4.1. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом – это полевой транзистор, управление потоком основных носителей в котором происходит с помощью выпрямляющего электрического перехода, смещенного в обратном направлении.

Принцип действия такого полевого транзистора рассмотрим на примере рис. 4.2. Он представляет собой монокристалл полупроводника n-типа проводимости; по его торцам методом напыления сформированы электроды, а посередине, с двух сторон, созданы две области противоположного типа проводимости и тоже с электрическими выводами от этих областей. Тогда на границе раздела областей с различным типом проводимости возникнет р-n-переход. электрические выводы от торцевых поверхностей полупроводника называют истоком (И) и стоком (С), а вывод от боковой поверхности противоположного типа проводимости назовем затвором (З).


Рис. 4.2. Упрощенная структура полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

Подключим внешние источники и так, чтобы источник – источник входного сигнала смещал р-n-переход в обратном направлении, а в цепь источника введем сопротивление нагрузки . Под действием напряжения этого источника между торцевыми поверхностями полупроводника потечет ток основных носителей заряда. Образуется так называемый токопроводящий канал. Площадь поперечного сечения этого канала, а, следовательно, и его сопротивление зависит от ширины p-n-перехода. Изменяя величину напряжения источника , меняем обратное напряжение на p-n-переходе, а, значит, и его ширину. При увеличении этого напряжения ширина p-n-перехода возрастает, а поперечное сечение канала между истоком и стоком уменьшается. Можно подобрать такую величину напряжения на затворе, при котором p-n-переход полностью перекроет канал, и ток в цепи нагрузки прекратится. Это напряжение называют напряжением отсечки. Таким образом, в цепи мощного источника протекает ток стока , величина которого зависит от величины управляющего сигнала – напряжения источника и повторяет все изменения этого сигнала. Падение напряжения на сопротивлении нагрузки при протекании тока является выходным сигналом, мощность которого значительно больше мощности, затраченной во входной цепи. Принципиальным отличием полевого транзистора от биполярного является то, что источник входного сигнала подключен к p-n-переходу в обратном, запирающем направлении и, следовательно, входное сопротивление здесь очень большое, а потребляемый от источника входного сигнала ток очень маленький. В биполярном транзисторе управление осуществляется входным током, а в полевом транзисторе – входным напряжением. Следует отметить, что поскольку потенциал от истока к стоку возрастает, то соответственно возрастает и обратное напряжение на p-n-переходе, а, следовательно, и его ширина. Так же, как и биполярные транзисторы, полевые транзисторы могут быть разных типов: в рассматриваемом случае – полевой транзистор с каналом n-типа проводимости и на принципиальных схемах он обозначается символом, представленным на рис. 4.3, а.


Рис. 4.3. Условные обозначения полевого транзистора, имеющего канал n-типа (а) и p-типа (б)

Если канал имеет проводимость р-типа, то его обозначение такое же, но стрелка затвора направлена в противоположную сторону (рис. 4.3, б).

Если полевой транзистор усиливает сигнал переменного тока, то в цепь затвора необходимо вводить смещение в виде источника ЭДС достаточной величины, чтобы суммарное напряжение на p-n-переходе не изменяло свой знак на положительный, так как p-n-переход в таком полевом транзисторе должен быть всегда смещен в обратном направлении. Тогда электрическое поле p-n-перехода, поперечное по отношению к каналу, будет изменятся в точном соответствии с изменением входного сигнала, расширяя и сужая канал. В цепи стока появляется переменная составляющая тока, которая и будет представлять собой усиленный входной сигнал.

Выводы:

  1. Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда, протекающим через токопроводящий канал, и управляемым электрическим полем.

  2. Полевой транзистор в отличие от биполярного иногда называют униполярным, т. к. его работа основана только на основных носителях заряда либо электронов, либо дырок. Вследствие этого в полевом транзисторе отсутствуют процессы накопления и рассасывания объемного заряда неосновных носителей, оказывающих заметное влияние на быстродействие биполярного транзистора.
  3. Основным процессом переноса носителей заряда, образующим ток полевого транзистора, является дрейф в электрическом поле. Проводящий слой, в котором создается рабочий ток полевого транзистора, называется токопроводящим каналом.