Полевые транзисторы.основные свойства, структура, принцип действия, параметры.

Полевой транзистор – полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей зарядов протекающих через проводящий канал, и управляется электрическим полем.

Особенности полевого транзистора:

1. Высокий коэфицент по напряжению

2. Высокое входное сопротивление, а так же действие его обусловлено носителями заряда одной полярности.

Две разновидности полевых транзисторов:

1. Затвором в виде P – N перехода, с изолированным затвором

2. Полевой транзистор со структурой; метал - диэлектрик – полупроводник (МДП)

В зависимости от характера проводимости канала, полевые транзисторы подразделяются на транзисторы Р – типа и N – типа.

Условное графическое обозначение:

Транзистор с изолированным затвором, с каналом Р – типа (N - типа) объединенного типа.

 

С каналом Р – типа, обогащенного. N – типа, обогащенного.

Рассмотрим принцип работы полевого транзистора плоскостной конструкции с каналом N – типа, и схемой включения с общим истоком.

 

Схема включения полевого транзистора:

Прибор состоит из пластин кремния, N – типа и представляет собой канал полевого транзистора. К концам подсоединены 2 металлических контакта. В противоположном конце введены акцепторные примеси, превращающие поверхностные слои в область проводника Р – типа, соединенные вместе и образующие единый электрод, называемый затвором. При этом образуются между каналом и затвором два Р – N перехода.

Изменяя напряжения на затворе Uзи, смещающие переходы в обратном направлении можно изменять сечение канала, за счет расширения или сужения объединенных слоев переходов, а следовательно, и величину протекания тока через переход.

Вольтамперная характеристика. Стоко - затворная, входная характеристика.

 

Ic = f (Uзи) Ucн = const

Описывается параболой:

Ic = Iсн [(Uзи/Uзо) - 1]²

При Uзи = 0 ток стока (Ic) = mах т.е. Ic = Icmax = Iсн (сечение канала максимально)

При увеличении обратного напряжения объединенные слои P – N переходов расширяются, уменьшается сечение канала, уменьшается величина протекающего тока через канал.

При достижении Uзи = Uзо ток стока уменьшается до нуля. Управление током стока почти безтоковое, т.к. на затвор подается обратное напряжение, и через него протекает только обратный ток перехода.

Стоковая характеристика полевого транзистора (выходная)

Ic = f (Uси) Uзи = const

Ic = f (Uзи) Uси = const

При напряжении Uзи = 0 и подаче на сток положительного напряжения, относительно истока, ток стока возрастет по нелинейному закону.

Когда напряжение на стоке достигает напряжения на уровне насыщения, происходит полное перекрытие объединенными слоями на стоке U истока, сечение остается первоначальным. При дальнейшем увеличении Uси ток стока слабо возрастает т.к. растет сопротивление канала.

При больших напряжениях на стоке происходит пробой структуры. Превышение напряжения Uсиmax для полевых транзисторов недопустимо.

Основные параметры полевого транзистора:

1. Крутизна характеристики управления

Si = dIc/dUзи Uси = const ≈ ▲Iс/▲Uзи Uси = const [mA/B]

Крутизна характеристики уравнения показывает усилительные свойства прибора.

Численные значения этого параметра: 0,1 ~ 10 (mA/B)

2. Внутреннее сопротивление

Rс = dUси/dIс Uзи = const ≈ ▲Uси/▲Iс Uзи = const

Имеет значения: 100кОм ~ 2кОм

3. Входное сопротивление

Rвх= dUзи/dIз Uси = const ≈ ▲Uзи/▲Iз Uси = const

Ток затвора (Iз) определяется обратным током через переход.

Имеет значения: 10 ~ 10 Ом

4. Входная емкость

Сзи – определяется частью барьерной емкости между затвором и истоком.

Сзс - определяется частью барьерной емкости между затвором и стоком.

Ссн - определяется частью барьерной емкости между стоком и истоком.

5. Предельная частота (fs)

fs – представляет верхнюю частоту диапазона на которой модуль крутизны характеристики управления уменьшается на 1/√2 раз.

6. Мощность (Рmax) допустимая мощность рассеивания.

Uсиmax, Iсmax, Uзиmax, Uзсmax – допустимые напряжения между электродами.