Полевой транзистор с p – n переходом. Устройство, принцип действия.
Биполярные транзисторы управляются током, полевые транзисторы управляются напряжением.
Различают следующие типы полевых транзисторов: полевые транзисторы с управляющим p-n переходом; полевые транзисторы с изолированным затвором.
Полевой транзистор с p-n переходом.
Обозначение выводов: С-сток, З-затвор, И-исток
Рис. 44 Полевой транзистор с каналом n типа.
Рис. 45 Полевой транзистор с каналом p типа.
Ток через канал образуется за счет основных носителей. При n-канале - за счет электронов. Управляющей цепью является цепь затвор-исток (З-И). Управляемой цепью является С-И. С помощью Uзи регулируется ширина канала, его проводимость, ток через него. При подаче отрицательного напряжения на затвор в области p-n перехода образуется обедненный слой (как у диода, смещенного в обратном направлении). Чем шире обедненный слой, тем уже канал, по которому могут проходить электроны от истока к стоку, т.к. обедненный слой, лишенный свободных носителей ведет себя как изолятор.
В отличие от биполярного транзистора ток, текущий через полевой транзистор, образуется только основными носителями, поэтому такой транзистор называют униполярным. Он в меньшей степени подвержен влиянию температуры и радиации, т.к. этими факторами определяется концентрация неосновных носителей.
Входные и выходные характеристики полевого транзистора с p-n переходом и каналом n-типа
Характеристики
полевого транзистора с каналом n-типа
приведены на рис.
При Uзи=0 , Iс=Icнач=Imax; при |-Uзи|>|-Uотс|, Iс=0. Здесь Icнач –начальный ток стока; напряжение Uотс называется - напряжение отсечки. Uотс=(0,3…10)В, Iснач=(1…20)мА. Запрещается подавать положительное напряжение на затвор, так как на переходе ЗИ возрастает выделяемая мощность (нагрев). При приложении отрицательного управляющего напряжения обратный ток через ЗИ пренебрежительно мал.
Управление током стока осуществляется путем подачи Uзи со знаком, обратным направлению проводимости p-n перехода.
Полевые мдп-транзисторы, их особенности, характеристики. Сравнительная оценка полевых и биполярных транзисторов.
Структура МДП транзистора представлена на рис:
Их называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) или МОП (металл-оксид-полупроводник) транзисторами. У таких транзисторов затвор отделен от канала тонким слоем диэлектрика. Физической основой работы таких транзисторов является эффект поля, который состоит в изменении концентрации свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника под действием внешнего электрического поля.
Устройство: Есть подложка из полупроводника с р – проводимостью, в которой сделаны две сильно легированные области с n – проводимостью (исток и сток)
Между ними пролегает узкая приповерхностная перемычка, проводимость которой также n-типа. Над ней на поверхности пластины имеется тонкий слой диэлектрика (чаще всего из диоксида кремния -- отсюда, кстати, аббревиатура МОП). А уже на этом слое и расположен затвор -- тонкая металлическая пленка. Сам кристалл обычно соединен с истоком, хотя бывает, что его подключают и отдельно.
Если при нулевом напряжении на затворе подать напряжение исток-сток, то по каналу между ними потечет ток. Почему не через кристалл? Потому что один из p-n переходов будет закрыт.
А теперь подадим на затвор отрицательное относительно истока напряжение. Возникшее поперечное электрическое поле «вытолкнет» электроны из канала в подложку. Соответственно, возрастет сопротивление канала и уменьшится текущий через него ток. Такой режим, при котором с возрастанием напряжения на затворе выходной ток падает, называют режимом обеднения.
Если же мы подадим на затвор напряжение, которое будет способствовать возникновению «помогающего» электронам поля «приходить» в канал из подложки, то транзистор будет работать в режиме обогащения. При этом сопротивление канала будет падать, а ток через него расти.
Рассмотренная выше конструкция транзистора с изолированным затвором похожа на конструкцию с управляющим p-n переходом тем, что даже при нулевом токе на затворе при ненулевом напряжении исток-сток между ними существует так называемый начальный ток стока. В обоих случаях это происходит из-за того, что канал для этого тока встроен в конструкцию транзистора. Т.е., строго говоря, только что мы рассматривали такой подтип МДП-транзисторов, как транзисторы с встроенным каналом.
Однако, есть еще одна разновидность полевых транзисторов с изолированным затвором -- транзистор с индуцированным (инверсным) каналом. Из названия уже понятно его отличие от предыдущего -- у него канал между сильнолегированными областями стока и истока появляется только при подаче на затвор напряжения определенной полярности.
Итак, мы подаем напряжение только на исток и сток. Ток между ними течь не будет, поскольку один из p-n переходов между ними и подложкой закрыт.
Подадим на затвор (прямое относительно истока) напряжение. Возникшее электрическое поле «потянет» электроны из сильнолегированных областей в подложку в направлении затвора. И по достижении напряжением на затворе определенного значения в приповерхностной зоне произойдет так называемая инверсия типа проводимости. Т.е. концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и между стоком и истоком возникнет тонкий канал n-типа. Транзистор начнет проводить ток, тем сильнее, чем выше напряжение на затворе. полевой транзистор переход затвор
Из такой его конструкции понятно, что работать транзистор с индуцированным каналом может только находясь в режиме обогащения. Поэтому они часто встречаются в устройствах переключения.
Условные обозначения транзисторов с изолированным затвором следующие:
А) со встроенным каналом n- типа;
Б) со встроенным каналом р- типа;
В) с выводом от подложки;
Г) с индуцированным каналом n- типа;
Д) с индуцированным каналом р- типа;
Е) с выводом от подложки.
Сравнительная оценка полевых и биполярных транзисторов.
