Схематическое изображение ПТ с управляющим р-n переходом (униполярный транзистор Шокли) приведено на рис. 3 .

Прибор состоит из области с проводимостью n- (или р-) типа, имеющей омические контакты, называемые истоком и стоком, и двух областей р- (или n-) типа, называемых затворами .

На рис. 3, а показан случай нулевого напряжения на всех электродах. За счет наличия обедненных областей вблизи р-n переходов толщина проводящего канала между истоком и стоком меньше геометрического сечения n-области. Если к затворам приложить обратное смещение VGS, to размеры областей пространственного заряда (ОПЗ) увеличиваются и толщина проводящего канала еще более уменьшается (рис. 3, б).

При приложении к стоку положительного по отношению к истоку напряжения VDS по каналу течет ток ID основных носителей (электронов), а толщина ОПЗ у стокового конца затвора увеличивается вследствие возрастания обратного напряжения между затвором и каналом (рис. 3, в). Таким образом, возрастание VDS приводит к увеличению сопротивления канала за счет уменьшения «горловины» вблизи стока. При достаточно больших значениях VDS области пространственного заряда смыкаются (рис. 3, г) и дальнейшее увеличение VDS практически не вызывает возрастания тока (режим насыщения). Напряжение между затвором и стоком, соответствующее смыканию ОПЗ, называется напряжением перекрытия Vp0. Следует отметить, что канал может быть полностью перекрыт только при ID=0. При работе прибора в режиме насыщения вблизи стока существует очень узкая проводящая область, в которой плотность тока и электрическое поле велики. На стоковых характеристиках ПТУП (рис. 4, а) точки сечения штриховой линии с кривыми ID (VDS/VPO) соответствуют началу режима насыщения.

На практике при насыщении все же наблюдается незначительное возрастание тока с ростом VDS (рис. 4,б), причины которого полностью не ясны. По-видимому, это возрастание связано с распространением ОПЗ по направлению к стоковому контакту и частично с увеличением электрического поля в канале. За счет расширения области смыкания в сторону истока ток стока возрастает так, как если бы длина затворов уменьшалась, а толщина канала оставалась постоянной. Это явление, называемое эффектом укорочения канала, определяет конечную величину сопротивления канала при увеличении VDS.

Рассмотрим влияние напряжения затвора на характеристики прибора. Пусть , a VGS = 0. Этот случай соответствует ненасыщенному режиму работы (рис. 2,а). При увеличении обратного смещения на затворе толщина канала уменьшается, ток стока падает, и при , где и , наступает режим насыщения. Таким образом, с ростом значение VDS, соответствующее началу насыщения, уменьшается. С дальнейшим возрастанием |VGS| ток стока становится равным нулю при VGS=VPO. При этом канал полностью перекрыт и представляет собой сплошную обедненную область.

Низкочастотная эквивалентная схема ПТУП для малых сигналов приведена на рис. 5 [4], где rg и rds — дифференциальные сопротивления затвора и стока соответственно,

— крутизна передаточной характеристики.

Для типичных маломощных кремниевых приборов в режиме насыщения 109 Ом, 30 кОм, 2 мА/В. Путем увеличения рабочей площади транзистора крутизна может быть повышена до 100 мА/В, а допустимая мощность рассеяния до 10 и более ватт; однако при этом величины rg и rds уменьшаются, а входная емкость возрастает.

Стоковые характеристики ПТУП с достаточной степенью точности могут быть аппроксимированы выражением [17]:

(7)

где IDO — ток стока при VGS = 0; n — константа, лежащая в пределах 1,5—2,5; штрихом здесь и далее обозначаются величины параметров для режима насыщения.

Дифференцирование (7) дает выражение для крутизны передаточной характеристики:

(8)