Tranzistorji z učinkom polja

Tranzistorji z učinkom na polju (unipolarni) so razdeljeni na tranzistorje s krmilnim p-n-spojom (slika 1) in z izoliranimi vrati. Naprava poljskega tranzistorja s krmilnim p-n spojem je preprostejša od bipolarne.

V n-kanalnem tranzistorju so glavni nosilci naboja v kanalu elektroni, ki se gibljejo vzdolž kanala od vira z nizkim potencialom do odtoka z višjim potencialom in tvorijo odvodni tok Ic. Med vrati in izvorom FET-ja se uporabi povratna napetost, ki blokira p-n spoj, ki ga tvorita n-območje kanala in p-območje vrat.

Tako so v n-kanalnem FET-ju polaritete uporabljenih napetosti naslednje: Usi> 0, Usi≤0. Ko se blokirna napetost uporabi za pn spoj med vrati in kanalom (glej sliko 2, a), se na mejah kanala pojavi enotna plast, osiromašena z nosilci naboja in z visoko odpornostjo.

riž. 1. Struktura (a) in vezje (b) tranzistorja z učinkom polja z vrati v obliki p-n spoja in kanala n-tipa; 1,2 — cone kanala in portala; 3,4,5 — zaključki vira, odtoka, zapora

riž. 2. Širina kanala v tranzistorju z učinkom polja pri Usi = 0 (a) in pri Usi> 0 (b)

To vodi do zmanjšanja širine prevodnega kanala. Ko se napetost uporablja med izvorom in odtokom, postane osiromašena plast neenakomerna (slika 2, b), prečni prerez kanala v bližini odtoka se zmanjša, prevodnost kanala pa se zmanjša.

Značilnosti VAH FET so prikazane na sl. 3. Tukaj odvisnosti odtočnega toka Ic od napetosti Usi pri konstantni napetosti vrat Uzi določajo izhodne ali odtočne karakteristike tranzistorja na polju (slika 3, a).

riž. 3. Izhodna (a) in prenosna (b) volt-amperska karakteristika tranzistorja z učinkom polja.

V začetnem delu karakteristike odvodni tok narašča z naraščanjem Umi. Ko se napetost izvor-odvod poveča na Usi = Uzap– [Uzi], se kanal prekriva in nadaljnje povečanje toka Ic se ustavi (območje nasičenosti).

Negativna napetost od vrat do izvora Uzi povzroči nižje vrednosti napetosti Uc in toka Ic, kjer se kanal prekriva.

Nadaljnje povečanje napetosti Usi povzroči razpad p-n spoja med vrati in kanalom ter onemogoči tranzistor. Izhodne karakteristike se lahko uporabijo za konstrukcijo prenosne karakteristike Ic = f (Uz) (slika 3, b).

V delu nasičenosti je praktično neodvisen od napetosti Usi. Kaže, da ima kanal v odsotnosti vhodne napetosti (gate - drain) določeno prevodnost in teče tok, imenovan začetni odtočni tok Ic0.

Za učinkovito "zaklepanje" kanala je potrebno na vhod uporabiti prekinitveno napetost Uotc.Vhodna karakteristika FET - odvisnost odtočnega toka I3 vrat od napetosti vira - se običajno ne uporablja, ker je pri Uzi < 0 p-n spoj med vrati in kanalom zaprt in tok vrat je zelo majhen (I3 = 10-8 … 10-9 A), zato ga je v mnogih primerih mogoče zanemariti.

Kot v tem primeru bipolarni tranzistorji, polja imajo tri preklopna vezja: s skupnimi vrati, odtokom in virom (slika 4). Prenosna karakteristika I-V tranzistorja na učinku polja s krmilnim p-n spojem je prikazana na sl. 3, b.

riž. 4. Preklopna shema tranzistorja s skupnim izvorom polja s krmilnim p-n-stikom

Glavne prednosti poljskih tranzistorjev s krmilnim p-n-spojom pred bipolarnimi so visoka vhodna impedanca, nizek hrup, enostavna izdelava, majhen padec napetosti v popolnoma odprtem kanalu, vendar pa imajo tranzistorji na polju takšno pomanjkljivost, kot je morajo delovati v negativnih območjih I — V karakteristike, kar zaplete shemo.

Doktor tehničnih znanosti, profesor L.A. Potapov