Приветствую всех на своем канале. Не буду делать долгих предисловий. Сегодня мы с Вами поговорим о транзисторах. И конечно же не о биполярных.
Проблема современного обучения отчасти состоит в том, что услышав слово «транзистор», студент представляет себе его УГО и ничего больше, и если «милостивый» преподаватель выдаст на паре безделушку на трех ножках «чтоб посмотрели», то человек видит перед собой только безделушку. В этой статье я постараюсь как можно проще рассказать Вам, что такое полевой транзистор и начнем мы конечно же со структурной схемы. Схемы...конденсатора. В одной из самых первых своих «мини-лекций» я уже знакомил Вас с этим элементом. Вспомним:
Чего не было в той статье, так это ВАХ и ВФХ конденсатора. Вспомним формулу емкости:
Или же:
Однако нас сейчас будет интересовать не совсем емкость. Задумаемся над тем, что будет происходить, если к одной обкладке такого конденсатора мы приложим больший потенциал, а к другой – меньший. Возникнет электрическое поле. Предположим теперь, что между обкладками будет находиться не диэлектрик, а полупроводник. Или еще более усложненная структура: сдвоенный p-n переход.
Рисунок 2 – Сдвоенный p-n переход
Изобразим этот «бутерброд» в виде схемки:
Я нарочно не стал подписывать выводы. Эта модель пока что слишком абстрактная, поэтому и о работе её будем говорить абстрактно.
Вспомним как ведет себя p-n переход, если мы приложим к нему напряжение в прямом смещении. Для этого достаточно рассмотреть ВАХ любого диода.
Если мы прикладываем положительный потенциал к аноду, то есть к p – области диод откроется и будет пропускать ток при достижении порогового значения. Если говорить применительно к рисунку 2, то мы используем только центральный верхний и нижний электроды. И что получается? Оба перехода открыты. То есть появляется канал, по которому может протекать ток.
Задействуем теперь боковые электроды: на один подаем питание, другой «садим на землю». Ток в канале будет зависеть от напряжения на центральных электродах. Верхний центральный электрод – это затвор, нижний соответственно – подложка. Теперь поговорим о том, что на рисунке 2 у нас четыре вывода, а на рисунке 3 всего два. Ошибка? Вовсе нет. Ведь мы уже соединили один из боковых электродов с землей, а задолго до этого мы проделали то же самое с подложкой. Теперь стоит сделать заметку: под землей здесь понимается именно некоторая локальная земля. Не заземление! И тем более не «общая шина» как многие любят выражаться. Потому как под общей шиной нужно понимать именно совокупность проводников, объединенных в один узел. Проводников, соединяющих выводы элементов, а уж никак не части их внутренней структуры на кристалле. Но, если на схеме у нас четыре вывода и два из них соединены и подключены к узлу с нулевым потенциалом, тогда да, речь будет идти уже об общей шине. Идем дальше: через канал протекает ток, а значит под его воздействием создается электрическое поле. Для того, чтобы нормально пояснить дальнейший механизм работы немного приблизим нашу модель от «совсем абстрактной» к «более реальной». Все знают (а я на это очень надеюсь!), что в месте контакта p и n областей образуется область пространственного заряда. А раз у нас есть p-n переходы, то и ОПЗ иметься должны.
На рисунке мы образно показали канал. При этом напряжение затвор-подложка (или как модно говорить «затвор-исток») невелико, но при этом его уровень позволяет создать и поддерживать существование этого самого канала. Увеличим разность потенциалов.
Теперь вспоминаем, что у нас есть еще одно электрическое поле. Когда у нас был очень узкий канал, мы это поле не учитывали: оно было слабым, потому что порождалось слабым током. Теперь же через канал бежит «ощутимый поток» носителей заряда. И если присмотреться к картинке, то область, в которой эти носители будут неосновными как бы «опоясывает» канал. То есть и это новое поле тоже будет играть свою роль: воздействовать на p-n переход. Как? А вот так:
Под действием поля канал сузился у одного из электродов. Сузился, но не закрылся полностью, потому что во-первых – напряжение затвор-исток мы не меняли, во-вторых – если канал станет слишком узким, чтобы по нему протекал ток, то поле, порождаемое этим током станет пренебрежимо малым, и в конце концов канал вновь откроется. То есть глядя на рисунок 8 мы можем смело утверждать: канал уже некоторой ширины стать не может. Давайте сделаем модель транзистора ещё более правдоподобной. Мы решили, что управляем шириной канала с помощью электрического поля, а не с помощью электрического тока. Притом мы видим, что электрод затвора касается канала. То есть, ток будет течь не напрямую через сток-исток, а еще и через сток-затвор. А мы этого не хотим. То есть, говорить о состоятельности модели в данном виде не приходится... Ну чтож, добавим в наш бутерброд еще один слой.
Теперь гораздо лучше! Затвор «контачит» с полупроводником через диэлектрик, большой утечки между контактами сток-затвор нет. Транзисторы, да и другие элементы, построенные с применением такой структуры называются МДП-транзисторы, то есть Металл-Диэлектрик-Полупроводник.
Теперь предположим, что у нас имеется триод ага, с четырьмя выводами, который имеет вот такую структуру:
Такая структура носит название «с управляющим p-n переходом». Думаю, Вам здесь всё понятно, принцип действия прост: подаем напряжение на затвор-исток (ну или затвор-подложка), тем самым изменяем ширину канала, соединяющего сток и исток.
Чтож, на этом пока всё. В этой статье мы с Вами поверхностно познакомились с полевыми транзисторами. В одной из следующих статей мы рассмотрим основные параметры транзисторов (ток стока, напряжения и многое-многое другое), а также поймем как меняется ОПЗ в зависимости от воздействующих на p-n переход факторов.
Спасибо, что читаете! Удачи в учебе и труде!
