Классификация и обозначение полевых транзисторов

Полевым транзистором называется четырехэлектродный полупроводниковый прибор, в котором ток создается носителями одного знака, а управление током осуществляется электрическим полем.

Все полевые транзисторы по своим конструктивным особенностям можно разделить на две группы:

– полевые транзисторы с p–n-переходом;

– полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП -транзисторы).

В дальнейшем рассмотрим только вторую группу транзисторов.

МДП -транзисторы (структура металл–диэлектрик–полупроводник) выполняют из кремния. В качестве диэлектрика используют окисел кремния . Отсюда другое название этих транзисторов – МОП -транзисторы (структура металл–окисел–полупроводник). Наличие диэлектрика обеспечивает высокое входное сопротивление этих транзисторов (1012…1014 Ом).

Принцип действия МДП -транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под действием поперечного электрического поля. Приповерхностный слой полупроводника является токопроводящим каналом этих транзисторов. МДП -транзисторы выполняют двух типов: со встроенным и индуцированным каналом. Включение канала в электрическую цепь обеспечивается с помощью двух металлических электродов, один из которых называется истоком(И), а другой – стоком(С). Управление током канала осуществляется с помощью затвора (З), отделенного от канала слоем диэлектрика. Четвертым электродом является подложка (П), которая выполняет вспомогательную функцию и служит выводом исходной полупроводниковой пластины. МДП -транзисторы могут быть с каналом n- или p-типа. Условные графические обозначения МДП -транзисторовпоказаны на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Условные обозначения МДП-транзисторов
со встроенным каналом p-типа (а) и n-типа (б),
с индуцированным каналом p-типа (в) и n-типа (г)

Три контакта полевых транзисторов называются исток (источник носителей тока), затвор (управляющий электрод) и сток (электрод, куда стекают носители). Структура кажется простой и очень похожей на устройство биполярного транзистора. Но реализовать ее можно как минимум двумя способами. Поэтому различают полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором.

Как и биполярный, полевой транзистор можно рассматривать как четырехполюсник, у которого два из четырех контактов совпадают. Таким образом, можно выделить три вида схем включения: с общим истоком, с общим затвором и с общим стоком. По характеристикам они очень похожи на схемы с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором для биполярных транзисторов.
Чаще всего применяется схема с общим истоком (а), как дающая большее усиление по току и мощности.
Схема с общим затвором (б) усиления тока почти не дает и имеет маленькое входное сопротивление. Из-за этого такая схема включения имеет ограниченное практическое применение.
Схему с общим стоком (в) также называют истоковым повторителем. Ее коэффициент усиления по напряжению близок к единице, входное сопротивление велико, а выходное мало.

Управление током стока, то есть током от внешнего относительно мощного источника питания в цепи нагрузки, происходит при изменении обратного напряжения на p-n переходе затвора (или на двух p-n переходах одновременно). В связи с малостью обратных токов мощность, необходимая для управления током стока и потребляемая от источника сигнала в цепи затвора, оказывается ничтожно малой. Поэтому полевой транзистор может обеспечить усиление электромагнитных колебании как по мощности, так и по току и напряжению.

Таким образом, полевой транзистор по принципу действия аналогичен вакуумному триоду. Исток в полевом транзисторе подобен катоду вакуумного триода, затвор — сетке, сток — аноду. Но при этом полевой транзистор существенно отличается от вакуумного триода. Во-первых, для работы полевого транзистора не требуется подогрева катода. Во-вторых, любую из функций истока и стока может выполнять каждый из этих электродов. В-третьих, полевые транзисторы могут быть сделаны как с n-каналом, так и с p-каналом, что позволяет удачно сочетать эти два типа полевых транзисторов в схемах.

От биполярного транзистора полевой транзистор отличается, во-первых, принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе — входным напряжением или электрическим полем. Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные сопротивления, что связано с обратным смещением p-n-перехода затвора в рассматриваемом типе полевых транзисторов. В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора может быть отделён от поверхности полупроводникового кристалла. Процессы рекомбинации носителей в p-n переходе и в базе биполярного транзистора, а также генерационно-рекомбинационные процессы на поверхности кристалла полупроводника сопровождаются возникновением низкочастотных шумов.

Вопрос