Полевой транзистор с управляющим p-n переходом
Полевым транзистором называют трехэлектродный полупроводниковый прибор, в котором электрический ток создается основными носителями заряда под действием продольного электрического поля, а модуляция тока осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением на управляющем электроде. Полевые транзисторы бывают двух разновидностей: с управляющим p–n переходом и с изолированным затвором (МДП или МОП-транзисторы).
Область полупроводника, по которой проходит управляемый ток основных носителей, называют каналом. Электрод, от которого начинают движение основные носители заряда в канале, называют истоком. Электрод, являющийся приемником движущихся основных носителей, называют стоком. Электрод, используемый для управления величиной поперечного сечения канала, называется затвором.
Структура полевого транзистора с управляющим p–n переходом и с каналом n-типа представлена на рис. 4.1,а.
Полевой транзистор с управляющим р–n переходом представляет собой транзистор, затвор которого отделен от канала p–n переходом. Полевой транзистор состоит из пластины полупроводникового материала, которая может служить каналом, а с торцов пластины изготовлены два омических контакта, называемых истоком и стоком. Канал может иметь электропроводность как n-, так и p-типа. В связи с этим полевые транзисторы с управляющим p–n переходом бывают с n- и p-каналами (рис. 4.1,г,д). Напряжение источника питания Uси прикладывается к промежутку стоком-исток таким образом, чтобы поток основных носителей (в канале n-типа – электроны) двигался от истока к стоку. К промежутку затвор-исток прикладывается напряжение Uзи, запирающее управляющий p-n-переход транзистора. При изменении обратного напряжения на p–n переходе изменяется площадь поперечного сечения канала и его сопротивление, а значит и величина тока, протекающего через канал (рис. 4.1,в). В цепи затвора протекает малый обратный ток, в связи с этим необходима малая мощность от источника сигнала в цепи затвора для управления током стока.
Управление толщиной канала осуществляется напряжением Uзи, т.е. электрическим полем, возникающем в запирающем слое, без осуществления инжекции носителей. Поэтому такие транзисторы называются полевыми. Отличие полевого транзистора от биполярного заключается:
1) в принципе действия – биполярный транзистор управляется током, а полевой – напряжением или электрическим полем;
2) в большом входном сопротивлении (более 109…1010 Ом), что связано с малым током затвора;
3) в низком уровне шумов.
При прямом включении управляющего p–n перехода возникает относительно большой прямой ток затвора, и сопротивление участка затвор-исток резко уменьшается, поэтому нецелесообразно применять на практике такое включение.
При увеличении обратного напряжения на затворе запирающий слой p–n перехода расширяется, уменьшая сечение канала. При некотором напряжении на затворе может произойти перекрытие канала, и в цепях истока и стока начнут протекать небольшие обратные токи (рис. 4.1,б).
Напряжение между затвором и истоком, при котором канал перекрывается, а его сопротивление стремится к бесконечности и ток стока достигает заданного низкого значения Ic обр, называют напряжением отсечки Uзи отс. При Uзи отс транзистор должен закрываться полностью, но из-за наличия малых токов утечки и трудности их измерения, Uзи отс определяется при заданном малом значении Ic обр. В справочнике на каждый транзистор указывается ток стока, при котором измерено Uзи отс.