Полевые транзисторы
А.Дьяков
Оригинальные свойства, которыми обладают полевые транзисторы, открыли им широкую дорогу в электронику как промышленную, так и любительскую. Сейчас, пройдя этап совершенствования, серийно выпускается широкий ассортимент полевых транзисторов.Их две разновидности: с «n-р» или «р-n» управляющим переходом и со структурой затвора металл-диэлектрик (окисел) — полупроводник (так называемые МОП-транзисторы, или транзисторы с изолированным затвором).
Обычные транзисторы, именуемые биполярными, отличаются от электронных ламп тем, что у них ток в цепи базы управляет коллекторным током. В свою очередь, полевые транзисторы отличаются от биполярных. Их работа основана на движении основных носителей в полупроводнике («эффект электронно-дырочной проводимости»). Управление током в выходной цепи осуществляется напряжением на затворе при исключительно малом токе в его цепи. Полевые транзисторы обладают высоким входным сопротивлением и по характеристикам во многом напоминают электронные лампы.
Схематически устройство полевого транзистора показано на вкладке. На кремниевой пластине — основании площадью 1 мм2 — с электронной или n-проводимостью методом диффузии примесей образована область с дырочной или р-проводимостыо (р-канал). На концах каналу за счет большей концентрации примесей созданы области с повышенной удельной электропроводимостью п-типа. От них сделаны металлические выводы: сток и исток. Кремниевая пластина-основание, именуемая затвором, выполняет аналогичную роль, что и управляющая сетка в радиолампе. Так устроены транзисторы КП101 — КП103.
Есть полевые транзисторы, у которых канал имеет проводимость n-типа. У них области стока и истока характеризуются повышенной удельной электропроводимостью р-типа. Это транзисторы КП302, КП303.
На сток транзистора с р-каналом подается отрицательный, а на сток транзистора с n-каналом положительный потенциал по отношению к истоку. Для полевых транзисторов с «n-р» или «р-n» переходом напряжение на затворе противоположно по знаку напряжению на стоке. У полевых МОП-транзисторов с двумя затворами рабочее напряжение на управляющем затворе может быть разного знака. В качестве примеров в этой статье приведены стоковые и сток-затворные выходные характеристики полевых транзисторов КП103К с «n-р» переходом и КП303Д с «р-n» переходом, снятые в статическом режиме, то есть без нагрузки.
Физически при изменении напряжения на затворе за счет электрического поля происходит изменение сечения канала, которое при Uз=0 — максимально допустимо, а при Uз=Uотсечки — минимально. При изменении сечения канала меняется величина протекающего через него тока. Происходит управление выходным током с помощью электрического поля. Отсюда и название «полевой транзистор». Изменение же сечения канала происходит за счет увеличения или уменьшения объема управляющего перехода от воздействия напряжения на затворе. Это означает, что часть полупроводникового материала канала временно приняла структуру управляющего перехода.
Полевые транзисторы каждого типа подразделяются по параметрам на группы, в пределах которых, как правило, параметры имеют трехкратный разброс.
Рис.1. Характеристики полевого транзистора КП303Д: а) стоковая; б) стоко-затворная.Характеристики полевых транзисторов с р-каналом можно снять с помощью стенда, схема которого приведена на рисунке 2. Для транзистора с n-каналом следует изменить полярность включения источников питания и измерительных приборов на обратную. Можно снять и динамическую характеристику, включив резистор в цепь истока или стока.
Рис.2. Схема стенда для снятия характеристик полевых транзисторов.Полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление. Оно составляет величину нескольких мегом при применении в схемах, работающих в режиме постоянного тока и на звуковых частотах. При работе в схемах на высоких частотах дело обстоит иначе, но и тут преимущества у полевых транзисторов.
Кроме того, на вход полевого транзистора можно подавать сигналы с достаточно большим уровнем: из-за небольшой крутизны сигнал на выходе не искажается.
Предлагаем теперь вниманию конструктора несколько практических схем с применением полевого транзистора.
Истоновый повторитель применяется для согласования пьезоэлектрического звукоснимателя со входом УНЧ. У такого устройства (рис. 3) входное сопротивление 1 МОм и равномерная частотная характеристика в полосе 20 Гц — 30 кГц. Коэффициент передачи 0,7. Выходное сопротивление каскада — около 250 Ом. Применение р схема электрофона согласующего устройства на полевом транзисторе обеспечивает неискаженное воспроизведепие грамзаписи. Сигнал, выделенный на иизкоомной нагрузке истокового повторителя, усиливается УНЧ па биполярных транзисторах. Потоковый повторитель может быть собран и па полевых транзисторах с р-каналом (КП103К, КП103Л, KП103M). В втом случае изменяется полярность включения батареи.
Рис.3. Схема истокового повторителя.Усилитель высокой частоты на биполярных высокочастотных транзисторах имеет входное сопротивление порядка нескольких сотен Ом. Чтобы не ухудшать резко избирательные свойства колебательного контура, высокочастотный усилитель подключают к части витков катушки.
УВЧ на полевых транзисторах можно подключать к входному контуру без отвода от контурной катушки. Это позволяет повысить чувствительность и избирательность радиоприемника.
Для усиления сигналов высокой частоты предназначены полевые транзисторы с изолированным затвором (КП301Б, КП305Д-И, КП350А-В). У них малая величина проходной емкости. Но есть и недостатки: транзисторы этого типа боятся электростатического напряжения и часто выходят из строя в процессе монтаха и регулировки аппаратуры. Однако можно для УВЧ на частоты до 35 МГц применять полевые транзисторы с «р-n» переходом. Они просты в обращении. Схема апериодического УВЧ приведена на рисунке 4. Сигнал на входе может достигать 100 мВ. Допускается работа при напряжении до 6 В.
Рис.4. Схема усилителя высокой частоты.
MK 3-75
