Полевые транзисторы – это полупроводниковые приборы, усилительные свойства которых обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал и управляемым электрическим полем.

Полевые транзисторы предназначены для усиления мощности и преобразования электрических колебаний. В полевых транзисторах в образовании выходного тока участвуют носители только одного типа: или дырки, или электроны. Отсюда другое название полевых транзисторов – униполярные. Носители заряда являются основными для активной области полевого транзистора, которую называют каналом. Существует два типа полевых транзисторов: с управляющим p-n-переходом и изолированным затвором.

Рассмотрим упрощенную структуру и принцип действия транзистора с управляющим p-n-переходом (рис. 1.37, а). Транзистор представляет собой пластину полупроводника n- или р-типа, на гранях которой созданы области противоположного типа электропроводности 3, на границах между которыми образованы p-n-переходы. На торцевых сторонах пластины и на областях формируют омические контакты. Контакты областей 3 соединены между собой и образуют общий контакт. От всех трех контактов имеются выводы. Часть объема пластины полупроводника, расположенная между p-n-переходами, является активной частью транзистора – канал транзистора. Контакт, через который носители заряда входят в канал, называют истоком (И); контакт, через который носители заряда вытекают, называют стоком (С); общий электрод от контактов областей (3) – затвором. В дальнейшем будем рассматривать транзистор на основе пластины полупроводника n-типа (рис. 1.37, а) с областями на гранях р-типа.

Рис. 1.37. Транзистор с управляющим p-n-переходом

На оба p-n-перехода подается обратное напряжение смещения. Если бы канал был р-типа, а области на гранях n-типа, то полярность была бы обратной. При изменении изменяются ширина p-n-перехода, а следовательно, и сечение канала и его электрическое сопротивление. Таким образом, управляет сопротивлением канала.

Если между истоком и стоком включить источник напряжения так, чтобы потенциал стока был положительным относительно истока, то через канал начнется дрейф основных для канала носителей заряда (электронов) от истока к стоку, т.е. через канал будет проходить ток (направление тока от стока к истоку). Включение источника влияет и на ширину p-n-пе-реходов, так как напряжение на p-n-переходе оказывается разным около стока и истока. Потенциал канала меняется по его длине: потенциал истока равен нулю, повышаясь в сторону стока, потенциал стока равен . Напряжение смещения на p-n-переходе вблизи истока равно , вблизи стока +, т.е. ширина p-n-перехода больше со стороны стока, а сечение канала и, следовательно, сопротивление его – наименьшие вблизи стока (пунктирная линия на рис. 1.37, а).

Таким образом, током через канал можно управлять путем изменения напряжений (изменяет сечение канала) и (изменяет ток и сечение по длине канала).

Рассмотрим, какие критические значения могут принимать напряжения, при которых изменяется режим работы транзистора.

Обратное напряжение смещения , при котором наступает режим отсечки и транзистор оказывается запертым (ток через него не протекает), называют напряжением отсечки . При этом значении напряжения p-n-переходы смыкаются и поперечное сечение канала становится равным нулю.

Напряжение на стоке, при котором суммарное напряжение + становится равным напряжению отсечки , называют напряжением насыщения . Отсюда

(1.53)

Режим, когда , называют режимом насыщения. В этом режиме почти прекращается рост тока стока несмотря на увеличение напряжения . Это объясняется тем, что одновременно увеличивается обратное напряжение на затворе (1.53), вследствие чего канал сужается, что уменьшает ток . И в результате ток почти не изменяется.

Сравнивая оба режима, можно заключить, что в режиме отсечки сопротивление канала стремится к бесконечности и при ток , а в режиме насыщения дифференциальное сопротивление , а ток с ростом остается без изменения.

На рис. 1.37, б, в показано обозначение транзисторов с управляющим p-n-переходом с каналом n- и р-типа, соответственно. Полевые транзисторы, как и биполярные, имеют три схемы включения (рис. 1.38): с общим истоком (ОИ) (а), общим стоком (ОС) (б) и с общим затвором (ОЗ) с каналом n-типа (в). Основной схемой включения является схема с ОИ (см. рис. 1.37, а).

Основными статическими характеристиками транзистора с управляющим р-n-переходом являются выходные (стоковые) (рис. 1.39) и характеристики прямой передачи (стокозатворные) (рис. 140). Стоковые характеристики – это зависимости при . С повыше-нием ток увеличивается почти прямолинейно и при достижении = (точки и) рост прекращается. Насыщение наступает при тем меньших значениях , чем больше .

Рис. 1.38. Схемы включения полевых транзисторов

Рис. 1.39. Стоковые характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

Рис. 1.40. Характеристики прямой передачи зависимости при

В динамическом режиме на работу транзистора существенное влияние оказывают зарядные емкости p-n-переходов: входная и проходная . Входная емкость – это часть барьерной емкости p-n-перехода между затвором и истоком, а проходная – часть барьерной емкости р-n-перехода между затвором и стоком. Кроме того, учитывают емкость между истоком и стоком . Эти емкости заряжаются через сопротивления каналов. Заряд-разряд емкостей не проис-ходит мгновенно, что и обусловливает инерционность прибора, а следовательно, влияет на частот-ные свойства полевых транзисторов. Отметим, что так как (в отличие от биполярных транзис-торов) работа полевых транзисторов не связана с инжекцией неосновных носителей заряда и их движением к коллектору, то они свободны от влияния этих факторов на их частотные свойства.

Основными параметрами транзисторов с управляющим p-n-переходом являются:

– крутизна стокозатворной характеристики, представляющая собой отношение изменения тока стока к изменению напряжения на затворе при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора в схеме с ОИ . Крутизна характеризует управляющее действие затвора. Как правило, ее измеряют при и по характеристике прямой передачи. Значения S обычно составляют несколько миллиампер на вольт;

– входное дифференциальное сопротивление

RBXдиф

где – ток затвора, вызванный движением неосновных носителей через p-n-переход. Так как концентрация неосновных носителей в канале (рn) и в р-областях (nр) невелика, то обратный ток мал и почти не зависит от напряжения . Поэтому RBXдиф очень велико и составляет 108-1010 Ом;

– выходное дифференциальное сопротивление (дифференциальное сопротивление цепи стока)

RBXдиф

Это сопротивление равно 105-107 Ом;

– напряжение отсечки – напряжение на затворе при и ;

– междуэлектродные емкости: – затвор–исток, – затвор–сток, – сток–исток. Эти емкости измеряют при разомкнутых по переменному току остальных выводах.

• Назад
• Вперёд