Режим відсічки

В режимі відсічки обидва переходи транзистора знаходяться у закритому стані. Наскрізні потоки електронів в цьому режимі відсутні. Через переходи транзистора протікають потоки неосновних носіїв заряду, що створюють малі некеровані теплові струми переходів. База і переходи транзистора в режимі відсічки збіднені рухомими носіями заряду, внаслідок чого їх опір є дуже високим. Тому вважають, що транзистор в режимі відсічки розриває електричне коло. Режим насичення та відсічки використовуються при роботі транзистора в імпульсних схемах.

24-25

7.15. Польові транзистори з р-n переходом Будова пристрою і включення польового транзистора з керуючим n-р -переходом, а також його умовне графічне позначення показані на рисунку 3. Пластинка з напівпровідника, наприклад, n-типу має на протилежних кінцях електроди, за допомогою яких вона включена у вихідне (кероване) коло підсилювального каскаду. Це коло дивиться від джерела Е₂ і в нього включено навантаження R_H. Вздовж транзистора проходить вихідний струм основних носіїв. В нашому прикладі це електронний струм. Вхідне (керуюче) коло транзистора утворене за допомогою третього електрода, що представляє собою область із другим типом електропровідності.

Рисунок 3 – Схема включення і умовне графічне позначення польового транзистора з n-p переходом і каналом n - типу

В даному випадку це р-область. Джерело живлення вхідного ланцюга Е₂ створює на єдиному n—р - переході даного транзистора зворотну напругу. Напруга іншої полярності, тобто пряма напруга, на n–р - перехід не подають, тому що тоді вхідний опір буде дуже малим. В вхідний ланцюг включене джерело посилюваних коливань ДК. Фізичні процеси в польовому транзисторі відбуваються в такий спосіб. При зміні вхідної напруги змінюється зворотна напруга на n – р - переході, і від цього змінюється товщина замикаючого (збідненого) шару, обмеженого на рисунку 3 штриховими лініями. Відповідно до цього міняється площа поперечного перерізу області, через яку проходить потік основних носіїв заряду, тобто вихідний струм. Ця область називається каналом. Електрод, з якого в канал випливають основні носії заряду, називають витоком (В або И). З каналу носії проходять до електрода, що називається стоком (С). Виток і стік аналогічні катоду й аноду електронної лампи відповідно. Керуючий електрод, призначений для регулювання площі поперечного перерізу каналу, називається затвором (3), і в якомусь ступені він аналогічний сітці вакуумного тріода чи базі біполярного транзистора, хоча, звичайно, по фізичному принципі роботи затвор і база дуже різні. Якщо збільшувати напругу затвора U_ЗВ, то замикаючий шар n—р - переходу стає товстіше і площа поперечного переріза каналу зменшується. Отже, його опір по постійному струму R₀ зростає і струм стоку iс стає менше. При деякій замираючій напрузі U_ЗВ.ЗАП площа поперечного перерізу каналу стане рівною нулю і струм i_с буде дуже малим. Транзистор запирається. А при U_ЗВ = 0 перетин каналу найбільший, опір R₀ найменший, наприклад кілька сотень Ом, і струм іс виходить найбільшим. Для того щоб вхідна напруга могла більш ефективно керувати вихідним струмом, матеріал основного напівпровідника, в якому створений канал, повинний бути високоомним, тобто з невисокою концентрацією домішок. Тоді замикаючий шар у ньому виходить більшої товщини. Крім того, початкова товщина самого каналу (при U_ЗВ = 0) повинна бути досить малою. Звичайно вона не перевищує декількох мікрометрів. Замикаюча напруга U_{ЗВ. ЗАП} при цих умовах складає одиниці вольт. Оскільки вздовж каналу потенціал підвищується в міру наближення до стоку, то ближче до стоку зворотна напруга n — р - переходу збільшується і товщина замикаючого шару виходить більше. На рисунку 4 зображений будова дифузійного польового транзистора, виготовленого по пленарно – епітаксіальній технології. Для приклада показаний канал р - типа (звичайно, він може бути і n - типа). Області витоку і стоку звичайно робляться з підвищеною провідністю (електропровідність р – типу ), щоб зменшити марне спадання напруги і втрату потужності в цих областях.

Рисунок 4 – Будова і умовне графічне позначення пленарно епітаксіального польового транзистора з каналом p – типу

Підвищену провідність має й область затвора (електропровідність n+ - типу). Це забезпечує збільшення товщини замикаючого шару головним чином вбік каналу, тобто підсилює керуючу дія затвора. Кристал транзистора (підкладка) є областю n-типа, від якої часто роблять вивід. Тоді кристал може бути використаний як додатковий затвор. Подаючи, наприклад, на нього деяку постійну напругу, встановлюють початкову товщину каналу. Характеристики і параметри польових транзисторів. Керуюча дія затвора наочно ілюструє керуючі (струмозатворні) характеристики, що виражають залежність i_c = f(U_ЗВ) при U_CИ = const (рисунок 5). Однак ці характеристики незручні для розрахунків, і тому на практиці користуються вихідними характеристиками.

Рисунок 5 – Керуючі (струмозатворні) характеристики польового транзистора з каналом n - типу

На рисунку 6 зображені вихідні (стокові) характеристики польового транзистора i_c = f(U_СВ) при U_ЗВ = const. Вони показують, що зі збільшенням UСВ струм ic спочатку росте досить швидко, а потім це наростання сповільнюється і майже зовсім припиняється, тобто настає явище, що нагадує насичення. Це пояснюється тим, що при підвищенні U_СВ струм повинний збільшуватися, але тому що одночасно підвищується зворотна напруга на n—р - переході, то замикаючий шар розширюється, канал звужується, тобто його опір зростає, і за рахунок цього струм і_с повинний зменшитися. Таким чином, мають місце два взаємно протилежних впливи на струм, який в результаті залишається майже постійним.

Рисунок 6 – Вихідні (стокові) характеристики польового транзистора з каналом n - типу

При подачі більшої за абсолютним значенням негативної напруги на затвор струм i_c зменшується і характеристика проходить нижче. Підвищення напруги стоку зрештою приводить до електричного пробою n – р - переході, і струм стоку починає лавиноподібно наростати, що показано на рисунку штриховими лініями. Напруга пробою є одним із граничних параметрів польового транзистора. Робота транзистора звичайно відбувається на положистих ділянках характеристик, тобто в області, що часто не зовсім вдало називають областю насичення. Напруга, при якій починається ця область, іноді називають напругою насичення, а замикаюча напруга затвора інакше ще називається напругою відсіку. Слід зазначити, що для транзисторів з каналом р - типа полярності живлячих напруга протилежні тим, які показані на рисунку 3, 5 і 6 для транзисторів з каналом n-типу. Польовий транзистор характеризується наступними параметрами. Основний параметр — крутизна S, аналогічна параметру h₂₁ біполярних транзисторів. Крутизна визначається по формулі

S = h₂₁ = Δ i_c / ΔU_ЗВ

при U_СВ = const, і може бути до декількох міліампер на вольт. Крутизна характеризує керуючу дію затвора. Наприклад, S = 3 мА/В означає, що зміна напруги затвора на 1 В створює зміну струму стоку на 3 мА. Другий параметр — внутрішній (вихідний) опір R_і, аналогічний величині 1/h₂₂ для біполярного транзистора. Цей параметр являє собою опір транзистора між стоком і витоком (опір каналу) для змінного струму і виражається формулою

R_i = 1/h22 = ΔUCВ / Δ ic

при UЗВ = const На положистих ділянках вихідних характеристик значення Rі досягає сотень кілоом і виявляється в багато разів більше опору транзистора по постійному струму R0. Іноді користуються ще третім параметром — коефіцієнтом підсилення ?, що показує, у скільки разів сильніше діє на струм стоку зміна напруги затвора, ніж зміна напруги стоку. Коефіцієнт підсилення визначається формулою

μ = - ΔU_CВ / U_ЗВ

при Δ i_c = const Коефіцієнт підсилення зв'язаний з параметрами S і R; простою залежністю

μ = S R_i

Для положистих ділянок вихідних характеристик ? досягає сотень і навіть тисяч. У початковій області цих характеристик, коли вони йдуть круто (при малих UСВ) значення всіх трьох параметрів зменшуються. Вхідний опір польового транзистора визначається, як звичайно, по формулі

R_i = ΔU_ЗВ / Δi_З

при U_СВ = const Оскільки струм і_с — зворотний струм n—р – переходу , а значить, дуже малий, то R_вх досягає одиниць і десятків мегаом. Полевой транзистор має також вхідну ємність між затвором і витоком С_ЗВ, що є бар'єрною ємністю n—р – переходу і складає одиниці пикофарад у дифузійних транзисторів і десятки пикофарад у сплавних. Менші значення має прохідна ємність між затвором і стоком С_ЗС, а самою найменшою є вихідна ємність між витоком і стоком С_СВ.