Полевые транзисторы. 
Анализ сферы применения электроники

Полевой транзистор является очень широко используемым активным (т. е. способным усиливать сигналы) полупроводниковым прибором. Впервые он был предложен в 1930 году.

Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля (в биполярных транзисторах выходной ток управляется входным током).

Полевые транзисторы называют также униполярными, так как в процессе протекания электрического тока участвуют только основные носители.

Различают два вида полевых транзисторов: с управляющим переходом и с изолированным затвором.

Устройство полевого транзистора. Схематическое изображение структуры полевого транзистора с управляющим переходом и каналом p-типа приведено на рис 4.1,а условное графическое обозначение этого транзистора — на рис. 4.2,а. Стрелка указывает направление от слоя p к слою n (как и стрелка в изображении эмиттера биполярного транзистора). В интегральных микросхемах линейные размеры транзисторов могут быть меньше 1 мкм.

Рис. 4.1 Структура полевого транзистора

Рис. 4.2. Графическое изображение полевого транзистора

а) с управляющим переходом и каналом p-типа;

б) с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа Удельное сопротивление слоя n (затвора) намного меньше удельного сопротивления слоя p (канала), поэтому область p-n-перехода, обедненная подвижными носителями заряда и имеющая очень большое удельное сопротивление, расположена главным образом в слое p.

Если типы проводимости слоев полупроводника в рассмотренном транзисторе изменить на противоположные, то получим полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа. Его условное графическое обозначение представлено на рис. 4.2,б.

Схемы включения транзистора. Для полевого транзистора, как и для биполярного, выделяют три схемы включения. Для полевого транзистора это схемы с общим затвором (ОЗ), общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС). Наиболее часто используют схемы с общим истоком (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Схема включения полевого транзистора с общим истоком (ОИ)

Так как в рабочем режиме, а, входными характеристиками обычно не пользуются. Например, для транзистора КП103Л для тока утечки затвора Iз.ут при t<85°C выполняется условие .

Выходные (стоковые) характеристики. Выходной характеристикой называют зависимость вида.

.

где f — некоторая функция.

Полевой транзистор характеризуется следующими предельными параметрами (смысл которых понятен из обозначений): Uис.макс, Uзс.макс, Рмакс.

Для транзистора КП103Л Uис.макс=10 В, Uзс.макс=15 В, Рмакс=120 мВт (все при t=85°С).

Стокозатворные характеристики (характеристики передачи, передаточные, переходные, проходные характеристики). Стокозатворной характеристикой называют зависимость вида.

const,.

где f — некоторая функция.

Такие характеристики не дают принципиально новой информации по сравнению с выходными, но иногда более удобны для использования. Для некоторых транзисторов задается максимальное (по модулю) допустимое отрицательное напряжение uзи, например, для транзистора 2П103Д это напряжение не должно быть по модулю больше чем 0,5 В.

Параметры, характеризующие свойства транзистора усиливать напряжение.

Крутизна стокозатворной характеристики S (крутизна характеристики полевого транзистора):

.

Обычно задается uзи=0. При этом для транзисторов рассматривается крутизна максимальная Для КП103Л S=1,8…3,8 мА/В при uис=0, t=20°C.

Внутреннее дифференциальное сопротивление Rис.диф (внутреннее сопротивление) определяется выражением:

.

Для КП103Л при uис=10 В, uзи=0.

Коэффициент усиления

.

Можно отметить, что.

.

Для КП103Л при S=2 мА/В и Rис.диф=25 кОм М=2 (мА/В)?25 кОм=50.

Принципы управления параметрами электронного активного элемента, заложенные в полевых транзисторах, могут быть реализованы в более сложных электронных устройствах. К таким устройствам можно отнести ячейку памяти на основе полевого транзистора с изолированным затвором (флэш-память). Устройства флэш-памяти являются современными быстродействующими программируемыми постоянными запоминающими устройствами (ППЗУ) с электрической записью и электрическим стиранием информации (ЭСП-ПЗУ). Эти устройства являются энергонезависимыми, так как информация не стирается при отключении питания, выдерживают не менее 100 000 циклов записи/стирания.

Одной из разновидностей приборов, реализующих принципы полевых транзисторов, являются полупроводниковые приборы с зарядовой связью (ПЗС). Приборы с зарядовой связью используются:

• · в запоминающих устройствах ЭВМ;
• · в устройствах преобразования световых (оптических) сигналов в электрические.