Полевые транзисторы Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор

Полевые транзисторы.

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, сопротивление канала которого изменяется под действием поперечного электрического поля, создаваемого прилегающим к проводящему объему полупроводника управляющим электродом (затвором). В отличие от биполярных транзисторов, в которых физические процессы переноса зарядов обусловлены как основными, так и не основными носителями, в полевом транзисторе управляемый ток обусловлен движением основных для данного типа полупроводника носителей заряда. Именно этим явлением объясняется второе название транзистора — униполярный

Применяют два вида полевых транзисторов: с управляющим р-n-переходом ПТУП 1 каналом n типа с изолированным затвором ПТИЗ p типа 2 встроенным каналом 2 каналом р типа 1 встроенным каналом n типа 3 индуцированным каналом p типа 4 индуцированным каналом n типа

Применяют два вида полевых транзисторов: с управляющим р-n-переходом ПТУП 1 1 каналом p типа 2 каналом n типа 2

Применяют два вида полевых транзисторов: с изолированным затвором 1 2 ПТИЗ 1 встроенным каналом 2 встроенным каналом 3 4 p типа n типа 3 индуцированным каналом p типа 4 индуцированным каналом n типа

Упрощенная структура полевого транзистора с управляющим р n переходом и каналом n типа, а также схема его включения в электрическую цепь показана на рис. 4. 2 а, а его условное обозначение — на рис. 4. 2 б. На рисунке 4. 2 г, в представлены семейство выходных стоковых характеристик и стоково затворная характеристика ПТУП Область канала, от которого начинается движение носителей, называется истоком И, а область, к которой движутся основные носители, — стоком С. Управляющая область в приборе (охватывающая канал) называется затвором 3. Рисунок 4. 2

Полярность напряжения на стоке легко определяется по передаточной характеристики, представленной на рисунке 4. 2 в. Положительное значение тока соответствует «плюсу» напряжения на стоке. Рисунок 4. 2 Принцип управления током стока заключается в том, что, изменяя значение управляющего напряжения Uзи (другими словами, изменяя обратное напряжение на р n переходе), можно регулировать поперечное сечение проводящего канала и, следовательно, его проводимость. Максимальное значение истока соответствует напряжению Uзи=0.

В рассматриваемом случае затвором является полупроводниковая область р -типа, охватывающая канал сверху и снизу. В рабочем режиме р-п-переход смещен в обратном направлении. Это смещение обеспечивается управляющим напряжением Uзи. Полярность напряжения (Uси выбирается такой, чтобы основные носители тока перемещались в канале в направлении от истока к стоку). При увеличении обратного на пряжения нар п переходе попе речное сечение проводящего ка нала уменьшается, что приводит к уменьшению тока стока Iс. При некотором напряжении происхо дит полное перекрытие канала и ток стока становится равным ну лю. Напряжение, при котором канал перекрывается, называется напряжением отсечки Uотс (на рис. 4. 1 в Uотс = — 2, 0 В).

На рисунке в и г соответственно представлены вольт амперные характеристиками полевого транзистора с управляющим р n переходом: проходная (стоко затворная) Iс = f(Uзи), снятая при фиксированном напряжении Uси и семейство выходных стоковых характеристик Iс=f(Uси), и снятые при фиксированных значениях напряжения Uзи. Изменяя управляющее напряжение в пределах Uотс < Uзи < 0, можно в широких пределах изменять ток в цепи стока Iс.

Основными параметрами транзистора в режиме усиления являются: дифференциальная крутизна стоко затворной характеристики и дифференциальное выходное сопротивление Параметр S можно определить по стоко затворным характеристикам, — по выходным. В зависимости от разновидности транзисторов крутизна стоко затворной характеристики лежит в пределах 5— 12, 5 м. А/В.

Полевые транзисторы с изолированным затвором (рис. 4. 3) имеют структуру металл (М) — диэлектрик (Д) — полупро водник (П) (сокращенно МДП).

На подложке р типа создаются области n типа, к которым подводятся внешние электроды истока И и стока С. Между металлическим затвором 3 и подложкой находится диэлектрик Д, чаще всего это диоксид кремния. По этой причине МДП структуры часто называют МОП структурами (металл—оксид— полупроводник). Проводящий слой канала n типа образуется в поверхностном слое подложки под диэлектриком.

Этот канал может быть встроенным (результат технологического процесса) и индуцированным, возникающим под действием электрического поля, создаваемого положительным напряжением, приложенным между затвором и истоком. Это электрическое поле отталкивает носители положительного заряда р в глубь подложки и притягивает электроны n к ее поверхности.

Проводящий канал возникает только при некотором напряжении, называемом пороговым Uпор. Значение Uпор может быть как положительным (для транзистора с индуцированным каналом n типа), так и отрицательным (для транзистора с индуцированным каналом р типа). Управляющее напряжение транзисторов со встроенным каналом может быть как положительным, так и отрицательным. Это обусловлено тем, что в этих транзисторах проводящий канал существует уже при Uзи = 0. При использовании полевых транзисторов с изолированным затвором следует иметь в виду возможность пробоя подзатворного диэлектрика из за накопления статических зарядов. Для исключения возможности такого вида пробоя вход МДП транзисторов часто защищают стабилитроном.

Возможны три схемы включения полевого транзистора: с общим истоком, с общим стоком и с общим затвором. Наиболее часто применяется схема с общим истоком, которая позволяет получить самую большую мощность на выходе схемы. На рисунке 4. 4 представлена схема включения полевого транзистора с общим истоком. n В схеме усилителя с ПТУП и каналом с ОИ напряжение на выходе усиленно и инвертировано (в противофазе) Cp 1 – разделительный конденсатор, который отделяет вход транзистора от предыдущего каскада Cp 2 – разделительный конденсатор. Отделяет выход транзистора от предыдущего каскада R 1 R 2 – делитель напряжения. Rc – стоковое сопротивление. Ограничивает ток стока.