2.2. Полевые транзисторы
Полевыми (униполярными) называют такие транзисторы, работа которых основана на использовании основных носителей: только дырок или только электронов.
|
|
Таблица 2.3 |
Электропроводность канала |
Тип затвора |
Условное обозначение |
n-типа |
В виде p-n-перехода |
|
Изолированный |
| |
p-типа |
В виде p-n-перехода |
|
Изолированный |
|
Термин – «полевые транзисторы» характеризует механизм управления током: с помощью электрического поля (а не тока, как в биполярных транзисторах). В этом отношении полевые транзисторы имеют много общего с электронными лампами. Различают полевые транзисторы с p-n-переходом и с изолированным затвором. В табл.2.3 приводится классификация и условные обозначения полевых транзисторов. Конструкция транзистора с управляющим р-n-переходом показана на рис.2.6,а. Основой прибора является полупроводниковая пластинка с электропроводностью n-типа. На верхней и нижней плоскостях пластинки создаются области с электропроводностью р-типа, которые электрически соединяются между собой омическими контактами, образуя единый электрод, - затвор (3).
Область полупроводника с электропроводностью n-типа, расположенная между областями с электропроводностью р-типа, называется каналом. На торцы полупроводниковой пластинки наносят омические контакты, образующие два других электрода, к которым подключают источник питания и нагрузку (рис.2.6,в). Контакт к которому подключается отрицательный полюс источника питания называется истоком (И), а второй - стоком (С). Если конструкция транзистора симметрична, то исток и сток можно менять местами. Ток транзистора в этом случае изменит направление на обратное. Если исходная полупроводниковая пластинка имеет дырочную электропроводность, то получают полевой транзистор с каналом р-типа.
У полевого транзистора основные носители заряда движутся через канал, поперечное сечение которого регулируется р-n-переходом. Для этой цели на затвор подается отрицательное относительно истока напряжение (рис.2.6,в), которое является обратным для р-n-переходов. Так как концентрация примесных атомов в р-области намного больше, чем в n-области, то при увеличении обратного напряжения р-n-переходы расширяются практически за счет n-области. В результате сечение канала и, следовательно, его проводимость уменьшаются, что вызывает уменьшение тока, проходящего через канал.
Если при постоянном напряжении на затворе увеличивать напряжение между стоком и истоком, то ток стока возрастает. При этом повышается падение напряжения в канале, которое способствует увеличению обратного напряжения на р-n-переходе, вызывая тем самым сужение канала.
При некотором напряжении, называемом напряжением насыщения, канал настолько сужается, что дальнейшее повышение напряжения между стоком и истоком не вызывает увеличения тока через канал и кривые семейства стоковых ВАХ идут практически параллельно оси напряжений (рис.2.6,с). Сток-затворная характеристика транзистора показана на рис.2.6,d.
Полевые транзисторы с изолированным затвором разделяются на две группы: со встроенным и с индуцированным каналом р- или n-типа Так как изоляция между затвором, выполненным в виде металлического слоя, и полупроводником осуществляется с помощью тонкой диэлектрической пленки, то такие приборы называют МДП-транзисторами (металл - диэлектрик-полупроводник) или МОП-транзисторами (если изолятором является пленка окисла).
Основными параметрами полевых транзисторов, используемыми для анализа транзисторных схем, являются крутизна переходной характеристики
S = dIС/dUЗИ; UСИ= const
и дифференциальное сопротивление стока (канала) на участке насыщения
RС = dUСИ/dIС, UЗИ = const.
В качестве предельно допустимых параметров нормируются:
максимально допустимые напряжения UСИ.max и UЗИ.max;
максимально допустимая мощность стока PС.max;
максимально допустимый ток стока IC.max.
Некоторые параметры полевых транзисторов приведены в табл.
Таблица 2.4
Вид полевого транзистора |
IC.max, mA |
S, mA/В |
Напряжение отсечки UЗИотс, В |
КП101Г-КП101Е |
2 - 5 |
0,15 - 0,3 |
5 - 10 |
КП102Е-КП102Л |
0,18 - 6,0 |
0,25 - 1,3 |
2,8 - 10 |
КП103Е-КП103М |
0,3 - 12 |
0,4 - 4,4 |
0,4 - 7 |
КП301Б |
15 |
1 |
30 |
КП3О3А-И |
0,5 - 5 |
1 - 6 |
30 |
Полевые транзисторы являются универсальными приборами и применяются в широком классе устройств промышленной электроники.