| s-1
| Tranzistory řízené elektrickým polem rozšiřují možnosti polovodičové techniky do oblastí, které byly pro obvyklé bipolární tranzistory dosažitelné jen velmi obtížně nebo i vůbec nedosažitelné. |
| s-2
| To se týká například elektrometrických zařízení, v nichž se tranzistory se vstupními odpory # * a s kapacitou # * uplatňují se stejným úspěchem jako elektronky. |
| s-3
| Při použití v lineárních nízkofrekvenčních i vysokofrekvenčních zesilovačích se oceňuje především velice malý vlastní šum tranzistorů. |
| s-4
| Dosažitelné minimální hodnoty šumového čísla jsou při vhodných pracovních podmínkách, zejména při poměrně velkém vnitřním odporu zdroje signálu, podstatně příznivější než u vakuových elektronek nebo u bipolárních tranzistorů. |
| s-5
| V těchto aplikacích je neobyčejně výhodné i malé nelineární zkreslení tranzistorů, zejména zkreslení harmonické, intermodulační, jakož i zkreslení křížovou modulací, což je důsledek tvaru převodní charakteristiky přibližující se velmi těsně kvadratické závislosti. |
| s-6
| V mnoha zařízeních se oceňuje dokonalé oddělení vstupního a výstupního obvodu tranzistorů a malé zbytkové napětí na výstupu v sepnutém stavu. |
| s-7
| Tranzistory pracující jako spínače, překonávají všechny až dosud zde používané součástky. |
| s-8
| Další pozoruhodnou vlastností tranzistorů je nepatrné zpoždění procházejícího impulsu. |
| s-9
| V některých případech umožňují tranzistory zjednodušit schémata a v tetrodové úpravě ulehčují směšování, automatické řízení, zesílení a zesilování. |
| s-10
| Tranzistory s hradlem izolovaným dielektrikem lze s výhodou použít v integrovaných obvodech. |
| s-11
| Pro svou poměrně jednoduchou fyzikální strukturu a malý nárok na plochu jsou obzvláště vhodné pro stavbu větších integrovaných soustav, jako jsou mnohabitové posuvné registry, čítače pulsů, dekódéry, převodníky kódů, a přitom jejich výrobní cena je poměrně malá. |
| s-12
| Připomeňme si též nejzávažnější nedostatky tranzistorů. |
| s-13
| Velký rozptyl prahového otevíracího napětí, který je několik voltů, u bipolárních tranzistorů je rozptyl asi # * . |
| s-14
| Snadná poškoditelnost vstupní elektrody tranzistoru s hradlem izolovaným dielektrikem. |
| s-15
| Nižší horní mezní kmitočet než u bipolárních tranzistorů a menší spínací rychlosti v logických obvodech následkem obtížnějšího impedančního přizpůsobení. |
| s-16
| Menší dovolené ztrátové výkony a nižší energetická účinnost, což brání použití tranzistorů ve výkonových stupních * . |
| s-17
| Tato kniha seznámí čtenáře se stručným historickým vývojem tranzistorů, s jejich fyzikálními základy, s podstatou jejich činnosti a s technologií výroby a dá mu též důkladné informace o návrhu a stavbě elektrických obvodů s těmito tranzistory. |
| s-18
| Většina kapitol je určena čtenářům se středním a všeobecným vzděláním, avšak správné pochopení teoretických odstavců vyžaduje již podrobnější znalosti fyziky a radiotechniky, a to zhruba v rozsahu běžných vysokoškolských učebnic. |
| s-19
| Pro snažší orientaci v dalším textu stanovíme si hned v úvodu potřebné názvosloví a alespoň zhruba roztřídíme jednotlivé typy tranzistorů. |
| s-20
| Tranzistor známý z anglické literatury jako field-effecttransistor budeme nazývat tranzistor řízený elektrickým polem, zkráceně tranzistor * . |
| s-21
| Tímto obecným názvem ovšem rozumíme několik odlišných typů tranzistorů. |
| s-22
| Vzhledem k rozdílné konstrukci a charakteristickým zvláštnostem rozlišujeme především tranzistory s hradlem odděleným přechodem a tranzistory s hradlem izolovaným dielektrikem. |
| s-23
| V druhé skupině pak dále rozeznáváme tranzistory zhotovené na celistvém polovodiči, tranzistory * a tenkovrstvý tranzistor, tranzistor * , tranzistor * . |
| s-24
| Další podrobnosti rozdělení jsou zřejmé z * . |
| s-25
| Pokud jde o jednotlivé elektrody tranzistorů, vžilo se v zahraniční literatuře názvosloví, jež ostře odlišuje tento typ od obvyklých bipolárních tranzistorů. |
| s-26
| Překlad těchto vžitých názvů však nedává ve všech případech uspokojivé české termíny. |
| s-27
| Žádná česká norma dosud nestanovila závazné termíny, a proto jsme byli nuceni vyhledat vhodné názvy sami. |
| s-28
| Po důkladné úvaze a po poradě s dalšími odborníky jsme pro tuto knihu stanovili názvy, jež jsou pro přehled shrnuty v dodatku. |
| s-29
| Pro řídící elektrodu jsme přijali název hradlo a označujeme ji písmenem * , gate, pro výstupní elektrodu, tradičně kolektor, označení * , drain, pro společnou elektrodu, rovněž tradičně emitor, označení * , source, a základnu, substrát, označujeme písmeny * . |
| s-30
| V některých případech jsme považovali za vhodné užívat též označení elektroda. |
| s-31
| Při písmenném označování elektrod tranzistoru jsme vycházeli, až na výjimky, ze zvyklostí anglické literatury. |
| s-32
| Někdy se lze v literatuře setkat též s označením emitor, kolektor, základna. |
| s-33
| Tranzistory se též někdy označují jako unipolární tranzistory. |
| s-34
| Tento název, zavedený Shockleyem, připomíná, že signál prochází tranzistorem prostřednictvím jednoho typu nosičů proudu, zatímco na činnosti obvyklých bipolárních tranzistorů se podílejí vždy oba typy nosičů. |
| s-35
| Je- li signál přenášen elektrony, mluvíme o tranzistoru typu * , je- li přenášen pomocí děr, mluvíme o tranzistoru typu * . |
| s-36
| Historie tranzistorů začíná významným objevem, který uskutečnili * Bardeen a * Brattain v prosinci roku # . |
| s-37
| Oběma vynálezcům se tehdy podařilo vyrobit první model zesilovače v pevné fázi schopný činnosti. |
| s-38
| Vysvětlíme stručně, jak k této události vlastně došlo. |
| s-39
| Pracovníci firmy Bell Telephone si již před druhou světovou válkou uvědomovali, že mechanická relé a vakuové elektronky nejsou pro budoucí rozvoj sdělovacích sítí dostatečně spolehlivé, a proto se snažili získat spolehlivější součástky v podobě zesilovače v pevné fázi. |
| s-40
| Vzhledem k úrovni tehdejších znalostí o fyzikálních pochodech v pevné fázi muselo se začít se základním výzkumem. |
| s-41
| V prvních poválečných letech se objevila germaniová dioda, jejíž zpětný proud měl být řízen elektrickým polem přiváděným k diodě pomocnou elektrodu. |
| s-42
| Měla to být tedy součástka ovládaná elektrickým polem. |
| s-43
| Při experimentování se Brattain rozhodl izolovat pomocný řídící hrot vrstvou elektrolyticky okysličeného germania. |
| s-44
| Tím vznikla součástka, která zesilovala, ale polarita zesíleného signálu byla opačná, než se předpokládalo. |
| s-45
| Při bližším vyšetření se ukázalo, že izolační kysličníková vrstva byla smyta vodou a pomocný hrot byl umístěn přímo na germaniu. |
| s-46
| Zesilovací účinek tedy nebyl způsobený elektrickým polem, ale, jak se ihned vysvětlilo, injekcí minoritních nosičů proudu z pomocného řídícího hrotu. |
| s-47
| Po tomto objevu hrotového tranzistoru a po Shockleyových pracích o plošném tranzistoru zůstal účinek pole v pozadí a veškerý zájem průmyslu i výzkumu se soustředil na rozpracování základů bipolárních tranzistorů. |
| s-48
| Začátek vývoje tranzistorů sahá ještě daleko před Bardeenův a Brattainův objev. |
| s-49
| Z uveřejněných prací je známo, že se o zesilovač v pevné fázi řízený elektrickým polem zajímali již od začátku třicátých let našeho století profesor fyziky na universitě v Lipsku Julius Lilienfeld a Oskar Heil z Berlína. |
| s-50
| Oba pracovali nezávisle na sobě, a to tím spíše, že Lilienfeld později přesídlil z Lipska do New Yorku. |
| s-51
| Povšimněme si nejprve patentů profesora Lilienfelda, které vzbudily velký zájem ve Spojených státech amerických v době, kdy byla uplatňována priorita vynálezu Bardeena a Brattaina. |
| s-52
| Lilienfeld patentoval ve svých třech patentech z * # až # zesilovač v pevné fázi, jehož základní schéma je na * . |
| s-53
| Konstrukční základnu zesilovače tvořila hliníková deska, na níž byla vytvořena vrstvička. |
| s-54
| Na tuto základnu byla nanesena polovodičová vrstva a k ní byly připevněny kontakty * a * . |
| s-55
| Jádrem zesilovače je vrstva, jíž prochází elektrický proud přiváděný kontakty * a * . |
| s-56
| Odpor polovodičové vrstvy lze měnit elektrickým polem, jež vzniká na povrchu polovodiče napětím přiváděným na hliníkovou základnu mezi kontakty * a * . |
| s-57
| Vrstva slouží jako izolace. |
| s-58
| Vnějším napětím lze tedy řídit proud procházející vrstvou, a tak se dosáhne užitečného zesilovacího účinku. |
| s-59
| Tento Lilienfeldův vynález však zapadl bez povšimnutí a dodnes není známo, zda se Lilienfeld pokusil svůj vynález uskutečnit a s jakým úspěchem. |
| s-60
| Teprve roku # se rozhodl Johnson zhotovit Lilienfeldův zesilovač. |
| s-61
| Jeho pokus však zůstal bez úspěchu, příčina byla pravděpodobně v příliš malé pohyblivosti děr a v příliš velké hustotě povrchových stavů ve vrstvě. |
| s-62
| Neúspěchů při realizaci zesilovače v pevné fázi řízeného elektrickým polem bylo však mnohem více, jak uvedeme ještě dále. |
| s-63
| Zdá se tedy, že přes originální myšlenku nebyl Lilienfeldův zesilovač schopen činnosti. |
| s-64
| Výzkumné práce Oskara Heila měly podobný osud jako práce Lilienfelda. |
| s-65
| Také Heil navrhl ve svém patentu z roku # strukturu zesilovače v pevné fázi pracujícího na principu elektrického pole v polovodiči. |
| s-66
| Jeho návrh je uveden na * . |
| s-67
| Základ zesilovače tvoří opět polovodičová vrstva označená číslem # s přívodními kontakty * a * . |
| s-68
| Řídící elektroda umístěná v těsné blízkosti polovodičové vrstvy je zde však izolována vzduchovou mezerou. |
| s-69
| Řídícím napětím přivedeným na svorky je ovládána vodivost tenké vrstvy polovodiče, takže v obvodu baterie lze měřícím přístrojem zaznamenat zesílený signál. |
| s-70
| Z tohoto stručného popisu vidíme, že jde o stejný princip jako u Lilienfeldova zesilovače, až na poněkud odlišné provedení. |
| s-71
| Ani tento britský patent * Heila nevzbudil velký zájem a byl zapomenut, aniž se kdokoli vážněji pokusil jej realizovat. |
| s-72
| Přesto však zájem o vytvoření zesilovače v pevné fázi neochaboval. |
| s-73
| Další pokrok při vývoji zesilovače v pevné fázi řízeného elektrickým polem byl v mnoha významných bodech úzce spjat se jménem Williama Shockleye. |
| s-74
| V roce # se v laboratoři firmy Bell Telephone Shockley marně pokoušel zhotovit zesilovač, jehož podstatu tvořil kysličníkový polovodič. |
| s-75
| Shockley okysličil kovovou síťku, jež měla ve vzniklé kysličníkové vrstvě působit podobně jako mřížka v elektronce a svým potenciálem ovlivňovat proud procházející kysličníkem. |
| s-76
| Hned po skončení druhé světové války věnoval Shockley svou pozornost vrstvám germania a křemíku naneseným na izolační podložku. |
| s-77
| Ani v tomto případě se nepodařilo zaznamenat žádaný účinek vnějšího pole. |
| s-78
| Přes velký úspěch hrotových a plošných tranzistorů, na jejichž vynálezu se Shockley významně podílel, neopustil problematiku zesilovače řízeného elektrickým polem a roku # uveřejnil práci O modulaci vodivosti germaniové vrstvy vnějším elektrickým polem. |
| s-79
| Uspořádání pokusného zařízení se podobalo deskovému kondenzátoru s pevným dielektrikem, jehož jednu elektrodu tvořila kovová vrstva a druhou germanium. |
| s-80
| Výsledek pokusu se však přes dokonalé provedení neshodoval s teorií. |
| s-81
| K vodivosti germaniové vrstvy přispívala totiž pouze asi # * nosičů náboje indukovaných vnějším elektrickým polem. |
| s-82
| Zesilovací účinek byl příliš malý na to, aby mohl být využit v praxi. |
| s-83
| K vysvětlení tohoto jevu navrhl John Bardeen hypotézu, podle níž se určitá část náboje v germaniové vrstvě zachycuje v povrchových stavech a kompenzuje vliv vnějšího elektrického pole, ale nemůže se zúčastnit vedení proudu. |
| s-84
| Konečně koncem roku # uveřejnil Shockley dva nové návrhy na konstrukci tranzistoru řízeného elektrickým polem, které se dosti odlišovaly od základní koncepce kov, dielektrikum, polovodič, jež se udržovala v pokusech již od doby Lilienfelda. |
| s-85
| Uveďme ihned, že tento odklon od klasického principu byl hlavní příčinou úspěšného vyřešení tranzistoru na germaniu. |
| s-86
| První z obou navržených konstrukcí, anologový tranzistor, se mnoho nerozšířil. |
| s-87
| Zato návrh unipolárního tranzistoru řízeného elektrickým polem s hradlem odděleným přechodem se setkal s plným úspěchem. |
| s-88
| Význam těchto tří základních typů kov, dielektrikum, polovodič, analogový tranzistor, zasahuje do nynější doby, a proto jednotlivé tranzistory popíšeme podrobněji. |
| s-89
| Při návrhu tohoto tranzistoru vycházel Shockley z myšlenky vytvořit úplnou obdobu vakuové triody v pevné fázi. |
| s-90
| Připomeňme si nejprve stručně princip vakuové triody. |
| s-91
| Z rozžhavené katody je emitován tok elektronů omezovaný nábojem elektronového oblaku, který je vně katody. |
| s-92
| Elektrickým polem mezi katodou a anodou jsou elektrony urychlovány směrem k anodě a jsou tak postupně odebírány z elektronového oblaku v okolí katody. |
| s-93
| Na výsledný anodový proud má největší vliv průběh elektrického pole v okolí katody. |
| s-94
| Proto mřížka umístěná v malé vzdálenosti od katody může vykonávat řídící činnost s nevelkým řídícím potenciálem a s nepatrnou spotřebou energie. |
| s-95
| Pro jednotlivé funkce vakuové triody nalezl Shockley analogie v polovodičích. |
| s-96
| Emisi elektronů z katody nahrazuje injekce nosičů přechodem zapojeným v propustném směru. |
| s-97
| Jako anoda může pracovat jiný přechod zapojený v závěrném směru. |
| s-98
| Také pro funkci mřížky lze použít obdobně tvarované oblasti vytvářející přechody pólované tak, aby odpuzovaly elektrony. |
| s-99
| Vzduchoprázdný prostor mezi elektrodami vakuové triody byl nahrazen intrinzickým polovodičem, jehož analogie s vakuem je však již velmi vzdálená. |
| s-100
| Konstrukce analogového tranzistoru je na * . |