Tranzistori s efektom polja

Tranzistori s efektom polja (unipolarni) dijele se na tranzistore s kontrolnim p-n-spojem (slika 1) i s izoliranim vratima. Uređaj tranzistora s efektom polja s kontrolnim p-n spojem jednostavniji je od bipolarnog.

U n-kanalnom tranzistoru, glavni nositelji naboja u kanalu su elektroni koji se kreću duž kanala od izvora niskog potencijala do odvoda višeg potencijala, tvoreći struju odvoda Ic. Reverzni napon se primjenjuje između vrata i izvora FET-a, koji blokira p-n spoj koji čine n-područje kanala i p-područje vrata.

Dakle, u n-kanalnom FET-u, polariteti primijenjenih napona su sljedeći: Usi> 0, Usi≤0. Kada se blokirajući napon primijeni na pn spoj između vrata i kanala (vidi sliku 2, a), na granicama kanala pojavljuje se jednolik sloj, osiromašen nosiocima naboja i s visokim otporom.

Riža. 1. Struktura (a) i sklop (b) tranzistora s efektom polja s vratima u obliku p-n spoja i n-tipa kanala; 1,2 — zone kanala i portala; 3,4,5 — zaključci izvora, odvod, zatvor

Riža. 2. Širina kanala u tranzistoru s efektom polja pri Usi = 0 (a) i pri Usi> 0 (b)

To dovodi do smanjenja širine provodnog kanala. Kada se napon primijeni između izvora i odvoda, osiromašeni sloj postaje neravnomjeran (slika 2, b), poprečni presjek kanala u blizini odvoda se smanjuje, a vodljivost kanala također se smanjuje.

VAH karakteristike FET-a prikazane su na sl. 3. Ovdje ovisnosti struje odvoda Ic o naponu Usi pri konstantnom naponu vrata Uzi određuju karakteristike izlaza ili odvoda tranzistora s efektom polja (slika 3, a).

Riža. 3. Izlazna (a) i prijenosna (b) volt-amperska karakteristika tranzistora s efektom polja.

U početnom dijelu karakteristike struja odvoda raste s povećanjem Umi. Kako se napon izvor-odvod povećava na Usi = Uzap– [Uzi], kanal se preklapa i daljnji porast struje Ic prestaje (područje zasićenja).

Negativan napon vrata-izvor Uzi rezultira nižim vrijednostima napona Uc i struje Ic gdje se kanal preklapa.

Daljnji porast napona Usi dovodi do proboja p — n spoja između vrata i kanala i onesposobljava tranzistor. Izlazne karakteristike mogu se koristiti za konstrukciju prijenosne karakteristike Ic = f (Uz) (slika 3, b).

U dijelu zasićenja je praktički neovisan o naponu Usi. Pokazuje da u nedostatku ulaznog napona (gate - drain), kanal ima određenu vodljivost i teče struja koja se naziva početna struja odvoda Ic0.

Da bi se kanal učinkovito "zaključao", potrebno je na ulaz primijeniti prekidni napon Uotc.Ulazna karakteristika FET-a - ovisnost struje odvoda vrata I3 o naponu izvora - obično se ne koristi, jer pri Uzi < 0 p-n spoj između vrata i kanala je zatvoren i struja vrata je vrlo mali (I3 = 10-8 … 10-9 A), pa se u mnogim slučajevima može zanemariti.

Kao i u ovom slučaju bipolarni tranzistori, polja imaju tri sklopna kruga: sa zajedničkim vratima, odvodom i izvorom (slika 4). I-V prijenosna karakteristika tranzistora s efektom polja s kontrolnim p-n spojem prikazana je na sl. 3, b.

Riža. 4. Preklopna shema tranzistora s efektom polja sa zajedničkim izvorom i upravljačkim p-n-spojem

Glavne prednosti tranzistora s efektom polja s kontrolnim p-n-spojem u odnosu na bipolarne su visoka ulazna impedancija, niska buka, jednostavnost proizvodnje, mali pad napona u potpuno otvorenom kanalu.Međutim, tranzistori s efektom polja imaju takav nedostatak kao što je treba raditi u negativnim područjima I — V karakteristike, što komplicira shemu.

Doktor tehničkih znanosti, profesor L.A. Potapov