Транзистор появился в 1948 (1947) году, благодаря трудам трёх инженеров и Шоккли, Брадтейна, Бардина. В те времена еще не предполагали их столь быстрое развитие и популяризацию. В советском союзе в 1949 году был представлен научному миру прототип транзистора лабораторией Красилова, это был триод С1-С4 (германиевый). Термин транзистор появился позже, в 50-х или 60-х годах.
Однако широкое применение они нашли в конце 60-х, начале 70-х годов, когда в моду вошли портативные радиоприёмники. Кстати их долгое время так и назвали «транзистор». Такое название прилипло благодаря тому, что они заменили электронные лампы полупроводниковыми элементами, что вызвало революцию в радиотехнике.
Что такое полупроводник?
Транзисторы делают из полупроводниковых материалов, например, из кремния, ранее был популярен германий, но сейчас он редко встречается, ввиду его дороговизны и худших параметрах, в плане температур и прочего.
Полупроводники это такие материалы, которые занимают по проводимости место между проводниками и диэлектриками. Их сопротивление в миллион раз больше проводников, и в сотни миллионов раз меньше диэлектриков. К тому же, чтобы через них начал протекать ток нужно приложить напряжение превышающее ширину запрещенной зоны, чтобы носители заряда перешли из валентной зоны в зону проводимости.
У проводников запрещенной зоны нет как таковой. Переместиться в зону проводимости носитель заряда (электрон) может не только под действием внешнего напряжения, но и от тепла – это называется тепловой ток. Ток вызванный облучением световым потоком полупроводника называется фототок. Фоторезисторы, фотодиоды и прочие светочувствительные элементы работают именно на этом принципе.
Для сравнения взгляните на таковые в диэлектриках и проводниках:
Довольно наглядно. Из диаграмм видно, что диэлектрики всё же могут проводить ток, но это происходит после преодоления запрещенной зоны. На практике это называется напряжением пробоя диэлектрика.
Так вот отличие германиевых от кремниевых структур в том, что для германия ширина запрещенной зоны, порядка 0.3 эВ (электронвольт), а у кремния более 0.6 эВ. С одной стороны это вызывает больше потерь, но использование кремния обусловлено технологическими и экономическими факторами.
Полупроводник в результате легирования получают дополнительные носители заряда положительные (дырки) или отрицательные (электроны), это называется полупроводник p- или n-типа. Возможно, вы слышали фразу «pn-переход». Так это и есть граница между полупроводниками разных типов. В результате движения зарядов, образования ионизированных частиц каждого из типа примесей к основному полупроводнику образуется потенциальный барьер, он не даёт току протекать в оба направления, подробнее об этом расписано в книге "Транзистор — это просто".
Внесение дополнительных носителей зарядов (легирование полупроводников) позволило создать полупроводниковые приборы: диоды, транзисторы, тиристоры и пр. Простейший пример – это диод, работу которого мы рассмотрели в предыдущей статье.
Если приложить напряжение в прямом смещении, т.е. к p-области положительный полюсь, а к n-области отрицательный начнет протекать ток, а если наоборот – ток протекать не будет. Дело в том, что при прямом смещении основные носители заряда p-области (дырки) положительные, и отталкиваются от положительного потенциала источника питания, стремятся в область с более отрицательным потенциалом.
В тоже время отрицательные носители n-области отталкиваются от отрицательного полюса источника питания. И те и другие носители стремятся к границе раздела (pn-переходу). Переход становиться уже, и носители преодолевают потенциальный барьер, перемещаясь в области с противоположными зарядами, где рекомбинируются с ними…
Если приложено напряжение обратного смещения, то положительные носители p-области движутся в сторону отрицательного электрода источника питания, а электроны из n-области – в сторону положительного электрода. Переход расширяется, ток не протекает.
Если не вдаваться в подробности этого достаточно для понимания процессов протекающих в полупроводнике.
Условное графическое обозначение транзистора
В РФ принято такое обозначение транзистора как вы видите на картинке ниже. Коллектор без стрелки, эмиттер со стрелкой, а база подведена перпендикулярно к черте между эмиттером и коллектором. Стрелка на эмиттере указывает направление протекания тока (от плюса к минусу). Для NPN-структуры стрелка эмиттера направлена от базы, а для PNP – к базе.
При этом в схемах часто встречается такое же обозначение, но без окружности. Стандартное буквенное обозначение – «VT» и номер по порядку на схеме, иногда пишут просто «T».
Изображение транзисторов без круга
Что такое транзистор?
Транзистор это активный полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления сигнала и генерации колебаний. Он пришёл на смену вакуумным лампам – триодам. У транзисторов обычно три ножки – коллектор, эмиттер и база. База – это управляющий электрод, подавая ток на него, мы управляем коллекторным током. Таким образом, с помощью малого тока базы мы регулируем большие токи в силовой цепи, так и происходит усиление сигнала.
Биполярные транзисторы бывают прямой (PNP) и обратной проводимости (NPN). Их структура изображена ниже. Что характерно, база занимает меньший объём полупроводникового кристалла.
Характеристики
Основные характеристики биполярных транзисторов:
Ic – максимальный ток коллектора (выше нельзя – сгорит);
Ucemax – максимальное напряжение, которое можно приложить между коллектором и эмиттером (выше нельзя – пробьет);
Ucesat – напряжение насыщения транзистора. Падение напряжения в режиме насыщения (чем меньше, тем меньше потерь в открытом состоянии и нагрев);
Β или H21Э – коэффициент усиления транзистора, равен Iк/Iб. Зависит от модели транзистора. Например, при к.усиления 100, при токе через базу 1мА, через коллектор будет протекать ток 100мА и т.д.
Стоит сказать о токах транзистора, их три:
2. Коллекторный ток.
3. Ток эмиттера – содержит ток базы и ток эмиттера.
Чаще всего ток эмиттера опускается, т.к. он почти не отличается от тока коллектора по величине. Разница лишь в том, что ток коллектора меньше чем ток эмиттера на величину тока базы, а т.к. у транзисторов высокий коэффициент усиления (допустим 100) то при токе в 1А через эмиттер, через базу будет протекать 10мА, а через коллектор 990мА. Согласитесь, ведь это достаточно малая разница, чтобы тратить на неё время при изучении электроники. Поэтому в характеристиках и указан Icmax.
Режимы работы
Транзистор может работать в разных режимах:
1. Режим насыщения. Простыми словами – это тот режим, в котором транзистор находится в максимально открытом состоянии (оба перехода смещены в прямом направлении).
2. Режим отсечки – это когда ток не протекает и транзистор закрыт (оба перехода смещены в обратном направлении).
3. Активный режим (коллектор-база смещен в обратном направлении, а эмиттер-база смещен в прямом).
4. Инверсный активный режим (коллектор-база смещен в прямом направлении, а эмиттер-база смещен в обратно) но он редко используется.
Типовые схемы включения транзистора
Выделяют три типовых схемы включения транзистора:
2. Общий эмиттер.
3. Общий коллектор.
Входной цепью считают эмиттер-базу, а выходной – коллектор-эмиттер. Тогда как входной ток – это ток базы, а выходной – коллекторный ток соответственно.
В зависимости от схемы включения мы усиливаем ток или напряжение. В учебниках принято рассматривать именно такие схемы включения, но на практике они выглядят не столь очевидно.
Стоит отметить, что при включении в схему с общим коллектором мы усиливаем ток и получаем синфазное (такое же, как на входе по полярности) напряжение на входе и выходе, а в схеме с общим эмиттером – получаем усиление напряжение и инверсное напряжение (выходное перевернуто относительно входного). В конце статьи мы проведем моделирование таких цепей и наглядно убедимся в этом.
Моделирование транзисторного ключа
Первая модель, которую мы рассмотрим, это транзистор в режиме ключа. Для этого нужно построить схему как на рисунке ниже. Допустим, что мы будем включать нагрузку с током в 0.1А, её роль будет выполнять резистор R3, установленный в цепи коллектора.
В результате экспериментов, я установил, что h21Э у выбранной модели транзистора около 20, кстати, в datasheet на MJE13007 сказано от 8 до 40.
Ток базы должен быть около 5мА. Делитель рассчитывается таким образом, чтобы ток базы имел минимальное влияние на ток делителя. Чтобы заданное напряжение не плавало при включении транзистора. Значит, ток делителя зададим 100мА.
Rбрасч=(12в – 0.6в)/0.005= 2280 Ом
Это расчетная величина, токи в результате этого вышли такими:
При токе базы в 5мА, ток в нагрузке был порядка 100мА, на транзисторе у нас падает напряжение в 0.27 В. Расчеты верны.
Что мы получили?
Мы можем управлять нагрузкой, ток которой в 20 раз больше тока управления. Чтобы еще больше усилить, можно продублировать каскад, снизив ток управления. Или использовать другой транзистор.
Ток коллектора у нас был ограничен сопротивлением нагрузки, для эксперимента я решил сделать сопротивление нагрузки в 0 Ом, тогда ток через транзистор задаётся током базы и коэффициентом усиления. В результате токи практически не отличаются, в чем вы и можете убедиться.
Чтобы проследить влияние типа транзистора и его коэффициента усиления на токи, заменим его, не изменяя параметров цепи.
После замены транзистора с MJE13007 на MJE18006 цепь продолжила работать, но на транзисторе падает уже 0.14 В, это значит, что при том же токе этот транзистор будет меньше греться, т.к. в тепло выделится
А в предыдущем случае:
Разница почти в два раза, если на десятых ватта это не столь существенно, представьте, что будет при токах в десятки ампер, тогда мощность потерь возрастет в 100 раз. Это приводит к тому, что ключи перегреваются и выходят из строя.
Тепло, которое выделяется при нагреве, распространяется в корпусе устройства и может вызвать проблемы в работе соседних компонентов. Для этого все силовые элементы устанавливают на радиаторы, а иногда применяют активные системы охлаждения (куллер, жидкостные и др.).
К тому же при повышении температуры проводимость полупроводника увеличивается, как и ток который через них протекает, что вызывает, опять же, повышение температуры. Лавинообразный процесс повышения тока и температуры в конечном итоге убьет ключ.
Вывод такой: Чем меньше падение напряжения на транзисторе в открытом состоянии – тем меньше его нагрев и выше КПД всей схемы.
Падения напряжения на ключе стало меньшим из-за того, что мы поставили более мощный ключ, с большим коэффициентом усиления, чтобы убедится в этом, уберем из цепи нагрузку. Для этого я снова задал R3=0 Ом. Ток коллектора стал 219мА, на MJE13003 в такой же цепи был около 130мА, это значит, что H21Э в модели этого транзистора больше в два раза.
Стоит отметить, что коэффициент усиления одной модели в зависимости от конкретного экземпляра может различаться в десятки и сотки раз. Это вызывает необходимость отстройки и наладки аналоговых схем. В этой программе в моделях транзисторов использованы фиксированные коэффициенты, логика их выбора мне известна. На MJE18006 в даташите максимальный коэффициент H21Э указан 36.
Моделирование усилителя переменного сигнала
Приведенная модель отображает поведение ключа, если на него подать знакопеременный сигнал и простейшая схема включения его в цепь. Она напоминает схему музыкального усилителя мощности.
Обычно в них используются несколько таких последовательно соединенных каскадов. Количество и схемы каскадов, их цепей питания зависят от класса, в котором работает усилитель (A, B и т.д.). Я смоделирую простейший усилитель класса А, который работает в линейном режиме, а также сниму осциллограммы входного и выходного напряжения.
Резистор R1 задаёт рабочую точку транзистора. В учебниках пишут, что нужно найти такую точку на прямом отрезке ВАХ транзистора. Если напряжение смещения будет слишком низким – у вас будет искажаться нижняя полуволна сигнала.
Конденсаторы нужны, чтобы отделить переменную составляющую от постоянной. Резисторы R2 установлен для того, чтобы задать режим работы ключу и выставить рабочие токи. Давайте рассмотрим осциллограммы. Мы подаём сигнал амплитудой в 10мВ и частотой 10000 Гц. Амплитуда на выходе у нас почти 2В.
Пурпурным цветом обозначена выходная осциллограмма, красным – входной сигнал.
Обратите внимание, что сигнал инвертирован, т.е. выходной сигнал перевернут относительно входного. Это особенность схемы с общим эмиттером. По схеме сигнал снимается с коллектора. Поэтому при открытии транзистора (когда сигнал на входе повышается) напряжение на нем будет падать. Когда входной сигнал понижается, транзистор начинает закрываться и напряжение начнет расти.
Эта схема считается наиболее качественной в плане качества передачи сигнала, однако за это приходится платить мощностью потерь. Дело в том, что в состоянии, когда на вход не подаётся сигнал, транзистор всегда открыт и проводит ток. Тогда в тепло выделяется:
UКЭ – это падение на транзисторе при отсутствии входного сигнала.
Это простейшая схема усилителя, при этом любая другая схема работает подобным образом, отличается лишь соединение элементов и их комбинация. Например, транзисторный усилитель класса В состоит из двух транзисторов, каждый из которых работает для своей полуволны.
Здесь используются транзисторы разных проводимостей:
Положительная часть переменного входного сигнала открывает верхний транзистор, а отрицательная – нижний.
Такая схема даёт больший КПД за счёт того, что транзисторы открываются и закрываются полностью. За счёт того, что когда сигнал отсутствует – оба транзистора закрыты, схема не потребляет ток, соответственно потерь нет.
Заключение
Понимание работы транзистора очень важно, если вы собираетесь заниматься электроникой. В этой сфере важно не только научится собирать схемы, но и анализировать их. Для систематического изучения и понимания устройств нужно понимать, куда и как будут протекать токи. Это поможет как в сборке, так и наладке и ремонту схем.
Стоит отметить, что я намерено опустил многие нюансы и факторы чтобы не перегружать статью. При этом после расчетов всё же стоит подбирать резисторы. В моделировании это сделать просто. А на практике придется измерять токи и напряжения мультиметром, а в идеальном случае нужен осциллограф, чтобы проверить соответствие форм входного и выходного сигнала, в противном случае у вас будут искажения.
Транзистор – это прибор (радиодеталь), позволяющий при подаче на него сигнала (слабого тока или «земли», в зависимости от типа переходов) управлять большим током, проходящим через него.
Чтобы это понять, можно представить одностороннюю дорогу с транспортом и светофором. Транспорт – большой ток, а светофор является базой транзистора. Когда сигнала нет – светофор горит красным (база закрыта) и транспорт (большой ток) стоит, но когда светофор загорается зеленым светом (на базу подан небольшой ток — сигнал) – транспорт начинает ехать (до тех пор, пока есть сигнал на базе транзистора). При «открытом» транзисторе на выходе эмиттера ток с базы и ток с коллектора суммируется.
Транзисторы по своей структуре классифицируют на: биполярные (p-n-p и n-p-n переходами) и полевые (с p-n переходом и с изолированным затвором). Транзисторы с p-n переходом делят на: транзисторы с каналом p-типа и с каналом n-типа, а с изолированным затвором на: с индуцированным каналом и с встроенным каналом.
На главном изображении поста указаны основные типы корпусов, в которых на данный момент выпускают транзисторы (не считая smd транзисторы) – это TO-92 и TO-220.
Биполярные транзисторы по своему строению имеют 3 контакта: — база (base) – на нее подается малый ток, для того, чтоб дать возможность пройти по коллектору ток большой (земля на базе блокирует большой ток); — коллектор (collector) – к нему подводят большой ток, стремящийся к эмиттеру, управляемый сигналом на базе; — эмиттер (emitter) – при сигнале на базе транзистор открывается, и ток с базы и коллектора течет по эмиттеру.
Для биполярного транзистора важной характеристикой является hfe (в некоторых источниках – «gain»). Данный показатель указывает во сколько раз через переход коллектор-эмиттер можно пропустить большой ток, по отношению к току перехода база–эмиттер.
Приведу пример: допустим, hfe = 500, и через переход база–эмиттер проходит ток 0.1mA, тогда транзистор пропустит максимум через себя 50mA. Если в электрической цепи за транзистором стоит деталь, потребляющая 30mA, то у транзистора будет запас, и он передаст именно 30mA, но если стоит деталь, потребляющая больше 50mA (например, 80mA), то ей будет доступно всего 50mA.
N-p-n и p-n-p – это разновидность структуры транзистора, сокращенно от названия слоев кремния в транзисторе (n-negative, p-positive). В транзисторах со структурой n-p-n большой ток протекает от коллектора к эмиттеру, только если к базе подведен слабый ток, а в транзисторах с p-n-p переходом ток протекает от коллектора к эмиттеру, если к базе подведена «земля», но блокируется когда есть на базе слабый ток.
Структуру транзистора можно визуально определить в обозначениях на схеме – стрелка всегда указывает переход от p (positive) к n (negative). Пример обозначения биполярных транзисторов на схеме и принцип их работы указан на изображениях выше и ниже данного абзаца.
Полевые транзисторы очень похожи по действию с биполярными транзисторами, только имеют некоторые отличия, а именно: — при тех же габаритах, что и биполярные транзисторы полевые позволяют пропускать через себя гораздо более мощный ток; — при подаче тока на затвор, ток не уходит в исток (не суммируется с током из стока).
Как и биполярные транзисторы, полевые имеют три контакта, по назначению схожие, но разные по названию: — затвор (gate) – открывает большой ток, направленный со стока на исток, при подаче на него напряжения; — сток (drain) – к нему подводят большой ток, стремящийся к истоку, управляемый сигналом на затворе; — исток (source) – при «открытом» транзисторе на исток поступает ток со стока (без тока с затвора).
Аналогично биполярным транзисторам полевые транзисторы имеют разную структуру: p-channel и n-channel. При n-типе транзистор «открывается» при подаче на затвор малого напряжения, а при p-типе транзистор «открывается» при подаче на затвор заземления.
На схеме полярные транзисторы с n-каналом изображены со стрелкой от истока к затвору, а транзисторы с p-каналом – от затвора к истоку.
Анализ работы полевого транзистора с р-п-переходом проведем на его модели, показанной на рис. 5.1, а. В приведенной конструкции канал протекания тока транзистора представляет собой слой полупроводника n-типа, заключенный между двумя p-n-переходами.
Рис. 5.1. Конструкция полевого транзистора с р-п-переходом (а); условные обозначения полевого транзистора с р-п-переходом и каналом п-типа (б); с р-п-переходом и каналом р-типа (в)
Полярность внешних напряжений, подводимых к транзистору, показана на рис. 5.1, а. Управляющее (входное) напряжение подается между затвором и истоком. Напряжение Uзи является обратным для обоих п-р-переходов. В выходную цепь, в которую входит канал транзистора, включается напряжение Ucи положительным полюсом к стоку.
Управляющие свойства транзистора объясняются тем, что при изменении напряжения Uзи изменяется ширина его p-n-переходов, представляющих собой участки полупроводника, обедненные носителями заряда. Поскольку р-слой имеет большую концентрацию примеси, чем n-слой, изменение ширины p-n-переходов происходит в основном за счет более высокоомного n-слоя (эффект модуляции ширины базы). Тем самым изменяются сечение токопроводящего канала и его проводимость, т.е. выходной ток Iс прибора.
Особенностью полевого транзистора является то, что на проводимость канала оказывает влияние как управляющее напряжение Uзи, так и напряжение Uси. Влияние подводимых напряжений на проводимость канала иллюстрирует рис. 5.2, а—в, где для простоты не показаны участки n-слоя, расположенные вне р-п-переходов.
Рис. 5.2. Поведение полевого транзистора с p-n-переходом и каналом n-типа при подключении внешних напряжений: а) Uзи 0; в) Uзи 0
На рис. 5.2, а внешнее напряжение приложено только к входной цепи транзистора. Изменение напряжения Uзи приводит к изменению проводимости канала за счет изменения на одинаковую величину его сечения по всей длине канала. Но выходной ток Iс = 0, поскольку Uси = 0.
Рис. 5.2, б иллюстрирует изменение сечения канала при воздействии только напряжения Uси (Uзи = 0). При Uси > 0 через канал протекает ток Iс, в результате чего создается падение напряжения, возрастающее в направлении стока. Суммарное падение напряжения участка исток — сток равно Uси. В силу этого потенциалы точек канала n-типа будут неодинаковыми по его длине, возрастая в направлении стока от нуля до Uси. Потенциал же точек р-области относительно истока определяется потенциалом затвора относительно истока и в данном случае равен нулю. В связи с указанным обратное напряжение, приложенное к p-n-переходам, возрастает в направлении от истока к стоку и p-n-переходы расширяются в направлении стока.
Рассмотрим вольт-амперные характеристики полевых транзисторов с п-р-переходом. Для этих транзисторов представляют интерес два вида вольт-амперных характеристик: стоковые и стоко-затворные.
Стоковые (выходные) характеристики полевого транзистора с р-п-переходом и каналом п-типа показаны на рис. 5.3. Они отражают зависимость тока стока от напряжения сток — исток при фиксированном напряжении затвор — исток Iс = F(Uси) Uзи = const и представляются в виде семейства кривых. На каждой из этих кривых можно выделить три характерные области: I — сильная зависимость тока Iс от напряжения Uси (начальная область); II — слабая зависимость тока Iс от напряжения Uси; III — пробой р-п-перехода.
Рис. 5.3. Семейство стоковых (выходных) характеристик полевого транзистора с р-п-переходом и каналом п-типа
Рассмотрим выходную характеристику полевого транзистора при Uзи = 0 (см. рис. 5.3, б). В области малых напряжений Uси (участок 0—а) влияние напряжения Uси на проводимость канала незначительно, в связи с чем здесь имеется практически линейная зависимость Iс = F(Uси). По мере увеличения напряжения Uси (участок а—б) сужение токопроводящего канала оказывает все более существенное влияние на его проводимость, что приводит к уменьшению крутизны нарастания тока. При подходе к границе с участком II (точка б) сечение токопроводящего канала уменьшается до минимума в результате смыкания обоих p-n-переходов. Дальнейшее повышение напряжения на стоке не должно приводить к увеличению тока через прибор, так как одновременно с ростом напряжения Uси будет увеличиваться сопротивление канала. Некоторое увеличение тока Iс на экспериментальных кривых объясняется наличием различного рода утечек и влиянием сильного электрического поля в p-n-переходах, прилегающих к каналу.
Участок III резкого увеличения тока Iс характеризуется лавинным пробоем области p-n-переходов вблизи стока по цепи сток — затвор. Напряжение пробоя соответствует точке в.
Приложение к затвору обратного напряжения вызывает сужение канала (см. рис. 5.2, а) и уменьшение его исходной проводимости. Поэтому начальные участки кривых, соответствующих большим напряжениям на затворе, имеют меньшую крутизну нарастания тока (рис. 5.3). Ввиду, наличия напряжения Uзи перекрытие канала объемным зарядом p-n-переходов (см. рис. 5.2, в) происходит при меньшем напряжении и границе участков I и II будут соответствовать меньшие напряжения сток — исток. Напряжениям перекрытия канала соответствуют абсциссы точек пересечения стоковых характеристик с пунктирной кривой, показанной на рис. 5.3. При меньших напряжениях наступает и режим пробоя транзистора по цепи сток — затвор.
Важным параметром полевого транзистора является напряжение на затворе, при котором ток стока близок к нулю. Оно соответствует напряжению запирания прибора по цепи затвора и называется напряжением запирания или отсечки Uзи. Числовое значение Uзиo равно напряжению Uси в точке б вольт-амперной характеристики при Uзи = 0.
Поскольку управление выходным током полевых транзисторов производится напряжением входной цепи, для них представляет интерес так называемая переходная или стоко-затворная вольт-амперная характеристика. Стоко-затворная характеристика полевого транзистора показывает зависимость тока стока от напряжения затвор — исток при фиксированном напряжении сток — исток: Iс = F(Uзи)Uси = const (рис. 5.4). Стоко-затворная характеристика связана с выходными характеристиками полевого транзистора и может быть построена по ним.
Рис. 5.4. Стоко-затворная характеристика полевого транзистолра с р-п-переходом и каналом п-типа
Основными параметрами полевого транзистора являются: максимальный ток стока Iсmах, максимальное напряжение стока Uсmах, напряжение отсечки Uзиo, внутреннее сопротивление ri, крутизна S, а также межэлектродные емкости затвор — исток Cзи, затвор — сток Сзс и сток — исток Сси.
Максимальное значение тока стока Iс мах соответствует его значению в точке в на выходных характеристиках (при Uзи = 0). Максимальное значение напряжения сток — исток Uсиmах выбирают в 1,2—1,5 раза меньше напряжения пробоя участка сток — затвор при Uзи = 0. Напряжению отсечки Uзиo соответствует напряжение на затворе при токе стока, близком к нулю.
Внутреннее сопротивление транзистора 
, при Uзи = const характеризует наклон выходной характеристики на участке II. Крутизна стоко-затворной характеристики 
, при Uси = const, отражает влияние напряжения затвора на выходной ток транзистора. Крутизну S находят по стоко-затворной характеристике прибора (рис. 5.4). Входное сопротивление rвх = dUзи / dIз транзистора определяется сопротивлением р-п-переходов, смещенных в обратном направлении. Входное сопротивление полевых транзисторов с р-п-переходом довольно велико, что выгодно отличает их от биполярных транзисторов. Межэлектродные емкости Сзи и Сзс связаны главным образом с наличием в приборе р-п-переходов (см. рис. 5.1), примыкающих соответственно к истоку и стоку.
Рис. 5.5. Схема замещения полевого транзистора с р-п-переходом в области высоких (а) и низких (б) частот
Полевые транзисторы с р-п-переходом выпускаются на токи Iс до 50 мА и напряжения до 50 В. Приведем типичные значения параметров этих транзисторов: Uзио = 0,8÷10 В, ri = 0,02÷0,5 МОм, S = 0,3÷ 7 мА/В, rвх = 108—109Ом, Сзи = Сси = 6÷20 пФ, Сзс = 2÷8 пФ.
Влияние температуры на характеристики и параметры рассматриваемого класса транзисторов обусловливается температурными зависимостями контактной разности потенциалов φ0 и подвижности носителей заряда (электронов или дырок).
Величина φ0 фактически является одной из составляющих напряжения обратносмещенных р-п-переходов. Изменение φ0 в зависимости от температуры приводит к изменению напряжения на переходах и их ширины, а следовательно, к изменению сечения токопроводящего канала и его проводимости. С ростом температуры контактная разность потенциалов φ0 уменьшается, что сказывается на увеличении сечения канала и повышении его проводимости. Вследствие уменьшения подвижности носителей заряда проводимость канала уменьшается с повышением температуры.
Влияние температуры на характеристики и параметры полевого транзистора оказывается достаточно сложным и по-разному проявляется в конкретных типах приборов этого класса. Температурные зависимости характеристик и параметров транзисторов приводятся в справочниках.
Схема замещения полевого транзистора с р-п-переходом показана на рис. 5.5, а Она характеризует работу транзистора на участке II выходных характеристик для переменных составляющих тока и напряжения. При ее построении были использованы следующие соображения. Ток прибора на участке II определяется напряжением на затворе (входе) и крутизной, в связи с чем в выходную цепь схемы замещения введен источник тока Suвх. Параллельно источнику тока включено сопротивление ri, учитывающее влияние напряжения стока на ток прибора. Величины Сзи, Сзс, Сси отражают влияние межэлектродных емкостей на работу транзистора в области высоких частот. Для области низких частот схема замещения полевого транзистора принимает вид, показанный на рис. 5.5, б.