ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Полевой транзистор — это полупроводниковый прибор, имеющий три электрода: исток, сток и затвор. Между истоком и стоком в кристалле полупроводника, из которого выполнен полевой транзистор, расположен канал, через который течет ток транзистора. Канал выполняется из полупроводника одного типа — n или p. Управление током, текущим через канал, осуществляется путем изменения проводимости канала, которая зависит от напряжения между затвором и истоком. В отличие от биполярных транзисторов, в которых ток транзистора от эмиттера к коллектору течет последовательно через два p-n-перехода, в полевых транзисторах ток течет через канал, который образуется в полупроводнике одного типа проводимости, и через p-n-переходы не течет. Так как направление тока в полевом транзисторе — от истока — через канал — к стоку, а управление током осуществляется напряжением между затвором и истоком, то исток соответствует эмиттеру биполярного транзистора: сток — коллектору, а затвор — базе.

Изменение проводимости канала может осуществляться двумя способами. В зависимости от этого полевые транзисторы делятся на два основных вида: транзисторы с управляющим p-n-переходом и транзисторы с изолированным затвором.

1.4.1. Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом

В полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом управление током транзистора достигается путем изменения сечения канала за счет изменения области, занимаемой этим переходом. Управляющий p-n-переход образуется между каналом и затвором, которые выполняются из полупроводников противоположных типов проводимости. Так, если канал образован полупроводником n-типа (на рис. 1.15), то затвор — полупроводником p-типа. Напряжение между затвором и истоком всегда подается обратной полярности, т. е. запирающей p-n-переход. Напомним, что при подаче напряжения обратной полярности область, занимаемая p-n-переходом, расширяется. При этом расширяется и область, обедненная носителями заряда, а значит, сужается область канала, через которую может течь ток. Причем, чем больше значение запирающего напряжения, тем шире область, занимаемая p-n-переходом, и тем меньше сечение и проводимость канала. Условные обозначения транзисторов с разными каналами показаны на рис. 1.15, б, в.

Рис. 1.15. Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом (а); условное обозначение транзисторов с n-каналом (б) и р-каналом (в); выходные характеристики (г); стоко-затворные (передаточные) характеристики (д)

Так же как и для биполярных транзисторов, для описания работы полевых транзисторов используют выходные характеристики. Выходная характеристика полевого транзистора — это зависимость тока стока I_С от напряжения между стоком и истоком при фиксированном напряжении между затвором и истоком. Выходные характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом показаны на рис. 1.15, г. Как видно, они очень похожи на выходные характеристики биполярного транзистора.

В отличие от биполярного, работа полевого транзистора может также описываться непосредственной зависимостью выходного параметра — тока стока от входного — управляющего напряжения между затвором и истоком. Эти характеристики называются передаточными, или стокозатворными (рис. 1.15, д). В зависимости от температуры эти характеристики несколько изменяются. Напряжение U_ЗИ, при котором канал полностью перекрывается (I_С ≈ 0), называется напряжением отсечки U_отс. Управляющее действие затвора характеризуют крутизной, которая может быть определена по выходным характеристикам (рис. 1.15, г):

S = ΔI_C/ΔU_ЗИ при U_СИ = const.

Так как управляющий p-n-переход всегда заперт, у полевых транзисторов практически отсутствует входной ток. Благодаря этому они имеют очень высокое входное сопротивление и практически не потребляют мощности от источника управляющего сигнала. Это свойство относится не только к транзисторам с управляющим p-n-переходом, но и ко всем полевым транзисторам, что выгодно отличает их от биполярных.