9. LAUKO TRANZISTORIAI

Lauko tranzistoriuose srovę kuria specialiai sudaryto kanalo pagrindiniai krūvininkai. Srovę valdo statmenas srovės krypčiai elektrinis laukas.

Lauko tranzistoriaus n arba p kanalo gale sudaromi du elektrodai. Elektrodas, per kurį į kanalą patenka pagrindiniai krūvininkai, vadinamas ištaka. Elektrodas, per kurį pagrindiniai krūvininkai išteka, vadinamas santaka. Kanale tekančią srovę valdo trečiojo tranzistoriaus elektrodo – užtūros – įtampa.

Pagal užtūros tipą lauko tranzistoriai skirstomi į lauko tranzistorius su valdančiosiomis pn sandūromis (sandūrinius lauko tranzistorius) ir lauko tranzistorius su izoliuotąja užtūra. Pastarieji tranzistoriai yra MDP arba MOP tranzistoriai. MDP tranzistoriai būna su indukuotuoju kanalu arba su pradiniu kanalu. Pagal kanalo veikos pobūdį jie skirstomi į praturtintosios veikos lauko tranzistorius ir nuskurdintosios veikos lauko tranzistorius..

Tranzist su valadnciaja pn sandūra

Lauko tranzistoriaus su valdančiaja pn sandūromis ir n kanalu sandara atvaizduota 9.2 pa­v.

Tranzistoriui panaudotas n puslaidininkio kristalas, kuriame sudarytos dvi p sritys. Tarp pn sandūrų esanti n sritis yra tran­zistoriaus kanalas. Prie jo galų prijungti ištakos ir santakos elektrodai. Užtūros vaidmenį atlieka p sritys.

Tranzistoriaus veikimas pagrįstas tuo, kad kanalo storis ir jo skerspjūvio plotas priklauso nuo valdančiosios įtampos , veikiančios tarp užtūros ir ištakos. Įtampa  sandūroms yra atgalinė. Didėjant šiai įtampai, pn sandūros plečiasi, kanalo storis mažėja (9.3 pav., a),

 o jo varža – didėja. Jeigu tarp santakos ir ištakos veikia įtampa, tai, didėjant kanalo varžai, silpnėja juo tekanti srovė. Taigi užtūros įtampa gali valdyti tranzistoriaus kanalo srovę. Siekiant, kad srovė būtų efektyviau valdoma, priemaišų koncentracija kanale parenkama daug mažesnė nei priemaišų koncentracija užtūros srityje.

Kanalo storis išreiškiamas formule: ; čia  – n srities storis,  – pn sandūros storis n srityje.

Jeigu , ; čia  – įėjimo įtampos absoliutinė vertė – valdančiųjų sandūrų atgalinė įtampa.

Jeigu įtampa  didėja, kanalas plonėja. Kai ši įtampa pasiekia vadinamąją atkirtos įtampą , sandūros susiliečia, kanalas išnyksta, ir srovė tarp ištakos ir santakos nebeteka. Laikydami, kad , iš gauname:

.

kanalo storio išraišką: .

Taigi užtūros įtampa valdo kanalo storį, kanalo varžą ir santakos srovę  (9.4 pav., a).

Jei įtampa tarp užtūros ir ištakos neveikia (), o įtampa  tarp santakos ir ištakos nedidelė, tranzistoriaus kanalą galima nagrinėti kaip ominę varžą. Tada, jei didėja įtampa , tranzistoriaus kanalu tekanti srovė tiesiškai stiprėja. Kita vertus, jeigu didėja įtampa , tai didėja atgalinė valdančiosios pn sandūros įtampa kanalo gale prie santakos. Todėl šiame kanalo gale didėja pn sandūros storis, plonėja kanalas ir didėja jo varža. Veikiant įtampai , prie santakos pn sandūros susiliečia (9.3 pav., b),

kanalo varža labai padidėja. Tada, kylant išėjimo įtampai, santakos srovė beveik nebestiprėja – per tranzistorių teka soties srovė  (9.4 pav., b). Taigi įtampos prieaugis krinta nuskurdintajame sluoksnyje tarp santakos ir kanalo. Dėl šios įtampos nuskurdintajame sluoksnyje susidaro elektrinis laukas. Kanalu tekant srovei, šis elektrinis laukas pagauna priartėjusius prie nuskurdintojo sluoksnio elektronus ir perneša juos prie santakos. Labai padidėjus išėjimo įtampai, tranzistoriaus išėjimo srovė pradeda stiprėti dėl pn sandūrų pramušimo.

Tranzistoriaus išėjimo srovė priklauso nuo įėjimo ir išėjimo įtampų. Lauko tranzistoriaus srovę valdo ne įėjimo srovė, kaip dvipoliame tranzistoriuje, o įėjimo įtampa. Galimos kelios sandūrinio lauko tranzistoriaus būsenos: uždaroji, ominės veikos, soties ir pramušimo. Sandūrinio lauko tranzistoriaus įėjimo grandinėje yra uždara pn sandūra. Todėl jo įėjimo varža didelė – megaomų eilės.

Kadangi įjungto pagal bendrosios ištakos schemą lauko tranzistoriaus įėjimo srovė silpna, tranzistoriaus savybėms nusakyti pakanka vienos voltamperinių charakteristikų šeimos, vaizduojančios kaip tranzistoriaus išėjimo srovė  priklauso nuo įėjimo įtampos  ir išėjimo įtampos . Praktikoje naudojami du lauko tranzistorių statinių voltamperinių charakteristikų tipai – perdavimo charakteristikos  ir išėjimo charakteristikos .

Perdavimo charakteristikos (9.5 pav., a)

vaizduoja, kaip tranzis­toriaus santakos srovė priklauso nuo įėjimo įtampos, Kreivių pa­rametras – išėjimo įtampa . Išėjimo charakteristikos (9.5 pav., b)

 vaizduoja, kaip tranzistoriaus išėjimo srovė priklauso nuo išėjimo įtampos. Išėjimo charakteristikų parametras – įėjimo įtampa .

Silpnų virpesių stiprintuvų grandinėse sudaromos sandūrinių lauko tranzistorių soties veikos sąlygos. Tada santakos srovė priklauso nuo įėjimo įtampos. Atsižvelgiant į tai, kad link santakos kanalas siaurėja, įrodoma, kad soties sąlygomis santakos srovės  pri­klausomybę nuo įėjimo įtampos  galima aproksimuoti formule:

;            čia  – santakos srovė, kai .

Vienas svarbiausių lauko tranzistoriaus parametrų yra perdavimo charakteristikos statumas. jis didėja stiprėjant per tranzistorių tekančiai srovei. Tačiau tranzistoriaus darbo tašką reikia parinkti taip, kad, veikiant įėjimo įtampai, jo sandūros liktų uždaros. Taigi galimybės parinkti stipresnę santakos srovę ir gauti didesnį statumą yra ribotos. Pavojaus, kad užtūra atsivers, nebūna, jeigu tarp jos ir kanalo yra ne pn sandūra, o dielektriko sluoksnis.