Физические основы работы полупроводниковых приборов, страница 16

Сопоставление параметров различных типов биполярных транзисторов приведены в Приложении 9.

3.3. Полевые транзисторы

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток проводящего канала управляется электрическим полем, возникающим с приложением напряжения между затвором и истоком.

Проводящий канал  -  это область полупроводника, в котором регулируется поток носителей заряда. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называется истоком, а электрод, через который основные носители уходят из канала, - стоком. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором.

Полевые транзисторы изготовляют из кремния и в зависимости от электропроводности исходного материала подразделяют на транзисторы с р-каналом и n-каналом. Классификация и условные графические обозначения полевых транзисторов приведены на рис.3.8.

Рисунок 3.8.

 3.4. Полевые транзисторы с управляющим р-n-переходом

Устройство. Полевой транзистор с управляющим р-n-переходом представляет собой полупроводниковый прибор с тремя электродами (рис.3.9).

Структура и схема включения полевого транзистора

Рисунок 3.9.

 Транзистор содержит кристалл 1 полупроводника с n-проводимостью с двумя электродами, из них один называется истоком И, а другой – стоком С. Между истоком и стоком подключены источник постоянного напряжения  Е_си и нагрузка R_н. С боковых сторон в основном кристалле сформирована область 2 с противоположным типом проводимости (с р-типом проводимости в отличии от n-проводимости основного кристалла). Эта область (область 2) выполняет функции управляющего электрода и называется затвором З. Между затвором и основным кристаллом возникает р-n-переход, а в самом кристалле создается узкий канал 3 для движения основных носителей заряда. В приведенной на рисунке структуре канал обладает электронной проводимостью. Через исток носители заряда (в нашем варианте – электроны) втекают в канал, а через сток они вытекают из канала. К р-n-переходу (затвору) подводится постоянное обратное напряжение смещения Е_зи (минус подключен к р - области,  а плюс – к n-области).В цепь затвора включают  э.д.с. генератора  е_г, которое требуется усилить.

Принцип работы. При отсутствии э.д.с. на входе (затвор – исток) основные носители заряда – электроны под действием управляющего поля дрейфуют в канале от истока к стоку. Значение этого тока определяется напряжением стока Е_си и сопротивлением канала, зависящим от его сечения. Потенциал электрического поля линейно возрастает вдоль канала (от истока к стоку), поэтому неодинакова в разных точках р-n-перехода разность потенциалов между р  и  n-областями кристалла. За счет этого происходит расширение р-n-перехода, сужение канала и увеличение его сопротивления по мере приближения к стоку.

Если одновременно с напряжением смещения Е_зи в цепь затвора подается э.д.с. генератора е_г, то это приведет к изменениям результирующего потенциала  u_зи = - Е_зи + е_г  на р-n-переходе. При этом будет изменятся ширина р-n-перехода, что вызовет изменение сечения канала и его проводимости. Э.д.с. генератора е_г модулирует сечение канала, управляя током в канале и нагрузке.

Статические характеристики. Выходные (стоковые) характеристики представляют собой зависимость тока в цепи стока I_с от напряжения на стоке U_си при постоянных напряжениях на затворе  U_зи, т.е. I_c=φ(U_си) при U_зи=const(рис.3.10а).

 Если на затворе установить нулевой потенциал U_зи = 0, а к стоку приложить небольшое (постепенно увеличиваемое) положительное напряжение U_си, то по каналу, соединяющему исток-сток, потечет ток стока I_с. Вначале ток I_c нарастает почти линейно, затем рост тока замедляется и характеристика приобретает резко нелинейный характер. Это объясняется тем, что с ростом тока стока I_с возрастает падение напряжения в канале и потенциал вдоль канала. При этом расширяется область р-n-перехода, следовательно, сужается сечение канала, возрастает его сопротивление, что замедляет рост тока стока I_c. Наибольшее сужение канала происходит со стороны стока, где больше разность потенциалов между каналом и р-областью затвора из-за положительного потенциала на стоке.