видим, унитрон представляет собои пластинку полупроводника типа п, у которой на торцах имеются омические контакты, а на одной из граней - слой типа р. Последний образует с пластинкой р-п переход. Электрод, связанный со слоем р, называется затвором. Двумя другими электродами являются омические контакты. К ним подключается источник питания. При этом тот контакт, от которого движутся основные носители (в нашем случае - электроны), называется истоком, а тот, к которому они движутся, - стоком. Следовательно, в унитроне типа п сток имеет положительную 1ГОлярность относительно истока; р-п переход работает в обратном направлении, для этогона затвор подается отрицательное смещение относительно истока, как показано на рис. 5-13,6.

Исток

Сток

Рис. 5-13. Конструкция унитрона (а) и схема его включения (б).

Принцип действия унитрона очень прост и заключается в том, что при изменении потенциала затвора меняется ширина р-п перехода, а значит, и рабочее сечение пластины. В результате меняются ее сопротивление и соответственно ток в рабочей цепи. Поскольку р-п переход работает в обратном включении, его сопротивление для входного сигнала велико и входная мощность мала. Полезная мощность, определяемая значением питающего напряжения и соотношением сопротивлений пластины и нагрузки, может значительно превышать входную мощность. Таким образом, унитрон является усилительным прибором типа управляемого активного сопротивления, причем он имеет много общего с электронной лампой. Это сходство выражается не только в большом входном сопротивлении, но и в том, что при достаточном отрицательном смещении затвора расширившийся переход может перекрыть все сечен.е пластинки; это вызовет отсечку тока в рабочей цепи - явление, аналогичное запиранию лампы. Перейдем к более детальному анализу.

Назовем каналом рабочую (переменную) часть объема пластины, расположенную под р-п переходом . Пренебрегая пока холостыми участками пластины, прилегающими к истоку и стоку, можно представить структуру унитрона в еще более упрощенном виде (рис. 5-14). Обозначим максимальную толщину канала через а, его ширину через Z и длину через L. Пусть = О, тогда канал будет эквипотенциальным слоем и напряжение на р-п переходе

Вариант типа р, не имея принципиальных отличий, уступает типу по частотным свойствам, шумам и стабильности [96].

От термина канал происходит второе название унитрона и его вариантов: канальные транзисторы.

будет равно на ирб1яженди всего канала . Соответственно в любой точке ширина перехода равна /, а толщина канала

w - a - l.

Подставляя сюда выражение (2-12) для ширины / и полагая qN = qn = l/pf.i (см. (1-366)], получаем:

w = a - 1/2еобр[,1 <7з.

Из условия W - О легко найти напряжение отсечки:

f/30 = -

(5-24)

2eo8pfx

Например, при а 2 мкм и р = 2 Ом-см для кремния получается = 6,4 В. Используя (5-24), запишем толщину какала в более компактной форме:

В рабочем режиме, когда иФ 0, канал не является эквипотенциальным слоем; в разных точках х по-

Исток Сток

Затвор

р-слои: Переход Канал

Рис. 5-14. Рабочая часть уинтро-иа.

Рис. 5-15. Сечение канала при ненасыщенном режиме унитрона (а), на границе насыщения (б) и при насыщенном режиме (е).

тенциал различен: он меняется от t/д: = О около истока до Ux - ~ около стока. Поэтому обратное напряжение на р-п переходе, равное U3 -f- Ux, увеличивается в направлении от истока к стоку. Соответственно ширина перехода в этом направлении растет, а канал сужается (рис. 5-15, а).

В наиболее узком месте (около стока) суммарное напряжение на переходе равно U3 -f U. С ростом U суммарное напряжение в конце концов делается равным f/go и переход почти смыкается (рис. 5-15, б). В отличие от случая U = f/30 это, разумеется, не приводит к отсечке тока, так как само смыкание является следствием увеличения тока. Вместо отсечки тока происходит отсечка его приращений, т. е. резкое возрастание д и ф -

* Далее под U3 будет пониматься модуль напряжения на затворе,

ференциального сопротивления канала. 11ри этом на кривой (f/c). начиная с некоторой точки Н, получается почти горизонтальный участок (рис. 5-16, а). Такой режим можно назвать

насыщенным, а напряжение напряжением насыщения (Уз + f/c = f30 и равна:

f/e.H. при котором ОН наступаст, -

Эта величина получается из условия

(5-26)

f/. = f/30-f/.

Напряжение uy уменьшается с ростом f/g. В режиме насыщения, когда > u потенциал горловины канала сохраняет значение t/сн (в противном случае канал

1с мА

Рис. 5-16. Семейства выходных (а) и передаточных (б) характеристик

унитрона.

должен был бы еще больше сужаться, что невозможно), но <<горло-вииа сдвигается относительно стока (рис. 5-15, в}. Разность потенциалов t/e - t/c.H падает на участке между стоком и горловиной , а протяженность этого участка определяется формулой (2-12), если положить u = 11,- /Ус.н. Таким образом, в режиме насыщения происходит модуляция длины канала по аналогии с эффектом Эрли в биполярных транзисторах (см. § 4-2).

При расчете характеристик унитрона следует учесть, что сопротивление канала меняется вдоль оси х, поскольку меняется толщина W. Функцию W (х) получаем, заменяя на us+ ux фор муле (5-25). Тогда падение напряжения на элементарном участке dx составляет:

dU.I.dR.I.{l-Y

Ток 4 остается неизменным в любом сечении. Поэтому, разделяя переменные и интегрируя обе части соответственно в пределах от О до (Ус и от О до L, можно представить искомую функцию