5.2. Полевые транзисторы

Типы полевых транзисторов и их вольтамперные передаточные характеристики

Устройство и принцип действия полевого транзистора с управляющим p–n-переходом

Среди многочисленных разновидностей полевых транзисторов возможно выделить два основных класса: полевые транзисторы с затвором в виде pn перехода и полевые транзисторы с затвором, изолированным от рабочего полупроводникового объема диэлектриком. Приборы этого класса часто так же называют МДП транзисторами (от словосочетания металл -диэлектрик - полупроводник) и МОП транзисторами (от словосочетания металл-окисел - полупроводник), поскольку в качестве диэлектрика чаще всего используется окись кремния.

 

Полевым транзистором (ПТ) называют ПП прибор с усилительными свойствами, в котором управляют потоком носителей зарядов, движущихся через проводящий канал, с помощью поперечного электрического поля. В отличие от биполярного транзистора ток ПТ создается носителями зарядов одного знака – либо электронами, либо дырками. Поэтому ПТ иначе называют униполярными.

Конструктивно ПТ представляет собой пластину ПП с проводимостью n-типа илиp-типа, называемую проводящим каналом. От ее торцов делают выводы. Электрод, через который в канал входят носители заряда (в данном случае электроны), называют истокомИ, а электрод, через который они выходят, – стокомС.

Третий вывод, называемый затвором З, делают от области с другим, чем у канала, типом проводимости. Такую область формируют на продольной грани пластины с одной или двух сторон (см. рис. 6.10,аиб).

Рис. 5.10. Полевой транзистор с управляющим p–n-переходом:

а,б– упрощенные структуры;в,г– условные графические обозначения

ПТ с каналом n-иp-типов в схемах;д– схема подключения ПТ

к источникам питания

 

Статические характеристики полевого транзистора

Основными характеристиками ПТ являются выходные (стоковые) и передаточные (сток-затворные).

Стоковая характеристика отражает зависимость тока стока от напряжения между стоком и истоком при заданном напряжении на затворе относительно истока :

 

=при =const.

 

На рис. 5.11, бприведено семейство таких характеристик для транзистора с каналомn-типа.

При малых значениях (областьI) ток растет пропорционально напряжению. По мере увеличения (областьII) расширяетсяp–n-переход, канал сужается и растет его сопротивление, что приводит к замедлению роста тока и нелинейности этого участка ВАХ. При дальнейшем увеличении (областьIII) ток практически не растет, так как повышение компенсируется одновременным повышением сопротивления канала. При лавинном пробоеp–n-перехода вблизи стока большим напряжением (областьIV) ток резко возрастает.

Как видно из стоковых характеристик, в области IПТ, по сути, является резистором с управляемым статическим сопротивлением. Рабочей для усилительных режимов является областьIII, где ПТ близок по свойствам к источнику тока , управляемому напряжением .

Сток-затворная характеристика – это зависимость тока стока от напряжения между затвором и истоком при постоянном напряжении :

 

.

 

Рис. 5.11. Схема усиления напряжения на ПТ (а), семейство стоковых

характеристик (б) и сток-затворных характеристик (в) полевого транзистора

с управляющим p–n-переходом и каналомn-типа

 

Как видно из рис. 6.11, в, при некотором значении напряжения на затворе транзистор практически полностью закрывается. Это напряжение называют напряжением отсечки .

Одним из достоинств ПТ по сравнению с биполярными транзисторами является малая зависимость характеристик от температуры. С одной стороны, с ростом температуры снижается потенциальный барьер, уменьшается ширина p–n-перехода и расширяется проводящий канал, что должно было бы привести к росту тока стока, но, с другой стороны, уменьшается подвижность носителей заряда в канале, что приводит к уменьшению тока стока. В результате температура мало влияет на ток стока ПТ.

 

Основными параметрами ПТ являются: крутизна сток-затворной характеристики, внутреннее сопротивление, входное сопротивление, статический коэффициент усиления напряжения, а также параметры предельных режимов: максимально допустимые значения напряжений , , мощности и температуры .