Краткие теоретические сведения.

Устройство и принцип работы.

В отличие от биполярных транзисторов ток в полевых транзисторах создается в результате движения носителей электричества одного знака - электронов или дырок. Движение этих носителей осуществляется под действием электрического поля, поэтому они получили название полевые.

В полевых транзисторах управление потоком основных носителей осуществляется в области полупроводника, называемом каналом, путем изменения его поперечного сечения с помощью электрического поля.

Полевой транзистор - триод имеет следующие электроды:

исток И, через который в канал втекают основные носители;

сток С, через который они вытекают из канала;

затвор 3, предназначенный для регулирования поперечного сечения канала.

Различают два типа полевых транзисторов: с управляющим р-п- переходом и с изолированным затвором.

В настоящей работе используются приборы первого типа. Условные обозначения полевых транзисторов с управляющим р-n- переходом приведены на рис.6.1 (ими необходимо воспользоваться при оформлении отчета).

Условные обозначения в схемах полевых транзисторов с управляющим затвором

Рис.6.1.

Схематическое изображение полевого транзистора с управляющим электродом, включенного по схеме с общим истоком, приведено на рис.6.2.

Изображение дано для транзистора с каналом, обладающим проводимость n - типа.

Рис. 6.2

Выходная цепь состоит из источника постоянного напряжения U uc, положительный полюс которого присоединяется к стоку, и нагрузки Rн. Во входную цепь включен источник напряжения смещения U из. Исток является общей точкой схемы.

Затвор, выполняется в виде двух полупроводниковых пластин р - типа, соединенных вместе и охватывающих п - канал с двух сторон. При этом создается продольный р-п- переход, толщина которого зависит от величины прикладываемого обратного напряжения.

Полевой транзистор работает следующим образом. Под действием ускоряющего электрического поля в канале основные носители заряда - в рассматриваемом случае электроны - дрейфуют в направлении от истока к стоку. Ток, создаваемый этими электронами, определяется напряжением стока U си и сопротивлением канала, (рис.6.3) Последнее зависит от поперечного

сечения канала, которое ограничивается р-п - переходом.

Таким образом, характерной особенностью полевых транзисторов является движение носителей электричества вдоль электронно-дырочного перехода, а не через переходы, как в биполярных транзисторах.

Рис. 6.3

При отсутствии управляющего напряжения (Uиз=0) разность потенциалов между каналом и истоком создает запрещающее напряжение на р-п - переходе. В результате этого на границе канала возникает слой, обедненный носителями электричества и обладающий высоким удельным сопротивлением, что приводит к уменьшению ширины проводящей части канала. Напряжение между стоком и истоком падает вдоль проводящего канала, поэтому в правой части р-п - перехода оно выше, чем в левой. Соответственно увеличивается запирающее напряжение на р-п - переходе и толщина обедненного носителями слоя, вследствие чего ширина проводящей части канала будет максимальной у истока и минимальной вблизи стока (рис. 6.4, а).

При увеличении напряжения Uис ток Iс вначале нарастает почти линейно (рис.6.3). Увеличение Iс приводит к повышению падения напряжения в канале и увеличению потенциала вдоль канала, то есть запирающего напряжения на р-п - переходе. Вследствие этого увеличивается толщина запирающего слоя и сопротивление канала, что приводит к нарушению линейности. При некотором напряжении насыщения U ис0 сечение канала приближается к нулю и рост тока Iс прекращается (рис.6.4, б).

Рис.6. 4 Схемы, иллюстрирующие изменение ширины канала полевого транзистора при подаче напряжений на его электроды.

В режиме насыщения механизм переноса носителей зарядов в области смыкания запорных слоев обоих переходов подобен инжекции носителей из базы в запорный слой обратно смещенного коллекторного перехода. Дальнейшее увеличение напряжения Uuc повышает напряженность поля в запорном слое р-п-переходов при постоянном токе в цепи стока. Этому режиму соответствует горизонтальный участок кривых на графике вольтамперных характеристик транзистора (рис.6.3).

При подаче управляющего напряжения Uиз происходит увеличение запирающего напряжения на р-п- переходе и толщины обедненного носителя слоя, а также уменьшение ширины проводящей части капала, снижая тем самым проводимость канала. При больших обратных напряжениях на затворе сечение канала в правой части станет равным нулю и ток через канал прекратится (наступает перекрытие канала). Такой режим называется режимом отсечки. При увеличении напряжения U из перекрытие канала и режим насыщения наступает при меньших значениях тока и напряжения в цепи стока. Проходная характеристика Iс = f(Uиз) при неизменном напряжении Uси полевого транзистора с управляющим p-п- переходом и каналом n - типа показана на рис.6.5.

Рис. 6.5. Проходная характеристика полевого транзистора.

Повышение напряжения в цепи затвора Uиз или в цепи исток - сток при работе транзистора в режиме насыщения вызывает дальнейшее увеличение напряженности поля в области р-п- переходов, и может вызывать их электрический пробой. Вертикальные участки выходных характеристик транзистора (рис.6.3) соответствуют пробою.

Зависимость тока Iс от напряжений на электродах прибора описывается следующим соотношением:

,

где Rko -сопротивление канала при Uиз=0

Uко - напряжение отсечки.

Полевые транзисторы всех типов имеют большие входные и выходные сопротивления посравнению с биполярными и меньшую крутизну входной и выходной характеристик. Достоинствами их являются также почти полное отделение выходного сигнала от входного и малый уровень шумов (случайных изменений выходного тока, возникающих в результате тепловых процессов, изменения во времени числа носителей, неравномерного их распределения в транзисторе и др.), которые ограничивают возможность усиления слабых сигналов.

Параметры полевого транзистора.

Основными параметрами полевых транзисторов являются:

-напряжение отсечки Uзи отс - приложенное к затвору напряжение,

при котором перекрывается сечение канала;

-максимально допустимый ток стока Iс макс или допустимая мощность стока Рс макс;