Будова та принцип роботи польових транзисторів з керуючим p-n переходом

Польовий транзистор з керуючим p-n переходом – це напівпровідниковий прилад, в якому струм створюється тільки основними носіями зарядів під дією повздовжнього електричного поля. А керування цим струмом здійснюється поперечним електричним полем, яке створюється напругою, що прикладена до керуючого електроду.

Польовий транзистор має три напівпровідникові ділянки одного і того ж типу провідності, які називають витоком, каналом і стоком, а також клерувальний електрод – затвор.

Виділяють два типи польових транзисторів з p-n переходом:

· з p-каналом;

· з n-каналом.

На рис.1 приведена будова і умовно-графічне позначення польових транзисторів з p та n-каналами. Канал протікання струму являє собою шар напівпровідника n або p-типу і розташований між двома p-n переходами. Канал має контакти із зовнішніми електродами. Електрод (вивід), від якого витікають основні заряди називається витоком(В), а електрод до якого вони стікаються (рухаються), називається стоком(С).

На бічні поверхні каналу наносять шар напівпровідника з протилежним (в порівнянні з каналом) типом провідності. Обидва шари електрично з'єднані і мають зовнішній електрод, що називається затвором(С). Між затвором і каналом виникають два p-n переходи (затвор має підвищену концентрацію основних носіїв).

Рис.1. Будова ПТ з керуючим p-n переходом та умовні позначення: а – з каналом p-типу; б – з каналом n-типу.

Принцип дії ПТ розглянемо на прикладі транзистора з n-каналом. Вхідна (керуюча) напруга U_зв подається між затвором і витоком. При чому на затвор подається зворотна щодо витоку напруга (зворотне ввімкнення p-n переходів). Вихідна напруга U_св подається між стоком і витоком і створює в каналі повздовжнє електричне поле, за рахунок якого через канал рухаються основні носії зарядів (електрони), створюючи струм стоку I_с .

При зміні вхідної напруги U_зв змінюється ширина p-n переходів, при цьому змінюється переріз каналу, а отже його провідність і відповідно відповідно вихідний струм стоку I_с . Розглянемо наступні випадки:

1. При відсутності напруги на затворі p-n переходи закриті власним внутрішнім полем, ширина їх мінімальна, ширина каналу максимальна і струм стоку буде максимальний, тобто:

U_зв = 0 ; І_с1 = I_{с max}

2. При збільшенні закриваючої напруги на затворі ширина p-n переходів збільшується, а ширина каналу і струм стоку зменшується:

|U_зв| > 0 ; І_с2 < І_с1

3. При досить великих напругах на затворі ширина p-n переходів може збільшитися настільки, що вони перекриються, струм стоку стане рівний нулеві:

|U_зв| >> 0 ; І_с3 = 0

Напруга на затворі при якій струм стоку рівний нулеві, називається напругою відсікання (U_відс).

На провідність каналу ПТ з керуючим p-n переходом впливає як напруга U_зв так і напруга U_св . Вплив напруг на провідність каналу показана на рис.2. :

Рис.2. Вплив напруг на провідність каналу ПТ з керуючим p-n переходом: а) при U_св = 0 ; б) при U_зв = 0

· Зміна напруги на затворі U_зв при U_св = 0 приводить до зміни провідності каналу за рахунок зміни його перерізу , причому величина перерізу вздовж всього каналу однакова. Так як U_св = 0, то вихідний струм І_с = 0 (дивись Рис.2);

· Якщо напруга на звороті відсутня (U_зв = 0), то при U_св > 0через канал протікає струм І_с . Внаслідок цього виникає спад напруги, що зростає у напрямку стоку. Відповідно, потенціали точок каналу вздовж нього неоднакові: зростають у напрямку стоку від нуля до U_св . Потенціали точок p-області відносно витоку визначається потенціалом затвора відносно витоку (в даному випадку рівний нулеві). А тому, прикладена до p-n переходів зворотна напруга, зростає у напрямку витік-стік і p-n переходи розширюються у напрямку стоку. Це приводить до зменшення ширини каналу. Підвищення напруги U_св викликає збільшення спаду напруги у каналі і подальше зменшення його ширини, а отже і провідності каналу. При деякому значенні напруги U_св звуження каналу наступає до його перекриття. Наступає стан, при якому зростає опір каналу, що приводить до обмеження і зупинки росту струму І_с (режим насичення).

Поиск по сайту: