ПОЛЬОВІ ТРАНЗИСТОРИ (ПТ), ЇХ ОСОБЛИВОСТІ І ПОБУДОВА. ПТ З КЕРУЮЧИМ p-n- ПЕРЕХОДОМ

Польові транзистори (уніполярні) – НП прилади, у яких для утворення струму транзистора використовуються носії заряду тільки одного типу (дірки або електрони). Основною їх ознакою є відсутність на шляху проходження струму p-n-переходів (рис.33), а область, по якій проходить струм називається каналом.

Канал має два виводи: витік (В) – звідки рухаються вільні носії зарядів і стік (С) – куди ці заряди стікаються. Третій вивід, який виходить із області напівпровідника протилежного каналу типу провідності, називають затвором (З), що використовується для регулювання площі перетину каналу.

Залежно від типу провідності каналу вони поділяються на транзистори з р-каналом або n-каналом, чим визначається полярність прикладеної напруги (рис.33).

Рисунок 33 – Польовий транзистор з n- каналом: а) структура; б) робочий режим

Під дією напруги U_СВ вільні носії заряду утворюють в каналі (центральній частині транзистора) струм, величину якого можна регулювати напругою U_ВЗ, при сталій напрузі U_СВ.

Польові транзистори керуються вхідною напругою.

Ширина p-n- переходу біля стоку С більш ніж біля витоку В.

Сучасні польові транзистори виконуються з ізольованим від каналу затвором. Введення шару діелектрика зменшує струм впливу. Такі транзистори називають МДН (метал-діелектрик-напівпровідник) або МОН (метал-окисел-напівпровідник), які широко використовуються в інтегральних схемах. Схемні позначення польових транзисторів зображено на рис.34.

Рисунок 34 – Схемні позначення польових транзисторів: з р-каналом (а); з n-каналом (б); з ізольованим затвором з вбудованим n-каналом (в) та р-каналом (г); з ізольованим затвором з індукованим n-каналом (д) та р-каналом (е)

ПТ мають наступні характеристики:

- вхідні – стокозатворні (рис.34) - Іс = f(Uзв), при Uсв = const (залежність струму стоку від напруги затвір-витік за фіксованої напруги стік-витік;

Рисунок 34 – Стокозатворна ВАХ ПТ з керуючим p-n - переходом

- вихідні – стокові (рис.35) - Іс = f(Uсв), при Uзв = const (залежність струму стоку від напруги стік-витік за фіксованої напруги затвір-витік).

Рисунок 35 – Стокові ВАХ ПТ з керуючим p-n - переходом

ОА – лінійна залежність І_С  від U_СВ (за законом Ома). Це не робоча ділянка для випадку використання приладу у якості підсилюючого елементу. Використовують як керований резистор.

АВ – маємо насичення : при збільшенні U_СВ І_С = const. Це робоча ділянка у режимі підсилення.

Ділянка 3 відповідає пробою приладу.

При збільшенні U_СВ І_С повинен збільшуватись (за законом Ома) , але при цьому збільшується зворотна напруга на p-n переході затвір-канал , запірний шар dp-n збільшується, опір каналу R_к збільшується і І_С  повинен зменшиться.

Таким чином, відбувається два взаємо протилежних вплива на І_С, в результаті І_С = const.

Основні параметри:

- максимальне значення струму стоку І_Cmax (відповідає його значенню у точці в на вихідних (стокових) ВАХ при Uзв = 0)- від десятків міліампер до одного ампера);

- максимальне значення напруги стік – витік U_СВ (задають у 1,2…1,5 рази меншим за наругу пробою ділянки стік-витік при Uзв = 0), становить до 100 В;

- крутизна стокозатворної характеристики (провідність), сименсах См – характеризує керуючу дію затвора. Наприклад, S = 3 мА/В означає, що зміна напруги затвора на 1В створює зміну струму стока на 3 мА.

S = ∆І_С / ∆, при U_СВ = const;

Звичайно крутизна ПТ менше крутизни біполярних.

- напруга відсічки U_{ЗВ 0} – зворотна напруга на затворі, при якій І_С=0;

- коефіцієнт підсилення μ – показує, в скільки разів більше діє на струм стоку І_С зміна напруги затвора, ніж зміна напруги стоку.

μ = - ∆U_СВ /∆ U_ЗВ,   при І_С = const,

тобто виражається відношенням таких змін ∆U_СВ і ∆ U_{ЗВ ,} які компенсують один одного по дії на струм І_С, внаслідок чого цей струм залишається постійним.

Коефіцієнт підсилення зв'язаний з параметрами S і R_i  залежністю

μ = S · R_i.

На робочих ділянках (насичення) вихідних (стокових) характеристиках μ досягає сотен и даже тисяч;

- вхідний опір R_вх = ∆U_ЗВ /∆І_З. І_З - є зворотним струмом n-p – переходу, тому дуже маленький, тому R_вх досягає від одиниць до десятків мегом – важливий параметр ПТ.

Великий вхідний опір допускає керування польовим транзистором за напругою від генератора (джерела), практично такий транзистор не навантажує джерело, не відбирає його потужність;

- вихідний опір (внутрішній опір) ПТ R_вих (R_і) - опір транзистора між стоком і витоком (опір каналу) для змінного струму R_вих = ∆U_СВ /∆І_С, при U_ЗВ = const (визначається в режимі насичення)(сотні кОм).

Схеми включення польових транзисторів наведені на рис.36.

                             а)                          б)                           в)

Рисунок 36 – Схеми вмикання ПТ – а) спільний виток; б) спільний;

в) спільний сток

Польовий транзистор, так само як і біполярний, може працювати в схемах: із спільним витоком (СВ, а) - аналог схеми зі СЕ; із спільним затвором (СЗ, б) – аналог схеми зі СБ; із спільним стоком (СС, в) – аналог схеми зі СК.

К_U = ∆U_вих /∆U_вх = - SR_Н.

Знак мінус позначає перевертання фази на 180° в схемі зі СВ.

Дає високе підсилення струму і потужності. Звичайно R_Н << R_і.

Чим відрізняються властивості біполярних і польових транзисторів?

ПТ в порівнянні з БТ мають: великий вхідний опір, малу залежність параметрів від температури, можливість роботи в діапазоні як позитивних, так і негативних сигналів (це не відноситься до ПТ з p-n – переходом, які при зміщенні затвора в провідному напрямі дають великий струм затвора).