Главная | Обратная связь

Короткі теоретичні відомості

Польовий транзистор – це триелектродний напівпровідниковий прилад, в якому струм створює основні носії заряду під впливом повздовжнього електричного поля, а керування величиною струму здійснюється поперечним електричним полем, утворюючою напругою, яка прикладена до керуючого електрода.

За конструктивними особливостями польові транзистори поділяються на дві групи:

- польові транзистори з переходами (канальні або уніполярні);

- польові транзистори з ізольованим затвором (МДН-транзистори чи МОН-транзистори).

Рис. 3.1. Схема ввімкнення польового транзистора з переходами

На рис.3.1 наведена схема ввімкнення польового транзистора з переходами. Принцип дії транзисторів з каналами типа чи аналогічний (залежить від полярності напруг джерел та ). Ввімкнення каналу в електронний здійснюється за допомогою двох омічних електродів, один з яких (В) – витік, другий (С) – стік. Вивід приєднаний до областей -типу є керуючим електродом та має назву затвор (З). Виводи В, С та З відповідають емітеру, колектору та базі біполярного транзистора.

Величина струму у каналі залежить від напруги між стоком та витоком, опору навантаження та опору напівпровідника каналу -типу. При , струм у каналі (струм стоку) залежить тільки від ефективної площини поперечного перерізу каналу. Джерело створює негативну напругу на затворі. При цьому збільшується товщина переходу та зменшується переріз струмопровідного каналу. Зі зменшенням перерізу каналу збільшується опір між витоком та стоком та зменшується величина струму . У випадку зменшення напруги на затворі зменшується опір каналу та зростає струм . Якщо послідовно підключити з джерело підсилюваної змінної напруги , то можливо змінити струм через канал за законом вхідної напруги.

Рис. 3.2. Польовий транзистор з ізольованим затвором

Струм стоку, який проходить через опір навантаження , створює на ньому падіння напруги, яке змінюється за законом . При відповідному наборі можливо досягти збільшення рівня вихідної напруги відносно з вхідною напругою, тобто підсилити сигнал.

Польові транзистори з ізольованим затвором мають структуру метал-діелектрик (оксид)-напівпровідник (МДН- та МОН-транзистори відповідно). На рис. 3.2 схематично представлено конструкція такого транзистора. Основою приладу є пластина (підкладка) монокристалічного кремнію -типу. Областями витоку та стоку є частини кремнію, які сильно леговані домішкою -типу. Затвором є металева пластинка, яка ізольована від каналу шаром діелектрика (оксиду).

Залежно від полярності напруги на затворі (відносно витоку), канал може збагачуватися або обіднятися носіями заряду (електродами). При негативній напрузі на затворі електрони провідності виштовхуються з області каналу в об’єм напівпровідника підкладки. У такому випадку канал збіднюється носіями заряду і струм в каналі зменшується. При позитивній напрузі, струм каналу зростає (режим збагачення). Таким чином, транзистор з ізольованим затвором може працювати з нульовою, негативною та позитивною напругою на затворі.

На рис. 3.3, а наведено вигляд сімейства вихідних (стокових) вольт-амперних характеристик польового транзистора з переходами при .

а б Рис. 3.3. Характеристики польового транзистора з переходами: а – вихідні (стокові) характеристики; б – стоко-затворна характеристика

При збільшення позитивної напруги на стоку (відносно витоку) викликає збільшення струму (відрізок ОА характеристики лінійний). Але із зростанням збільшується падіння напруги на каналі, підвищується зворотній зсув для переходу (особливо біля стоку), що веде до звуження перерізу струмоподібного каналу та уповільнення росту струму . З рештою, у стокового кінця пластини канал звужується настільки, що подальше підвищення напруги вже не приводить до зростання (відрізок АВ на рис. 3.3, а). Цей режим отримав назву режим насичення, а напруга , при якій відбувається насичення, називається напругою насичення . Вихідні характеристики польового транзистора з ізольованим затвором мають такий же вигляд, як і характеристики транзистора з переходами (рис. 3.4, а). Різниця лише в тому, що транзистори з переходами можуть працювати тільки у режимі звуження каналу, а транзистори типу МДП (чи МОП) працюють як у режимі збіднення (при негативних напругах на затворах), так і у режимі збагачення (напруга на затворі – позитивна).

а б Рис. 3.4. Стокові (а) та стоко-затворна характеристики (б) польового транзистора з ізольованим затвором: І – режим збагачення, ІІ – режим збіднення

З цієї ж причини стоко-затворна характеристика транзистора з ізольованим затвором знаходиться в області позитивних напруг між затвором та витоком (рис. 3.4, б).

Основні параметри польових транзисторів:

1. Крутизна характеристики при . Цей параметр характеризує ефективність керуючої дії затвору.

2. Напруга відсічення – зворотна напруга на затворі, при якій струмопровідний канал замкнутий.

3. Вхідний опір між затвором і витоком (визначається при максимальній допустимій напрузі між цими електродами):

.

4. Вихідний опір (визначається в режимі насичення):

при .

Польові транзистори використовуються в схемах підсилювачів, генераторів, перемикачів а також у цифрових та логічних схемах.