Полевые транзисторы

Комплектующие, радиокомпоненты / Радиодетали / Полупроводники
Administrator
1 171
14-04-2017, 20:38
0

Специалисты в области радиоэлектроники не зря считают, что полупроводниковые устройства хочется уподобить тому сказочному оазису в пустыне, где драгоценные камни и чистое золото можно грести лопатой! В самом деле, биполярные транзисторы, освоенные в производстве, перекрывающие диапазон частот от постоянного тока до десятков гигагерц (ГГц)!, уже сами по себе, самим фактом своего существования, совершенно преобразили и навсегда изменили облик электронных узлов и плат!

Оказалось, что сами фундаментальные принципы, лежащие в основе функционирования биполярного транзисторного усилителя - далеко не единственная возможность реализации полупроводниковых приборов! Впрочем, мы еще будем возвращаться к этому факту не один раз. Так вот, еще одним вариантом, принципиально отличным от биполярного транзистора, является такой замечательный прибор, как ПОЛЕВОЙ (УНИПОЛЯРНЫЙ) ТРАНЗИСТОР.

Полевые транзисторы (ПТ) - это устройства, принцип действия и свойства которых разительно отличаются от свойств биполярных транзисторов (с которыми в первом приближении мы уже познакомились). Прежде всего в полевых транзисторах управление током, протекающим через полупроводниковую структуру, осуществляется не током базы, а электрическим потенциалом (полем). Поэтому в цепи управляющего электрода практически нет никакого тока, за исключением токов утечки!

Следствием этого является колоссальное входное сопротивление (ничтожно малая входная проводимость) ПТ на постоянном токе и в области низких частот, которое доходит до сотен гигаом и выше! Помимо этого, ПТ работают в тех режимах, которые совершенно не характерны для БТ, например, в качестве линейных (и нелинейных) резисторов, управляемых напряжением, превосходных и простых источников стабильного тока, бесконтактных быстродействующих ключей и т.д.

Незаменимыми устройствами являются ПТ и при создании высококачественных резонансных усилителей сигнала. В то же время использование ПТ нерационально, если нет четкого и ясного представления об их специфике и особенностях функционирования. Вот почему стоит более подробно остановиться на этом вопросе.

В настоящее время существует немало разновидностей ПТ, и количество их постоянно растет! Но мы с полным правом можем говорить о двух основных. Это, во-первых, ПТ с управляющим Р-переходом, и, во-вторых, полевые транзисторы с ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ. В мировой практике принято первые именовать ЛРЕТ, а вторые - МОБРЕТ.

Полевые транзисторы с Р-переходом

Принцип работы ЛРЕТ представлен на рис.72. Данный прибор (ПТ с управляющим Р- переходом и каналом типа) изготовлен из кремния, имеющего собственную проводимость электронного типа, т.е. ДОНОРНУЮ. На верхней и нижней плоскостях сформированы Р-переходы вследствие того, что созданы области Р-типа, т.е. АКЦЕПТОРНЫЕ, с повышенной концентрацией дырок.

Область структуры, от которой электроны начинают движение внутри кристалла, называют ИСТОКОМ, управляющий электрод - ЗАТВОРОМ, а область ПТ, аналогичную коллектору биполярного транзистора, - СТОКОМ.

Если к затвору относительно истока приложить отрицательное напряжение, то вблизи Р+ областей образуются зоны, обедненные свободными (т.е. определяющими проводимость) электронами. Откуда однозначно следует, что проводимость таких зон минимальна. При этом оказывается, что толщина зоны зависит от величины абсолютного значения потенциала из.и.

При приближении этого потенциала к нулю толщина обедненного слоя уменьшается. Та часть полупроводниковой структуры, которую не достигли обедненные слои (зоны), называют КАНАЛОМ. По этой причине ПТ именуют еще канальными транзисторами. Таким образом, проводимость канала всегда определяется основными носителями!

Для канального прибора это и будут электроны, а для Р-канального - дырки. Представим себе, что потенциал изи станет возрастать. По мере возрастания обедненные слои Б1 и Б2 станут расширяться в кристалле навстречу друг другу, пока не соприкоснутся между собой. В этот момент канал ПТ окажется перекрытым, следовательно, его проводимость станет минимальной! То значение потенциала, при котором наступает перекрытие канала данного ПТ, и называют НАПРЯЖЕНИЕМ ОТСЕЧКИ. Однако даже в этом случае, строго говоря, имеется очень небольшое число электронов, обладающих достаточными индивидуальными скоростями (энергией), способных преодолеть даже полностью перекрытый канал.

Таким образом, напряжению отсечки соответствует и некоторый ток отсечки, который является неуправляемым и, в общем-то, независимым от прикладываемого потенциала даже в том случае, если этот потенциал затвора существенно превышает напряжение отсечки. Этот ток, как правило, находится в пределах от 0,1 до 10 мкА в зависимости от конкретного типа маломощного ПТ. Для мощных ПТ это значение, естественно, выше.

Помимо этого говорят о токе утечки затвора 1ут.з. В современных ПТ ЦРЕТ) он очень мал, физически представляет собой обратный ток Р-перехода и исчисляется единицами наноампер (нА) (в худшем случае). Его также называют обратным током затвора. Естественно, что максимальная проводимость канала имеет место в том случае, когда обедненный слой исчезает вообще. Это будет, когда из.и = 0.

При этом оказывается, что начиная с некоторой величины напряжения сток-исток, ток стока (1с) не нарастает. Этот 1с является для данного ПТ максимально возможным! Он именуется ТОК СТОКА НАСЫЩЕНИЯ (1с. нас). Вышесказанное удобно представить в виде зависимости (рис.73).

В сторону положительных (относительно истока) значений из.и зависимость не рассматривается, поскольку в этом случае управляющий Р-переход смещен в прямом направлении! Представленную зависимость называют ПЕРЕХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ ПТ. Говорить о входной характеристике ПТ не принято (в отличие от биполярных транзисторов), поскольку входной ток крайне мал и его очень сложно замерить.

Названные выше два основных параметра полевого транзистора позволяют просто и легко определить третий параметр - КРУТИЗНУ ХАРАКТЕРИСТИКИ полевого транзистора.