Tranzistoare cu efect de câmp

Tranzistoarele cu efect de câmp (unipolare) sunt împărțite în tranzistoare cu o joncțiune p-n de control (Fig. 1) și cu o poartă izolată. Dispozitivul unui tranzistor cu efect de câmp cu o joncțiune p-n de control este mai simplu decât unul bipolar.

Într-un tranzistor cu canale n, purtătorii de sarcină principali din canal sunt electroni care se deplasează de-a lungul canalului de la o sursă cu potențial scăzut la o scurgere cu potențial mai mare, formând un curent de drenaj Ic. Se aplică o tensiune inversă între poarta și sursa FET-ului, care blochează joncțiunea p-n formată de regiunea n a canalului și regiunea p a porții.

Astfel, într-un FET cu canale n, polaritățile tensiunilor aplicate sunt următoarele: Usi> 0, Usi≤0. Când se aplică o tensiune de blocare la joncțiunea pn dintre poartă și canal (vezi Fig. 2, a), la limitele canalului apare un strat uniform, epuizat în purtători de sarcină și cu rezistență mare.

Orez. 1. Structura (a) și circuitul (b) ale unui tranzistor cu efect de câmp cu o poartă sub forma unei joncțiuni p-n și un canal de tip n; 1,2 — zone de canal și portal; 3,4,5 — concluziile sursei, scurgerii, închisorii

Orez. 2. Lățimea canalului în tranzistorul cu efect de câmp la Usi = 0 (a) și la Usi> 0 (b)

Aceasta duce la o reducere a lățimii canalului conductor. Când se aplică o tensiune între sursă și dren, stratul de epuizare devine neuniform (Fig. 2, b), secțiunea transversală a canalului în apropierea drenului scade și conductivitatea canalului scade și ea.

Caracteristicile VAH ale FET sunt prezentate în Fig. 3. Aici, dependențele curentului de dren Ic de tensiunea Usi la o tensiune de poartă constantă Uzi determină caracteristicile de ieșire sau dren ale tranzistorului cu efect de câmp (Fig. 3, a).

Orez. 3. Caracteristicile volt-amperi de ieșire (a) și transfer (b) ale tranzistorului cu efect de câmp.

În secțiunea inițială a caracteristicilor, curentul de scurgere crește odată cu creșterea Umi. Pe măsură ce tensiunea sursă-dren crește la Usi = Uzap– [Uzi], canalul se suprapune și crește în continuare curentul Ic se oprește (regiune de saturație).

O tensiune negativă de la poartă la sursă Uzi are ca rezultat valori mai mici ale tensiunii Uc și curentului Ic unde canalul se suprapune.

O creștere suplimentară a tensiunii Usi duce la ruperea joncțiunii p — n dintre poartă și canal și dezactivează tranzistorul. Caracteristicile de ieșire pot fi utilizate pentru a construi caracteristica de transfer Ic = f (Uz) (Fig. 3, b).

În secțiunea de saturație, este practic independent de tensiunea Usi. Arată că în absența tensiunii de intrare (poartă - dren), canalul are o anumită conductivitate și curge un curent numit curent de dren inițial Ic0.

Pentru a „bloca” eficient canalul, este necesar să se aplice o tensiune de întrerupere Uotc la intrare.Caracteristica de intrare a FET - dependența curentului de scurgere a porții I3 de poartă - tensiunea sursei - nu este de obicei utilizată, deoarece la Uzi < 0 joncțiunea p-n dintre poartă și canal este închisă, iar curentul de poartă este foarte mic (I3 = 10-8 … 10-9 A), deci în multe cazuri poate fi neglijat.

Ca și în acest caz tranzistoare bipolare, câmpurile au trei circuite de comutare: cu o poartă comună, dren și sursă (Fig. 4). Caracteristica de transfer I-V a unui tranzistor cu efect de câmp cu o joncțiune p-n de control este prezentată în Fig. 3, b.

Orez. 4. Schema de comutare a unui tranzistor cu efect de câmp cu sursă comună cu o joncțiune p-n-de control

Principalele avantaje ale tranzistoarelor cu efect de câmp cu o joncțiune p-n de control față de cele bipolare sunt impedanța mare de intrare, zgomotul scăzut, ușurința de producție, căderea scăzută de tensiune în canalul complet deschis.Totuși, tranzistoarele cu efect de câmp au un astfel de dezavantaj precum: trebuie să lucrați în regiuni negative ale I — caracteristica V, ceea ce complică schema.

Doctor în științe tehnice, profesor L.A. Potapov