Полевые транзисторы. Практика применения биполярных транзисторов показала, что усиление слабых электрических сигналов в виде потенциалов с антенн радиоприемных устройств

Практика применения биполярных транзисторов показала, что усиление слабых электрических сигналов в виде потенциалов с антенн радиоприемных устройств представляет определенные трудности из-за малого входного сопротивления транзисторов, поэтому разработчики полупроводниковых приборов создали другой тип транзисторов, которые лишены этого недостатка. Их назвали полевыми транзисторами.

Они обладают очень большим входным сопротивлением (от единиц до десятков МГОм), поэтому могут работать с источниками сигналов с большим входным сопротивлением (например с конденсаторными микрофонами, пьезоэлектрическими датчиками, вакуумными фотопреобразователями и т.д.)

Устройство полевого транзистора и его условные обозначения на схемах показаны на рисунке 6.8

Рис. 6.8. Схема устройства полевого транзистора (а) и его условные обозначения (б) и (в).

Транзистор состоит из пластины кремния с проводимостью р-типа и тонкой пленки с проводимостью n-типа. Первую область называют «затвор», а вторую «канал». По краям «канала» сделано два вывода – сток (с) и «исток» (И), между которыми включена батарея питания GB. При включении, показанном на рисунке 6.8, каналу потечет ток стока i_c. Если приложить к затвору напряжение от элемента G, то электрическое поле между затвором и истоком увеличит сопротивление канала, и ток i_c уменьшится. Таким образом, изменяя напряжение между истоком и затвором, можно управлять током истока i_c. «Канал» хорошо изолирует от «затвора», так что входной ток будет очень мал, а сопротивление между затвором и истоком (входное сопротивления транзистора) будет весьма высоким, чего добивались разработчики. Поскольку ток истока управляется электрическим полем затвора, то транзистор получил название «полевой» в отличие от биполярного.

Рассмотренный транзистор называют «канальным» с каналом n-типа. Выпускают транзисторы и с каналом р-типа, тогда полярность источников питания GB и G надо изменить на противоположную.

Для снятия выходного напряжения в цепь стока включают транзистор R_c. Включение полевого транзистора в схему усиления показано на рисунке 6.9.

Рис. 6.9

Здесь VT – транзистор; R_c – резистор в цепи тока; G – элемент смещения в цепи затвора; GB – батарея питания в цепи стока; ~e – э.д.с. источника сигнала.

Выходной ток зависит только от напряжения на затворе.

Вольт-амперные характеристики полевого транзистора представлены только одним семейством выходных характеристик, так как входные токи практически отсутствуют (рис. 6.10) выходные характеристики называют стоковыми. Вместо входных характеристик часто используют проходные, которые строят по точкам пересечения вертикальной линии с выходными характеристиками (на рис. 6.10 эта вертикаль взята для напряжения U_с = 6 В). Проходная характеристика дает зависимость тока стока i_c от напряжения на затворе.

Рис. 6.10

При изготовлении полевых транзисторов изоляцию канала от затвора осуществляют либо окислом кремния SiO₂, получая структуру «металл-окисл-полупроводник» (МОП - структура), либо напыляя пленку диэлектрика (МДМ-структура), и, таким образом получают транзисторы с высоким выходным сопротивлением (до десятков мегаом), что позволяет усиливать сигналы радиостанций, удаленных от передатчиков на сотни и тысячи килограммов, а также создавать весьма чувствительные измерительные приборы для научных исследований.

Основные параметры полупроводниковых приборов приводятся в справочниках (см. Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы: Справочник. – М.: Солон – Микротех, 1996).

Лекция № 7