9.5. Полевые транзисторы

Различают полевые транзисторы с управляющим р-п- переходом и на основе конструкции металл — диэлектрик — полупроводник или МДП-транзисторы.

Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом. Рассмотрим принцип работы полевого транзистора с управляющим р-п- переходом

(рис. 9.13).

Рис. 9.13

Между двумя электродами, называемыми истоком И и стоком С, расположен n-канал из полупроводника n-типа. Если между истоком и стоком включен источник с ЭДС Е_с положительным полюсом к стоку, то в n-канале есть ток проводимости (9.1), значение которого зависит от сопротивления канала. В свою очередь, сопротивление n-канала зависит от его ширины, которую в полевых транзисторах можно изменять. Для этого между третьим электродом, называемым затвором 3, и истоком включен источник ЭДС Е₃ отрицательным полюсом к затвору, так что p-n- переход между п- каналом и полупроводником р- типа, который находится у затвора, включен в обратном направлении. Ширина обедненного подвижными носителями p-n- перехода влияет на ширину п- канала и тем самым на его проводимость. Отметим, что вместо n-канала может быть р- канал из полупроводника р- типа, а затвор — из полупроводника п- типа.

Напряжение p-n- перехода вдоль канала непостоянное

U_p-n(x) = -E₃ - R_K(x)I_C

и имеет отрицательное значение, т. е. переход на всем протяжении включен в обратном направлении. Наибольшего абсолютного значения напряжение достигает у стока, где перекрытие канала будет максимальным (показано заштрихованной областью на рис. 9.13).

Работу полевого транзистора с управляющим p-n- переходом опре­деляют статические стоковые (Рис 9.14,а) и стокозатворные (рис. 9.14, б) характеристики. Чрезмерное увеличение напряжения U_СИ вызывает лавинный пробой между затвором и стоком.

При напряжении U_ЗИ , меньшем напряжения отсечки U_ЗИотс канал закрыт (I_С —I_З). Изменение полярности напряжений U_СИ или U_ЗИ нарушает работу затвора.

Рис. 9.14

В рассмотренном случае (рис. 9.13) полевой транзистор включен по схеме с общим истоком (ОИ). Возможно включение полевого транзистора также по схеме с общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ). Однако две последние разновидности схем включения применяются редко и здесь не будут рассматриваться.

Рассматривая полевой транзистор с ОИ как нелинейный трехполюсник, включенный по схеме на рис. 5.15, опишем аналогично (5.7) его работу в режиме малого сигнала системой линейных уравнений:

(9.7,а)

(9.7,б)

где

(9.8)

— параметры полевого транзистора. Они определяются из опыта или по статическим характеристикам (рис. 9.14) и имеют типовые значения

y ₁₁ = 10^-7-10^-9 Cм; y₁₂ = 10^-9 – 10^-11 Cм ;

y₂₁ = 10^-3-10^-4 Cм; y₂₂ = 10^-5 —10^-6 См. (9.9)

Рис. 9.15

Пренебрегая малым значением параметра у₁₂, получаем (см. рис. 5.17) схему замещения полевого транзистора, включенного по схеме с ОИ (рис. 9.15), в режиме малого сигнала, где 1/у₁₁ = R_вх и I/у₂₂ = R_вых — входное и выходное сопротивления, источник тока, управляемый напряжением и_ЗИ. Последнее обстоятельство позволяет рассматривать полевой транзистор как прибор, управляемый напряжением, в отличие от биполярного транзистора, управляемого током базы (см. рис. 9.12). Величина

S = у₂₁ называется крутизной стоко-затворной характеристики.