Полевой транзистор с управляющим p-n переходом

Для управления работой биполярных транзисторов требуются большие или меньшие токи управляющих электродов (базы или эмиттера). В ряде случаев источники сигналов не могут обеспечить необходимых величин управляющих токов, например, из-за достаточно большого внутреннего сопротивления источников сигналов, что создаёт определённые трудности при решении задач усиления слабых сигналов.

Однако, из физики твёрдого тела известен так называемый эффект поля, суть которого состоит в том, что изменение концентрации носителей зарядов (а, значит, и проводимости) в приповерхностном слое полупроводника может быть достигнуто под действием внешнего электрического поля. Этот эффект находит широкое применение в полевых транзисторах.

Работа таких транзисторов основана на движении носителей заряда только одного типа (электроны или дырки) в полупроводниковом материале, сопротивление которого может модулироваться внешним электрическим полем (эти транзисторы ещё называют униполярными).

Таким образом, полевым транзистором называется трёхэлектродный полупроводниковый прибор, ток в котором создаётся основными носителями заряда под действием продольного электрического поля, а управление величиной тока осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным к управляющему электроду.

Все полевые транзисторы по своим коструктивным особенностям разделяются на две группы (вида):

1. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом (канальные, или униполярные);

2. Полевые транзисторы с изолированным управляющим электродом.

Управляющий электрод в полевых транзисторах называется затвором, а электроды, подводящие продольное электрическое поле и через которые протекает управляемый ток – сток и исток.

(несимметричный переход)

- образование горловины канала

, где ρ – удельное сопротивление канала;

- длина канала;

- площадь поперечного сечения канала.

- ток в канале.

Если изменять S при , будет изменяться , но , а значит .

Если к кристаллу n-типа со стороны стока и истока приложить напряжение , а с помощью , приложенного к затвору, сместить p-n переходы в обратном направлении, то площадь S канала, а значит и R_кан будут зависеть от .

Площадь перехода увеличивается с повышением приложенного к нему обратного напряжения , а увеличение области, обеднённой носителями заряда, приводит к повышению электрического сопротивления канала (R_кан). В результате будет выполняться функция:

Исток – это электрод, от которого начинается движение основных носителей заряда.

Сток – электрод, к которому движутся основные носители заряда.

Затвор – электрод, управляющий площадью поперечного сечения канала и регулирующий ток в канале.

Напряжение между затвором и истоком, при котором ток стока близок к нулю, называется напряжением отсечки ().

Ширина p-n перехода зависит также от тока, протекающего через канал.

Если , то I_С, протекающий через канал, создаёт по длине последнего падение напряжения, которое оказывается запирающим для перехода затвор-канал.

Это приводит к уменьшению сечения и проводимости канала, причём ширина p-n перехода увеличивается по мере приближения к области стока. У края p-n перехода около истока действует напряжение , а у края – около стока – напряжение .

Выходные ВАХ.

При определённом значении I_С наступает такое сужение канала (горловина) у стокового конца, что наступает режим насыщения (участок II), где с увеличением меняется незначительно. Напряжение, соответствующее началу этого участка называется напряжением насыщения (U_нас).

U_нас меняется взависимости от .

При значительном увеличении у стокового конца происходит пробой p-n перехода (область III).

В выходных характеристиках: ОА – крутая область, используется как омически управляемое сопротивление в зависимости от . Участок АВ – область насыщения – пологий участок – усилительный режим.

При работе в пологой области (II) ВАХ, при заданном ток стока определяется: