Feldeffekttransistoren

Feldeffekttransistoren (unipolar) werden in Transistoren mit Steuer-pn-Übergang (Abb. 1) und mit isoliertem Gate unterteilt. Das Gerät eines Feldeffekttransistors mit einem Steuer-pn-Übergang ist einfacher als ein bipolarer.

In einem n-Kanal-Transistor sind die Hauptladungsträger im Kanal Elektronen, die sich entlang des Kanals von einer Quelle mit niedrigem Potential zu einem Drain mit höherem Potential bewegen und dabei einen Drain-Strom Ic bilden. Zwischen Gate und Source des FET wird eine Sperrspannung angelegt, die den pn-Übergang blockiert, der durch den n-Bereich des Kanals und den p-Bereich des Gates gebildet wird.

Somit sind in einem n-Kanal-FET die Polaritäten der angelegten Spannungen wie folgt: Usi > 0, Usi ≤ 0. Beim Anlegen einer Sperrspannung an den pn-Übergang zwischen Gate und Kanal (siehe Abb. 2, a) entsteht an den Kanalgrenzen eine gleichmäßige, an Ladungsträgern verarmte und hochohmige Schicht.

Reis. 1. Aufbau (a) und Schaltung (b) eines Feldeffekttransistors mit einem Gate in Form eines pn-Übergangs und einem n-Typ-Kanal; 1,2 – Kanal- und Portalzonen; 3,4,5 – Schlussfolgerungen der Quelle, des Abflusses, des Gefängnisses

Reis. 2. Kanalbreite im Feldeffekttransistor bei Usi = 0 (a) und bei Usi > 0 (b)

Dies führt zu einer Verringerung der Breite des leitenden Kanals. Wenn zwischen Source und Drain eine Spannung angelegt wird, wird die Sperrschicht uneben (Abb. 2, b), der Querschnitt des Kanals in der Nähe des Drains nimmt ab und auch die Leitfähigkeit des Kanals nimmt ab.

Die VAH-Eigenschaften des FET sind in Abb. dargestellt. 3. Dabei bestimmen die Abhängigkeiten des Drainstroms Ic von der Spannung Usi bei konstanter Gatespannung Uzi die Ausgangs- bzw. Draincharakteristik des Feldeffekttransistors (Abb. 3, a).

Reis. 3. Ausgangs- (a) und Übertragungs- (b) Volt-Ampere-Kennlinien des Feldeffekttransistors.

Im Anfangsabschnitt der Kennlinie steigt der Drainstrom mit zunehmendem Umi. Wenn die Source-Drain-Spannung auf Usi = Uzap– [Uzi] ansteigt, überlappt sich der Kanal und ein weiterer Anstieg des Stroms Ic stoppt (Sättigungsbereich).

Eine negative Gate-Source-Spannung Uzi führt zu niedrigeren Werten der Spannung Uc und des Stroms Ic an den Überlappungsstellen der Kanäle.

Ein weiterer Anstieg der Spannung Usi führt zum Durchbruch des p-n-Übergangs zwischen Gate und Kanal und sperrt den Transistor. Aus den Ausgangskennlinien lässt sich die Übertragungskennlinie Ic = f (Uz) konstruieren (Abb. 3, b).

Im Sättigungsabschnitt ist sie praktisch unabhängig von der Spannung Usi. Es zeigt, dass der Kanal bei fehlender Eingangsspannung (Gate-Drain) eine bestimmte Leitfähigkeit aufweist und einen Strom fließt, der als anfänglicher Drain-Strom Ic0 bezeichnet wird.

Um den Kanal effektiv zu „sperren“, ist es notwendig, eine Unterbrechungsspannung Uotc an den Eingang anzulegen.Die Eingangskennlinie des FET – die Abhängigkeit des Gate-Drain-Stroms I3 von der Gate-Source-Spannung – wird üblicherweise nicht genutzt, da bei Uzi < 0 der p-n-Übergang zwischen Gate und Kanal geschlossen ist und der Gate-Strom geschlossen ist sehr klein (I3 = 10-8 … 10-9 A), daher kann es in vielen Fällen vernachlässigt werden.

Wie in diesem Fall BipolartransistorenDie Felder verfügen über drei Schaltkreise: mit einem gemeinsamen Gate, Drain und Source (Abb. 4). Die IV-Übertragungscharakteristik eines Feldeffekttransistors mit einem Steuer-pn-Übergang ist in Abb. dargestellt. 3, geb.

Reis. 4. Schaltschema eines Common-Source-Feldeffekttransistors mit Steuer-pn-Übergang

Die Hauptvorteile von Feldeffekttransistoren mit Steuer-pn-Übergang gegenüber bipolaren Transistoren sind hohe Eingangsimpedanz, geringes Rauschen, einfache Herstellung und geringer Spannungsabfall im vollständig offenen Kanal. Feldeffekttransistoren haben jedoch einen Nachteil wie den müssen in negativen Bereichen der I-V-Charakteristik arbeiten, was das Schema verkompliziert.

Doktor der technischen Wissenschaften, Professor L.A. Potapov