Лекция 7 Полевые транзисторы

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, действие которого основано на модуляции канала поперечным электрическим полем. Под модуляцией в данном случае понимается изменение сопротивление канала по определённому закону.

Достоинства:

1. 1. большое входное сопротивление;

2. 2. малые шумы при работе с высокоомными источниками сигналов;

3. 3. большая температурная стабильность, чем у биполярных транзисторов;

4. 4. простота изготовления и малые габариты, что важно при изготовлении ИМС.

Полевые транзисторы также называются униполярными. Неосновные носители практически не используется, поэтому они меньше подвержены влиянию температуры.

Недостатки:

1. 1. малый коэффициент усиления по напряжению;

2. 2. возможность повреждения статическим электричеством;

Классификация ПТ

1.С управляющим p – n-переходом: с каналом n-типа, с каналом p-типа;

2.С изолированным затвором (МДП: металл-диэлектрик-полупроводник, МОП: в качестве диэлектрика — диоксид кремния): со встроенным каналом; с индуцированным каналом.

Пт с управляющим pn-переходом

Имеют три вывода. Носители заряда двигаются от истока к стоку через расположенный между ними канал. Сопротивление канала управляется напряжением между затвором и истоком.

В дальнейшем будем по умолчанию говорить о транзисторах с каналом n-типа.

Принцип действия

Полевой транзистор работает следующим образом. При отсутствии напряжения на входе основные носители заряда - электроны под действием ускоряющего электрического ноля в канале (E = 10⁵¸10⁴ В/см) дрейфуют в направлении от истока к стоку, в то время как p-n переход для них заперт. Ток I_С, создаваемый этими электронами, определяется как напряжением стока U_СИ, так и сопротивлением канала. Последнее зависит от поперечного сечения канала, которое ограничивается pn-переходом (заштрихованная область). Поскольку потенциал электрического поля линейно возрастает от истока к стоку вдоль канала, толщина pn-перехода минимальна вблизи истока и максимальна вблизи стока, и канал сужается вдоль pn-перехода от стока к истоку. Таким образом, наибольшим сопротивлением канал обла­дает в наиболее узкой своей части.

Если в результате подачи к затвору переменного напряжения сигнала результирующее обратное напряжение на затворе U_ЗИ повысятся, то толщина pn-перехода по всей его длине увеличится, а площадь сечения канала и, следователь­но, ток в цепи стока уменьшаются. На рисунке, а изображена характеристика прямой передачи I_С =f(U_ЗИ).

а) б)

Характеристики прямой передачи (а) и выходные (б) ПТ с управляющим p-n переходом.

Указанный эффект будет тем сильнее, чем больше удельное сопротивление материала полупроводника, поэтому полевые транзисторы выполняют из высокоомного материала. При больших обратных напряжениях на затворе U_ЗИ0 сечение канала в его узкой части станет равным нулю и ток через канал прекратится. Такой режим называется режимом отсечки.