ПТ с управляющим pn-переходом

 

Имеют три вывода. Носители заряда двигаются от истока к стоку через расположенный между ними канал. Сопротивление канала управляется напряжением между затвором и истоком.

В дальнейшем будем по умолчанию говорить о транзисторах с каналом n-типа.

 

 

Принцип действия

Полевой транзистор работает следующим образом. При отсутствии напряжения на входе основные носители заряда - электроны под действием ускоряющего электрического ноля в канале (E = 10⁵Q10⁴ В/см) дрейфуют в направлении от истока к стоку, в то время как p-n переход для них заперт. Ток I_С, создаваемый этими электронами, определяется как напряжением стока U_СИ, так и сопротивлением канала. Последнее зависит от поперечного сечения канала, которое ограничивается pn-переходом (заштрихованная область). Поскольку потенциал электрического поля линейно возрастает от истока к стоку вдоль канала, толщина pn-перехода минимальна вблизи истока и максимальна вблизи стока, и канал сужается вдоль pn-перехода от стока к истоку. Таким образом, наибольшим сопротивлением канал обла­дает в наиболее узкой своей части.

Если в результате подачи к затвору переменного напряжения сигнала результирующее обратное напряжение на затворе U_ЗИ повысятся, то толщина pn-перехода по всей его длине увеличится, а площадь сечения канала и, следователь­но, ток в цепи стока уменьшаются. На рисунке, а изображена характеристика прямой передачи I_С =f(U_ЗИ).

а) б)

Характеристики прямой передачи (а) и выходные (б) ПТ с управляющим p-n переходом.

 

Указанный эффект будет тем сильнее, чем больше удельное сопротивление материала полупроводника, поэтому полевые транзисторы выполняют из высокоомного материала. При больших обратных напряжениях на затворе U_ЗИ0 сечение канала в его узкой части станет равным нулю и ток через канал прекратится. Такой режим называется режимом отсечки.

 

Параметры ПТ

Основным параметрам, используемым при расчете усилительного каскада с полевым транзистором, является статическая крутизна характеристики прямой передачи, т. е. отношение изменения тока стока к напряжению между затвором и истоком:

Дифференциальное выходное сопротивление здесь определяется как

, Ом, .

Оно составляет, примерно десятки — сотни ком. Статический коэффициент усиления по напряжению m=DU_СИ/DU_ЗИ =S'R_i.

Междуэлектродные емкости затвор-исток С_ЗИ затвор-сток С_ЗС и сток-исток С_СИ. Для маломощных транзисторов С_ЗИ=3 пФ, С_ЗС=2 пФ и С_СИ=0,2 пФ.

Полевой транзистор можно использовать как переменный резистор, управляемый напряжении (в первой области). На втором участке, где линии идут практически горизонтально, транзистор работает как усилительный элемент.

 

Схема включения с ОИ

Схема с общим затвором не применяется — параметры получаются крайне неудачные. Остаётся только с общим истоком и общим стоком.

Схема с общим истоком сходна со схемой с общим эмиттером: усиливает ток и напряжение, входное и выходное сопротивления велики.

Ср1 отделяет источник сигнала от каскада по постоянному току; Ср2 — отделяет каскад от нагрузки по постоянному току. Сопротивление цепи стока с преобразует изменение тока стока в изменение выходного напряжения. Мы управляем выходным током. Сопротивление цепи затвора Rз отделяет вход каскада от источника смещения Eз. Можно ставить большим, так как через него ток почти не идёт. Каскад инвертирует сигнал, т. к. Uзи↑ -> Uси↓. Режим работы по постоянному току — когда сигнал нулевой, есть только питание. Цель — получить Uси≈ Ec/2.

 

Схема включения с ОС

Данная схема по своим свойствам близка к схеме с общим коллектором. Называется также истоковым повторителем. Входное сопротивление большое, выходное малое. Коэффициент усиления по мощности большой из-за большого коэффициента усиления по току.

Rи преобразует изменение тока истока в изменение напряжения; Rз отделяет вход каскада от источника смещающего напряжения по переменному сигналу.

На выходе опять хотим иметь обратное смещение, половину питания. В этом случае Е_з может быть положительным. Важно, чтобы оно было гарантировано меньше Е_с⁄2.

Выводы: схема не усиливает входное напряжение, может иметь большое входное сопротивление, имеет малое выходное сопротивление.

Схемы на полевых транзисторах с управляющим pn-переходом используются в усилителях умеренно высоких частот (сотни МГц). Практически не используются в ключевых схемах.

МДП транзисторы