Полевой транзистор с управляющим p-n переходом

Существует несколько разновидностей. В 1952 г. Шокли впервые описал унитрон – полевой транзистор плоской конфигурации. В транзисторе проводящий канал изолирован от затвора p-n переходами, смещенными в обратном направлении. По каналу между электродами стока и истока протекает ток основных носителей.

Истоком (И) называется электрод, от которого начинают движение (истекают) основные носители заряда в канале. Электрод, к которому движутся (стекают) носители заряда, называется стоком (С). Управляющее напряжение прикладывается к третьему электроду – затвору (З). Структура такого транзистора со схемой подачи напряжений и направлений тока изображена на рисунке 6.1. Допустим :

а) если , образуется равномерный р - п переход, чем больше напряжение | Uзи |, тем шире переход и уже проводящий канал;

б) если напряжение не равно нулю, то ширина канала неравномерна из-за падения напряжения на сопротивлении канала от тока стока I_c. В точке а напряжение равно U_а=U_зи, в точке б – U_б = U_зи + U_си.

Сечение канала сужается от истока к стоку.

Принцип работы транзистора с управляющим р - п переходом основан на изменении сопротивления канала за счет изменения под действием обратного напряжения ширины области р - п перехода, обедненной носителями заряда.При увеличении U_зи увеличивается р - п переход в сторону канала, поперечное сечение канала уменьшается, уменьшается ток стока. При большом напряжении затвора U_зи канал смыкается, ток стремится к нулю. Это напряжение U_зи между затвором и истоком называется напряжением отсечки U_зо.

Основными характеристиками транзистора являются стокозатворная I_c = f(U_зи) при U_си = const (рисунок 6.3,а) и стоковые или выходные характеристики I_c = f(U_cи) при U_зи = const (рисунок 6.3,б). На выходных характеристиках можно выделить две области: область 1 крутого изменения тока (линейный омический участок характеристики) и область П (нелинейный пологий, рабочий участок), соответствующую режиму насыщения. При малых U_cи расширение запирающего слоя незначительно. При увеличении U_cи ток стока увеличивается по закону Ома. С некоторого момента (U_cи = U_{cи нас}) наступает насыщение. Ток стока не растет с увеличением напряжения U_cи. Наступает своеобразное динамическое равновесие: увеличение тока стока вызывает увеличение падения напряжения на р - п переходе и сужение канала, которое уменьшает ток стока. Сужение идет в сторону стока. Сечение при этом минимально. Последующее увеличение U_cи не уменьшает сечение, а увеличивает длину узкого участка сечения, называемого «коридор» или «горловина». Поэтому ток стока постоянный.

В точке В напряжение стока достигает напряжения пробоя перехода. При дальнейшем увеличении U_cи увеличивается ток стока, и прибор может выйти из строя. При увеличении U_зи (следовательно, при меньших первоначальных сечениях) процессы аналогичны, но сужение канала наступает раньше, это приводит к более раннему выходу на участок насыщения. Ток стока ограничен на более низком уровне.

Стокозатворная или характеристика передачи I_c = f(U_зи) при U_си = const приведенана рисунке 6.3,а). Ее используют для вычисления параметра – крутизны характеристики S, показывающего эффективность управляющего действия затвора S = | _{Ucи = со nst}.

Другим важным параметром транзистора является выходное сопротивление | U_{зи =c onst} . Усилительные свойства полевых транзисторов характеризуются коэффициентом усиления | _{Uзи =c onst} , который связан с крутизной характеристики и выходным сопротивлением уравнением μ=R_i∙S.

Типовые значения параметров кремниевых полевых транзисторов с управляющим р - п переходом следующие: S = 0,3…3 мА/В; R_i = 0,1…1 МОм; μ; = 10…100. Кроме того, в справочниках приводятся параметры, характеризующие физические и электрические свойства транзисторов, например, сопротивление затвора R_з =(10⁹ – 10¹²Ом); сопротивление канала R_к = (50…800 Ом); емкость затвора С_з =(0,2…10 пФ) и др.

Основными преимуществами полевых транзисторов с управляющим переходом являются высокое входное сопротивление, малые шумы, простота изготовления, отсутствие в открытом состоянии остаточного напряжения между стоком и истоком открытого транзистора.

Разновидность полевого транзистора с цилиндрическими электродами называется текнетроном. У него выше крутизна характеристики. Полевой транзистор с кольцеобразными электродами и дополнительным дисковым управляющим электродом – престриктором – называется алкатрон. Получается он вращением унитрона вокруг вертикальной оси через сток (рисунок 6.4).