Принцип работы и характеристики полевых транзисторов

Одним из главных недостатков биполярных транзисторов является их небольшое входное сопротивление h11, благодаря чему требует значительного тока, что в последствии требует большой мощности для его управления. Во избежание этого были придуманы так называемые униполярные транзисторы. ток в Них создают только носители одного знака, обычные электроны, поэтому приборы и называют униполярными. Эти транзисторы имеют большое входное сопротивление. Кроме этого они оказались более технологичными при изготовлении и несколько дешевле чем биполярные. Благодаря большому входному сопротивлению униполярные транзисторы почти не потребляют ток управления, смена выходного тока осуществляется приложением ко входу напряжения, которое создает электрическое поле.

Поэтому такой тип транзисторов называют еще полевыми. Полевые транзисторы бывают:

  • С p-n переходом;
  • С МДП со встроенным каналом;
  • С МДП с наведенным каналом;

Рассмотрим их каждый по очереди.

Полевые транзисторы с p-n переходом

Ниже показана схема полупроводника с n-проводимостью:

Устройство полевого транзистора с n-проводимостью

К торцам кристалла В и С прикладывают напряжение UС, под действием этого поля протекает ток. С боку кристалла созданы зоны с р-проводимостью, благодаря чему вдоль кристалла возникает p-n переход.

Электроны под действием UС  движутся от отрицательного электрода В к положительному С, поэтому отрицательный электрод называют истоком, а положительный – стоком. Боковая поверхность с р-проводимостью и вывод от нее зовут затвором З. между истоком и затвором приложено напряжение UЗ с отрицательным знаком к затвору и положительным к истоку.

Ниже показано условное обозначение транзистора с n-проводимостью:

Полевой транзистор с n-проводимостью

И р-проводимостью:

Полевой транзистор с р-проводимостью

Поскольку электроны более подвижны, то обычно строят транзисторы с электронной проводимостью.

Пускай UЗ=0, то есть отрицательный потенциал приложен к р-проводнику, а положительный через электрод С к самому кристаллу с n-проводимостью. В p-n переходе возрастет потенциальный барьер. Напряжение UС  пропорционально распределяется вдоль кристалла пропорционально его длине, благодаря чему потенциальный барьер будет больший со стороны стока, и свободная зона для носителей полупроводников будет сужаться в направлении от истока к стоку в виде конуса. Уменьшение сечения полупроводника, свободного от носителей, приведет к увеличении сопротивления, которое будет расти при увеличении UC. Сток-затворная характеристика данного устройства показана ниже:

Характеристика полевого транзистора с p-n переходом

Если по мимо того приложить к затвору отрицательный потенциал относительно истока, потенциальный барьер еще больше и ток уменьшится. Характеристики, отвечающие разным значениям UЗ создают семейство характеристик:

Семейство характеристик полевого транзистора с p-n переходом

Полевые транзисторы с МДП со встроенным каналом

Для увеличения входного сопротивления металлический затвор изолируют от полупроводника с помощью диэлектрика, зачастую используют SiO2. Поэтому их называют транзисторами типа «металл-диэлектрик-полупроводник» или МДП. Ниже показана их конструкция:

Конструкция МДП транзистора

В кристалле с р-проводимостью создано две зоны И (исток) и С (сток), заполненные полупроводниками n-типа. Обе зоны соединены каналом К, над которым через диэлектрик расположен металлический вывод затвору З. Ток переносят электроны под действием напряжения, приложенного к точкам И и С. Если подать между З и основой р-типа отрицательное напряжение, канал сузится и стоковый ток уменьшится. При положительном потенциале затвора канал расширится и ток возрастет. Выходные характеристики этого устройства:

Семейство характеристик полевого транзистора с МДП со встроенным каналом

Сток-затворная характеристика:

Сток-затворная характеристика МДП транзистора с встроенным каналом

Она размещена уже в двух квадрантах. Условное обозначение на схеме:

Схемное обозначение МДП транзистора с встроенным каналом

Противоположная сторона полупроводника р-типа тоже имеет вывод, имеющий название подложки (П), которую обычно соединяют с истоком.

Полевой транзистор с МДП с наведенным каналом

Транзисторы такого типа с наведенным каналом не имеют специально созданного канала:

Конструкция МДП транзистора с наведенным каналом

Он возникал при подаче на затвор относительно основы р положительного напряжения. Благодаря этому сток-затворная характеристика будет иметь вид:

Сток-затворная характеристика МДП транзистора с наведенным каналом

Выходные характеристики:

Семейство характеристик полевого транзистора с МДП с наведенным каналом

Обозначение на схеме:

Схемное обозначение МДП транзистора с наведенным каналом

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *