IV. Полевые транзисторы.

Общие сведения.

ПТ – п/п прибор, в котором ток через канал управляется электрическим полем, возникающим при приложении напряжения между затвором и истоком.

Канал – область п/п кристалла, в которой поток носителей заряда регулируется изменением её поперечного сечения.

Исток – электрод ПТ, через который в канал втекают носители заряда.

Сток – электрод ПТ, который собирает при выходе из канала носители заряда.

Затвор - электрод ПТ, к которому прикладывается управляющее напряжения.

Классификация.

ПТ называют так же униполярными, поскольку принцип их работы основан на управлении носителей заряда только одного знака (основных). В отличие от БТ, в которых имеются как основные, так и неосновные носители. Различают 2 типа ПТ:

1) ПТ с управляющими p-n переходами;

2) ПТ с изолированным затвором. (МДП - транзисторы)

МДП – структура металл-диэлектрик-п/п.

Поскольку в качестве диэлектрика используются окислы (двуокись кремния SiO₂₎, то встречается равнозначный термин МОП – транзистор (металл-окисел-п/п).

МДП транзисторы делятся на:

1) Транзисторы со встроенным (собственным) каналом;

2) Транзисторы с индуцированным каналом.

Все ПТ различаются так же по виду проводимости канала (p- или n- типа).

Обозначаются аналогично БТ буквенно-цифровым кодом. 2 элемент обозначения – буква П. Например КП303А.

Классификация по мощности и частоте аналогична БТ.

4.1. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом.

Устройство и обозначения.

Структура ПТ с управляющим p-n переходом приведена на Рис. 61. Канал образован часть кристалла n-полупроводника с меньшим поперечным сечением. В n-полупроводнике созданной p-области на границе которых с n-областью образуется переход.

Схемы включения

Аналогично БТ, ПТ включает…:

1. с общим затвором (ОЗ);

2. с общим истоком (ОИ);

3. с общим стоком (ОС).

Наиболее употребительна схема ОИ, дающая максимальное усиление по мощности.

Принцип действия.

На Рис. 63 ПТ включен по схеме ОИ.

Если напряжения между электродами ПТ отсутствует, то на границе p и n областей образ p-n переход, имеющий определенную величину обедненного (обедненного) слоя. Поперечное сечение канала между верхними и нижними переходами определяют его электрическое сопротивление. Если на переход подать только U_зи(U_си=0), Рис. 63а, то ширина запирающего слоя увеличится, поперечное сечение канала уменьшится и, следовательно, его электрическое сопротивление возрастёт, т е меняя U_зи можно менять электрическое сопротивление канала, если подключить только U_си (U_зи=0) (Рис. 63 б), то между стоком – истоком возникнет дрейфовое движение электронов (основных носителей). Появляется ток стока I_с. Uси меняет конфигурацию канала, пренебрегая падением напряжения на объемном сопротивлении частей n п/п слева и справа от канала можно видеть, что потенциал канала около истока равен 0, а у стока он максимален. В результате область запирающего слоя у стокового конца канала расширится, если подключены оба: U_зи и U_си, Рис 63в, то напряжение на p-n переходе вблизи истока |U_зи|, а вблизи стока |U_зи|+U_си. Сечение канала и, следовательно, его сопротивление, будет определено действием этих 2 напряжений. Ширина запирающего слоя возрастет.

Таким образом, при U_си > 0 в ПТ течет ток I_с, определяемый полным сопротивлением канала, имеющего неоднородную по его длине площадь поперечного сечения (сопротивления).

Ток I_с управляется как U_зи, так и U_си. Напряжение U_зи, при котором поперечное сечение равно 0, и I_с=0, (смыкание запирающего слоев верхнего и нижнего перехода) называется напряжением отсечки U_зиотс. Смыкание (неполное) запирающих слоев может произойти и при увеличении U_си, но при этом I_с ¹ 0. Это напряжение называется напряжением насыщения U_синас.

Статические характеристики.

ПТ, как и БТ можно представить в виде эквивалентного четырехполючника.

В качестве статических характеристик ПТ используются след функц зависимости для ОИ.

1) Выходная характеристика Рис. 64
2) Характеристика входной передачи Рис. 65

Рассмотрим зависимость Iс от Uси.

Имеются 3 выраженных участка.

1) Ток Ic растет почти по линейному законцу. Отклонение от линейности объясн сужение канала у обл стока

2) Далее, при увелитчении Uси наступает режим насыщения (пологий участок характеристики)., при увелитчении Uси ток Iс почти не меняется. Это происх в связи с дальнейшем сужением канала Uст. При дальнейшем увеличении Uси канал стягивается в узкую полоску (капилляр). Наступает динамическое равновесие. А именно: увеличение Uси и рост Ic вызывает сужение канала, которое в свою очередь уменяшает ток и наоборот. Напряжение стока, ппри котором наступ этот режим наз напряж насыщ Uсинас.

В режиме насыщения дифференц сопротивление канала Rкдиф = à

Поскольку влияние Uзи и Uси на ширину канала у стокового конца практичеки одинакова, то можно записать, чито |Uзиотс|=Uсинас+|Uзи|.

3) При достаточно высоком Uси наблюдается резкий рост Iс (3 участок), обусловеленный пробоем p-n перехода у стокового конца канала. (к нему прилож максимальное суммарное обратное напряжение) Чем больше запирающее Uзи, тем меньше Uси насыщения, и Ic и напряжение пробоя.

Это связано с увеличением поперечного сес=чения канала.

Из характеристики прямой передачи (Рис. 65) видно, что ток в ПТ возникает только при |Uзи|< |Uзиотс|.

В режиме насыщения (он используется как рабочий) напряжение Uси практически не оказывает влияние на характеристику.