Полевые транзисторы

Наряду с биполярными транзисторами в современной радиоэлектронике широко применяются полевые транзисторы, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с биполярными транзисторами. Полевые транзисторы представляют собой трехэлектродные электронные приборы. Центральную токопроводящую область полупроводника у полевых транзисторов называют каналом. Два электрода, встроенные на концах канала, называются истоком, стоком. Ток в канале создают носители заряда одного типа, которые движутся вдоль канала от истока к стоку вследствие дрейфа в электрическом поле. Величиной тока управляет поперечное к каналу электрическое поле, которое прикладывается к управляющему электроду, называемому затвором. По виду управления током различают полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и полевые транзисторы с изолированным затвором. По типу проводимости канала различают полевые транзисторы с каналом n- или p- типа. Структуры полевых транзисторов весьма разнообразны и подробно рассматриваются в специальной литературе.

3.4.2.1. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом

Этополупроводниковые приборы, в которых протекающий через транзистор ток основных носителей заряда управляется поперечным электрическим полем, изменяющим толщину запирающего слоя в окрестности p-n перехода.

Изображение структуры полевого транзистора с управляющим p-n переходом и условные обозначения этих транзисторов на схемах представлены на рис. 3.11а–б. Транзистор представляет собой токопроводящий канал, выполненный из полупроводника n- или p -типа (в данном случае – n -типа). Его торцы – исток и сток – снабжены контактами. Через них к транзистору подключается внешний источник напряжения U_СИ, обеспечивающий движение основных носителей заряда по каналу от истока к стоку. На боковую поверхность канала нанесен затвор – слой полупроводника другого типа проводимости (в данном случае – p- типа). Между затвором и каналом располагается p-n переход. Затвор снабжен контактом, через который к нему подключается источник напряжения U_ЗИ.

Исток является инжекторным электродом. Здесь основные носители заряда начинают движение в канале. Сток служит коллекторным электродом. Здесь основные носители заряда заканчивают движение в канале. Затвор – электрод, управляющий величиной поперечного сечения канала.

Источник управляющего напряжения U_ЗИ, действующий между затвором и истоком, обеспечивает включение p-n перехода в обратном направлении. Увеличение обратного напряжения увеличивает толщину запирающего слоя, уменьшая тем самым сечение канала. Сопротивление канала увеличивается, и поэтому ток основных носителей заряда (в данном случае – электронов) в канале уменьшается.

Процессы, происходящие в транзисторе, представляются семейством выходных (или стоковых) характеристик, определяющим зависимость тока стока i_С от напряжений на стоке U_СИ и на затворе U_ЗИ. Графики этого семейства кривых i_С = f (U_СИ ), где U_ЗИ – параметр, представлены на рис. 3.11в.

Если напряжение U_ЗИ = 0, то при малых значениях U_СИ ток i_С изменяется примерно прямо пропорционально изменениям напряжения U_СИ. При существенном увеличении U_СИ запирающий слой p-n перехода со стороны стока расширяется, сужая стоковый участок канала. Рост тока i_С сначала замедляется, а затем ток достигает значения насыщения, после чего остается примерно постоянным. При дальнейшем увеличении U_СИ возникает электрический (лавинный) пробой.

При отрицательном напряжении U_ЗИ < 0 исходная проводимость канала уменьшается, поэтому начальный участок данной стоковой характеристики становится более пологим. Кроме этого, переход к режиму насыщения наступит при меньших значениях напряжения и тока стока.

Таким образом, при указанных полярностях внешних источников напряжения в цепях затвора и стока изменением напряжения на затворе транзистора с управляющим p-n переходом можно регулировать величину тока в стоковой цепи.

а) б)

в) г)

Рис. 3.11. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом

а) структура транзистора с каналом n -типа

б) условное графическое обозначение на схемах;

в) выходная вольт-амперная характеристика;

г) проходная вольт-амперная характеристика

Дата добавления: 2014-11-16