Полевые транзисторы с p-n-переходом.

Полевые транзисторы с р-n- переходом имеют структуру, разрез которой приведен на рис. 5. 1.2. Слой с проводимостью р-типа называется каналом, он имеет два вывода во внешнюю цепь: С — сток и И — исток. Слои с проводимостью типа n - типа, окружающие канал, соединены между собой и имеют вывод во внешнюю цепь, называемый затвором З. Подключение источников напряжения к прибору показано на рис. 5.1.2, на рис. 5.1.3 показано схемное обозначение полевого транзистора с р-n переходом и каналом р-типа и n-типа. Принцип действия транзистора с каналом n-типа аналогичен, но направления токов и полярность приложенных напряжений противоположны. Рассмотрим принцип действия полевого транзистора

c каналом р-типа. На рис. 5.1.4,а приведены семейство стоковых (выходных) характеристик этого прибора I_C=f(U_CИ), U_ЗИ=const при управляющем напряжении U_ЗИ=0.

 

 

Рисунок 5.1.1. Полевые транзисторы.

 

 

 

Рисунок 5.1.2. Структура полевого транзистора с p-n-переходом.

 

 

 

Рисунок 5.1.3. Условное обозначение полевого транзистора:

а) с каналом n-типа, б) с каналом p-типа.

 

 

а) б)

 

 

Рисунок 5.1.4. Характеристики полевого транзистора: а) – выходная; б) – передаточная.

 

 

При подключении источника напряжения между стоком и истоком U_CИ по каналу течет ток, который зависит от сопротивления канала. Напряжение U_CИ равномерно приложено по длине канала, это напряжение вызывает обратное смещение р-n-перехода между каналом р-типа и n-слоем, причем наибольшее обратное напряжение на р-n-переходе существует в области, прилегающей к стоку, а вблизи истока р-n-переход находится в равновесном состоянии. При увеличении напряжения U_CИ область двойного электрического слоя р-n-перехода, обедненная подвижными носителями заряда, будет расширяться, как показано на рис. 5.1.5, а. Особенно сильно расширение перехода проявляется вблизи стока, где больше обратное напряжение на переходе. Расширение р-n-перехода приводит к сужению проводящего ток канала транзистора, и сопротивлениё канала возрастает. Из-за увеличения сопротивления канала при росте I_C стоковая характеристика полевого транзистора имеет нелинейный характер (рис. 5.1.4, а). При некотором напряжении U_ЗИ границы р-n-перехода смыкаются (пунктир на рис. 5.1.5, а), и рост тока I_C при увеличении U_CИ прекращается.

При приложении положительного напряжения к затвору U_ЗИ>0 р-n- переход еще сильнее смещается в область обратного напряжения, ширина перехода увеличивается, как показано на рис. 5.1.5, б. В результате канал, проводящий ток, сужается и ток I_C уменьшается. Таким образом, увеличивая напряжение U_ЗИ можно уменьшить I_C что видно в рассмотрения рис. 5.1.4. При определенном U_ЗИ называемом напряжением отсечки, ток стока практически

 

 

 

Рисунок 5.1.4 а) -сужение канала полевого транзистора, б) – перекрытие канала полевого транзистора.

 

не протекает. Отношение изменения тока стока ΔI_C к вызнавшему его изменению напряжения между затвором и истоком ΔU_ЗИ при U_CИ=const называется крутизной: S= ΔI_C/ΔU_ЗИ при U_CИ=const. отличие от биполярных транзисторов полевые транзисторы управляются напряжением, и через цепь затвора протекает только малый тепловой ток I_З р-n-перехода, находящегося под действием обратного напряжения Стоковые характеристики, так же как и коллекторные характеристики биполярного транзистора, имеют два участка: крутой и пологий; последний используется при работе транзистора в усилительных устройствах, в то время как начальный крутой участок характеристик — при их работе в переключательных устройствах.

Ток стока полевого транзистора сильно зависит от температуры. Во-первых, с ростом температур электропроводность примесных полупроводников в рабочем диапазоне температур уменьшается. Во-вторых, при нагреве ширина р-n-перехода уменьшается, а канал расширяется. В результате воздействия этих двух факторов при, нагреве ток стока при U_ЗИ=const может изменяться различным образом — как увеличиваться, так и уменьшаться. Предельные частоты, на которых могут работать полевые транзисторы, весьма высоки. Основным ограничительным фактором здесь является емкость р-n-перехода, площадь которого сравнительно велика. Выпускаемые промышленностью полевые транзисторы с р-n-переходом способны работать в мегагерцовом диапазоне частот.