2.2.Основные характеристики полевых транзисторов

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом представляет полупроводниковую структуру, содержащую несимметричный переход, вдоль базы которого протекает ток. Транзистор имеет три электрода; два из них (исток и сток) обеспечивают протекание тока при приложении к ним напряжения, на третий электрод (затвор), являющийся эмиттером p-n перехода, подается напряжение, управляющее величиной тока. Управляющее напряжение подается на затвор относительно истока, при этом устанавливается определенное значение ширины p-n перехода, т.е. ширины области пространственного заряда в базе, через которую ток протекать не может из-за отсутствия в ней подвижных носителей заряда. Напряжение затвора, таким образом, определяет величину сопротивления между стоком и истоком (сопротивления канала), что позволяет управлять током стоком при помощи напряжения затвора.

Различают два основных режима работы транзистора – омический (линейный) и насыщения. В первом транзистор функционирует как резистор, величина сопротивления которого управляется напряжением затвора; во втором из-за расширения области пространственного заряда p-n перехода происходит полное перекрытие канала этой областью вблизи стока (отсечка канала), что влечет за собой очень слабую зависимость тока стока от напряжения стока.

Н аиболее часто используемая схема включения с общим истоком для транзистора с каналом n-типа показана на рис.2.5. Резисторы, включенные в цеп9и транзистора, определяют положение рабочей точки: резистор в цепи затвора обеспечивает гальваническую связь затвора с шиной “земля”, падение напряжение на резисторе в цепи истока определяет напряжение затвор – исток. Основное уравнение, связывающее постоянные токи и напряжения в цепях транзистора в режиме насыщения, имеет вид:

I_c=K(U_з-U_{з отс})² , (2.10)

где I_c – ток стока; U_з – напряжение затвора; U_{з отс} – напряжение отсечки, представляющее граничное напряжение затвора, ниже которого I_c=0 независимо от напряжения стока; К – коэффициент пропорциональности, величина которого определяется электрофизическими параметрами и геометрическими размерами структуры.

В первом приближении при решении предлагаемых ниже задач можно считать, что для режима насыщения ток стока не зависит от напряжения стока U_с.

Напряжение стока, при котором наступает режим насыщения, можно определить из условия отсечки канала вблизи стока (U_{c нас}─ напряжение насыщения):

U_{c нас} + U_з=U_{з отс}. (2.11)

Важнейший для схемотехнических расчетов дифференциальный параметр транзистора – крутизна S определяется дифференцированием соотношения (2.10).

Другим распространенным типом полевого транзистора является транзистор со структурой металл – диэлектрик – полупроводник (МДП или МОП) и индуцированным каналом. Принцип работы такого транзистора состоит в том, что при напряжениях, превышающих пороговое U_пор, в приповерхностном слое полупроводника под затвором, отделенным от полупроводника слоем диэлектрика, возникает слой с типом проводимости, противоположным подложке и совпадающим с типом проводимости для областей стока и истока. В результате возникает канал для прохождения тока между стоком и истоком, который отсутствовал при U_з <U_пор .

Характер основных закономерностей, связывающих токи и напряжения в цепях МОП-транзистора, остается примерно таким же, как и для транзистора с управляющим p-n переходом. Остается справедливым и соотношение (2.10), в котором U_{з отс} заменяется на U_пор. При этом следует иметь ввиду, что условием протекания тока стока для МОП – транзистора является U_з >U_пор, в то время как для транзистора с управляющим p-n переходом U_з <U_отс, в результате чего характеристики управления имеют различную направленность.