Будова та принцип дії польового транзистора з p-n-переходом

Польовий транзистор з p-n -переходом складається з трьох шарів напівпровідникових матеріалів з почерговим розміщенням шарів з p- і n - провідністю. Середній шар цього приладу називається каналом. Він може бути виконаний з матеріалів, що мають p- або n -провідність. З протилежних кінців каналу виводять електроди, які називаються ”витік “ (В) і ”стік “ (С). Два інші шари цього тріода мають провідність, протилежну за знаком до провідності каналу. Ці шари з’єднують між собою і від них виводять електрод, який має назву “затвор” (З). В каналі протікає струм, який визначається рухом основних носіїв заряду (дірками або електронами). Ділянка каналу, від якої починається рух основних носіїв зарядів, називається ”витоком “, а до якої вони рухаються - ”стоком “. Рух носіїв зарядів в каналі регулюється “затвором”.

а) б)

Рис. 3.1. Будова та графічне позначення польових транзисторів з p-n- переходом і каналами p- типу (а) та n -типу (б) провідності

Польові транзистори, у яких між затвором і каналом є безпосередній електричний контакт, відносяться до транзисторів із затвором у вигляді p-n -переходу. Будова (розріз) та графічне позначення польових транзисторів з p-n -переходом зображені на рис. 3.1.

Канал польового транзистора виготовляють з малою концентрацією домішок і він має низьку електропровідність. Два інші шари виготовляють з великою концентрацією домішок і в них є більша, ніж в каналі, концентрація дірок чи електронів. На межі з’єднання цих напівпровідникових шарів утворюються p-n -переходи, електричне поле яких виникає внаслідок дифузії основних носіїв заряду з шарів із більшою їх концентрацією у шари з меншою концентрацією.

Полярність зовнішних джерел напруги показана на рис. 3.2. Керуюча (вхідна) напруга подається між затвором і витоком. Керуюча напруга U_ЗВ є зворотньою для обох p-n -переходів. У вихідне коло, куди входить канал транзистора, подається напруга U_СВ такої полярності, щоб основні носії зарядів пересувались до стоку.

Струм у каналі (як у провіднику) визначається його опором, який прямо пропорційний довжині і обернено пропорційний площі поперечного перерізу канала. Тому для регулювання струму змінюють умовну площу поперечного перерізу за рахунок зміни ширини p-n- переходів. Ширину

p-n- переходів змінюють прикладанням зворотньої напруги між каналом (витоком) і затвором. Оскільки в шарах, які оточують канал транзистора, значно вища концентрація основних носіїв зарядів, то зміна ширини

p-n- переходів відбувається в основному за рахунок більш високоомного шару, тобто каналу (так званий ефект модуляції бази). Іншими словами змінюється поперечний переріз каналу і його провідність, тобто вихідний струм І_С транзистора. Оскільки керування силою струму в каналі здійснюється поперечним електричним полем, то ці транзистори мають назву “польові”. А в зв’язку з тим, що струм у каналі утворюється носіями заряду тільки одного знаку, ці транзистори ще називають “уніполярними”.

Польові транзистори мають ту властивість, що на провідність каналу впливає як керуюча напруга U_ЗВ, так і напруга між стоком і витоком U_СВ. Є чотири варіанти приєднання зовнішних джерел напруг:

без приєднання зовнішніх джерел (початковий розподіл зарядів в структурі транзистора), рис. 3.2, а;

приєднана лише керуюча напруга між затвором і витоком за закорочених між собою електродах стоку і витоку, рис. 3.2, б;

приєднана лише вихідна напруга між витоком і стоком за закорочених між собою електродах витоку і затвора, рис. 3.2, в;

одночасно приєднані напруги між витоком і затвором та між витоком і стоком, рис. 3.2, г.

У початковому стані без приєнання зовнішних джерел на межі з’єднання напівпровідникових шарів утворюються переходи із деяким зміщенням до каналу як до шару, в якому низька концентрація основних носіїв заряду, в нашому випадку - електронів (рис. 3.2, а).

Рис. 3.2. Схеми приєднання зовнішних джерел напруг до польового транзистора

Якщо між каналом і затвором прикладена напруга зворотного напряму U_ЗВ, то ширина p-n- переходу збільшується, а ширина (а також площа поперечного перерізу) каналу зменшується. Внаслідок цього збільшується опір каналу (рис. 3.2, б).

Якщо ж з’єднати між собою витік і затвор, а до каналу між стоком і витоком прикласти напругу U_СВ такої полярності, щоб електрони рухались від витоку до стоку, то до p-n- переходів прикладається зворотна напруга, яка зростає у напрямі стоку (рис. 3.2, в). Умовна площа поперечного перерізу зменшується із наближенням до стоку. За умови змикання переходів зростання струму каналу припиняється, тобто настає режим насичення.

Внаслідок одночасної дії напруг U_ЗВ та U_СВ ширина p-n- переходів збільшується і режим насичення (тобто змикання переходів) наступає ще швидше (рис. 3.2, г).

Розглянутий принцип регулювання провідності каналу зумовлює нелінійність характеристик польового транзистора.

Дата добавления: 2014-01-04