ПТ с управляющим pn-переходом

Имеют три вывода. Носители заряда двигаются от истока к стоку через расположенный между ними канал. Сопротивление канала управляется напряжением между затвором и истоком.

В дальнейшем будем по умолчанию говорить о транзисторах с каналом n-типа.

Принцип действия

Полевой транзистор работает следующим образом. При отсутствии напряжения на входе основные носители заряда - электроны под действием ускоряющего электрического ноля в канале (E = 10⁵Q10⁴ В/см) дрейфуют в направлении от истока к стоку, в то время как p-n переход для них заперт. Ток I_С, создаваемый этими электронами, определяется как напряжением стока U_СИ, так и сопротивлением канала. Последнее зависит от поперечного сечения канала, которое ограничивается pn-переходом (заштрихованная область). Поскольку потенциал электрического поля линейно возрастает от истока к стоку вдоль канала, толщина pn-перехода минимальна вблизи истока и максимальна вблизи стока, и канал сужается вдоль pn-перехода от стока к истоку. Таким образом, наибольшим сопротивлением канал обла­дает в наиболее узкой своей части.

Если в результате подачи к затвору переменного напряжения сигнала результирующее обратное напряжение на затворе U_ЗИ повысятся, то толщина pn-перехода по всей его длине увеличится, а площадь сечения канала и, следователь­но, ток в цепи стока уменьшаются. На рисунке, а изображена характеристика прямой передачи I_С =f(U_ЗИ).

а) б)

Характеристики прямой передачи (а) и выходные (б) ПТ с управляющим p-n переходом.

Указанный эффект будет тем сильнее, чем больше удельное сопротивление материала полупроводника, поэтому полевые транзисторы выполняют из высокоомного материала. При больших обратных напряжениях на затворе U_ЗИ0 сечение канала в его узкой части станет равным нулю и ток через канал прекратится. Такой режим называется режимом отсечки.

Параметры ПТ

Основным параметрам, используемым при расчете усилительного каскада с полевым транзистором, является статическая крутизна характеристики прямой передачи, т. е. отношение изменения тока стока к напряжению между затвором и истоком:

Дифференциальное выходное сопротивление здесь определяется как

, Ом, .

Оно составляет, примерно десятки — сотни ком. Статический коэффициент усиления по напряжению m=DU_СИ/DU_ЗИ =S'R_i .

Междуэлектродные емкости затвор-исток С_ЗИ затвор-сток С_ЗС и сток-исток С_СИ. Для маломощных транзисторов С_ЗИ=3 пФ, С_ЗС=2 пФ и С_СИ=0,2 пФ.

Полевой транзистор можно использовать как переменный резистор, управляемый напряжении (в первой области). На втором участке, где линии идут практически горизонтально, транзистор работает как усилительный элемент.