Введение в полевые транзисторы (JFET)

Добавлено 24 марта 2018 в 15:35

Глава 5 - Полевые транзисторы

Транзистор представляет собой линейное полупроводниковое устройство, которое управляет током с помощью электрического сигнала меньшей мощности. Транзисторы можно грубо сгруппировать в два основных типа: биполярные и полевые. В предыдущей главе мы изучили биполярные транзисторы, которые используют малый ток для управления большим током. В данной главе мы введем основное понятие полевого транзистора (устройства, использующего малое напряжение для управления током), а затем сосредоточимся на одном конкретном типе: полевой транзистор с управляющим PN переходом. В следующей главе мы рассмотрим еще один тип полевых транзисторов, полевой транзистор с изолированным затвором.

Все полевые транзисторы являются однополярными, а не биполярными устройствами. То есть основной ток через них состоит из электронов в полупроводнике N-типа или из дырок в полупроводнике P-типа. Это становится более очевидным, если посмотреть на физическую структуру устройства:

N-канальный полевой транзистор
N-канальный полевой транзистор

В полевом транзисторе с управляющим PN-переходом (JFET) управляемый ток проходит от истока к стоку или от стока к истоку в зависимости от полярности. Управляющее напряжение подается между затвором и истоком. Обратите внимание, что ток не должен проходить через PN-переход на своем пути между истоком и стоком: путь (называемый каналом) является непрерывным блоком полупроводникового материала. На показанном изображении этот канал является полупроводником N-типа. Также производятся полевые транзисторы с каналом P-типа:

P-канальный полевой транзистор
P-канальный полевой транзистор

Как правило, N-канальные полевые транзисторы используются чаще, чем P-канальные. Причины этого связаны с некоторыми деталями в теории полупроводников, которые я бы предпочел не обсуждать в этой главе. Как и в случае с биполярными транзисторами, я считаю, что лучший способ первоначального изучения полевых транзисторов – избегать теории, когда это возможно, и сосредоточиться вместо этого на рабочих характеристиках. Единственное практическое различие между N- и P-канальными полевыми транзисторами, которое вам необходимо сейчас знать, – это смещение PN-перехода, образованного между материалом затвора и каналом.

При отсутствии напряжения между затвором и истоком канал представляет собой широко открытый путь для потока электронов. Однако, если между затвором и истоком приложено напряжение такой полярности, что PN-переход смещен в обратном направлении, поток между истоком и стоком начинает ограничиваться или регулироваться, так же как это было и с биполярными транзисторами при установке тока базы. Максимальное напряжение затвор-исток "передавливает" весь ток от истока к стоку, тем самым заставляя полевой транзистор работать в режиме отсечки. Это поведение связано с тем, что область истощения PN-перехода расширяется под воздействием напряжения обратного смещения, в конечном счете занимая всю ширину канала, если напряжение достаточно велико. Это воздействие можно сравнить с уменьшением потока жидкости через гибкий шланг при его сжимании: при применении достаточной силы шланг будет пережат достаточно, чтобы полностью блокировать поток.

Сравнение работы полевого транзистора с передавливанием гибкого шланга
Сравнение работы полевого транзистора с передавливанием гибкого шланга

Обратите внимание на то, как это поведение полностью противоположно биполярному транзистору. Биполярные транзисторы являются нормально выключенными устройствами: если нет тока через базу, то нет тока через коллектор или эмиттер. Полевые транзисторы, наоборот, являются нормально включенными устройствами: отсутствие напряжения, приложенного к затвору, допускает протекание максимального тока между истоком и стоком. Кроме того, обратите внимание, что величина тока через полевой транзистор определяется сигнальным напряжением, а не сигнальным током, как у биполярных транзисторов. Фактически, когда PN-переход затвор-исток смещен в обратном направлении, ток через затвор должен быть близок к нулю. По этой причине мы классифицируем полевой транзистор как устройство, управляемое напряжением, а биполярный транзистор как устройство, управляемое током.

Если PN-переход затвор-исток смещен небольшим напряжением в прямом направлении, канал полевого транзистора "открывается" немного больше, чтобы пропустить больший ток. Тем не менее, PN-переход полевого транзистора не предназначен для обработки какой-либо существенной величины тока, и поэтому ни при каких обстоятельствах не рекомендуется использовать прямое смещение перехода.

Это очень сжатый обзор работы полевого транзистора. В следующем разделе мы рассмотрим использование полевого транзистора в качестве коммутационного устройства.


На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.


Сообщить об ошибке