Veldeffecttransistors

Veldeffect (unipolaire) transistors zijn onderverdeeld in transistors met een pn-overgang (Fig. 1) en met een geïsoleerde poort. Het apparaat van een veldeffecttransistor met een pn-besturingsovergang is eenvoudiger dan een bipolaire.

In een n-kanaaltransistor zijn de belangrijkste ladingsdragers in het kanaal elektronen die langs het kanaal bewegen van een laagpotentiaalbron naar een hogerpotentiaalafvoer, waardoor een afvoerstroom Ic wordt gevormd. Er wordt een sperspanning aangelegd tussen de poort en de bron van de FET, die de pn-overgang blokkeert die wordt gevormd door het n-gebied van het kanaal en het p-gebied van de poort.

In een n-kanaal FET zijn de polariteiten van de aangelegde spanningen dus als volgt: Usi> 0, Usi ≤0. Wanneer een blokkeerspanning wordt aangelegd op de pn-overgang tussen de poort en het kanaal (zie figuur 2, a), verschijnt een uniforme laag, verarmd in ladingsdragers en met hoge weerstand, aan de kanaalgrenzen.

Rijst. 1. Structuur (a) en schakeling (b) van een veldeffecttransistor met een poort in de vorm van een pn-overgang en een n-type kanaal; 1,2 - kanaal- en portaalzones; 3,4,5 — conclusies van de bron, de afvoer, de gevangenis

Rijst. 2. Kanaalbreedte in de veldeffecttransistor bij Usi = 0 (a) en bij Usi> 0 (b)

Dit leidt tot een verkleining van de breedte van het geleidingskanaal. Wanneer een spanning wordt aangelegd tussen de bron en de afvoer, wordt de uitputtingslaag ongelijkmatig (Fig. 2, b), neemt de dwarsdoorsnede van het kanaal nabij de afvoer af en neemt ook de geleidbaarheid van het kanaal af.

De VAH-karakteristieken van de FET worden getoond in Fig. 3. Hier bepalen de afhankelijkheid van de afvoerstroom Ic van de spanning Usi bij een constante poortspanning Uzi de uitvoer- of afvoerkarakteristieken van de veldeffecttransistor (Fig. 3, a).

Rijst. 3. Output (a) en overdracht (b) volt-ampère-karakteristieken van de veldeffecttransistor.

In het eerste deel van de karakteristieken neemt de afvoerstroom toe met toenemende Umi. Naarmate de source-drain-spanning toeneemt tot Usi = Uzap– [Uzi], overlapt het kanaal en stopt de verdere toename van de stroom Ic (verzadigingsgebied).

Een negatieve gate-to-source spanning Uzi resulteert in lagere waarden van de spanning Uc en stroom Ic waar het kanaal overlapt.

Een verdere toename van de spanning Usi leidt tot het doorbreken van de p - n-overgang tussen de poort en het kanaal en schakelt de transistor uit. De uitgangskarakteristieken kunnen worden gebruikt om de overdrachtskarakteristiek Ic = f (Uz) te construeren (Fig. 3, b).

In het verzadigingsgedeelte is het praktisch onafhankelijk van de spanning Usi. Het laat zien dat bij afwezigheid van ingangsspanning (gate - drain), het kanaal een bepaalde geleidbaarheid heeft en een stroom vloeit die de initiële drainstroom Ic0 wordt genoemd.

Om het kanaal effectief te "vergrendelen", is het nodig om een ​​onderbrekingsspanning Uotc op de ingang aan te leggen.De ingangskarakteristiek van de FET - de afhankelijkheid van de poortafvoerstroom I3 van de poort - bronspanning - wordt meestal niet gebruikt, omdat bij Uzi < 0 de pn-overgang tussen de poort en het kanaal gesloten is en de poortstroom is zeer klein (I3 = 10-8 … 10-9 A), dus in veel gevallen te verwaarlozen.

Zoals in dit geval bipolaire transistorenhebben de velden drie schakelcircuits: met een gemeenschappelijke gate, drain en source (fig. 4). De I-V-overdrachtskarakteristiek van een veldeffecttransistor met een pn-besturingsovergang wordt getoond in Fig. 3, geb.

Rijst. 4. Schakelschema van een common-source veldeffecttransistor met een besturing pn-overgang

De belangrijkste voordelen van veldeffecttransistors met een controle-pn-overgang ten opzichte van bipolaire zijn hoge ingangsimpedantie, lage ruis, gemakkelijke productie, lage spanningsval in het volledig open kanaal.. Veldeffecttransistors hebben echter het nadeel dat de moeten werken in negatieve regio's van I - de V-karakteristiek, wat het schema ingewikkelder maakt.

Doctor in de technische wetenschappen, professor L.A. Potapov