4. Полевые транзисторы
Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаётся только основными носителями зарядов под действием продольного электрического поля, а управляющее этим током осуществляется поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным к управляющему электроду.
Несколько определений: 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 прикладывается управляющее напряжение,
создающее поперечное электрическое поле называется затвором. Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между pn
переходом, называется каналом полевого транзистора. Поэтому полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом p-типа или n-типа.
Условное графическое изображение (УГО) полевого транзистора с каналом n-типа изображено на рисунке 96, а с каналом p-типа на рисунке 97.
Полевыми транзисторами называются полупроводниковые элементы, которые в отличие от обычных биполярных транзисторов управляются электрическим полем, т.е. практически без затраты мощности управляющего сигнала.
Классификация: Различают шесть различных типов полевых транзисторов (FET). Их условные обозначения в электрических схемах представлены на рис. 5.1.
Рис. 5.1. Схемные обозначения полевых транзисторов.
Управляющим электродом транзистора является затвор G. Он позволяет управлять величиной сопротивления между стоком D и истоком S. Управляющим напряжением является напряжение UGS. Большинство полевых транзисторов являются симметричными, т. е. их свойства не изменяются, если электроды D и S поменять местами. В транзисторах с управляющим переходом затвор отделен от канала DS n-р- или р-n-переходом. При правильной полярности напряжения UGS диод, образуемый переходом затвор-канал, запирается и изолирует затвор от канала; при противоположной полярности он отпирается. У полевых транзисторов с изолированным затвором, или МОП-транзисторов, затвор отделен от канала DS тонким слоем SiO2. При таком исполнении транзистора ток через затвор не будет протекать при любой полярности напряжения на затворе. Реальные токи затворов полевых транзисторов с управляющим переходом составляют от 1 пА до 1 нА а для МОП-транзисторов они в средней меньше в 103 раз. Входные сопротивления для транзисторов с управляющим переходом составляют от 1010 до 1013 Ом, а для МОП-транзисторов-от 1013 до 1015 Ом.
Аналогично делению биполярных транзисторов на р-n-р- и n-р-n-транзисторы полевые транзисторы делятся на р-канальные и n-канальные. У n-канальных полевых транзисторов ток канала становится тем меньше, чем сильнее падает потенциал затвора. У р-канальных полевых транзисторов наблюдается обратное явление. Ниже в основном будут рассматриваться n канальные транзисторы, а р-канальные -лишь в тех случаях, когда на это буду особые причины. Замена n-канальных транзисторов на р-канальные возможна, если поменять знак напряжения питания, а так же соответственно изменить полярности включения используемых в схеме диодов и электролитических конденсаторов.
Через полевые транзисторы с управляющим переходом при напряжении UGS= 0 протекает наибольший ток стока. Такие транзисторы называют нормально открытыми. Аналогичные свойства имеют МОП-транзисторы обедненного типа. Наоборот, МОП-транзисторы обогащенного типа запираются при величинах UGS, близких к нулю. Их называют нормально закрытыми. Ток стока протекает через n-канальные МОП-транзисторы обогащенного типа тогда, когда UGS превышает некоторое положительное значение. Существуют также МОП-транзисторы, промежуточные между транзисторами обедненного и обогащенного типа, в том числе и такие, через которые при UGS = 0 протекает некоторый средний ток канала.
У n-канальных полевых транзисторов к выводу истока необходимо приложить более отрицательный потенциал, чем к выводу стока. В симметричном n-канальном транзисторе любой из выводов канала,к которому подведен более низкий потенциал, может служить в качестве вывода истока.
В МОП-транзисторах часто делают четвертый вывод от так называемой подложки. Этот электрод, как и затвор, также может выполнять управляющие функции, но он отделен от канала только р-n-переходом. Управляющие свойства подложки обычно не используют, а ее вывод соединяют с выводом истока. Если же требуется два управляющих электрода, то используют так называемые МОП-тетроды или двухзатворные МОП-транзисторы, имеющие два равноценных затвора.