Униполярные транзисторы

Устройство и принцип действия униполярных транзисторов. Униполярными или полевыми транзисторами называются полупроводниковые приборы, в которых регулирование тока производится изменением проводимости проводящего канала с помощью электрического поля, перпендикулярного направлению тока. Токопроводящий канал соединяет две сильнолегированные области. Область, из которой носители заряда уходят в канал, называется истоком, область, в которую они входят, называется стоком, электрод, на который подается управляющее напряжение, называется затвором. В зависимости от выполнения затвора униполярные транзисторы делятся на две группы: с управляющим р-п переходом и с изолированным затвором.

3.1. Полевой транзистор с управляющим р-п переходом (ПТУП).

В таких транзисторах проводимость канала, соединяющего исток со стоком, изменяется путем изменения толщины р-п перехода. Проводимость канала может быть электронной или дырочной. Если канал имеет электронную проводимость, то он называется каналом п – типа, а если дырочную – р -типа.

Устройство транзистора с управляющим переходом п -типа показано на рис. 3.1.

На кремниевой подложке р -типа создается карман с электронной электропроводностью, в котором формируются две сильнолегированные области п⁺ -типа, выполняющие функции истока и стока. Над слоем п -типа формируется слой р -типа, выполняющий функцию затвора.

Концентрация примеси в затворе значительно превышает концентрацию примеси в канале, поэтому переход почти целиком расположен в канале. Толщина канала зависит от отрицательного напряжения на затворе. Чем больше это напряжение, тем больше толщина перехода, тем меньше толщина канала и его проводимость.

При некотором напряжении на затворе u_зи = u_отс, называемом напряжением отсечки, канал полностью перекрывается. При подаче на сток положительного напряжения u_си в канале возникает ток i_c, создающий падение напряжения вдоль канала u (x), вследствие чего толщина канала зависит от координаты х.

При небольших значениях u_си канал вдоль оси х постепенно сужается. При некотором значении напряжения u_си = u_нас, называемом напряжением насыщения, канал у стока полностью перекрывается. При u_си > u_нас участок перекрытия расширяется, а проводящая часть канала укорачивается. В этом режиме внешнее напряжение u_си перераспределяется между каналом и областью перекрытия. На проводящем участке канала напряжение сохраняется равным u_нас, а к перекрытому участку приложено напряжение u_си - u_нас. Режим работы с частично перекрытым каналом называется режимом насыщения, а с неперекрытым каналом – линейным режимом.

Условное схематическое изображение полевых транзисторов с управляющим переходом показано на рис. 3.2.

Статические характеристики полевого транзистора с управляющим р-п переходом. На рис.3.3 приведены статические выходные вольт-амперные характеристики ПТУП с каналом п -типа. Они представляют собой зависимость тока стока от напряжения сток-исток i_c=f (u_cu). На том же рисунке приведена управляющая характеристика, снятая при некотором значении напряжения u_си = u_{с 0}. Эта характеристика представляет собой зависимость тока стока от напряжения затвор-исток i_c=f (u_зu). Эта характеристика обычно соответствует режиму насыщения.

При малых значениях u_си ток стока пропорционален напряжению u_си – эта область является линейной. По мере роста тока канал сужается, рост тока замедляется и при u_си = u_нас переходит в режим насыщения. Геометрическое место точек, соответствующих перекрытию канала при разных значениях u_зu и наступлению режима насыщения показано пунктирной линией.

В линейной области вольт-амперные характеристики вплоть до точки перегиба представляют собой прямые линии, наклон которых зависит от напряжения на затворе. В области насыщения вольт-амперные характеристики идут практически горизонтально, Это говорит о том, что ток стока не зависит от напряжения на стоке.

В линейной области полевой транзистор используется как сопротивление, управляемое напряжением на затворе, а в области насыщения – как усилительный элемент.

Дата добавления: 2014-01-06