Теоретические положения. В полевых транзисторах в переносе тока участвуют носители заряда только одного знака (электроны или дырки)

В полевых транзисторах в переносе тока участвуют носители заряда только одного знака (электроны или дырки). Это зависит от того, из какого материала выполнен проводящий канал 1 (рис. 4.1), который в данном случае представляет собой область полупроводника p - типа.

По периметру канала по всей его длине нанесен слой полупроводника n- типа, от которого сделан вывод называемый затвором «З». Между затвором и каналом образуется p-n- переход, обедненный слой которого, сосредоточен в объеме канала, выполненного с малой концентрацией основных носителей p- типа.

От концов канала сделаны выводы: сток «С» и исток «И». Исток - это электрод, от которого начинают движение основные носители заряда, его обычно соединяют с общей точкой, а на сток подают напряжение, при котором основные носители заряда устремляются к нему. Для правильной работы ПТ управляющие p-n- переходы должны всегда быть смещены в обратном направлении.

В транзисторе с каналом p -типа на сток подается отрицательное напряжение U _СИ, а на затвор - напряжение U _ЗИ > 0, при котором переход «затвор-канал» закрыт и входной ток I _З ® 0, т.к. входное сопротивление очень велико.

Выходной ток ПТ (ток стока I _С) протекает через канал и зависит от напряжения на стоке U _СИ и от напряжения на затворе U _ЗИ, которые управляют глубиной проникновения обедненного слоя в объем канала, т.е. изменяют ширину обратносмещённого p-n- перехода. Следовательно, изменяя ширину канала и его проводимость, можно регулировать ток I _С. При этом характер влияния U _ЗИ и U _СИ на ширину канала различен. Напряжение U _ЗИ вызывает уменьшение поперечного сечения канала равномерно по всей длине и увеличение его сопротивления. Напряжение U _СИ линейно распределяется по длине канала, поэтому на ширину канала влияет по конусоидальному закону (рис. 4.2), т.к. по мере приближения к стоку обратное напряжение p-n- перехода U _СИ увеличивается.

Особенности работы ПТ рассмотрим в соответствии с выходными характеристиками I _С = f (U _СИ) при U _ЗИ = const, которые показаны на рис. 4.3.

Рассмотрим режим работы ПТ, когда U _ЗИ = 0, а напряжение U _СИ изменяется от 0 до U _{СИ.MAX.ДОП}. Этому режиму соответствует кривая 0 аbсd.

При малых значениях напряжения U _СИ (участок 0 а) оно практически не влияет на ширину канала, поэтому с увеличением U _СИ ток стока I _С возрастает по линейному закону.

При U _СИ больше U _СИa (участок ab) величина U _СИ уже начинает влиять на ширину канала (сужает его) и ток стока I _С возрастает менее интенсивно.

При U _СИ = U _СИb = U _СИ.НАС (точка b) наступает смыкание канала в области стока (см. рис. 4.2), т.е. вершина конуса появится на стоке. Напряжение U _СИ, при котором канал смыкается, называется напряжением насыщения U _СИ.НАС.

При U _СИ > U _СИ.НАС (участок bс) ток I _С практически не изменяется при больших изменениях U _СИ. Это объясняется тем, что при увеличении U _СИ вершина конуса смещается вниз в направлении истока, при этом пропорционально величине U _СИ увеличивается сопротивление канала, а ток I _С остается неизменным. Следовательно, ПТ на этом участке ВАХ обладает свойством стабилизатора тока. Участок bс является основным рабочим участком при работе ПТ в активном режиме.

При U _СИ > U _{СИ.MAX.ДОП} (участок cd) происходит пробой управляющего p-n- перехода и ток I _С резко возрастает. Это не рабочий участок ВАХ и превышать U _{СИ.MAX.ДОП} для ПТ не допустимо.

Теперь рассмотрим режим работы ПТ при изменении U _ЗИ.

При U _ЗИ > 0 ширина канала уменьшается равномерно по всей длине. Это приводит к тому что, смыкание канала в области стока наступает при меньших значениях U _СИ.НАС (точки b ¢, b ¢¢, b ¢¢¢ и т.д. перемещаются влево) и снижается величина I _С, при котором наступает это насыщение.

Зависимость I _С = f (U _ЗИ) при U _СИ = const называется стокозатворной характеристикой, которая для ПТ с каналом p- типа представлена на рис. 4.4. Из характеристики видно, что с увеличением напряжения U _ЗИ ток стока I _С снижается. При определенном значении U _ЗИ = U _ЗИ.ОТС происходит полное смыкание канала и ток I _С становится равным нулю. Следовательно, изменяя управляющее напряжение U _ЗИ от 0 до напряжения отсечки U _ЗИ.ОТС, можно изменять ток стока I _C от максимального начального I _С.НАС до нуля.

Основными параметрами ПТ являются:

- крутизна стокозатворной характеристики, характеризующая усилительные свойства ПТ и определяемая по стокозатворной ВАХ (рис. 4.4):

- дифференциальное сопротивление стока, определяемое по выходным характеристикам (рис. 4.3):

- начальный ток насыщения I _С.НАС - это ток отпертого транзистора;

- напряжение отсечки U _ЗИ.ОТС - это управляющее напряжение, при котором происходит полное запирание ПТ (канал полностью смыкается);

- максимально допустимое напряжение сток - исток U _{СИ.МАХ.ДОП} - это напряжение, при котором наступает пробой управляющего p-n- перехода;