Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом — это полевой транзистор, затвор которого изолирован (то есть отделён в электрическом отношении) от канала p-n переходом, смещённым в обратном направлении.

Каналом полевого транзистора называют область в полупроводнике, в которой ток основных носителей заряда регулируется изменением ее поперечного сечения.

Электрод (вывод), через который в канал входят основные носители заряда, называют истоком. Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала за счет управляющего напряжения, называют затвором.

Как правило, выпускаются кремниевые полевые транзисторы. Кремний применяется потому, что ток затвора, т.е. обратный ток р-n-перехода, получается во много раз меньше, чем у германия.

Условные обозначения полевых транзисторов с каналом n- и р-типов приведены на рис. 1.

Рис.1. Условное обозначение полевого транзистора с р-n-переходом:

с каналом n- типа; каналом р-типа

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом имеет два невыпрямляющих контакта к области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда, и один или два управляющих электронно-дырочных перехода, смещённых в обратном направлении (см. рис. 2).

При изменении обратного напряжения на p-n-переходе изменяется его толщина и, следовательно, толщина области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда. Управляющее (входное) напряжение подается между затвором и истоком. Напряжение U_зи является обратным для обоих р-n-переходов.

Рис. 2. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

Ширина р-n-переходов, а, следовательно, эффективная площадь поперечного сечения канала, его сопротивление и ток в канале зависят от этого напряжения. С его ростом расширяются р-n-переходы, уменьшается площадь сечения токопроводящего канала, увеличивается его сопротивление, а, следовательно, уменьшается ток в канале. Следовательно, если между истоком и стоком включить источник напряжения U_си, то силой тока стока I_с, протекающего через канал, можно управлять путем изменения сопротивления (сечения) канала с помощью напряжения, подаваемого на затвор. На этом принципе и основана работа полевого транзистора с управляющим р-n-переходом.

При напряжении U_зи=0 сечение канала наибольшее, его сопротивление наименьшее и ток I_с получается наибольшим.

Ток стока I_{с нач} при U_зи =0 называют начальным током стока.

Напряжение U_зи, при котором канал полностью перекрывается, а ток стока I_с становится весьма малым (десятые доли микроампер), называют напряжением отсечки U_{зи отс.}

Вольт - амперная характеристика полевого транзистора с управляющим р-n- переходом

Рассмотрим вольт-амперные характеристики полевых транзисторов с р-n- переходом. Для этих транзисторов представляют интерес два вида вольт-амперных характеристик: стоковые и стоко-затворные.

Стоковые (выходные) характеристики полевого транзистора с р-n-переходом и каналом n-типа показаны на рис.3а. Они отражают зависимость тока стока от напряжения U_си при фиксированном напряжении U_зи: I_c = f(U_си) при U_зи = const.

Рис. 3. Вольт-амперные характеристики полевого транзистора с р-п- переходом и каналом п- типа: а – стоковые (выходные); б – стоко-затворная

Особенностью полевого транзистора является то, что на проводимость канала оказывает влияние как управляющее напряжение U_зи, так и напряжение U_си. При U_си=0 выходной ток I_с=0. При U_си 0 (U_зи=0) через канал протекает ток I_c, в результате чего создается падение напряжения, возрастающее в направлении стока. Суммарное падение напряжения участка исток-сток равно U_си. Повышение напряжения U_си вызывает увеличение падения напряжения в канале и уменьшение его сечения и, следовательно, уменьшение проводимости канала. При некотором напряжении U_си происходит сужение канала, при котором границы обоих р-n-переходов смыкаются и сопротивление канала становится высоким. Такое напряжение U_си называют напряжением перекрытия или напряжением насыщения U_си.нас. При подаче на затвор обратного напряжения U_зи происходит дополнительное сужение канала, и его перекрытие наступает при меньшем значении напряжения U_си.нас. В рабочем режиме используются пологие (линейные) участки выходных характеристик.

Стоко-затворная характеристика полевого транзистора показывает зависимость тока I_с от напряжения U_зи при фиксированном напряжении U_си: I_c = f(U_си) при U_си = const (рис. 3б).