Уніполярні (польові) транзистори

                                                                                                  1 УНІПОЛЯРНІ (ПОЛЬОВІ) ТРАНЗИСТОРИ

1.1 Загальні відомості

До класу уніполярних транзисторів відносять транзистори, принцип роботи яких заснований на використовуванні носіїв заряду тільки одного знака (електронів або дірок). Управління струмом в уніполярних транзисторах здійснюється зміною провідності каналу, через який протікає струм транзистора під впливом електричного поля. Внаслідок цього уніполярні транзистори називають також польовими.

За способом створення каналу розрізняють:

- польові транзистори з управляючим р-n-переходом;

- польові транзистори з власним (вбудованим) каналом;

- польові транзистори з індукованим каналом.

Останні два типи відносять до різновидів  транзисторів з ізольованим каналом.

В порівнянні з біполярними транзисторами польові володіють більш високою технологічністю, хорошою відтворністю необхідних параметрів, а також меншою вартістю. З електричних параметрів польові транзистори відрізняє їх високий вхідний опір.

1.2    Транзистори з управляючим p-n-переходом

1.2.1 Транзистори з управляючим  p-n-переходом і горизонтальним каналом

Принцип роботи і схема включення польового транзистора з управляючим p-n-переходом (ПТУП) і горизонтальним каналом, а також його умовне графічне позначення показані на мал. 1.1. Пластинка з напівпровідника, наприклад n-типа, має на протилежних кінцях електроди, за допомогою яких вона включена у вихідний (керовану) ланцюг підсилювального каскаду. Цей ланцюг харчується від джерела Е2, і в неї включено навантаження Rн. Уздовж транзистора проходить вихідний струм основних носіїв (в даному випадку - потік електронів). Вхідний (управляюча) ланцюг транзистора утворений за допомогою третього електроду, що є областю з іншим типом електропровідності. В даному випадку це р-область. Джерело живлення вхідного ланцюга Е1 створює на єдиному р-n-переході даного транзистора зворотну напругу.

 Фізичні процеси в польовому транзисторі відбуваються таким чином. При зміні вхідної напруги змінюється зворотне            

зворотна напруга на р-n-переході, і від цього змінюється товщина замикаючого (збідненого) шару, обмеженого на мал. 1.1 штриховими лініями. Відповідно цьому міняється площа поперечного перетину області, через яку проходить потік основних носіїв заряду, тобто вихідний струм. Ця область називається каналом.

Електрод, з якого в канал витікають основні носії заряду, називають витоком (І). З каналу носії проходять до електроду, який називається стоком (З). Витік і стік аналогічні катоду і аноду електронної лампи відповідно. Управляючий електрод, призначений для регулювання площі поперечного перетину каналу, називається затвором (З), і якоюсь мірою він аналогічний сітці вакуумного тріода або базі біполярного транзистора, хоча за фізичним принципом роботи затвор і база вельми різні.

Якщо збільшувати напругу затвора Uзи, то замикаючий шар р-n-переходу стає товщим і площа поперечного перетину каналу зменшується. Отже, його опір постійному струму R0 зростає і струм стоку Ic стає меншим. При деякій замикаючій напрузі площа поперечного перетину каналу стане рівною нулю і струм Ic буде вельми малим і транзистор закривається. При Uзи = 0 перетин каналу найбільший, опір R0 якнайменше (декілька сотень Ом) і струм Ic виходить найбільшим. Для того, щоб вхідна напруга, можливо, більш ефективно управляла вихідним струмом, матеріал основного напівпровідника, в якому створений канал, для досягнення більшої товщини замикаючого шару повинен бути высокоомным

                                                                                                                                                                                         тобто з невисокою концентрацією домішок. Крім того, початкова товщина самого каналу (при Uзи= 0) повинна бути достатньо малою. Звичайно вона не перевищує декількох мікрометрів. При цьому, оскільки потенціал уздовж каналу у міру наближення до стоку підвищується, то ближче до стоку зворотна напруга р-n-переходу збільшується і товщина замикаючого шару виходить більше.

Основними характеристиками польових транзисторів є вольтамперные, з яких інтерес представляють два вигляд:

·  керівники (стоко-затвори);

·  вихідні (стічні).

· характеристики Стоко-затворів виражають залежність Ic=f(Uзи ) при Uси= const (рис.1.2а). Проте ці характеристики незручні для розрахунків і тому на практиці користуються вихідними характеристиками.

На рис.1.2б зображені стічні характеристики польового транзистора Ic= f (Uси ) при Uзи= const. Вони показують, що із збільшенням Uзи струм  Ic спочатку швидко росте, а потім це зростання сповільнюється і майже припиняється, тобто наступає явище, що нагадує насичення.

Розглянемо вихідну характеристику польового транзистора при Uзи = 0. В області малих напруг Uси (ділянка 0-а), де вплив напруги Uси на провідність каналу незначний, має місце практично лінійна залежність. У міру збільшення

(ділянка а-б) звуження струмопровідного каналу робить все більш істотний вплив на його провідність, що приводить до зменшення крутизни наростання струму.

При підході до межі з ділянкою 2 (крапка б) перетин струмопровідного каналу в області стоку зменшується до мінімуму.  Подальше підвищення напруги на стоці не приводитиме до збільшення струму через прилад, оскільки одночасно із зростанням напруги Uси пропорційно збільшується опір каналу. Деяке збільшення струму Ic на експериментальних кривих пояснюється наявністю різного роду витоків і впливом сильного електричного поля в р-n-переходах, прилеглих до каналу.

Ділянка 3 різкі збільшення струму Ic характеризується лавинним пробоєм області р-n-переходів поблизу стоку по ланцюгу стік-затвор. Напруга пробою відповідає крапці в.

Додаток до затвора зворотної напруги викликає звуження каналу і зменшення його початкової провідності. Тому початкові ділянки кривих, відповідних великим напругам на затворі, мають меншу крутизну наростання струму (мал. 1.2б). Зважаючи на наявність напруги Uзи перекриття каналу об'ємним зарядом р-n-переходів відбувається при меншій напрузі і межі ділянок 1 і 2 відповідатимуть менші напруги стік-витік. Напругам перекриття каналу відповідають абсциси точок перетину стічних характеристик з пунктирною кривою, показаною на мал. 1.2б. При менших напругах наступає і режим пробою транзистора по ланцюгу стік-затвор.

Важливим параметром польового транзистора є напруга на затворі, при якому струм стоку близький до нуля. Воно відповідає напрузі замикання приладу по ланцюгу затвора і називається напругою замикання або відсічення Uзи0. Числове значення Uзи0  рівне напрузі  Uси  в точці вольтамперной характеристики при  Uзи = 0.