Униполярные (полевые) транзисторы

Полевой транзистор – это трехэлектродный полупроводниковый прибор, в канале которого, представляющем полупроводник лишь одного типа проводимости, ток создается внешним продольным приложенным напряжением, а управление сечением накала (а, значит, и проходящим по нему током) осуществляется за счет эффекта поля, создаваемого поперечным напряжением, приложенным к управляющему электроду – затвору.

Все полевые транзисторы делят на две группы: полевые транзисторы с управляющим p-n- переходом и полевые транзисторы с изолированным затвором. В обеих группах полевых транзисторов электроды называют истоком И (соответствует эмиттеру Э биполярного транзистора), затвором З (соответствует базе Б) и стоком С (соответствует коллектору К).

На рис.12а схематически изображен полевой транзистор с p-n- переходом и каналом n-типа.

+ - З I_c mA U_зи= 0

15 U_зи= -1

И р С

n n-p 10

n-p ΔI΄_c U_зи= -2 ΔU_зи

p R_н

5 ΔU_си ΔI_c

I_c U_зи= -3

- + 5 10 U_си, В

а) б)

I_c

I_си С

15 З n-канальный

10 И г)

5 С

р-канальный

U_отс -3 -2 -1 U_зи З И д)

в)

Рис.12

Исток, сток и затвор (образованный параллельно соединенными р-областями) включаются в цепь с помощью омических выводов с n-и р-областями. Подача на затвор отрицательного напряжения относительно истока приводит к обеднению электронами участков канала примыкающих к затвору. Ширина p-n-перехода возрастает, а сечение канала уменьшается, что приводит к увеличению его сопротивления.

Рассмотрим выходные характеристики полевого транзистора (рис.12б). При малых значениях напряжения между стоком и истоком U_си ток I_с пропорционален напряжению U_си и определяется исходным сечением канала. С увеличением его положительный потенциал, приложенный к стоку, являясь обратным для p-n- переходов, расширяет их в области, примыкающей к стоку, в результате чего канал принимает форму воронки у стокового конца с повышенным сопротивлением для тока I_с. В итоге наступает режим насыщения (рис.12б).

При подаче на затвор отрицательного напряжения U_зи исходное сечение канала уменьшается, и режим насыщения наступает раньше. Поэтому выходные характеристики лежат ниже.

Зависимость тока на выходе I_с от напряжения на входе называется проходной, передаточной или стокозатворной характеристикой (рис.12в). Напряжение U_зи, при котором канал полностью перекрывается (I_с = 0), называется напряжением отсечки U_отс. Так как U_зи является обратным для p-n-переходов, ток во входной цепи представляет обратный ток для p-n-перехода и ввиду его малости полевой транзистор можно считать прибором, управляемым напряжением. Это свойство определяет высокое входное сопротивление полевых транзисторов. При величинах напряжений U_зи больших U_отс передаточная характеристика описывается уравнением:

, где I_си – ток стока при U_зи = 0. На практике эта величина тока для полевого транзистора является предельной, так как положительных напряжений затвор – исток стараются избегать, чтобы не потерять преимуществ, обеспечиваемых очень малым током затвора.

По передаточной характеристике транзистора может быть определен такой его параметр, как крутизна: при U_си = const.

Дифференцированием выражения можно определить крутизну .

Особый интерес представляет значение крутизны при I_c = I_cи. Для полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом это максимальное значение крутизны. . Можно отметить, что при равных токах стока полевого и коллектора биполярного транзисторов крутизна полевого транзистора существенно ниже, чем у биполярного.

По выходным характеристикам можно определить выходное или внутреннее сопротивление транзистора

при U_зи = const.

Наряду с рассмотренным транзистором с n-каналом имеются транзисторы с p-каналом. Принцип действия их аналогичен; различие заключается лишь в противоположной полярности источников питания и в соответствующих условных обозначениях (рис.12г,д). Полевые транзисторы с p-n-переходом применяют в основном для усиления сигналов.