Транзистори с полеви ефекти

Полеви (еднополюсни) транзистори са разделени на транзистори с управляващ p-n-преход (фиг. 1) и с изолирана порта. Устройството на полев транзистор с контролен p-n преход е по-просто от биполярно.

В транзистор с n-канал основните носители на заряд в канала са електрони, които се движат по канала от източник с нисък потенциал до дренаж с по-висок потенциал, образувайки дренажен ток Ic. Между портата и източника на полевия транзистор се прилага обратно напрежение, което блокира p-n прехода, образуван от n-областта на канала и p-областта на портата.

По този начин, в полеви транзистор с n-канал, полярностите на приложените напрежения са следните: Usi> 0, Usi≤0. Когато се подаде блокиращо напрежение към pn прехода между портата и канала (виж фиг. 2, а), на границите на канала възниква равномерен слой, изчерпан в носителите на заряд и с високо съпротивление.

Ориз. 1. Структура (а) и верига (б) на транзистор с полеви ефекти с порта под формата на p-n преход и n-тип канал; 1,2 — канални и портални зони; 3,4,5 — заключения на източника, канализацията, затвора

Ориз. 2. Ширина на канала в полевия транзистор при Usi = 0 (а) и при Usi> 0 (б)

Това води до намаляване на ширината на проводящия канал. Когато се подаде напрежение между източника и канализацията, изчерпателният слой става неравномерен (фиг. 2, б), напречното сечение на канала в близост до дренажа намалява, а проводимостта на канала също намалява.

ВАХ характеристиките на полевия транзистор са показани на фиг. 3. Тук зависимостите на изтичащия ток Ic от напрежението Usi при постоянно напрежение на порта Uzi определят изходните или изтичащите характеристики на полевия транзистор (фиг. 3, а).

Ориз. 3. Изходни (а) и трансферни (б) волта-амперни характеристики на полевия транзистор.

В началния участък на характеристиките токът на източване се увеличава с увеличаване на Umi. С увеличаване на напрежението източник на източване до Usi = Uzap– [Uzi], каналът се припокрива и по-нататъшното нарастване на текущия Ic спира (участък на насищане).

Отрицателното напрежение Uzi между портата и източника води до по -ниски стойности на напрежението Uc и тока Ic, при който каналът се припокрива.

По -нататъшното увеличаване на напрежението Usi води до разрушаване на p — n прехода между портата и канала и деактивира транзистора. Изходните характеристики могат да се използват за конструиране на трансферната характеристика Iс = f (Uz) (Фиг. 3, б).

В секцията за насищане практически не зависи от напрежението Usi. От него се вижда, че при липса на входно напрежение (порта — дренаж), каналът има определена проводимост и преминава ток, наречен начален източителен ток Ic0.

За да се «заключи» на практика канала, е необходимо да се приложи прекъсващо напрежение Uotc към входа. Входната характеристика на полевия транзистор — зависимостта на тока на изтичане на порта I3 от затвора — напрежението на източника — обикновено не се използва, тъй като при Uzi <0 p–н-преходът между портата и канала е затворен и токът на портата е много малък (I3 = 10-8 … 10-9 A), така че в много случаи може да се пренебрегне.

Както в случая биполярни транзистори, полевите имат три комутационни вериги: с обща порта, дренаж и източник (фиг. 4). Характеристиката на трансфер I-V на транзистор с полеви ефекти с управляващ p-n преход е показана на фиг. 3, б.

Ориз. 4. Схема на включване на полеви транзистор с общ източник с управляващ p-n-преход

Основните предимства на полевите транзистори с управляващ p-n-преход пред биполярните са висок входен импеданс, нисък шум, лекота на производство, нисък спад на напрежението в напълно отворения канал.Въпреки това, полевите транзистори имат такъв недостатък като необходимостта от работа в отрицателни области на I — V характеристиката, което усложнява схемата.

Доктор на техническите науки, професор Л.А.Потапов