Размещено на http://www.allbest.ru/

Полевые транзисторы

Полевым транзистором называют электропреобразовательный прибор, в котором ток канала управляется электрическим полем, возникающим с приложением напряжения между затвором и истоком, и который предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний.

Каналом называют центральную область транзистора. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называют истоком, а электрод, через который основные носители уходят из канала, - стоком. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором.

Поскольку в полевых транзисторах ток определяется движением носителей только одного знака, ранее их называли униполярными транзисторами, что подчеркивало движение носителей заряда одного знака.

Рис. 1 Классификация и условные графические обозначения полевых транзисторов.

Полевые транзисторы изготовляют из кремния и в зависимости от электропроводности исходного материала подразделяют на транзисторы с р-каналом и n-каналом. Классификация и условные графические обозначения полевых транзисторов приведены на рис.1.

Полевой транзистор с управляющим переходом - полевой транзистор, у которого затвор электрически отделен от канала закрытым p-n-переходом.

Структурная схема и схема включения полевого транзистора с л-каналом и управляющим р-n-переходом показаны на рис.2

В транзисторе с n-каналом основными носителями заряда в канале являются электроны, которые движутся вдоль канала от истока с низким потенциалом к стоку с более высоким потенциалом, образуя ток стока I_с. Между затвором и истоком приложено напряжение, запирающее р-n-переход, образованный n-областью канала и р-областью

Рис.2 Структура (а) и схема включения полевого транзистора с затвором в виде р-n-перехода (б): 1,2 - области канала и затвора соответственно; 3, 4, 5 - выводы истока, стока и затвора соответственно затвора.

Таким образом, в полевом транзисторе с п-каналом полярности приложенных напряжений следующие: Uси>0, Uзи<0. В транзисторе с p-каналом основными носителями заряда являются дырки, которые движутся в направлении снижения потенциала, поэтому полярности приложенных напряжений должны быть иными: Uси<0,Uзи>0.

Рис.3. Перекрытие канала в полевом транзисторе

Рассмотрим более подробно работу полевого транзистора с п-каналом. Транзисторы с р-каналом работают аналогично.

На рис.3 показано, как происходит изменение поперечного сечения канала при подаче напряжения на электроды транзистора. При подаче запирающего напряжения на р-n-переход между затвором и каналом (рис.3, а) на границах канала возникает равномерный слой, обедненный носителями заряда и обладающий высоким удельным сопротивлением. Это приводит к уменьшению проводящей ширины канала.

Напряжение, приложенное между стоком и истоком (рис.3 б), приводит к появлению неравномерного обедненного слоя, так как разность потенциалов между затвором и каналом увеличивается в направлении от истока к стоку и наименьшее сечение канала расположено вблизи стока.

Если одновременно подать напряжения Uси>0 и Uзи<0 (рис.3, в), то толщина обедненного слоя, а следовательно, и сечение канала будут определяться действием этих двух напряжений.

полевой транзистор канал параметр

Рис.4. Вольт-амперные характеристики полевого транзистора:

а - выходные; б - передаточная

При этом минимальное сечение канала определяется их суммой. Когда суммарное напряжение достигает напряжения запирания:

Uси+|Uзи|=Uзап

Обедненные области смыкаются и сопротивление канала резко возрастает.

Вольт-амперные характеристики полевого транзистора приведены на рис.4 Здесь зависимости тока стока I_с от напряжения при постоянном напряжении за затворе Uзи определяют выходные, или стоковые, характеристики полевого транзистора (рис.4, а). На начальном участке характеристик Uси+|Uзи|<Uзап ток стока I_с возрастает с увеличением Uси. При повышении напряжения сток - исток до Uси=Uзап-|Uзи| происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока I_с прекращается (участок насыщения). Отрицательное напряжение Uзи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения Uси и тока стока I_с. Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора.

Дальнейшее увеличение напряжения Uси приводит к пробою р-п-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя. По выходным характеристикам может быть построена передаточная характеристика I_с=f (Uзи) (рис.4,6). На участке насыщения она практически не зависит от напряжения Uси. Входная характеристика полевого транзистора - зависимость тока утечки затвора I₃ от напряжения затвор - исток - обычно не используется, так как при Uзи<0 р-n-переход между затвором и каналом закрыт и ток затвора очень мал (I₃ = 10^-8 /10^-9 А), поэтому во многих случаях его можно не принимать во внимание.

Полевой транзистор с изолированным затвором - полевой транзистор, затвор которого электрически отделен от канала слоем диэлектрика. У полевых транзисторов с изолированным затвором для уменьшения тока утечки затвора I₃ между металлическими затворами и полупроводниковым каналом находится тонкий слой диэлектрика, обычно оксид кремния, а р-n-переход отсутствует. Такие полевые транзисторы часто называют МДП-транзисторами (МДП - металл - диэлектрик - полупроводник) или МОП-транзисторами (МОП - металл - оксид - полупроводник).

Вольт-амперные характеристики полевых транзисторов с изолированным затвором в основном аналогичны характеристикам транзисторов с затвором в виде р-n-перехода. В то же время изолированный затвор позволяет работать в области положительных напряжений между затвором и истоком: Uзи>0. В этой области происходит расширение канала и увеличение тока стока I_с.

Основными параметрами полевых транзисторов являются крутизна характеристики передачи

S =dIc / dUзи

при Uси= const

и дифференциальное сопротивление стока (канала) на участке насыщения

Rc =dUcи / dIc

при Uзи = const.

В качестве предельно допустимых параметров нормируются: максимально допустимые напряжения Uси max и Uзиmax; максимально допустимая мощность стока P_Cmax; максимально допустимый ток стока Uc max. Значения параметров полевых транзисторов приведены в табл.1

Значения параметров полевых транзисторов

Таблица 1

Меж электродные емкости полевых транзисторов между затвором и стоком Cзс, а также затвором и истоком Сзи обычно не превышают 1-20 пФ.

Полевые транзисторы с коротким каналом (длиной 1-3 мкм) являются высокочастотными приборами и могут работать на частотах до 100 МГц.

Размещено на Allbest.ru