6. Полевые транзисторы

Полевым (униполярным) транзистором называется транзистор, в котором между двумя электродами образуется проводящий канал, по которому протекает ток. Управление этим током осуществляется электрическим полем, создаваемым третьим электродом. Электрод, с которого начинается движение носителей заряда, называется истоком, а электрод, к которому они движутся, – стоком. Электрод, создающий управляющее электрическое поле называется затвором.

Различают два типа полевых транзисторов: с управляющим p–n-пере­хо­дом и с изолированным затвором (МДП-транзисторы). По типу электропроводности полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналами "p" и "n" типов.

Транзистор с управляющим p­–n-переходом представляет собой пластину из полупроводникового материала, имеющего электропроводность определенного типа, от концов которого сделаны два вывода – исток и сток. Вдоль пластины выполнен p–­n-переход, от которого сделан третий вывод – затвор (рис. 26) [5].

Рис. 26. Полевой транзистор с управляющим p–n-переходом (а)

и его условное обозначение (б)

Если к электродам подключить напряжение питания, то между стоком и истоком будет протекать ток. Сопротивление канала, а следовательно, и ток, проходящий через канал, зависят от напряжения на затворе. Напряжение на затворе, при котором ток истока минимален, называется напряжением отсечки . Если на затвор подать переменный сигнал, то ток стока также будет изменяться по тому же закону. Статические характеристики транзистора с управляющим р–n-пере­хо­дом приведены на рис. 27.

Рис. 27. Входная (а) и выходная (б) характеристики полевого транзистора

с управляющим p–n-переходом

Максимальный ток стока будет при нулевом напряжении на затворе. При уменьшении напряжения на затворе ток стока уменьшается и при он становится равным 0.

Полевые транзисторы характеризуются следующими параметрами:

• крутизной характеристики при;

• ^{коэффициентом усиления по напряжению} при;

• выходным сопротивлением при;

• входным сопротивлением ;

• напряжением отсечки ;

• максимальным током стока .

Транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы), в отличие от рассмотренных выше, имеют затвор, изолированный от канала слоем диэлектрика. Поэтому они имеют очень большое входное сопротивление до (10¹²…10¹⁴) Ом.

Принцип действия МДП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием электрического поля.

МДП-транзисторы делятся на транзисторы с встроенным каналом и на транзисторы с индуцированным каналом. Транзисторы имеют четвертый электрод, называемый подложкой, который выполняет вспомогательную роль. МДП-транзисторы могут быть с каналами n- или р-типа. На рис. 28 приведены конструкция и характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа [5].

Рис. 28. Конструкция (а), условные обозначения (б), входная (в) и выходная (г)

характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа

В МДП-транзисторах со встроенным каналом токопроводящий канал создается технологическим путем в виде тонкого слаболегированного полупроводникового слоя. Поэтому при = 0 канал существует.

МДП-транзисторы с индуцированным каналом отличаются тем, что проводящий канал здесь не создается, а образуется (индуцируется) благодаря притоку электронов из полупроводниковой пластины при приложении к затвору напряжения положительной (отрицательной) полярности относительно истока. За счет притока электронов в приповерхностном слое возникает токопроводящий канал, соединяющий области стока и истока. При изменении напряжения на затворе изменяется сопротивление канала. На рис. 29 приведены конструкция и статические характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом [5].

Рис. 29. Конструкция (а), условные обозначения (б), входная (в) и выходная (г) характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом

Особенностью данного транзистора является то, что управляющий сигнал имеет ту же полярность, что и напряжение .

Полевые транзисторы так же, как и биполярные, могут быть включены в цепь по схеме с общим затвором (ОЗ), с общим истоком (ОИ) и с общим стоком (ОС).

Отличительным свойством полевых транзисторов является то, что управляющим сигналом является не ток, а напряжение. Полевые транзисторы успешно применяются в различных усилительных и переключающих устройствах, они часто используются в сочетании с биполярными транзисторами. На базе полевых транзисторов построены многие интегральные микросхемы.