Полевые транзисторы. 1.3.1. Транзисторы с управляющим p-n-переходом.

1.3.1. Транзисторы с управляющим p-n-переходом.

1.3.1.1. Устройство и принцип работы полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал, и управляемым электрическим полем. Полевой транзистор иногда называют униполярным, так как его работа основана на использовании только основных носителей заряда – либо электронов, либо дырок. Поэтому в полевых транзисторах отсутствуют процессы изменения (накопления и рассасывания) объемного заряда неосновных носителей, оказывающие заметное влияние на быстродействие биполярных транзисторов. Основным способом движения носителей заряда, образующих ток полевого транзистора, является дрейф в электрическом поле. Проводящий слой, в котором создается рабочий ток полевого транзистора, называется каналом.

Рассмотрим устройство транзистора с n-каналом. Структура такого транзистора представлена на рис. 1.3.1.Тонкий слой слаболегированного n-полупроводника наносится на сильнолегированную подложку p-типа. Над поверхностью канала имеется сильно легированная p-область, к которой припаивается металлический электрод, создающий эффект поля, и называется затвором. Два других электрода называются истоком и стоком. Истоком служит тот из них , из которого при соответствующей полярности напряжения между истоком и стоком в канал поступают основные носители заряда, а стоком - тот, через которой эти носители уходят из канала.

Рис. 1.3.1. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

Для хорошего контакта с выводами стока и истока концы n-канала тоже сильно легированы. P-n-переходы между затвором и каналом должны быть смещены в обратном направлении. Для этого на затворе должно быть отрицательное напряжение, а на канале - положительное относительно подложки. В транзисторе с p-каналом затвор и подложка должны иметь n-электропроводность и полярности напряжений противоположны. Обычно напряжения на затвор и сток подают относительно истока, с которым соединяют и подложку.

В зависимости от того, какой из выводов является общим для входа и выхода, различают три схемы включения полевого транзистора: с общим истоком(ОИ), общим затвором (ОЗ) и общим стоком (ОС). Наибольшее распространение получила схема с ОИ. На рис. 1.3.2 представлены схемы включения полевого транзистора с ОИ для транзисторов с n- и p-каналом.

а) б)

1.3.2. Полевой транзистор, включенный по схеме с ОИ а) с n-каналом,

б) с p-каналом

Выходные характеристики в схеме с общим истоком:

I_c = f(U_си) при U_зи=const

Рис. 1.3.3. Выходные характеристики ПТ

Напряжение между стоком и истоком, равное

U_cи.нас = |U_зи.отс- U_зи| (1.3.1)

называется напряжением насыщения.

При повышении напряжения на стоке выходной ток возрастает, но при этом уменьшается толщина канала по его длине и возрастает сопротивление , поэтому зависимость I_c от U_си нелинейна , постепенно замедляется рост тока. Когда U_си достигает напряжения насыщения U_си.нас , прекращается рост тока (по упрощенной теории). Горизонтальный участок выходной характеристики называется участком насыщения. Реальные характеристики в области насыщения имеют небольшой наклон. Чем больше запирающее напряжение на затворе , тем раньше наступает перекрытие канала: при меньшем U_си наступает насыщение , и ток насыщения I_с.нас оказывается меньшим.

Передаточные (стоко-затворные) характеристики определяют зависимость I_c=j (U_зи) при U_си=const. Обычно их строят для U_си>U_си.нас. Стоко-затворная характеристика представлена на рис. 1.3.4.

Максимальное значение тока стока при U_зи=0 называется начальным током I_с.нач.

Передаточная характеристика описывается параболой:

(1.3.2)