биполярного, у полевого транзистора (ПТ) три электрода. Только называют их иначе: затвор (3) — аналог базы, сток (С) — коллектор, исток (И) — эмиттер. Причем аналогия здесь носит чисто формальный характер. К тому же и само устройство ПТ совершенно другое.

Простейший полевой транзистор с управляющим р-n переходом представляет собой (рис. 1) тонкую пластину из полупроводникового материала (обычно кремния) с одним р-n переходом в центральной части и омическими контактами по краям. Действие этого прибора основано на уже знакомой большинству читателей (см., например, публикации в № 1’83, 5’86, 7’93 журнала) зависимости толщины р-n перехода от приложенного к нему напряжения. Поскольку запирающий слой почти полностью лишен подвижных носителей заряда, его проводимость практически равна нулю. Ограничивая с одной из боковых сторон токопроводящий канал (образуемый полупроводником пластины), запирающий слой тем самым определяет величину сечения этого канала. В зависимости от типа проводимости полупроводника канал может быть n-типа или p-типа (при использовании кристалла с дырочной проводимостью). Рассмотрим подробнее первый из них (это транзисторы КП302, КП303, КП307, КП314 и им подобные полупроводниковые приборы).

При подключении к истоку отрицательного, а к стоку положительного полюсов батареи питания (рис. 1б) в канале возникает электрический ток. Канал в этом случае обладает максимальной проводимостью.

Ну а если подключить еще один источник питания к выводам истока и затвора (минусом к затвору), канал «сужается», образуя увеличение сопротивления в цепи сток — исток. Сразу же уменьшается и ток в этой цепи. Изменением напряжения между затвором и истоком регулируют ток стока. Причем в цепи затвора тока практически нет, управление током стока осуществляется электрическим полем (как здесь не вспомнить работу первой сетки в «старушке»-радиолампе!), создаваемым приложенным к истоку и затвору напряжением.

У транзисторов КП 101 — КП 103 канал имеет проводимость противоположного, p-типа. Значит, и подключать их надо так, чтобы на сток подавался (по отношению к истоку) отрицательный потенциал, а на затвор — положительный.

Что касается других, чисто конструктивных особенностей, то нельзя не отметить: ПТ в металлическом корпусе (рис.2а) встречаются гораздо чаще, чем их пластмассовые собратья. Причем у «металликов» помимо основных выводов может быть и «корпусной», который обычно соединяют с «общим» проводом на собираемой конструкции.

Теперь несколько замечаний по поводу параметров полевого транзистора. Одним из важнейших совершенно справедливо считается начальный ток стока I_{c нач}, то есть ток в цепи стока при нулевом напряжении на затворе транзистора и при заданном напряжении питания.

Если начать подавать на затвор напряжение, то по мере его роста ток стока уменьшается и при определенном для данного транзистора напряжении падает до нуля. Напряжение, соответствующее этому моменту, называют напряжением отсечки (U_{зи отс}).

Линия зависимости тока стока от напряжения на затворе достаточно прямая. Если на ней взять произвольное приращение тока стока и поделить его на соответствующее приращение напряжения между затвором и истоком, получим так называемую крутизну характеристики. Этот параметр практически нетрудно определить и без снятия (по приборам) указанной выше зависимости или поиска ее в справочнике, достаточно измерить начальный ток стока, а затем подключить к затвору (относительно истока), скажем, элемент напряжением 1,5 В. Вычитая получившийся ток стока из начального и деля остаток на напряжение элемента, можно получить значение крутизны характеристики.

И еще один параметр нужно знать при использовании на практике того или иного транзистора — наибольшее допустимое напряжение между стоком и истоком U_{си макс} . При необходимости эти и другие сведения (например, о полевых транзисторах с так называемым изолированным затвором и каналом n- или р-типа) можно найти в соответствующей справочной литературе. Публиковал их и наш журнал (см., в частности, № 7-9 за 1979 г.).

Но теория без практики мертва. А потому перейдем к делу, которым при желании может стать сборка оригинальных радиолюбительских конструкций на основе полевых транзисторов.

Вот, например, сенсорный (то есть чувствительный) датчик. Помимо «полевика» здесь потребуется омметр с любым диапазоном измерений. Подключим щупы этого прибора в любой полярности к выводам стока и истока — стрелка омметра покажет небольшое сопротивление этой цепи транзистора.

Стоит теперь коснуться пальцем вывода затвора, как чувствительная стрелка резко отклонится в сторону увеличения сопротивления. А все потому, что к затвору оказывается приложенным электрический потенциал (то есть между затвором и истоком образовалось электрическое поле, оно-то и «закрыло» канал транзистора для прохождения тока между стоком и истоком). Увеличение сопротивления канала и зафиксировал омметр.

Не отнимая пальца от затвора, попробуем коснуться другим пальцем вывода истока. Стрелка омметра вернется в первоначальное состояние (ведь затвор оказался соединенным через сопротивление участка руки с истоком, а значит, управляющее поле между этими электродами практически исчезло и канал стал токопроводящим).

Именно по такому принципу работают различные сенсорные выключатели, кнопки и переключатели, использующие полевые транзисторы.

Но гораздо сложнее и интереснее другое самодельное устройство, позволяющее (конечно же, не без полевого транзистора) контролировать… пульс. Точнее, просвечивать его в инфракрасных лучах. Но для этого сначала нужно смастерить специальный датчик (рис. 3), способный надежно работать в инфракрасном диапазоне световых волн. Излучателем здесь послужит светодиод VD1 — АЛ107Б, а в качестве приемника ИК-лучей — фототранзистор ФТ1К с так называемой свободной (плавающей) базой или ему подобный светочувствительный прибор VD2 (о том, как заставить его работать, см. № 9’93 журнала). Основой для крепления датчика может стать бельевая прищепка или держатель для фотографий.

Напряжение, снимаемое с VD2, будет изменяться в такт пульсу. Но эти изменения будут настолько слабыми, что без усилителя здесь не обойтись. Собирают его на четырех транзисторах. «Полевик» VT1 (КП302Б) служит для увеличения входного сопротивления прибора (чтобы исключить изменение сигнала из-за подсоединения нагрузки). За усилителем следует формирователь импульса, выполненный на микросхеме DD1 (К176ЛА7) и цепи обратной связи (С6).

Прибор не реагирует на импульсы, следующие с частотой более 5 кГц, зато пульс показывает преотлично (светодиод VD3). Ну а питание обеспечат четыре элемента А316, соединенные последовательно, или гальваническая батарея «Крона».

Используемые в приборе детали — малогабаритные. Монтаж их ведется печатным способом с применением припоя и бескислотного флюса. В качестве корпуса (для размещения всего прибора в целом) берется пластмассовая мыльница подходящих размеров.

А.СПИЧАК, г.Курск