Токораспределение в биполярном транзисторе

При прямом сме­ще­нии эмиттерного пе­ре­хода p-n-p тран­зис­то­ра в эмиттерно-базовой цепи протекает значи­тель­ный ток, обуслов­лен­ный переходом элек­тро­нов из базы в эмит­тер и дырок из эмиттера в базу.

Если геометри­чес­кая ширина базы боль­ше диффузионной дли­ны электрона (L_Д — расстояние свободного пробега электрона до рекомбинации), то в цепи коллектора ток протекать не будет. Изготовление базы с толщиной, сравнимой с диффузионной длиной электрона, приводит к тому, что на характер движения электрона в области базы начинает оказывать воздействие электрическое поле коллекторного перехода. Электроны в базе являются неосновными носителями, поэтому положительный потенциал коллектора способствует их притягиванию к коллекторному переходу и беспрепятственному переносу через область базы в область коллектора.

Ток через эмиттерный переход создает электронную и дырочную составляющие. Дырочная составляющая замыкается по цепи базы и не участвует в управлении током коллектора.

I_Э=I_Эn+I_Эp

Одним из важнейших показателей эмиттерного перехода является коэффициент инжекции, показывающий, какую часть от полного эмиттерного тока составляет его дырочная составляющая:

g= .

Для определения части дырок, прошедшей из эмиттера в коллектор, вводят коэффициент переноса дырок в базе d, который равен отношению дырочной составляющей коллекторного дока к дырочной составляющей эмиттерного тока:

d= .

Управляемые свойства транзистора характеризуются коэффициентом передачи эмиттерного тока:

a= g×d = .

Ток коллектора состоит из дырочной составляющей I_Кpи теплового тока I_К0 (I_К=I_Кp+I_К0). Ток базы равен алгебраической сумме электронной составляющей тока эмиттера I_Эn, рекомбинационной дырочной составляющей I_Бp и теплового тока I_К0 (I_Б=I_Эn+I_Бp–I_К0).

 

 

 

6. Коэффициенты передачи БТ по току, напряжению и мощности в различных схемах включения

Схема с общей базой

Рассмотренный выше пример построения усилителя электрических сигналов с помощью транзистора является схемой включения с общей базой. На рис. 3.5. приведена электрическая принципиальная схема включения транзистора с общей базой.

Рис. 3.5. Включение транзистора по схеме с общей базой

Основные параметры, характеризующие эту схему включения получим следующим образом:

1. Коэффициент передачи по току:

.

(3.3)

2. Входное сопротивление:

.

(3.4)

Из (3.4) следует, что входное сопротивление транзистора, включенного в схему с общей базой, очень невелико и определяется, в основном, сопротивлением эмиттерного p-n-перехода в прямом направлении. На практике оно составляет единицы – десятки . Это следует отнести к недостаткам усилительного каскада, так как приводит к нагружению источника входного сигнала.

3. Коэффициент передачи по напряжению:

.

(3.5)

Коэффициент передачи по напряжению может быть достаточно большим (десятки – сотни единиц), так как определяется, в основном, соотношением между сопротивлением нагрузки и входным сопротивлением.

4. Коэффициент передачи по мощности:

.

(3.6)

Для реальных схем коэффициент передачи по мощности равняется десятки – сотни единиц.

 

Схема с общим эмиттером

В этой схеме, (рис. 3.6), по-прежнему источник входного сигнала включен в прямом направлении по отношению к эмиттерному переходу, а источник питания включен в обратном направлении по отношению к коллекторному переходу, и в прямом по отношению к эмиттерному. Под действием источника входного сигнала в базовой цепи протекает ток ; происходит инжекция носителей из эмиттерной области в базовую; часть из них под действием поля коллекторного перехода перебрасывается в коллекторную область, образуя, таким образом, ток в цепи коллектора , который протекает под действием источника питания через эмиттер и базу. Поэтому:

.

(3.7)

Рис. 3.6. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером

Входным током является ток базы , а выходным – ток коллектора . Выходным напряжением является падение напряжения на сопротивлении нагрузки . Основные параметры, характеризующие эту схему включения определим из выражений:

1. Коэффициент усиления по току:

,

(3.8)

поделив в этом выражении числитель и знаменатель дроби на ток эмиттера , получим:

.

(3.9)

Из (3.9) видно, что в схеме с общим эмиттером коэффициент передачи по току достаточно большой, так как – величина, близкая к единице, и составляет десятки – сотни единиц.

2. Входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером:

,

(3.10)

поделив в этом выражении числитель и знаменатель на ток эмиттера , получим:

.

(3.11)

Отсюда следует, что: , т. е. по этому параметру схема с общим эмиттером значительно превосходит схему с общей базой. Для схемы с общим эмиттером входное сопротивление лежит в диапазоне сотни – единицы .

3. Коэффициент передачи по напряжению:

.

(3.12)

Подставляя сюда из (3.10), получим:

,

(3.13)

т. е. коэффициент передачи по напряжению в этой схеме точно такой же, как и в схеме с общей базой – и составляет десятки – сотни единиц.

4. Коэффициент передачи по мощности:

.

(3.14)

Что значительно больше, чем в схеме с общей базой (сотни – десятки тысяч единиц).

Схема с общим коллектором

Исходя из принятых отличительных признаков схема включения транзистора с общим коллектором должна иметь вид (рис. 3.7). Однако в этом случае транзистор оказывается в инверсном включении, что нежелательно из-за ряда особенностей, отмеченных выше. Поэтому в схеме (рис. 3.7, а) просто механически меняют местами выводы эмиттера и коллектора и получают нормальное включение транзистора (рис. 3.7, б). В этой схеме сопротивление нагрузки включено во входную цепь; входным током является ток базы ; выходным током является ток эмиттера .

Основные параметры этой схемы следующие:

1. Коэффициент усиления по току:

.

(3.15)

Рис. 3.7. Включение транзистора по схеме с общим коллектором

Поделив числитель и знаменатель этой дроби на ток эмиттера , получим:

,

(3.16)

т. е. коэффициент передачи по току в схеме с общим коллектором почти такой же, как в схеме с общим эмиттером:

.

2. Входное сопротивление:

.

(3.17)

Преобразуя это выражение, получим:

.

(3.18)

Из (3.18) следует, что входное сопротивление в этой схеме включения оказывается наибольшим из всех рассмотренных схем (десятки – сотни ).

3. Коэффициент усиления по напряжению:

.

(3.19)

Преобразуем это выражение с учетом выражений (3.16) и (3.18):

.

(3.20)

Поскольку представляет собой очень малую величину, то можно считать, что , т. е. усиления по напряжению в этой схеме нет.

4. Коэффициент усиления по мощности:

,

(3.21)

на практике он составляет десятки – сотни единиц.

Схему с общим коллектором часто называют эмиттерным повторителем, потому что, во-первых, нагрузка включена здесь в цепь эмиттера, а во-вторых, выходное напряжение в точности повторяет входное и по величине () и по фазе.

Схема с общим эмиттером является наиболее распространенной, т. к. дает наибольшее усиление по мощности из всех схем.

Схема с общей базой хоть и имеет меньшее усиление по мощности и имеет меньшее входное сопротивление, все же ее иногда применяют на практике, т. к. она имеет лучшие температурные свойства.

Схему с общим коллектором очень часто применяют в качестве входного каскада усиления из-за его высокого входного сопротивления и способности не нагружать источник входного сигнала.

Таблица 3.2.

Параметры схем включения биполярного транзистора

Выводы:

1. В отличие от схемы с общей базой схема с общим эмиттером наряду с усилением по напряжению даёт также усиление по току. Транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, усиливает ток базы в десятки сотни раз. Усиление по напряжению в данной схеме остается таким же, как в схеме с общей базой. Поэтому усиление по мощности в схеме с общим эмиттером значительно больше, чем в схеме с общей базой.
2. Схема с общим эмиттером имеет более приемлемые значения входного и выходного сопротивлений входное больше, а выходное сопротивление меньше, чем в схеме с общей базой.
3. Благодаря указанным преимуществам схема с общим эмиттером находит наибольшее применение на практике.
4. Схема с общей базой хоть и имеет меньшее усиление по мощности и имеет меньшее входное сопротивление, все же ее иногда применяют на практике, т. к. она имеет лучшие температурные свойства.
5. Схема с общим коллектором дает усиление по току и по мощности, но не дает усиления по напряжению.
6. Схему с общим коллектором очень часто применяют в качестве входного каскада усиления из-за его высокого входного сопротивления и способности не нагружать источник входного сигнала, а также данная схема имеет наименьшее выходное сопротивление.

 

 

7. эквивалентные схемы БТ, частотные и шумовые характеристики

При необходимости анализа работы транзистора в режиме большого сигнала, когда имеют значение его нелинейные свойства, находит применение эквивалентная схема, предложенная Эберсом и Моллом. Она состоит из двух диодов, включенных встречно, и двух источников тока, отображающих взаимодействие этих диодов (рис. 3.6).

В приведённой схеме источники тока и характеризуют соответственно передачу тока эмиттерного перехода при нормальном включении в коллектор и тока коллекторного перехода в эмиттер при инверсном включении транзистора.

Токи эмиттера и коллектора связаны с внутренними токами соотношениями ; , где – коэффициент передачи тока коллектора при инверсном включении.

Токи через переходы можно записать:

; , (3.9)

где – тепловые токи эмиттерного и коллекторного переходов, измеренные при коротком замыкании на выходе и входе соответственно ( и ).

, .

– это обратные токи эмиттерного и коллекторного переходов, измеряемые соответственно при обрыве коллектора и эмиттера.

С учетом (3.9) соотношения преобразуются к виду

(3.10)

(3.11)

(3.12)

Из этих выражений можно получить семейство характеристик для конкретной схемы включения транзистора. Так, решая (3.10) относительно , получим выражение для идеализированных входных (эмиттерных) характеристик транзистора при :

. (3.13)

Модель Эберса – Молла описывает поведение транзистора в различных режимах работы, что может быть учтено выбором соответствующей полярности напряжений на переходах транзистора.

 

Физическая Т-образная эквивалентная схема БТ наряду с h-параметрами также достаточно полно отражает свойства реального транзистора на низких частотах и широко используется для анализа малосигнальных транзисторных усилителей. Физические Т-образные эквивалентные схемы БТ с ОБ и ОЭ представлены на рис. 4.6, а, б соответственно. Значения параметров эквивалентных схем БТ могут быть найдены с использованием известных h-параметров для включения БТ:

Поскольку коэффициенты обратной связи по напряжению и для обеих схем включения БТ имеют очень малую величину, точность их вычисления с использованием статических ВАХ оказывается низкой. В связи с этим расчет параметров эквивалентной схемы необходимо начинать с расчета дифференциального сопротивления эмиттерного перехода:

где– тепловой потенциал, равный 26 мВ при Т=300 К; – ток эмиттера БТ в рабочей точке. С учетом этого в (4.11) объемное сопротивление базы БТ необходимо рассчитывать согласно выражению

Параметры эквивалентных схем маломощных БТ принимают следующие типовые значения: дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода – единицы – десятки ом; объемное сопротивление базы – сотни ом – единицы ки-лоом; выходное сопротивление в схеме с ОБ – сотни килоом – единицы мегаом; выходное сопротивление в схеме с ОЭ – десятки – сотни килоом.

 

8. Схемы включения транзистора с ОБ, ОЭ и ОК, сравнение параметров

 

Для этих схем общим яыл тот вывод Т по отнош к кот подается вх и сним вых сигнал.

ОЭ. Іэ=Ік+Іб эти ур-ния записаны для токов обра

Ік=aІэ+Ікбо зованых осн носителями заряда.

Кроме этих токов $ токи образ за счет неосн носит. Самый важный из них Ікбо (образ неосн носит в обл базы и колектора и суммир с токами осн носит) Іб=Іэ-Ік-Ікбо. Эти ур-ния получ на осн схемы с ОБ, но справедливы для всех схем вкл. Для схемы с ОЭ:

Ік=a(Ік+Іб)+Ікбо=aІк+aІб+Ікбо коэф передачи в сх

Ік=aІб/(1-a)+Ікбо/(1+a)=bІб+(1+b)Ікбо b=a/(1-a)

В общем случае для любой схемы:

ОБ. К = a<1 т.к. Ік<Іэ, Ікбо<<Ік(на общуюю величину влияния не оказывает). Коэф усиления по току, напряж, мощности всегда запис для переменных составл тока и напряж, т.е. для полезного сигнала.

r_кб- сопротивление обратно смещению р-n перехода имеет большую величину (10-100 кОм); r _эб– очень мало 1-10 Ом. Усиление кu наибольшее из всех схем включения. Кр=100-1000. Отсутствует усиление по току, но имеется усиление по напряж и по мощности.

ОЭ.

В схеме с ОЭ имеется усиление по току, по напряжению и по мощности. Величина b может очень сильно меняться от 1 до 100. Типовое значение b 50-100. Есть транзисторы с супер b (1090-500).

 

 

9. Статические вольт-амперные характеристики транзистора

Статические ВАХ отражают зависимости между постоянными входными и выходными токами и напряжениями транзистора. Для любой схемы включения транзистора можно получить четыре семейства статических ВАХ: входные , выходные , прямой передачи по току и обратной связи по напряжению . В таком варианте ВАХ мы анализируем зависимость параметров транзистора от входного тока , так как параметры биполярного транзистора в рабочем режиме зависят от величины тока через прямосмещенный переход БТ. В то же время в выходной цепи определяющей является зависимость параметров от напряжения на обратносмещенном переходе, то есть .

На рис. 4.3. и рис 4.4.. приведены графики семейств статических ВАХ транзистора, имеющего p-n-p-структуру, для включения с ОБ.

Рис 4.4. Входные и выходные статические ВАХ p-n-p-транзистора с ОБ.

 

Входные характеристики представляют собой известные характеристики прямосмещенного р-п перехода. Выходные характеристики позволяют оценить поведение транзистора в различных режимах работы в соответствии с определением режимов.

Рис.4.5. Характеристики прямой передачи и обратной связи БТ с ОБ

 

Характеристики прямой передачи БТ являются линейными в рабочей области входных токов в соответствии с уравнением .

Поведение характеристик обратной связи объясняется эффектом модуляции ширины базы в области небольших значений U кб.

 

Для схемы включения БТ с ОЭ поведение входных характеристик (рис. 4.6.) объясняется так же как и для схемы с ОБ. На выходных характеристиках требует пояснения отличное от схемы с ОБ расположение области режима насыщения

Рис.4.6. Входные и выходные характеристики БТ с ОЭ

 

В частности в схеме с ОЭ насыщение БТ наступает при выполнении условия Uкэ < Uбэ. В этом случае полярность напряжения на коллекторном переходе соответствует прямому смещению независимо от типа транзистора (р-п-р или п-р-п.). На рис. также показана возможность определения параметров транзистора через приращения токов и напряжений в заданной рабочей точке БТ.

 

Рис.4.7. Характеристики прямой передачи и обратной связи БТ с ОЭ

 

 

 

10. Системы параметров транзисторов Z,Y,H

В системе Z–параметров напряжения на входе и выходе четырехполюсника зависят от токов ;

Схема замещения БТ для системы Z- параметров приведена на рис.4.9.

Рис.4.9.

В этом случае сами параметры можно записать как:

– входное сопротивление транзистора; ( 4.6)

– сопротивление обратной связи транзистора; ( 4.7)

– сопротивление прямой передачи БТ; ( 4.8)

– выходное сопротивление. ( 2.24)

Для определения Z–параметров необходимо создать режим холостого хода (XX) во входной и выходной цепях. Осуществить режим холостого хода во входной цепи транзистора не представляет большого труда, так как сопротивление открытого эмиттерного перехода мало, тогда как выходная цепь четырехполюсника имеет большое сопротивление (коллекторный переход закрыт), поэтому осуществить режим холостого хода здесь затруднительно. К недостаткам Z–параметров можно отнести также низкочастотный диапазон их применения

 

В системе Y–параметров токи на входе и выходе четырехполюсника зависят от напряжений , ( 4.9)

Рис.4.10.Эквивалентная схема транзистора с использованием Y–параметров

Схема замещения транзистора с использованием Y–параметров (рис.4.10.), получена на основании уравнения (3.16). Генератор тока отражает наличие обратной связи в транзисторе, а генератор – влияние входного напряжения на выходной ток.

В этом случае можно определить параметры, как:

– входная проводимость; ( 4.10)

– проводимость обратной передачи; ( 4.11)

– проводимость прямой передачи; ( 4.12)

– выходная проводимость. ( 4.13)

Y–параметры имеют размерность проводимости и определяются в режиме короткого замыкания (КЗ) на входе и выходе транзистора.

Режим короткого замыкания легко осуществляется в выходной цепи транзистора, включением емкости параллельно. На входе трудно осуществить режим короткого замыкания из-за низкого входного сопротивления транзистора.

Достоинством системы Y–параметров является хорошее описание высокочастотных свойств транзистора, поскольку режим короткого замыкания на высоких частотах реализуется более просто. Эта система широко используется в расчетах усилителей и генераторов ВЧ диапазона, а Y–параметры ВЧ транзисторов приведены в справочниках.

Система H–параметров вводится как система, у которой независимыми являются Iвх и Uвых, а зависимыми Iвых и Uвх.

 

; (4.14)

. (4.15)

Эквивалентная схема транзистора, описанная системой H–параметров приведена на рис.4.11.

Рис.4.11.

Физический смысл H-параметров можно определить из условий к.з. на выходе и х.х. на входе,

– входное сопротивление; ( 4.16)

– коэффициент обратной связи по напряжению; ( 4.17)

– коэффициент передачи по току; (4. 18)

– выходная проводимость. ( 4.19)

Преимущество H–параметров состоит в удобстве их экспериментального определения в режимах близких к режимам работы транзисторов в практических схемах. Реализация режимов холостого хода на входе и короткого замыкания на выходе не изменяет выбранного режима работы по постоянному току.

Однако в записанном выше виде система является статической и для практического использования ее необходимо переписать не для постоянных напряжений и токов, а для их изменений в рабочей точке БТ.

В этом случае система h-параметров позволяет связать между собой амплитудные (действующие) значения переменных составляющих входных и выходных токов и напряжений.

Для расчета h-параметров удобно использовать семейства входных и выходных характеристик БТ. Рассмотрим порядок графоаналитического метода расчета h-параметров БТ с ОЭ. Для определения дифференциальных параметров и в заданной рабочей точке А (, , ) на линейном участке семейства входных характеристик необходимо выполнить построения, как показано на рис.4.6.а Найденные приращения токов и напряжений позволяют определить искомые параметры:

, (4.20)

. (4.21)

Параметры и определяются по семейству выходных характеристик. Обратите внимание на различие в обозначении статического коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ h_21Э и дифференциального параметра h_21э. В окрестности точки А' (, , ), соответствующей точке А на семействе входных характеристик, выполняют построения, как показано на рис. 4.6, б. Найденные приращения токов и напряжений позволяют определить искомые параметры:

, (4.22)

. (4.23)

Аналогично определяются h-параметры для транзистора с ОБ.

 

 

 

11.Системы Н-параметров биполярного транзистора

 

Связь между малыми приращениями токов и напряжений, действующих в транзисторе, устанавливается так называемыми характеристическими параметрами. Эти параметры определяются схемой включения транзистора. Существует несколько систем характеристических параметров. Наибольшее распространение получила система h-параметров, называемая смешанной или гибридной, так как среди параметров этой системы имеется одно сопротивление, одна проводимость и две безразмерные величины. h-параметры связывают входные и выходные токи и напряжения. Зависимости между входным напряжением U1 = Uбэ, входным током I1 = Iб, выходным напряжением U2 = Uкэ и выходным током I2 = Iк могут быть выражены системой двух уравнений: ΔU1 = h11ΔI1 + h12ΔU2, ΔI2 = h21ΔI1 + h22ΔU2, где h11э – входное сопротивление транзистора при коротком замыкании (по переменному току) на выходе транзистора; h12э – коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе (разомкнутом входе по переменному току); h21э – коэффициент усиления по току при коротком замыкании (по переменному току) на выходе транзистора; h22э – выходная проводимость транзистора при разомкнутом (по переменному току) входе. h11э = ΔUбэ / ΔIб при Uкэ = const; h12э = ΔUбэ / Uкэ при Iб = const; h21э = ΔIк / ΔIб при Uкэ = const; h22э = ΔIк / Uкэ при Iб = const. Индекс «э» обозначает, что данная система параметров относится к схеме с общим эмиттером. Для любой схемы включения транзисторов h-параметры могут быть определены по статическим характеристикам транзистора: параметры h11 и h12 – по входным (рис. 4.6, а, б), параметры h21 и h22 – по выходным (рис. 4.6, в, г).

 

Рис.4.6.Определение h-параметров по входным и выходным характеристикам

 

 

12. Работа БТ с нагрузкой, раб. Точка

 

Рабочим режимом транзистора принято называть его работу под нагрузкой. При подключении нагрузки для транзистора в выходную цепь усилителя (цепь коллектора в схемах ОБ и ОЭ или цепь эмиттера в схеме с ОК) возможно использование транзистора как в усилительном, так и ключевом режимах.

В последнем случае (как правило схема с ОЭ) входной сигнал, т.е. переключающий импульс, подается непосредственно в цепь базы транзистора без дополнительного смещения.

Рис.4.14. схема включения БТ с нагрузкой с ОЭ

 

В режиме переключения при минимальном напряжении на входе (Uвх. =0) транзистор закрыт и находится в режиме отсечки, а при максимальном входном напряжении Uвх ≥.Uпор ~ 0,4-0,5 В – транзистор открыт и находится в режиме насыщения.

В усилительном каскаде при отсутствии входного сигнала должны быть установлены постоянные значения токов и напряжений, которые определяют статический режим работы (режим по постоянному току или режим покоя) транзистора. Значения этих постоянных токов и напряжений определяются напряжениями источника питания и сопротивлениями смещения (элементами схемы усилителя) во входной и выходной цепях активного элемента. Соответствующая режиму покоя точка на ВАХ транзистора называется рабочей точкой.

Рис.4.15. Схема включения БТ с ОЭ с нагрузкой в качестве усилителя

 

 

Рис 4.16. Входная характеристики усилителя на БТ в схеме с ОЭ и вид сигнала в рабочей точке.

Положение рабочей точки выбирается с помощью внешних элементов схемы исходя из требуемого режима работы активного элемента. В простейшем варианте усилителя величины тока и напряжения в базовой цепи может задаваться аналогично цепи коллектора (рис.4.16.). Для эффективной работы транзистора в наиболее распространенном малосигнальном режиме работы положение рабочей точки должно выбираться в центре линейной части входной характеристики транзистора (рис.4.17).

Рис.4.17. Нагрузочная прямая на выходных характеристиках БТ в схеме с ОЭ

На рис. 4.17. представлено семейство выходных ВАХ транзистора, на котором показано положение рабочей точки, соответствующей активному режиму работы БТ. Из рис 4.17. можно увидеть, что изменения тока во входной цепи транзистора в пределах от Iб’ до Iб’’ усиливаясь транзистором, в выходной цепи, в соответствии с нагрузочной прямой, вызывают гораздо большие изменения тока и напряжения.

Рабочая точка в выходной цепи лежит на пересечении характеристики, соответствующей току базы для схемы рис 2.20.

, ( 4.30)

и нагрузочной прямой, которая задается уравнением

. ( 4.31)

 

Нагрузочная прямая строится по двум точкам, одна из которых лежит на оси абсцисс (), а другая – на оси ординат (). Точка А определяет постоянные составляющие коллекторного тока и напряжения . На семействе входных характеристик соответствующая рабочая точка находится на пересечении прямой и характеристики, соответствующей напряжению .

 

Пусть на входе действует переменное гармоническое напряжение с низкой частотой и малой амплитудой . При этом мгновенное значения напряжения и тока будут изменяться около среднего значения, определяемого рабочей точкой. Это изменение будет происходить в пределах линейной части входной характеристики (рис.2.20) и в пределах отрезка нагрузочной прямой на выходных характеристиках, который ограничен предельными значениями входного тока , .

Поскольку амплитуды входных и выходных токов и напряжений усилителя связаны соотношениями , если , и , если , то коэффициент усиления по напряжению

, ( 4.32)

а коэффициент усиления по мощности

. ( 4.33)

 

 

13. Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим р-п переходом, их статические характеристики

Структура полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа приведена на рис.5.1. На подложке из p-кремния создается тонкий слой полупроводника n-типа, выполняющий функции канала, т.е. токопроводящей области, сопротивление которой регулируется электрическим полем..

Рис.5.1. Устройство ПТ с управляющим p-n-переходом

Нижний p-n-переход изолирует канал от подложки и задает начальную толщину канала. Обычно выводы истока и подложки соединяют. Принцип действия ПТ с управляющим p-n-переходом основан на увеличении сопротивления активного слоя (канала) путем расширения p-n-перехода при подаче на него обратного напряжения. Для эффективного управления сопротивлением канала полупроводник, образующий область затвора легирован сильнее (p+), чем области канала (n), при этом расширение обедненного слоя происходит в сторону канала. Наиболее характерной чертой полевых транзисторов является высокое входное сопротивление, т.к. ток затвора мал, поэтому они управляются напряжением. слоями.

Рис.5.2. ПТ с управляющим р-п- переходом при U_зи = U_отс.

 

При сопротивление канала минимально , где – удельное сопротивление полупроводника канала; l, w – длина и ширина канала соответственно, h – расстояние между металлургическими границами n-слоя канала. Чем больше обратное напряжение на затворе , тем шире p-n-переходы, тоньше канал и выше его сопротивление. При некотором напряжении на затворе, называемом напряжением отсечки , канал полностью перекрывается обедненными Сопротивление канала ста