Полевые транзисторы. Полевым транзистором называют полупроводниковый электропреобразовательный прибор, ток через который управляется изменением сечения канала

Полевым транзистором называют полупроводниковый электропреобразовательный прибор, ток через который управляется изменением сечения канала, по которому протекает ток, посредством изменения поперечного поля в области пространственного заряда барьерной структуры.

Управление сечением канала осуществляется областью пространственного заряда p-n перехода, барьера Шоттки, структуры металл-диэлектрик-полупроводник.

Схемы полевых транзисторов на основе этих структур показаны на рис.48.

Рис.48. Схемы структур полевых транзисторов: с управляющим p-n переходом (а), с барьером Шоттки (б), МДП-полевой транзистор с индуцированным каналом (в).

Полевые транзисторы имеют три электрода: исток (И), сток (С) и затвор (З).Сток – электрод, от которого течет общий ток, сток – электрод выхода тока транзистора, затвор – управляющий электрод. В полевом транзисторе нет инжекции носителей заряда и ток создается протеканием основных носителей заряда в канале. Канал можно представить в виде резистора с управляемым сопротивлением.

Условные обозначения полевых транзисторов более разнообразны, чем у биполярных, из-за большого разнообразия в принципах управления током. Два примера их показаны на рис.49.

Рис.49. Условные обозначения полевых транзисторов: а) с затвором в виде p-n перехода и каналом n-типа; б) МДП – транзистора с индуцированным каналом n-типа.

Вариантов включения полевых транзисторов по отношению к общему электроду три: с общим истоком, с общим затвором и с общим стоком. Однако используются в основном только первый вариант, рис.50, и включение с общим стоком:

Зависимость тока стока I_С от напряжения сток-исток U_СИ при постоянном напряжении между затвором и истоком U_ЗИ называется выходной характеристикой, рис.51.а.

Рис.50. Схема усилителя переменного тока на полевом транзисторе с общим истоком.

Выходная вольт-амперная характеристика полевого транзистора по виду схожа с выходной ВАХ биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Зависимость тока стока от напряжения затвор-исток называется передаточной вольт-амперной характеристикой, рис.51.б.

Рис.51. Семейство выходных (а) и передаточная (б) вольт-амперные характеристики полевого транзистора с n-каналом и затвором в виде p-n перехода.

Рассмотрим в качестве примера два типа управления током стока полевых транзисторов: 1) с управляющим p-n переходом и каналом n-типа; 2) МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа.

Для первого случая при подаче на затвор отрицательного потенциала относительно истока область пространственного заряда p-n перехода затвора расширяется. Так как область пространственного заряда не содержит свободные носители заряда, то проводящее сечение канала уменьшается за счет заполнения его ОПЗ, а его сопротивление увеличивается. Таким образом происходит управление током через канал.

На стоке потенциал относительно истока должен быть положительным, так же как и относительно затвора. При постоянном напряжении U_ЗИ с увеличением напряжения U_СИ ОПЗ управляющего p-n перехода расширяется, сужая канал транзистора. При некотором напряжении U_ЗИ канал практически полностью перекрывается и ток стока почти не зависит от U_ЗИ, рис.51.а.

В МДП-транзисторе с индуцированным каналом n-типа затвором является конденсаторная структура металл-диэлектрик-полупроводник p-типа. При U_ЗИ £ 0 между стоком и истоком существуют два p-n перехода, которые при любой полярности U_СИ не пропускают между этими электродами ток. При подаче на металлический электрод положительного потенциала относительно полупроводника дырки, как положительно заряженные квазичастицы, будут оттесняться вглубь полупроводника от границы диэлектрика, а электроны будут притягиваться к границе диэлектрик-полупроводник, создавая канал n-типа между n⁺ истоком и стоком. Для появления этого канала необходимо достижение некоторого напряжения, которое называется напряжением отсечки. Дальнейшее увеличение напряжения на затворе при постоянном напряжении между стоком-истоком будет приводить к увеличению тока стока. При постоянном напряжении на затворе относительно истока ток стока при увеличении напряжения U_СИ ток стока будет расти, пока подвижность в канале не станет зависеть от напряженности электрического поля, т.е. уменьшаться с его ростом. Тогда дрейфовая скорость, пропорционально которой изменяется ток стока, не будет зависеть от напряжения исток-сток.

К основным параметрам полевого транзистора относятся:

- крутизна передаточной характеристики S: отношение приращения тока стока к приращению напряжения U_ЗИ:

при U_СИ = const; (37)

- дифференциальное сопротивление канала на участке насыщения:

при U_ЗИ = const; (38)

- напряжение отсечки U_ОТС – напряжение U_ЗИ, при котором образуется индуцированный канал и начинает протекать ток стока.

Крутизна полевых транзисторов с управляющим p-n переходом лежит в диапазоне значений 1-20 мА/В, а R_i = 0.1-0.5 МОм. Для МДП транзисторов эти значения соответственно равны: 0.5-50 мА/В и 0.1-0.5 МОм, а напряжение отсечки – порядка 0.1-0.5 В

Максимальная мощность для первого типа транзисторов – 10 Вт, для МДП – 50 Вт.

Ниже приведена сравнительная таблица параметров полевых и биполярных транзисторов.

Табл. 2. Параметры полевых и биполярных транзисторов

Параметры     Тип транзистора	Входное сопротивление	Входной ток	Управляющее воздействие	Коэффициент усиления по напряжению в схеме
Полевой	Несколько МОм	10^-9-10^-7 А	Напряжение	До 20
Биполярный	Несколько кОм	мкА-мА	Ток	До 100

Усилительные схемы на полевых транзисторах строятся по тем же принципам, что и схемы на биполярных транзисторах. В них также работают обратные связи и происходит инверсия фазы входного сигнала в однокаскадных схемах.

Дата добавления: 2015-05-06