1.4.        Полевые транзисторы

Полевой транзистор – это трехэлектродный полупроводниковый прибор, работа которого основана на использовании электрического поля для изменения сопротивления полупроводникового канала. По­левые транзисторы называют униполярными, так как регулируемый ток в них создается основными носителями заряда, движущимися в канале с таким же типом проводимости.

Электрод, из которого в канал втекают основные носители, назы­вается истоком (И), а электрод, через который носители вытекают из канала, называется стоком (С). Управляющий электрод называется затвором (3). Напряжение, приложенное к затвору, регулирует ток

через канал. Как исключение, встречаются полевые транзисторы с двумя затворами и с дополнительными вспомогательными выводами.

Полевые транзисторы делятся на две большие группы:

1) транзисто­ры с управляющим р-п-переходом;

2) транзисторы с изолированным за­твором – МДП-транзисторы, содержащие металл (М), диэлектрик (Д) и полупроводник (П). Если диэлектриком является окись кремния, то полевые МДП-транзисторы называют МОП-транзисторами (в этом случае в обозначении транзистора О – окись).

Структура полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и р-каналом показана на рис. 1.21. На затвор транзистора подано обратное напряжение. Ток затвора (i_З) при этом будет пренебрежимо мал. Проте­кающие под действием ЭДС (Е_СИ) токи истока и стока будут практиче­ски равны друг другу:

i_И @ i_C.

Значение тока стока зависит от сопро­тивления канала сток-исток, а сопротивление этого канала зависит от ширины р-п-перехода, возникающего между каналом и затвором. Как известно в р-n-переходе имеется обедненный носителями запи­рающий слой, сопротивление которого велико (на рис. 1.21 этот слой по­казан штриховкой).

При увеличении запирающего напряжения, подаваемого на затвор, ширина p-n-перехода увеличивается. Это приводит к уменьшению толщины канала сток-исток и к уменьшению тока сто­ка. Таким образом, изменяя напряжение на затворе, можно управлять током стока полевого транзистора. Аналогично работает полевой транзи­стор с n-каналом.

Токи затвора полевого транзистора очень малы, и на регулирование  проводимости канала сток-исток транзистора затрачивается малая мощность. Поэтому в схемах с полевыми транзисторами (см. рис. 1.21) легко получить большое усиление мощности.

Условные обозначения полевых транзисторов с управляющим р-п-переходом с р- и n-каналами приведено на рис. 1.22, а и рис. 1.22, б соответ­ственно. На практике чаще используются транзисторы с п-каналами.

Основная схема включения полевого транзистора – это схема с общим истоком (см. рис. 1.21). Входные характеристики полевого транзистора в этой схеме соответствуют ВАХ диода при подаче обратного напряжения (см. рис. 1.2). Из-за малости тока затвора эти ВАХ, как пра­вило, подробно не рассматриваются.

Выходные вольт-амперные характеристики полевого транзистора с n-каналом. имеют вид (рис. 1.23). Правее линии Н расположена область насыщения. В области насыщения ток стока практически не зависит от напряжения на стоке транзистора.

Такой вид ВАХ объясняется следующим свойством транзистора. Рассмот­рим точки а и б в канале транзистора (рис. 1.21). Напряжения между этими точками и корпусом будет разными, причем u_б > u_а. Следова­тельно, будут разными напряжения между указанными точками кана­ла и затвором. Так как напряжение между точкой б и затвором боль­ше, чем напряжение между точкой а и затвором, то обедненный слой вблизи точки б будет толще обедненного слоя вблизи точки а.

При увеличении напряжения на стоке проводящий канал у стока почти пе­рекрывается обедненным слоем, и при дальнейшем увеличении на­пряжения сопротивление канала возрастает примерно пропорцио­нально напряжению на стоке. В результате, при увеличении напряжения на стоке ток стока остается практически неизменным (см. рис. 1.23).

Из анализа выходных характеристик полевого транзистора следу­ет, что в рабочей области, соответствующей области насыщения, по­левой транзистор близок по свойствам к управляемому источнику то­ка. Поэто