2. Полевые транзисторы

Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, в котором управление током осуществляется электрическим полем, вызывающим изменение сопротивления полупроводникового слоя, проводящего ток. Полевые транзисторы часто называют униполярными, так как ток создается носителями одного знака.

Различают два типа полевых транзисторов: с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором (МДП - транзисторы, представляющие собой структуру металл – диэлектрик – полупроводник). МДП - транзисторы делятся на транзисторы со встроенным и индуцированным каналом.

Рис. 1. Рис. 2.

Пpи изготoвлении полeвого транзиcтора с yправляющим p-n-переxодом (рис. 1) на каждyю из боковых гpаней пластин n- или p-полупроводника наносится слой с противоположным типом проводимости. Оба слоя материала имеют внешний вывод через омический контакт, с помощью которого к p-n-переходу подводится напряжение. Этот электpод называeтся затвором (З). Торцы пластины так же снабжены электродами, с помощью которых прибор включаeтся в электричeскую цепь. Электpод, от которого под дейcтвием напpяжения движутся носители зарядов, называется истоком (И); электрод собирающий носители зарядов, называется стоком (С). Объем, заключенный между p-n-переходами, называется каналом. Условные обозначения транзисторов с каналами n- и p-типа приведены на рис. 2, а и б соответственно.

При увеличении напряжения U_зи толщина обедненного слоя p-n-перехода увеличивается, а сечение канала уменьшается. Следовательно, можно изменять электрическое сопротивление канала. В результате будет меняться ток I_с, протекающий в цепи исток – сток под действием приложенного к стоку напряжения U_си. Напряжение на затворе, при котором поперечное сечение канала становится равным нулю, называется напряжением отсечки U_{зи отс}.

Если полевой транзистор включен по схеме с общим истоком (ОИ), то связь токов и напряжений может быть охарактеризована следующими вольт-амперными характеристиками (ВАХ):

I_з= f(U_зи) U_си = const (входная характеристика);

I_з= f(U_си) U_зи = const (характеристика обратной передачи);

I_с= f(U_зи) U_си = const (проходная или стоко-затворная характеристика);

I_с= f(U_си) U_зи = const (выходная или стоковая характеристика).

Обычно применяются две последние характеристики.

Рис. 3.

Типичное семейство выходных ВАХ полевого транзистора с управляющим p-n переходом показано на рис. 3. При малых напряжениях U_си ток I_с увеличивается с ростом напряжения на стоке почти линейно. Начиная с некоторого значения напряжения U_си, рост тока I_с практически прекращается и его величина почти не зависит от напряжения, так как увеличение напряжения на стоке, с одной стороны, вызывает увеличение тока стока, с другой – сужение канала, которое уменьшает ток. Напряжение на стоке, при котором возникает этот режим, называется напряжением насыщения U_{си нас}. Увеличение напряжения на стоке выше определенной величины приводит к электрическому пробою p-n-перехода у стокового конца канала, так как в этой части прибора к p-n-переходу приложено наибольшее обратное напряжение.

Рис. 4.

Проходная характеристика показана на рис. 4. Изменение напряжения U_си в пределах области насыщения мало влияет на поведение стокозатворной характеристики.

Полевой транзистор характеризуется следующими параметрами:

1. крутизной стоко-затворной ВАХ

   ;

   (1)

2. дифференциальным сопротивлением канала

   ;

   (2)

3. статическим коэффициентом усиления

.

(3)

Контрольные вопросы.

1. Какие типы полевых транзисторов бывают?

2. Расскажите об устройстве полевого транзистора с управляющим p-n-переходом.

3. Объясните принцип работы полевого транзистора с управляющим p-n-переходом.

4. Как изменяется эффективная ширина канала полевого транзистора с управляющим p-n-переходом при изменении U_зи и U_си?

5. Какими вольт-амперными характеристиками характеризуется полевой транзистор?

6. Объясните вид вольт-амперных характеристик полевого транзистора.

7. Расскажите о параметрах полевого транзистора.