Полевые транзисторы

Полевым транзистором называется полупроводни­ковый прибор, в котором ток обеспечивается прохожде­нием только основных носителей зарядов под действием продольного электрического поля, а управление этим током осуществляется поперечным электрическим по­лем, которое создается напряжением, приложенным к управляющему электроду. Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, называется истоком. Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называется стоком. Вывод полевого транзистора, к которому приклады­вают управляющее напряжение, создающее попереч­ное электрическое поле, называется затвором.

Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов между p-n переходами, называется каналом полевого транзистора. Полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом р или n типа. Переходы полевого транзистора с каналом n типа по­казаны на рис. 8.1, а с каналом p типа на рис.8.2.

Рис. 8.1. Переходы транзистора с каналом n типа

Рис. 8.2. Переходы транзистора с каналом p типа

Условное графическое изображение полевого транзис­тора с каналом n типа изображено на рис. 8.3, а с каналом p типа на рис. 8.4.

Рис. 8.3. УГО транзистора с каналом n типа

Рис. 8.4. УГО транзистора с каналом p типа

Принцип действия рассмотрим на примере полевого транзистора с каналом n типа (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Транзистор с каналом n типа

На затвор подается такое напряжение, чтобы переходы, были закрыты. Напряжение между стоком и истоком создает продольное электрическое поле, за счет которого через канал движутся основные носители заря­дов, создавая ток стока.

При отсутствии напряжения на затворе U_зи p-n пере­ходы закрыты собственным внутренним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна, и ток стока I_с1 будет максимальным. При увеличении запирающего напряжения на затворе U_зи > 0 ширина p-n переходов увеличивается, ширина канала уменьшается, и ток стока снижается I_с2 < I_с1. При достаточно больших напряжениях на затворе U_зи > 0 ширина p-n переходов может увеличиться настолько, что они сольются, ток стока станет равным 0, I_с3 = 0.

Напряжение на затворе, при котором ток стока равен 0, называется напряжением отсечки. Полевой транзистор представляет собой полностью управляемый полупроводниковый ком­понент, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока и поэтому принято говорить, что полевые транзисторы с управляющими p-n переходами работают только в режиме обеднения канала. В отличие от биполярных транзисторов, параметры и характеристики полевых транзисторов в значительно меньшей степени подвержены изменению при изменении температуры, ибо концентрация основных носителей заряда в широком диапазоне температур, исключая на­иболее низкие, практически не меняется.

Характеристики и параметры полевых транзисторов

К основным характеристикам полевых транзисторов относятся:

1. стокозатворная - зависимость тока стока I_с от напряжения на затворе U_зи для транзисторов с ка­налом n типа (рис. 8.6)

Рис. 8.6. Стокозатворная характеристика

2. стоковая - зависимость тока стока I_с от напряже­ния сток исток U_си при постоянном напряжении на затворе, I_с = f(U_си) при U_зи = const (рис. 4.7).

Рис. 8.7. Стоковая характеристика

Основные параметры:

1. напряжение отсечки;

2. крутизна стокозатворной характеристики пока­зывает, на сколько миллиампер изменится ток стока полевого транзистора при изменении напряжения на затворе на 1 В при фиксированном напряжении сток исток. Крутизну стокозатворной характеристики можно вычислить по следующим формулам,

S = ΔI_c/ΔU_зи = (I_c2 – I_c1)/(U_зи2 – U_зи1).

3. внутреннее сопротивление, иногда называемое выходным, полевого транзистора, равное частному прира­щений напряжения сток исток транзистора и тока стока при фиксированном напряжении затвор исток, можно вычислить по формуле

R_i = ΔU_си/ΔI_c.

Приращения напряжения сток исток ΔU_си и тока стока ΔI_с можно определить по графику выходных ха­рактеристик полевого транзистора, изображенных на рис. 8.8.

Рис. 8.8. Выходные характеристики

4. входное сопротивление полевого транзистора, равное частному приращений напряжения затвор исток и тока затвора, можно найти согласно выражению

R_вх = ΔU_зи/ΔI_з.

Ввиду того, что на затвор полевого транзистора подают запирающее напряжение, ток затвора будет представлять собой обратный ток закры­того p-n перехода и будет очень мал. Величина входного сопротивления R_вх полевого транзистора весьма велика и может достигать 10⁹ Ом.