Полевые транзисторы

Полевой транзистор — это электронный прибор, предназначенный для усиления сигналов. Регулировка выходного тока этого транзистора производится за счет электрического поля (напряжением), поэтому его входное сопротивление на низких частотах очень велико. Полевые транзисторы разрабатывались в качестве замены электронно-вакуумной лампы, поэтому их характеристики во многом похожи. В последнее время часто используется английское обозначение полевых транзисторов — FET (Field Effect Transistor). Частоты, на которых могут работать полевые транзисторы достигают значения 200 ГГц.

Исторически первыми были полевые транзисторы с управляющим p-n переходом. Английское обозначение этих транзисторов — JFET (Junction FET) junction — это переход. В полевых транзисторах вывод, эквивалентный эмиттеру, называется исток (и), а вывод, эквивалентный коллектору, называется сток (с). Запирание и отпирание канала полевого транзистора производится затвором (з). Как и в биполярных транзисторах, существует два типа полевых транзисторов с p-n переходом. Это транзисторы с n-каналом и с p-каналом. Их условно-графические обозначения приведены на рисунке 1.

Рисунок 1. Условно-графическое обозначение полевых транзисторов

На этих УГО стрелочка показывает, где находится исток транзистора. Направление стрелочки совпадает с направлением стрелочки в полупроводниковом диоде и показывает, куда будет протекать ток в управляющем p-n переходе. Поэтому если стрелочка направлена к каналу транзистора, то это канал n-типа, а в противоположном направлении, то это канал p-типа.

В настоящее время наиболее распространены кремниевые полевые транзисторы с изолированным затвором — металл-окисел-полупроводник (МОП). Английское обозначение этих транзисторов — MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET). Более общее название подобных транзисторов МДП-транзисторы (металл-диэлектрик-полупроводник), так как в качестве диэлектрика может использоваться не только оксид. Подобное решение часто применяется в полевых транзисторах, выполненных на полупроводниках GaAs, GaAlAs, GaN, SiC. MOSFET-транзисторов существует уже четыре вида. Добавляется возможность работать не только со встроенными каналами, как в полевых транзисторах с p-n переходом, но и с индуцированным каналом. Условно-графические обозначения МОП-транзисторов с встроенным каналом приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Условно-графическое обозначение полевых МОП-транзисторов с встроенным каналом

Здесь затвор отделён от канала диэлектриком как в конденсаторе, а стрелочка рисуется между каналом и подложкой полупроводникового кристалла. В некоторых транзисторах подложка выводится наружу отдельным выводом. Направление стрелочки в условно-графическом обозначении показывает, какого типа канал используется в полевом транзисторе.

Индуцированные каналы в условно-графических обозначениях полевых транзисторов изображаются пунктиром. Индуцированный канал первоначально не существует. Он образуется при подаче на затвор полевого транзистора открывающего напряжения. При этом чем больше будет напряжение, тем меньше будет сопротивление канала и больше ток, протекающий через полевой транзистор. На рисунке 3 показаны УГО МОП-транзисторов с индуцирванным n- и p-каналом.

Рисунок 3. Условно-графическое обозначение полевых МОП-транзисторов с индуцированным каналом

В этих полевых транзисторах подложка выведена отдельным выводом. Кружок вокруг транзистора показывается только для дискретных приборов. Он показывает наличие корпуса. Если транзисторы приводятся в составе схемы интегральной микросхемы, то кружки вокруг транзисторов не изображаются.

В качестве дополнительного материала по полевым транзисторам, можно посмотреть следующее видео. Размер видео уменьшен для того, чтобы кнопки управления были доступны на смартфонах с шириной экрана 320 пикселей. При просмотре можно увеличить размер изображения

Видео 1. полевые транзисторы

Итог:

• Полевых транзисторов существует шесть видов.
• У всех полевых транзисторов большое входное сопротивление на низких частотах.
• Для производства полевых транзисторов подходит большее количество полупроводниковых материалов по сравнению с биполярными транзисторами.

Дата последнего обновления файла 14.07.2020

1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н. Д. — М.: Радио и связь, 1998. — 560 с.
2. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 496 с.
3. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Учебное пособие. — Новосибирск.: СибГУТИ, 2003. — 77 с.
4. Глазачев А. В. Петрович В. П. Физические основы электроники. Конспект лекций — Томск: Томский политехнический университет, 2015.
5. Колосницын Б. С. Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем. Учебно-методическое пособие: в 2 ч. Ч. 1: Расчёт и проектирование биполярных транзисторов. — Минск: БГУИР, 2011. — 68 с.
6. Колосницын Б. С. Гапоненко Н. В. Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем. Учебное пособие: в 2 ч. Ч. 1: Физика активных элементов интегральных микросхем — Минск: БГУИР, 2016. — 196 с.
7. Колосницын Б. С. Гранько  С. В. Электронные приборы на основе полупроводниковых соединений. Учебно-методическое пособие: — Минск: БГУИР, 2017. — 94 с.
8. Лекция 23. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ url:https://edu.ikit.sfu-kras.ru/files/ivt/electrical-engineering-electronics-and-circuitry-2/lectures/L_23.pdf
9. МОП-структура. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. url:https://ru.wikipedia.org/wiki/МОП-структура

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором 130 научных и научно-методических работ, в том числе 21 монография и 26 учебников и учебных пособий.