5 Полевые транзисторы

Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, в котором ток, протекающий через канал, управляется продольным электрическим полем и который предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний.

Принцип действия полевых транзисторов основан на использовании носителей заряда только одного знака (электронов или дырок), откуда пошло другое название транзисторов – униполярные. Управление током осуществляется за счет изменения проводимости канала под воздействием электрического поля.

Каналом полевого транзистора называют область в полупроводнике, в которой ток основных носителей заряда регулируется изменением ее поперечного сечения. По способу создания канала различают полевые транзисторы с затвором в виде управляющего р-n перехода и с изолированным затвором (встроенным каналом или индуцированным каналом). Условные обозначения полевых транзисторов приведены на рис. 5.1.

В зависимости от проводимости канала полевые транзисторы делятся на транзисторы с каналом р- и n-типа. Канал р-типа обладает дырочной проводимостью, а n-типа – электронной.

Вывод, через который в канал входят основные носители заряда, называют истоком (source) Вывод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком (drain) Вывод, служащий для регулирования поперечного сечения канала за счет управляющего напряжения, называют затвором (gate).

1. Полевые транзисторы с управляющим р-n переходом

1. Устройство и принцип действия

Полевой транзистор с управляющим р-n переходом – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала р-n переходом, смещенным в обратном направлении.

Международное название транзисторов с управляющим р-n переходом –  JFET (Junction-Field-Effect-Transistor).

Полярность внешних напряжений, подводимых к транзистору с управляющим р-n переходом и каналом n-типа, показана на структурной схеме (рис. 5.2, б). Для канала р-типа полярность напряжений меняется на противоположную.

Если между стоком и истоком включить источник напряжения U_си, то по каналу будет протекать ток стока I_с.

Управляющее (входное) напряжение U_зи подается между затвором и истоком и является обратным для обоих р-n переходов. Ширина р-n переходов, а следовательно, площадь поперечного сечения канала, его сопротивление и ток в канале зависят от этого напряжения, т.к. известно, что

,

(5.1)

где r_i – внутреннее сопротивление канала, Ом;

s_i – сечение канала, м;

r₀ – удельное сопротивление канала, Ом/м.

С ростом напряжения U_зи расширяются р-n переходы, уменьшается площадь сечения токопроводящего канала, увеличивается его электрическое сопротивление, а значит, уменьшается ток I_с в канале. При уменьшении напряжения U_зи сечение канала увеличивается, сопротивление уменьшается и ток растет. На этом принципе и основана работа полевого транзистора с управляющим р-n переходом.

При напряжении U_зи = 0 сечение канала наибольшее, его сопротивление наименьшее и ток I_с получается наибольшим – этот ток называют начальным током стока I_с.нач.

Напряжение U_зи, при котором канал полностью перекрывается, а ток стока I_с становится весьма малым (десятые доли микроампер), называют напряжением отсечки U_зи.отс.