Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом. Униполярные (полевые) транзисторы

Униполярные (полевые) транзисторы

Термин униполярные подчеркивает, что проводимость тока в этих приборах осуществляется носителями одного знака. Конструктивно они представляют собой двухслойный трехэлектродный полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на изменении интенсивности потока свободных носителей под действием поперечного электрического поля, созданного управляющим напряжением.

Различают полевые транзисторы:

¨ с управляющим p-n переходом;

¨ с изолированным затвором.

Область полупроводника, по которой движутся носители называется каналом, электрод, от которого движутся носители — истоком, электрод, к которому движутся носители — стоком, электрод, на который подается управляющее напряжение — затвором.

Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом

В зависимости от типа носителей электрического тока в каналах транзисторы подразделяются на транзисторы:

Область затвора имеет тип электропроводности противоположный каналу.

Конструктивно такие транзисторы представляют собой двухслойную структуру с областью канала, имеющей два электрических вывода и областью затвора, имеющей один электрический вывод. Стрелка на выводе затвора показывает проводящее направление p-n перехода образованного каналом и затвором транзистора. Канал транзистора геометрически несимметричен, поэтому выводы стока и истока не полностью взаимозаменяемы.

2.3. Принцип действия полевого транзистора
с управляющим p-n переходом

Принцип действия рассмотрим на примере транзистора с n каналом. Управ­ля­ю­щее напряжение U_ЗИ в рабочем ре­жиме имеет полярность, соответствующую обратно­му вклю­чению p-n перехода. Ток за­тво­ра является обратным током p-n перехода и обычно составляет 10^‑9…10^-11 А, поэтому принято считать что полевой транзистор является прибором, управляемым напря­жением, а не током.

Управляющие свойства транзистора ос­но­­ваны на том, что геометрическая толщина токопроводящего канала сравнима с толщиной p-n перехода. При нулевом управляющем напряжении p-n переход тонок, между стоком и истоком существует токопроводящий канал из полупроводника n типа, транзистор проводит ток по цепи сток-исток. С ростом величины управляющего напряжения U_ЗИ увеличивается толщина p-n перехода (области, обедненной подвижными носителями), толщина проводящего канала сужается, возрастает сопротивление транзистора протекающему току. При достижении напряжением U_ЗИ величины U_З0, называемой напряжением отсечки, p-n переход полностью перекрывает токопроводящий канал. Ток в цепи сток-исток прекращается. Так как полярности напряжений U_ЗИ и U_СИ противоположны, разность потенциалов |U_ЗИ|<|U_ЗС|. Таким образом, толщина p-n перехода в области стока максимальна. При работе транзистора в области стока формируется горловина (самое узкое место) токопроводящего канала, что обусловливает нелинейную зависимость I_С от U_СИ. Это обстоятельство определяет геометрическую форму токопроводящего канала.

2.4. Статические характеристики полевого транзистора
с управляющим p-n переходом

С точки зрения теории электрических цепей транзистор может быть представлен четырехполюсником, имеющим два входных и два выходных зажима. Один из электродов транзистора является общим для цепи входного и выходного сигналов, что определяет схему включения транзистора. Четырехполюсник может быть описан четырьмя семействами характеристик.

1. Семейство входных характеристик.

I_ВХ = ¦(U_ВХ) при U_ВЫХ = const.

2. Семейство выходных характеристик.

I_ВЫХ = ¦(U_ВЫХ) при U_ВХ = const.

3. Семейство переходных характеристик.

I_ВЫХ = ¦(U_ВХ) при U_ВХ = const.

4. Семейство характеристик обратной связи.

I_ВХ = ¦(U_ВЫХ) при U_ВХ = const.

При рассмотрении конкретных схем включения транзисторов зависимые и независимые параметры могут меняться местами. Семейства представляют собой набор параметрических кривых соответствующих фиксированным значениям параметра характеристики. Для полевых транзисторов, имеющих малые значения входного тока, основными семействами являются семейство выходных и семейство переходных характеристик.