Обозначения полевого транзистора с управляемым р–n–переходом с каналами р–типа (б) и n–типа (в).

з

n

Канал p

ис с с

n

исток сток

з изи

ззатвор

а) б) в)

Рис.2.

В транзисторах с каналом n–типа области окружающие канал имеют проводимость р–типа. Принцип действия ПТ, имеющих каналы различной электропроводности аналогичены, но направления токов и полярность источников напряжения противоположны. Схема подключения источников напряжения к ПТ с каналом p–типа показана на рис.3.

В схеме используются два источника напряжения. Источник Е_Сподключается между истоком и стоком транзистора и вызывает ток в канале. Причем, ток стока (I_С) и ток истока (I_И) практически одинаковы. Источник напряжения Е_Зподключается между затвором и истоком. Изменяя величину напряжения Е_З, можно менять площадь поперечного сечения канала, т.е. сопротивление канала, а, следовательно, и ток, протекающий по каналу. Если управляющее напряжение отсутствует ( U_ЗИ= 0 ), но Е_С0, то по каналу течет ток стокаI_С. СогласноIIзакону Кирхгофа: Е_С= U_СИ+ I_СR_С, где U_СИ— напряжение равномерно распределенное по длине канала между стоком и истоком. Это напряжение вызывает обратное смещение р–n–перехода, то- есть, n–слой оказывается под более высоким потенциалом, чем канал р–типа.

Схема подключения ПТ с р–переходом

+ E_ЗI_З

_

U_ВХ R_С

I_ИI_C

U_СИE_С

+ –

Рис. 3.

Причем, наибольшее обратное напряжение на р–n–переходе существует в области, прилегающей к стоку. Из-за эффекта Эрли, сущность которого состоит в том, что обратное напряжение расширяет область р–n–перехода, обедненную электрическими зарядами, ширина канала уменьшается, а сопротивление канала возрастает (рис.3).

Когда на затвор и исток ПТ подается обратное напряжение от источника Е_З, область двойного электрического слоя р–n–перехода расширится еще сильнее. Токопроводящее сечение канала уменьшается, а ток стокаI_Cснижается. При увеличении обратного напряжения запирающий слойp-n-перехода становится еще толще и может занять весь канал. Перемещение зарядов станет невозможным и ток стока исчезнет. В этом случае говорят, что транзистор запирается.

Прямое напряжение от источника Е_Зна затвор в ПТ, как правило, не подают, так как сопротивление канала будет очень малым, а протекающий токI_Стак велик, что может случиться пробой кристалла и транзистор выйдет из строя.

Последовательно с источником постоянного напряжения Е_Зможно подключать источник усиливаемого переменного напряжения U_ВХ. Ток, протекающий через канал, теперь будет изменяться по закону изменения входного напряжения. Ток стока, проходя через сопротивление нагрузки R_С, создает на нем падение напряжения U_ВЫХтакже изменяющееся по закону U_ВХ. При соответствующем подборе R_Си Е_Сможно добиться, чтобы выходное напряжение было больше U_ВХ, т. е. усилитель будет усиливать сигнал.

К важнейшим достоинствам полевых транзисторов следует отнести:

1. Высокое входное сопротивление ( R_ВХ =10⁶– 10⁹Ом).

2. Экономичность, так как ПТ потребляют очень слабый ток ( I_ВХ = 10^-10А).

3. Малый уровень собственных шумов, так как ток в транзисторе обусловлен движением электрических зарядов только одного знака, что исключает рекомбинации, а, следовательно, и рекомбинационный шум.

4. Высокая устойчивость против радиоактивных воздействий.

5. В сравнении с биполярными транзисторами ПТ более технологичны, имеют высокую плотность расположения элементов в интегральных схемах, что позволяет создавать большие и сверхбольшие интегральные схемы ( БИС и СБИС ).

6. Возможность работы в области более высоких частот (=10⁹Гц), так как частотные свойства ПТ определяются только временем пролета канала электрическим зарядом, а длину канала можно сделать очень малой (в несколько мкм).

7. Возможность работы ПТ в области очень низких температур вплоть до Т =0 К.

В настоящее время биполярные транзисторы все чаще вытесняются полевыми.