Рис.19. Векторні діаграми для струмів транзистора на різних частотах

Тема 2.4. ПОЛЬОВІ ТРАНЗИСТОРИ

План:

1.Загальні відомості;

2.Будова та принцип роботи польових транзисторів з керуючим p-n переходом;

3.Польові транзистори з ізольованим затвором;

4.Польові транзистори для ІМС ре програмуючих постійних запам'ятовуючих пристроїв (РПЗП).

1.Загальні відомості

Польовий транзистор – це напівпровідниковий прилад, підсилювальні властивості якого ґрунтуються на використанні носіїв заряду лише одного знаку (електронів або дірок). Керування струмом в силовому колі польових транзисторів здійснюється зміною провідності каналу, через який протікає струм під впливом електричного поля. Тому ці транзистори називають польовими (уніполярними).

Виділять два різновиди польових транзисторів (ПТ):

·з керуючим p-n переходом (канальні транзистори);

·з ізольованим затвором.

Характерною особливістю всіх польових транзисторів є високий вхідний опір за постійним струмом (108…..1010 Ом). У цьому полягає найважливіша відмінність ПТ від БТ, у вихідному колі яких протікає значний струм при прямій напрузі на емітерному переході, зумовлюючи тим самим дуже малий вхідний опір біполярного транзистора. Тому інколи кажуть, що польовий транзистор – це прилад, що керу-

ється напругою (електричним полем), а біполярний транзистор – прилад, що керується струмом.

2. Будова та принцип роботи польових транзисторів з керуючим p-n переходом

Польовий транзистор з керуючим p-n переходом – це напівпровідниковий прилад, в якому струм створюється тільки основними носіями зарядів під дією повздовжнього електричного поля. А керування цим струмом здійснюється поперечним електричним полем, яке створюється напругою, що прикладена до керуючого електроду.

Польовий транзистор має три напівпровідникові ділянки одного і того ж типу провідності, які називають витоком, каналом і стоком, а також клерувальний електрод – затвор.

Виділяють два типи польових транзисторів з p-n переходом:

·з p-каналом;

·з n-каналом.

На рис.1 приведена будова і умовно-графічне позначення польових транзисторів з p та n-каналами. Канал протікання струму являє собою шар напівпровідника n або p-типу і розташований між двома p-n переходами. Канал має контакти із зовнішніми електродами. Електрод (вивід), від якого витікають основні заряди називається витоком(В), а електрод до якого вони стікаються (рухаються), назива-

ється стоком(С).

На бічні поверхні каналу наносять шар напівпровідника з протилежним (в порівнянні з каналом) типом провідності. Обидва шари електрично з'єднані і мають зовнішній електрод, що називається затвором(С). Між затвором і каналом виникають два p-n переходи (затвор має підвищену концентрацію основних носіїв).

Принцип дії ПТ розглянемо на прикладі транзистора зn-каналом. Вхідна (керуюча) напруга Uзв подається між затвором і витоком. При чому на затвор подається зворотна щодо витоку напруга (зворотне ввімкнення p-n переходів). Вихідна напруга Uсв подається між стоком і витоком і створює в каналі повздовжнє електричне поле, за рахунок якого через канал рухаються основні носії зарядів (електрони), створюючи струм стоку Iс .

При зміні вхідної напруги Uзв змінюється ширина p-n переходів, при цьому змінюється переріз каналу, а отже його провідність і відповідно відповідно вихідний струм стоку Iс . Розглянемо наступні випадки:

1.При відсутності напруги на затворі p-n переходи закриті власним внутрішнім полем, ширина їх мінімальна, ширина каналу максимальна і струм стоку буде максимальний, тобто:

Uзв = 0 ; Іс1 = Iс max

2.При збільшенні закриваючої напруги на затворі ширина p-n переходів збільшується, а ширина каналу і струм стоку зменшується:

3.При досить великих напругах на затворі ширина p-n переходів може збільшитися настільки, що вони перекриються, струм стоку стане рівний нулеві:

|Uзв| >> 0 ; Іс3 = 0

Напруга на затворі при якій струм стоку рівний нулеві, називається напругою відсікання (Uвідс).

На провідність каналу ПТ з керуючим p-n переходом впливає як напруга Uзв так і напруга Uсв . Вплив напруг на провідність каналу показана на рис.2. :

Рис.2. Вплив напруг на провідність каналу ПТ з керуючим p-n переходом: а) при

Uсв = 0 ; б) при Uзв = 0

·Зміна напруги на затворі Uзв при Uсв = 0 приводить до зміни провідності каналу за рахунок зміни його перерізу , причому величина перерізу вздовж всього каналу однакова. Так як Uсв = 0, то вихідний струм Іс = 0 (дивись Рис.2);

·Якщо напруга на звороті відсутня (Uзв = 0), то при Uсв > 0через канал протікає струм Іс . Внаслідок цього виникає спад напруги, що зростає у напрямку стоку. Відповідно, потенціали точок каналу вздовж нього неод-

накові: зростають у напрямку стоку від нуля до Uсв . Потенціали точок p- області відносно витоку визначається потенціалом затвора відносно витоку (в даному випадку рівний нулеві). А тому, прикладена до p-n переходів зворотна напруга, зростає у напрямку витік-стік і p-n переходи розширюються у напрямку стоку. Це приводить до зменшення ширини каналу. Підвищення напруги Uсв викликає збільшення спаду напруги у каналі і подальше зменшення його ширини, а отже і провідності каналу. При деякому значенні напруги Uсв звуження каналу наступає до його перекриття. Наступає стан, при якому зростає опір каналу, що приводить до обмеження і зупинки росту струму Іс (режим насичення).

2.1 Характеристики і параметри польових транзисторів

Для оцінки ПТ як активного елемента електронних схем використовують для сім’ї статичних характеристик: стокозатворні і стокові.

·Стокозатворні (вхідні) характеристики, відображають залежність струму стоку від напруги на затворі= ( приЗВ)| фіксованійСВ = напрузі стік – витік:

Вхідна ВАХ зображена на рис.3.

Рис.3. Стокозатворні характеристики ПТ з керуючим p-n переходом

Стокозатворна характеристика дозволяє визначити напругу відсікання Uвідс. , при якій струм стоку стає рівним нулеві, та початковий струм стоку Iс.поч., що протікає через канал при Uзв=0 .

·Стокові (вихідні) характеристики відображають залежність струму стоку від напруги на стоці відносно= ( СВвитоку)| ЗВ при= фіксованій напрузі на затворі:

На рис.4. приведено стокові ВАХ ПТ з керуючим p-n переходом