Принцип работы транзистора. Конструкция и обозначения транзисторов

Принцип работы транзистора

Транзисторы, управляемые не током, а напряжением (полем), называются полевыми (канальными, униполярными). Они делятся на два типа:

- с управляющим p-n переходом; - с изолированным затвором.

Рассмотрим работу транзистора с управляющим переходом на модели.

Рис. 1. Модель полевого транзистора с управляющим p-n переходом

Основу прибора составляет стержень или пластина полупроводника типа p или n с достаточно высоким сопротивлением. Под выводами созданы зоны с повышенной концентрацией примеси (например р⁺), образующие “исток” и “сток”.

Часть прибора, имеющая противоположную проводимость, называется “затвором”.

Между затвором и стержнем образуется p-n переход, а в стержне - “канал”, ширина которого соизмерима с толщиной запорного слоя p-n перехода, обладающего высоким сопротивлением.

При подключении источника стокового напряжения U_c по каналу течет ток I_c, величина которого определяется сопротивлением канала.

Источник затворного напряжения U_з подключен так , что p-n переход оказывается обратносмещенным. Через него течет очень малый (обратный) ток I_з.

Подключив генератор сигнала U_вх можно управлять шириной запорного слоя, а, следовательно, канала. При этом ток I_c и напряжение на нагрузке U_вsх ,будут определяться величиной и полярностью U_вх , т.е. будет усиление сигнала.

Статические характеристики и параметры транзистора

Свойства транзистора описываются статическими характеристиками - входными (стокозатворными) и выходными (стоковыми). При увеличении напряжения U_з ток стока уменьшается вплоть до запирания (отсечки). Происходит “смыкание канала”.

стокозатворные характеристики стоковые характеристики

I_c = f(U_з) при U_c = const  I_c = f(U_c) при U_з = const

Рис.2. Статические характеристики полевого транзистора

При увеличении U_c ток I_c растет. Одновременно растет падение напряжение в канале , включенное согласно с U_з и препятствующее дальнейшему росту току I_c. Происходит “насыщение канала” (отрицательная обратная связь по току).

Статические параметры транзистора. Основными статическими параметрами являются :

- внутреннее сопротивление  при U_з = const (сотни кОм и мОм);

- крутизна стокозатворной хар-ки  при U_с = const (0,3…5 мА/В);

- коэффициент усиления  при I_с = const (100 и более).

Параметры связаны уравнением  и могут быть определены по характеристикам.

Конструкция и обозначения транзисторов

Рис. 3. Конструкция полевого транзистора

Канал - тонкая пленка с проводимостью р.

Сток и исток - утолщенные области с повышенной концентрацией р⁺.

Затвор - область с проводимостью n. Между областями p и n - переход.

Условные графические обозначения полевых транзисторов

Примеры:

КП 102 Е...Л , КП 103 Е...М , 2П 103 А...Д - канал р-типа,

КП 302 А...В , КП 303 А...И , 2П 303 А...Е - канал n-типа, и др.

Параметры:

P_макс = 7 ... 200 мВт ; I_c = 0,18 ... 43 мА ; U_{си макс} = 10 ... 25 В ;

S = 0,15 ... 7 мА/В.

Влияние температуры на работу транзистора

С ростом температуры сопротивление канала растет, но снижается сопротивление p-n перехода, что расширяет канал.

Можно подобрать режим, где рабочая точка будет термостабильна. (Возможно неверное включение транзистора - поменять сток и исток). Параметры и характеристики искажаются:

Рис. 4.

Если замкнуть затвор и исток, то транзистор работает как стабилизатор тока.

Электрические модели полевого транзистора с управляющим p-n переходом

Статическая модель. Такая модель для транзистора с n-каналом показана на рис. 5.

Рис. 5.

Диоды D_ИЗ и D_СЗ представляют собой переходы затвор - исток и затвор - сток и включены в обратном направлении. Резисторы R_И и R_C учитывают последовательные сопротивления от вывода истока до начала канала и от конца канала до вывода стока. Генератор тока  отображает ток стока.

Влияние сопротивлений R_И и R_C проявляется в том, что на них происходит падение напряжения  и  в цепи сток - исток, что приводит к снижению крутизны транзистора в области крутых участков выходных характеристик. В области насыщения большее влияние оказывает сопротивление R_И, оно снижает значение крутизны по сравнению со случаем, когда R_И = 0. Влияние же R_C сводится к некоторому увеличению напряжения насыщения.