transistores de efecto de campo

Los transistores de efecto de campo (unipolares) se dividen en transistores con una unión p-n de control (Fig. 1) y con una puerta aislada. El dispositivo de un transistor de efecto de campo con una unión p-n de control es más simple que uno bipolar.

En un transistor de canal n, los principales portadores de carga en el canal son electrones que se mueven a lo largo del canal desde una fuente de bajo potencial hasta un drenaje de mayor potencial, formando una corriente de drenaje Ic. Se aplica un voltaje inverso entre la puerta y la fuente del FET, que bloquea la unión p-n formada por la región n del canal y la región p de la puerta.

Así, en un FET de canal n, las polaridades de los voltajes aplicados son las siguientes: Usi> 0, Usi≤0. Cuando se aplica un voltaje de bloqueo a la unión pn entre la puerta y el canal (ver Fig. 2, a), aparece una capa uniforme, sin portadores de carga y con alta resistencia, en los límites del canal.

Arroz. 1. Estructura (a) y circuito (b) de un transistor de efecto de campo con una puerta en forma de unión p-n y un canal tipo n; 1,2 — zonas de canales y portales; 3,4,5 — conclusiones de la fuente, el desagüe, la prisión

Arroz. 2. Ancho de canal en el transistor de efecto de campo en Usi = 0 (a) y en Usi > 0 (b)

Esto conduce a una reducción de la anchura del canal conductor. Cuando se aplica un voltaje entre la fuente y el drenaje, la capa de agotamiento se vuelve desigual (Fig. 2, b), la sección transversal del canal cerca del drenaje disminuye y la conductividad del canal también disminuye.

Las características VAH del FET se muestran en la Fig. 3. Aquí, las dependencias de la corriente de drenaje Ic del voltaje Usi a un voltaje de puerta constante Uzi determinan las características de salida o drenaje del transistor de efecto de campo (Fig. 3, a).

Arroz. 3. Características de voltaje-amperio de salida (a) y transferencia (b) del transistor de efecto de campo.

En la sección inicial de las características, la corriente de drenaje aumenta con el aumento de Umi. A medida que el voltaje fuente-drenador aumenta a Usi = Uzap– [Uzi], el canal se superpone y el aumento adicional de la corriente Ic se detiene (región de saturación).

Un voltaje de puerta a fuente negativo Uzi da como resultado valores más bajos del voltaje Uc y la corriente Ic donde el canal se superpone.

Un aumento adicional en el voltaje Usi conduce a la ruptura de la unión p — n entre la puerta y el canal y desactiva el transistor. Las características de salida se pueden utilizar para construir la característica de transferencia Ic = f (Uz) (Fig. 3, b).

En la sección de saturación es prácticamente independiente de la tensión Usi. Muestra que en ausencia de voltaje de entrada (puerta - drenaje), el canal tiene una cierta conductividad y fluye una corriente llamada corriente de drenaje inicial Ic0.

Para "bloquear" efectivamente el canal, es necesario aplicar un voltaje de interrupción Uotc a la entrada.La característica de entrada del FET, la dependencia de la corriente de drenaje de la puerta I3 en la puerta, el voltaje de la fuente, generalmente no se usa, porque en Uzi < 0, la unión p-n entre la puerta y el canal está cerrada y la corriente de la puerta es muy pequeña (I3 = 10-8 … 10-9 A), por lo que en muchos casos puede despreciarse.

como en este caso transistores bipolares, los campos tienen tres circuitos de conmutación: con una puerta común, drenaje y fuente (Fig. 4). La característica de transferencia I-V de un transistor de efecto de campo con una unión p-n de control se muestra en la Fig. 3, b.

Arroz. 4. Esquema de conmutación de un transistor de efecto de campo de fuente común con una unión p-n de control

Las principales ventajas de los transistores de efecto de campo con una unión p-n de control sobre los bipolares son alta impedancia de entrada, bajo ruido, facilidad de producción, baja caída de voltaje en el canal completamente abierto. Sin embargo, los transistores de efecto de campo tienen una desventaja como la necesita trabajar en regiones negativas de I — la V característica, lo que complica el esquema.

Doctor en ciencias técnicas, profesor L.A. Potapov