Работа униполярного транзистора с p–n переходом

Полевой транзистор с р-п-переходом — это униполярный транзистор, в котором работают только основные носители.

Полевой транзистор с р-п-переходом — зто устройство, управляемое напряжением. Полевые транзисторы с р-п- переходом состоят из полупроводниковых материалов n- и р-типа и способны усиливать электронные сигналы, а конструкция отличается от конструкции биполярных транзисторов, и их работа основана на других принципах. Знание конструкции полевых транзисторов с р-п-переходом помогает понять, как они работают.

Конструкция полевых транзисторов с р-п-переходом начинается с подложки, или базы, слабо легированного полупроводникового материала. Подложка может быть из материала п- или р-типа. р-п-переход в подложке изготовляется как методом диффузии, так и методом выращивания. Форма р-п-перехода играет важную роль. U-образная область называется каналом, она утоплена по отношению к верхней поверхности подложки. Когда канал сделан из материала п-типа в подложке из материала р-типа образуется полевой транзистор с каналом п-типа. Когда канал сделан из материала р-типа в подложке из материала п-типа образуется полевой транзистор с каналом р-типа.

Полевой транзистор с р-п-переходом имеет три вывода. Один вывод соединен с подложкой и образует затвор (3). Выводы, соединенные с концами канала образуют исток (И) и сток (С). Неважно какой из выводов соединен со стоком, а какой с истоком, так как канал симметричен.

Работа полевых транзисторов с р-п-переходом требует двух внешних источников смещения. Один из источников (Еси)подсоединяется между стоком и истоком, заставляя ток течь через канал. Другой источник (Ези) подсоединяется между затвором и истоком. Он управляет величиной тока, протекающего через канал. На рисунке

показан правильно смещенный полевой транзистор с каналом п-типа.

Источник тока (Еси) подсоединяется таким образом, чтобы на истоке был отрицательный потенциал по отношению к стоку. Это обусловливает ток через канал, так как основными носителями в материале п-типа являются электроны. Ток, текущий от истока к стоку, называется током стока полевого транзистора (1с). Канал служит сопротивлением для приложенного напряжения (Еси).

Напряжение затвор-исток (Ези) подается таким образом, чтобы затвор имел отрицательный потенциал по отношению к истоку. Это обусловливает формирование обратно смещенного р-п-перехода между затвором и каналом и создает обедненный слой в окрестности р-п-перехода, который распространяется вдоль всей длины канала. Обедненный слой шире у стока, так как напряжение (Еси) складывается с напряжением (Ези), создавая более высокое напряжение обратного смещения, чем у истока.

Размером обедненного слоя управляет напряжение (Ези). При увеличении (Ези) толщина обедненного слоя увеличивается. При уменьшении толщина обедненного слоя уменьшается. При увеличении толщины обедненного слоя резко уменьшается толщина канала, и, следовательно, уменьшается величина тока, проходящего через него. Таким образом, Езиможно использовать для управления током стока (1с), который протекает через канал. Увеличение (Ези) уменьшает 1с.

При обычной работе входное напряжение прикладывается между затвором и истоком. Результирующим выходным током является ток стока (1с). В полевом транзисторе с р-п- переходом входное напряжение используется для управления выходным током. В обычном транзисторе входной ток, а не напряжение используется для управления выходным током.

Поскольку переход затвор-исток смещен в обратном направлении, полевой транзистор с р-п- переходом имеет очень высокое входное сопротивление. Если переход затвор-исток сместить в прямом направлении, через канал потечет большой ток, что послужит причиной падения входного сопротивления и уменьшения усиления транзистора. Величина напряжения, требуемого для уменьшения 1С до нуля, называется напряжением отсечки затвор-ис- ток (ЕЗИотс). Это значение указывается производителем транзистора.

Напряжение сток-исток (Еси) управляет размером обедненного слоя в полевых транзисторах с р-п-переходом. При увеличении (Еси), увеличивается также 1с. При некотором значении Еси величина 1с перестает расти, достигая насыщения при дальнейшем увеличении (Еси). Причиной этого является увеличившийся размер обедненного слоя, и значительное уменьшение в канале неосновных носителей. С увеличением (Еси) увеличивается, с другой стороны, сопротивление канала, что также приводит к меньшей скорости увеличения 1с. Однако рост тока 1с ограничивается вследствие расширения обедненного слоя и уменьшения шири- ны канала. Когда это имеет место, говорят, что 1с достиг насыщения. Значение (Еси), при котором 1с достигает насыщения, называется напряжением насыщения (Ен). Величина Ен обычно указывается производителем при значении (Ези), равном нулю. При (Еди), равном нулю, величина (Ен) близка к (ЕЗИотс). Когда (Ен) равно (Еди), ток стока является насыщенным.

Полевые транзисторы с р-каналом и с n-каналом имеют одинаковые характеристики. Основное различие между ними — в направлении тока стока (1с) через канал. В полевом транзисторе с р-каналом полярность напряжений смещения (Еди, Еси) противоположна полярностям этих напряжений для транзистора с каналом п-типа.

Схематические обозначения для полевых транзисторов с р-каналом и с n-каналом показаны на рисунке.