Принцип усиления сигналов в полевых транзисторах с управляющим переходом

На рис. 2-1.5 показана схема, в которой на выводы стока и истока полевого транзистора с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом и каналом \(n\)-типа подано достаточно большое напряжение от внешнего мощного источника питания плюсом к стоку и минусом к истоку. В результате в полупроводнике возникает поток электронов от истока к стоку. Если теперь мы приложим к \(p\)-области (затвору) транзистора некоторое незначительное по величине и отрицательное относительно истока (и стока) напряжение (рис. 2-1.5), то ситуация несколько изменяется. Управляющий \(p\)-\(n\)-переход транзистора оказывается под напряжением, соответствующим его обратному смещению, и в структуре возникает эффект сопротивления движению электронов от истока в сторону области затвора. А поскольку область затвора лежит на пути электронов к стоку транзистора, то уменьшается их общее число, достигающее стока. Здесь уместно вспомнить, как при описании биполярных транзисторов мы рассматривали обратный эффект (прямое смещение на эмиттерно-базовом \(p\)-\(n\)-переходе порождало поток зарядов в сторону базы). При достижении напряжением на управляющем \(p\)-\(n\)-переходе некоторого критического уровня протекание тока в цепи исток—сток прекращается совсем.

Рис. 2-1.5. Схема подачи напряжений на полевой транзистор с управляющим переходом и каналом \(n\)-типа для обеспечения режима усиления

Заметим, что поскольку управляющий переход смещен в обратном направлении ток через него практически не течет; это означает возможность использования крайне маломощных источников сигнала для управления полевым транзистором. Таким образом, мы имеем очень слабый ток в цепи сток—затвор (поскольку разность потенциалов между истоком и затвором ниже, чем между стоком и затвором, ток затвора будет протекать именно в этой цепи) и сильный управляемый ток в цепи сток—исток транзистора (напомним, что направление электрического тока считается противоположным направлению движения отрицательных зарядов, в нашем случае — электронов). Повышая напряжение на обратносмещенном участке исток—затвор транзистора, мы будем уменьшать мощность потока электронов, при этом токи в цепях будут падать соответственно.

Итак, оказывается, что в полевом транзисторе с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом можно создать сильный электрический ток в цепи "сток — исток — внешний мощный источник питания" при очень слабом токе в цепи "сток — затвор — маломощный источник сигнала". Причем данное слабое воздействие на затвор оказывает управляющее действие на ток в сток-истоковой цепи. Если далее в стоковую или истоковую цепь танзистора (рис. 2-1.5) включить некоторое сопротивление (нагрузку), то окажется, что ток и напряжение на нем повторяют форму входного сигнала на затворе транзистора, но мощность, подаваемая на это сопротивление, гораздо выше мощности входного сигнала, т.е. происходит усиление.

Мы описали работу полевого транзистора с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом и каналом \(n\)-типа. Для \(p\)-канальных приборов все выглядит совершенно аналогично. Только здесь мы должны рассматривать не потоки электронов, а потоки положительных зарядов — дырок. При этом полярности всех внешних напряжений меняются на обратные. Других отличий нет. В случае использования в качестве управляющего перехода Шоттки или гетероперехода физические процессы в полевом транзисторе качественно не изменяются, а все напряжения по-прежнему должны соответствовать типу проводимости канала.