Transistors à effet de champ

Les transistors à effet de champ (unipolaires) sont divisés en transistors à jonction p-n de commande (Fig. 1) et à grille isolée. Le dispositif d'un transistor à effet de champ avec une jonction p-n de commande est plus simple qu'un transistor bipolaire.

Dans un transistor à canal n, les principaux porteurs de charge dans le canal sont des électrons qui se déplacent le long du canal d'une source à faible potentiel vers un drain à potentiel plus élevé, formant un courant de drain Ic. Une tension inverse est appliquée entre la grille et la source du FET, ce qui bloque la jonction p-n formée par la région n du canal et la région p de la grille.

Ainsi, dans un FET à canal n, les polarités des tensions appliquées sont les suivantes : Usi > 0, Usi ≤ 0. Lorsqu'une tension de blocage est appliquée à la jonction pn entre la grille et le canal (voir Fig. 2, a), une couche uniforme, appauvrie en porteurs de charge et à haute résistance, apparaît aux limites du canal.

Riz. 1. Structure (a) et circuit (b) d'un transistor à effet de champ avec une grille sous la forme d'une jonction p-n et un canal de type n; 1,2 - zones de canal et de portail; 3,4,5 — conclusions de la source, du drain, de la prison

Riz. 2. Largeur de canal dans le transistor à effet de champ à Usi = 0 (a) et à Usi> 0 (b)

Ceci conduit à une réduction de la largeur du canal conducteur. Lorsqu'une tension est appliquée entre la source et le drain, la couche d'appauvrissement devient inégale (Fig. 2, b), la section transversale du canal près du drain diminue et la conductivité du canal diminue également.

Les caractéristiques VAH du FET sont illustrées à la Fig. 3. Ici, les dépendances du courant de drain Ic sur la tension Usi à une tension de grille constante Uzi déterminent les caractéristiques de sortie ou de drain du transistor à effet de champ (Fig. 3, a).

Riz. 3. Sortie (a) et transfert (b) caractéristiques volt-ampère du transistor à effet de champ.

Dans la section initiale des caractéristiques, le courant de drain augmente avec l'augmentation de Umi. Lorsque la tension source-drain augmente jusqu'à Usi = Uzap–[Uzi], le canal se chevauche et l'augmentation supplémentaire du courant Ic s'arrête (région de saturation).

Une tension grille-source négative Uzi se traduit par des valeurs inférieures de la tension Uc et du courant Ic là où le canal se chevauche.

Une nouvelle augmentation de la tension Usi entraîne le claquage de la jonction p_n entre la grille et le canal et désactive le transistor. Les caractéristiques de sortie peuvent être utilisées pour construire la caractéristique de transfert Ic = f (Uz) (Fig. 3, b).

Dans la section de saturation, elle est pratiquement indépendante de la tension Usi. Elle montre qu'en l'absence de tension d'entrée (grille - drain), le canal a une certaine conductivité et circule un courant appelé courant de drain initial Ic0.

Afin de "verrouiller" efficacement le canal, il est nécessaire d'appliquer une tension de coupure Uotc à l'entrée.La caractéristique d'entrée du FET - la dépendance du courant de drain de grille I3 sur la grille - tension de source - n'est généralement pas utilisée, car à Uzi <0, la jonction p-n entre la grille et le canal est fermée et le courant de grille est très faible (I3 = 10-8 … 10-9 A), elle peut donc être négligée dans de nombreux cas.

Comme dans ce cas transistors bipolaires, les champs ont trois circuits de commutation : avec une grille, un drain et une source communs (Fig. 4). La caractéristique de transfert I-V d'un transistor à effet de champ avec une jonction p-n de commande est illustrée à la Fig. 3, b.

Riz. 4. Schéma de commutation d'un transistor à effet de champ à source commune avec une jonction p-n de commande

Les principaux avantages des transistors à effet de champ avec une jonction p-n de contrôle par rapport aux transistors bipolaires sont une impédance d'entrée élevée, un faible bruit, une facilité de production, une faible chute de tension dans le canal entièrement ouvert.Cependant, les transistors à effet de champ présentent un inconvénient tel que le besoin de travailler dans les régions négatives de I — la caractéristique V, ce qui complique le schéma.

Docteur en sciences techniques, professeur L.A. Potapov