A Static Induction Transistor működésének megértéséhez érdemes elszakadni attól a gondolkodásmódtól, amely a tranzisztort elsősorban kapcsolóként kezeli. A SIT nem egy éles ki- és bekapcsolási pontra épülő eszköz, hanem egy folyamatosan szabályozható áramvezető struktúra, ahol a vezérlés térbeli módon történik.

A SIT alapállapotban vezetőképes. A drain és a source között egy kialakított csatorna található, amelyen keresztül az áram szabadon folyik. A gate szerepe nem az, hogy ezt a csatornát „bekapcsolja”, hanem az, hogy elektrosztatikus tér segítségével fokozatosan beszűkítse azt. A vezérlés így nem küszöbszerű, hanem folytonos jellegű.

3.1 Térvezérelt csatornaszűkítés

A gate-elektróda feszültsége hatására a csatornában kialakuló elektromos tér csökkenti az effektív áramvezető keresztmetszetet. Ahogy a gate feszültsége változik, a csatorna szélessége analóg módon módosul, az áram pedig ennek megfelelően növekszik vagy csökken.

Ez a működési elv közvetlen párhuzamba állítható az elektroncsöves trióda rácsvezérlésével. Ott a rács elektromos tere szabályozza az elektronsugár áramát, itt pedig a gate tere szabályozza a félvezetőn belüli töltéshordozók áramlását. A különbség az, hogy mindez szilárdtest közegben, fűtőszál és vákuum nélkül történik.

3.2 Küszöbmentes működés és folytonos karakterisztika

A SIT egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy nincs éles kapcsolási küszöbfeszültsége. Nem létezik egyetlen pont, ahol az eszköz „hirtelen életre kel”, majd teljesen kikapcsol. Ehelyett az áram a gate vezérlésének függvényében folyamatosan változik.

Ez a küszöbmentes viselkedés különösen kedvező az analóg alkalmazások számára. A kisjelű tartomány jól kontrollált, a transzkonduktancia egyenletes, és az áram-feszültség karakterisztika természetes módon simul, nem törik meg élesen.

3.3 Összevetés a BJT és a MOSFET működésével

A bipoláris tranzisztor esetében az áramvezérlés bázisáramon keresztül történik, és az eszköz működését jelentős mértékben befolyásolja a töltéshordozók tárolása. Ez nagy erősítést tesz lehetővé, de az áram-feszültség viselkedés kevésbé „szelíd”, és a hőmérsékletfüggés kezelése bonyolultabb.

A MOSFET ezzel szemben küszöbfeszültséghez kötött eszköz. Bár feszültségvezérelt, a működés alapja mégis egy viszonylag éles határ, amely felett a csatorna kialakul, alatta pedig megszűnik. Ez kiválóan alkalmas digitális kapcsolásokhoz, de analóg üzemben gyakran kényszermegoldásokat igényel a linearitás javítására.

A SIT működése ezekhez képest eltérő: nincs töltéshordozó-tárolás, nincs éles küszöb, és a vezérlés tisztán térbeli jellegű. Ez adja a trióda-szerű karaktert, amely miatt a SIT viselkedése sok esetben természetesebbnek hat analóg környezetben.

3.4 Torzítási viselkedés és stabilitás

A térvezérelt, fokozatos csatornaszűkítés következtében a SIT torzítási spektruma jellemzően alacsony rendű harmonikusokra épül, hasonlóan az elektroncsöves triódákhoz. A torzítás nem hirtelen jelenik meg, hanem a jelszint növekedésével fokozatosan emelkedik, ami az emberi fül számára kevésbé zavaró, és gyakran „természetesebbnek” hat.

Ez a viselkedés élesen elkülönül a MOSFET-ekre jellemző karaktertől. A MOSFET működése sok szempontból közelebb áll az elektroncsöves pentódához: nagy kimeneti ellenállás, erősen vezérelt áramforrás-jelleg és a vezérlőfeszültségtől való határozottabb függés jellemzi. Ennek következtében a MOSFET-ek torzítása gyakran összetettebb, és az analóg linearitás eléréséhez tudatosabb visszacsatolási és linearizáló megoldásokat igényel.

A SIT ezzel szemben működésében sokkal inkább hasonlít egy JFET-re, csak jóval nagyobb teljesítménytartományban. Mindkét eszköz depletion-üzemmódú, alapállapotban vezet, és a vezérlés a csatorna térbeli szűkítésén keresztül valósul meg. Ebben az értelemben a SIT felfogható egy nagyteljesítményű, vertikális felépítésű JFET-ként, amely a JFET-ek trióda-szerű karakterét emeli át a teljesítményerősítők világába.

További előny, hogy a SIT működése termikusan is kedvezőbb. Az áram természetes módon korlátozódik a csatorna geometriája és a térhatások miatt, ami hozzájárul a stabil munkapont kialakulásához. Ez a tulajdonság – különösen analóg erősítőfokozatokban – csökkenti a hirtelen munkapont-elszaladás és a kemény torzítás kialakulásának esélyét, tovább erősítve a trióda-szerű működés érzetét.

3.5 Átvezetés a következő részhez

Ez a működési elv magyarázza meg, hogy a Static Induction Transistor miért képes egyszerre ötvözni az elektroncsöves világ előnyeit és a félvezetők praktikumát. Ugyanakkor az is látható, hogy ezek az előnyök nem minden alkalmazásban voltak döntőek.

A következő részben ezért érdemes közelebbről megvizsgálni, hogyan viselkedik a SIT konkrét áramkörökben, és miben különbözik egy SIT-alapú erősítő egy bipoláris vagy MOSFET-es megoldástól – különös tekintettel az audioalkalmazásokra.