Схемы включения транзистора полевого :: SYL.ru

При конструировании схем важную роль играют многие детали: резисторы, транзисторы, конденсаторы. Вместе с этим каждый из них делится на определённые виды. И в рамках статьи будет рассмотрен транзистор полевой. Что он собой представляет? Какие существуют схемы включения полевых транзисторов? И где применяются данные приборы?

Транзистор полевой

Первоначально определимся с терминологией. Полевой транзистор является полупроводниковым прибором, через который движется поток носителей зарядов. Он регулируется электрическим полем поперечного типа, которое, в свою очередь, создаётся напряжением, что приложено между стоком и затвором или истоком и затвором. Благодаря тому, что принцип функционирования полевых транзисторов базируется на перемещении основных носителей однотипного заряда (дырок или электронов), их называют униполярными.

На практике чаще всего используются схема включения транзистора с общим эмиттером. Дело в том, что использование в первую очередь истока позволяет получить значительное усиление тока и мощности. При этом, когда используется схема включения транзистора с общей базой, не увеличивается показатель тока. Поэтому показатель мощности увеличивается значительно меньше, чем в случае с эмиттером. Также при ставке на базу необходимо понимать, что схема тогда имеет низкий показатель входного сопротивления. Поэтому использование такого подхода на практике сильного ограничено в усилительной технике. Что ж, начнём рассматривать схемы включения полевых транзисторов.

Схема с общим истоком

Истоком называют электрод, через который в канал поступают носители основного заряда. Это схема включения полевого транзистора, у которого управляющий p-n-переход использует данную деталь в общем режиме.

Схема с общим стоком

Стоком называют электрод, через который уходят носители основного заряда. Это схема, где включается полевой транзистор, который имеет управляющий p-n-переход и использует в общем режиме эту деталь.

Схема с общим затвором

Затвор – это электрод, который служит для регуляции поперечного сечения канала. Перед вами схема, где включен полевой транзистор, у которого управляющий p-n-переход использует в общем режиме эту деталь.

Типы полевых транзисторов

Когда ориентируются по данным деталям электрических схем, то принимают во внимание такие показатели: внутреннее и внешнее сопротивление, напряжение отсечки и крутизна стокозатворной характеристики. Полевые транзисторы делятся на два основных типа:

1. Имеющие р-n-переход.
2. С изолированным затвором.

Схемы включения транзисторов одинаковы в обоих типахх.

Полевой транзистор с р-n-переходом

Прибор, в котором есть управляющий р-n-переход — это полевой транзистор, где пластина сделана из полупроводника одного типа и на противоположных концах имеет электроды (исток и сток). Благодаря им она включается в управляемую цепь. Та, в свою очередь, подключена к третьему электроду (который называется затвор) и образует область, в которой другой тип проводимости. Вот такие существуют схемы включения транзистора. Если пластина имеет показатель n, то будет р. Источник питания, который включен во входную цепь, реализовывает на единственном переходе обратное напряжение. Также сюда подключается и усилитель колебаний. Во время изменения входного напряжения меняется и обратное. Проводимость канала бывает n- и р-типа. В зависимости от неё может меняться полярность напряжений смещения на противоположное значение. Схемы включения транзистора очень сильно зависят от поставленной цели и его характеристик. Данный тип полевого транзистора по своему принципу функционирования аналогичен вакуумному триоду, хотя и существуют некоторые отличия. Также их важным преимуществом является то, что они обладают низким уровнем шума. Это возможно благодаря тому, что не используется инжекция неосновных носителей заряда. Также от поверхности полупроводникового кристалла отделяется канал полевого транзистора. Схемы включения транзистора на этот процесс не оказывают влияния.

Полевой транзистор, имеющий изолированный затвор

Прибор, где есть изолированный затвор. Кристалл полупроводника с довольно высоким удельным сопротивлением имеет две сильнолегированные области с противоположным типом проводимости. Конструктивная особенность данного вида полевого транзистора заключается в том, что затвор отделяется слоем диэлектрика от основной части прибора. На сильнолегированных областях имеются металлические электроды – сток и исток. Расстояние между ними может составлять меньше микрона. Поверхность между истоком и стоком покрывается тонким слоем (что-то около 0,1 микрометра) диэлектрика. Поскольку в качестве проводника используется кремний, то изолятор – это его диоксид, который выращивается путём окисления при высокой температуре. На слой диэлектрика наносят металлический электрод – затвор. Такое разнообразие привело к возникновению нового названия – МДП-транзистор. Ведь в конструкции используется металл, диэлектрик и полупроводник. Хотя схемы включения транзисторов от этого не меняются.

Существует две разновидности полевых МДП-транзисторов:

1. Индуцированный канал. Могут производить значительное усиление электромагнитных колебаний, причем как по мощности, так и по напряжению.
2. Встроенный канал. Могут работать в 2-х режимах и меняют статические характеристики.

Область применения полевого транзистора

КМОП-структуры, которые строятся из комплементарной пары данных устройств и у которых каналы разного типа (n- и р-), нашли широкое применение в аналоговых и цифровых интегральных схемах. За счёт того, что полевые транзисторы управляются полем (точнее, размером величины напряжения, которое попадает на затвор), а не током, что протекает через базу (что можно наблюдать в биполярных транзисторах), происходит меньшее потребление энергии. Это актуально для схем следящих и ждущих устройств, а также там, где необходимо обеспечение малого энергопотребления и энергосбережения (спящий режим на телефоне). В отличие от полевых схемы включения биполярных транзисторов будут требовать большей энергии, поэтому не приходится рассчитывать на их длительную работу без источника постоянной энергии. Это одно из наиболее весомых преимуществ. Схемы включения биполярных транзисторов, кстати, строятся на более знакомых большинству радиолюбителей терминах: база, эмиттер и коллектор.

В качестве примера использования полевых транзисторов на практике можно привести пульт дистанционного управления или наручные кварцевые часы. За счёт реализации с применением КМОП-структур данные устройства могут похвастаться работой в несколько лет, используя при этом всего один миниатюрный источник питания, такой как аккумулятор или батарейка. Вот такие преимущества дают схемы включения транзистора. И это ещё не предел возможностей их использования. Благодаря конструктивному усовершенствованию полевые транзисторы всё шире применяются в разных радиоустройствах, где они успешно заменяют биполярные. Поскольку в открытом состоянии они обладают низким сопротивлением, то их можно встретить в усилителях, которые увеличивают звуковые частоты высокой верности. Использование в радиопередающей технике позволяет увеличивать частоту несущего сигнала и таким образом обеспечивать устройствам высокую помехоустойчивость. Поэтому схемы включения транзистора и пользуются такой популярностью.

Режимы работы и схемы включения полевых транзисторов

Анализируя возможность использования полевых транзисторов для усиления электрических сигналов мы ограничивались только одним частным случаем подачи на электроды транзистора определенных напряжений и не рассматривали некоторые достаточно важные физические процессы в полупроводниках. Но помимо уже описанной ситуации возможны и другие, приводящие, например, к протеканию в канале тока не от истока к стоку, а наоборот — от стока к истоку и т.п. В общем случае для полевого транзистора, так же как и для биполярного, возможны различные устойчивые состояния (режимы работы). Они отличаются друг от друга тем, в каком состоянии находится канал, соединяющий исток и сток транзистора, а также направлением тока, протекающего в канале. В полевых транзисторах дополнительно принято классифицировать также режим воздействия затвора на канал (стимулирует или подавляет протекание тока в нем). Ниже при описании режимов работы полевых транзисторов мы применим ту же терминологию, какая используется для биполярных транзисторов. Однако следует понимать, что в полевых транзисторах физические процессы протекают иначе и зачастую нельзя однозначно утверждать, что транзистор находится в таком-то режиме без некоторых уточнений. Например, в нашей транскрипции активный режим и режим насыщения могут существовать одновременно независимо друг от друга.   Активный режим — соответствует случаям, рассмотренным при анализе усилительных свойств полевых транзисторов. Именно в активном режиме транзистор наилучшим образом проявляет свои усилительные свойства. Часто такой режим называюют основным, усилительным или нормальным (на усилительные свойства полевого транзистора также оказывает влияние состояние канала, а именно находится ли он в режиме насыщения — см. ниже). При рассмотрении полевых транзисторов мы практически всегда (за исключением ключевых схем) имеем дело с активным режимом, но здесь имеется одна тонкость, о которой также часто говорят как о режиме работы транзистора (или как о режиме работы затвора). В различных видах полевых транзисторов и при различных внешних напряжениях затвор может оказывать два вида воздействий на канал: в первом случае (например, в полевых транзисторах с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом при напряжениях на электродах, соответствующих рис. 2-1.5) он препятствует протеканию тока через канал, уменьшая число носителей зарядов, проходящих через него (такой режим называют режимом обеднения канала), во втором случае (например, в МДП-транзисторах с индуцированным каналом, включенных в соответствии с рис. 2-1.7) затвор, наоборот, стимулирует протекание тока через канал, увеличивая число носителей зарядов в потоке (режим обогащения канала). Часто просто говорят о режиме обеднения и режиме обогащения. Заметим, что МДП-транзисторы с индуцированным каналом могут находиться в активном режиме только в случае режима обогащения канала, а для МДП-транзисторов со встроенным каналом это может быть и режим обогащения, и режим обеднения. В полевых транзисторах с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом попытка приложить прямое смещение на этот переход вызывает его открытие и протекание существенного тока в цепи затвора. Реальные процессы в транзисторе в этом случае сильно зависят от его конструкции, практически никогда не документируются и трудно предсказуемы. Поэтому говорить о режиме обогащения для полевых транзисторов с управляющим переходом не принято да и просто бессмысленно. Инверсный режим — по процессам в канале противоположен активному режиму, т.е. поток носителей зарядов в канале протекает не от истока к стоку, а наоборот — от стока к истоку. Для инверсного режима требуется только изменение полярности напряжения на канале, полярность напряжения на затворе остается неизменной. В таком режиме транзистор также может использоваться для усиления. Обычно из-за конструктивных различий между областями стока и истока усилительные свойства транзистора в инверсном режиме проявляются хуже, чем в режиме активном. Впрочем, в некоторых видах МДП-транзисторов конструктивная ассиметрия минимальна, что приводит к симметричности выходных статических характеристик такого транзистора относительно изменения полярности напряжения сток—исток. Данный режим практически никогда не используется в усилительных схемах, но для аналоговых переключателей на полевых транзисторах он оказывается полезен. Однако здесь есть одна ловушка, в которую довольно легко попасть начинающему. Дело в том, что в большинстве МДП-транзисторов (особенно в мощных) производители соединяют подложку с истоком внутри корпуса прибора, что фактически означает, что в этих транзисторах между истоком и стоком имеется диод который не позволяет подавать на переход исток—сток инверсное напряжение, превышающее прямое падение напряжения на этом диоде, т.е. инверсный режим в таком транзисторе попросту невозможен. Вообще, в случае полевых транзисторов о режиме работы вспоминают гораздо реже, чем для биполярных. Дело здесь в том, что каждый конкретный тип полевого транзистора имеет конструкцию строго ориентированную на выполнение какой-то конкретной функции (усиление слабых сигналов, ключ и т.п.), все документируемые параметры транзистора в этом случае характеризуют его работу именно в основном режиме при выполнении предназначенной функции. Поэтому имеет смысл говорить просто о нормальном режиме работы, когда все соответствует документации, или о ненормальном, который в документации просто не предусмотрен (да и вряд ли кому-то понадобиться использовать его в схемах). Режим насыщения — характеризует состояние не всего транзистора в целом, как это было для биполярных приборов, а только токопроводящего канала между истоком и стоком. Данный режим соответствует насыщению канала основными носителями зарядов. Такое явление как насыщение является одним из важнейших физических свойств полупроводников. Оказывается, что при приложении внешнего напряжения к полупроводниковому каналу, ток в нем линейно зависит от этого напряжения лишь до определенного предела ( напряжение насыщения), а по достижении этого предела стабилизируется и остается практически неизменным вплоть до пробоя структуры. В приложении к полевым транзисторам это означает, что при превышении напряжением сток—исток некоторого порогового уровня оно перестает влиять на ток в цепи. Если для биполярных транзисторов режим насыщения означал полную потерю усилительных свойств, то для полевых это не так. Здесь наоборот, насыщение канала приводит к повышению коэффициента усиления и уменьшению нелинейных искажений. До достижения напряжением сток—исток уровня насыщения ток через канал линейно увеличивается с ростом напряжения (т.е. ведет себя так же, как и в обычном резисторе). Автору неизвестно какого-либо устоявшегося названия для такого состояния полевого транзистора (когда ток через канал идет, но канал ненасыщен), будем называть его режимом ненасыщенного канала (он находит применение в аналоговых ключах на полевых транзисторах). Режим насыщения канала обычно является нормальным при включении полевого транзистора в усилительные цепи, поэтому в дальнейшем при рассмотрении работы транзисторов в схемах мы не будем делать особого акцента на этом, подразумевая, что между стоком и истоком транзистора присутствует напряжение, достаточное для насыщения канала. Режим отсечки — режим, в котором ток через канал полевого транзистора не протекает. Переход полевого транзистора в режим отсечки происходит по достижении напряжением на затворе определенного порога (напряжение отсечки). В полевых транзисторах с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом это имеет место при постепенном увеличении обратного смещения на перереходе, а в МДП-транзисторах со встроенным каналом при увеличении разности потенциалов между истоком и затвором при условии работы в режиме обеднения канала. В МДП-транзисторах с индуцированным каналом режим отсечки имеет место при нулевой разности напряжений между истоком и затвором, а по достижении напряжения отсечки (или порогового напряжения) канал открывается. Поскольку выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю, он используется в ключевых схемах и соответвует размыканию транзисторного ключа. Помимо режима работы для эксплуатации полевых транзисторов имеет значение то, каким образом транзистор включен в каскад усиления (как поданы питающие напряжения на его электроды, в какие цепи включены нагрузка и источник сигнала). Так же как и для биполярных транзисторов, здесь различают три основных способа (рис. 2-1.8): схема с общим истоком (ОИ), схема с общим стоком (ОС) и схема с общим затвором (ОЗ).   Рис. 2-1.8. Схемы включения полевых транзисторов (направления токов соответствуют активному режиму работы)   Для полевых транзисторов полностью сохраняется понятие класса усиления в том же виде, в каком оно описано в подразделе Классы усиления для биполярных транзисторов. Отличие лишь в том, что критерием нахождения транзистора в режиме усиления здесь служит наличие потока зарядов через канал от истока к стоку.     < Предыдущая   Следующая >

полевые транзисторы

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Цель: Ознакомить курсантов с принципом работы полевых транзисторов, конструктивными особенностями, схемами включения.

План

1. Полевой транзистор — прибор управляемый электрическим полем

2. Устройство полевого транзистора с изолированным затвором

3. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом

4. Вольтамперные характеристики полевых транзисторов

5. Схемы включения полевых транзисторов

1. Полевой транзистор — прибор управляемый электрическим полем

Униполярными или полевыми транзисторами называются трех электродные полупроводниковые приборы, в которых ток создают основные носители заряда под действием продольного электрического поля, а управление величиной тока осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным к управляющему электроду.

Оба названия этих транзисторов достаточно точно отражают их основные особенности:

Прохождение тока в канале обусловлено только одним типом зарядов – униполярный.

Управление током канала осуществляется осуществляется при помощи электрического поля.

Электроды, подключенные к каналу, называются стоком (Drain) и истоком (Source), а управляющий электрод называется затвор (Gate).

Напряжение управления, которое создает поле в канале прикладывается между затвором и истоком. В зависимости от выполнения затвора полевые транзисторы делятся на две группы: с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором.

2. Устройство полевого транзистора с изолированным затвором

Устройство полевого транзистора с изолированным затвором (ПТИЗ) приведено на рисунке 1, а, а полевого транзистора с управляющим переходом (ПТУП) – 1, б.

Рис. 1. Устройство униполярного транзистора

с изолированным затвором

В полевых транзисторах с изолированным затвором электрод затвора изолирован от полупроводникового канала с помощью слоя диэлектрика из двуокиси кремния SiO. Электроды стока и истока располагаются по обе стороны затвора и имеют контакт с полупроводниковым каналом. Ток утечки затвора пренебрежительно мал даже при повышенных температурах. Полупроводниковый канал может быть обеднен носителями зарядов или обогащен ими.

При обедненном канале электрическое поле затвора повышает его проводимость поэтому канал называется индуцированным.

Если канал обогащен носителями зарядов, то он называется встроенным. Электрическое поле затвора в этом случае приводит к обеднению канала носителями зарядов.

Проводимость канала может быть электронной или дырочной.

Если канал имеет электронную проводимость, то он называется n-каналом.

Канал с дырочной проводимостью называются p-каналом.

В результате полевые транзисторы с изолированным затвором могут быть четырех типов:

с каналом n или p-типа, каждый из которых может иметь индуцированный или встроенный канал. Условные схематические изображения этих транзисторов приведены на рисунке.

индуцированный встроенный индуцированный встроенный

n-типа p-типа

Рис 2

Графическое обозначение транзисторов содержит максимальную информацию о его устройстве.

Канал транзистора изображается вертикальной штриховой или сплошной линией.

Штриховая линия обозначает индуцированный канал.

Сплошная линия обозначает встроенный канал.

Исток и сток действуют как невыпрямляющие контакты, поэтому изображаются под прямым углом к каналу.

Подложка изображается как электрод со стрелкой, направление которой указывает тип проводимости канала.

Затвор изображается вертикальной линией, параллельной каналу.

Вывод затвора обращен к электроду истока.

3. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом

Приведено на рис. 3. В таком транзисторе затвор выполнен ввиде обратно смещенного p-n перехода. Изменение обратного напряжения на затворе позволяет регулировать ток в канале. На рисунке приведен полевой транзистор с каналом p-типа и затвором выполненным из областей n-типа. Увеличение обратного напряжения на затворе приводит к снижению проводимости канала, поэтому полевые транзисторы с управляющим p-n переходом работают только на обеднение канала носителями зарядов.

Рис. 3. Устройство униполярного транзистора

с управляющим p-n переходом

Условное схематическое изображение полевых транзисторов с управляющим p-n переходом приведено на рисунке. Поскольку ПТУП могут работать только с обеднением канала, то наличие встроенного канала показано на этом изображении сплошной линией, которая имеет контакты с электродами стока и истока. Направление стрелки на выводе затвора указывает тип проводимости канала.

n-канал анал

Условные обозначения полевых транзисторов

с управляющим p-n-переходом

4. Вольтамперные характеристики полевых транзисторов

Таким образом полный набор полевых транзисторов, имеющихся в справочной литературе, исчерпывается шестью разновидностями. Их типовые передаточные характеристики приведены на рисунке 4.

Рис. 4. Передаточные характеристики полевых транзисторов

Пользуясь этими характеристиками, можно установить полярность управляющего напряжения, направление тока в канале и диапазон изменения управляющего напряжения.

Рассмотрим некоторые особенности этих характеристик.

Все характеристики ПТ с каналом n-типа расположены в верхней половине графика и, следовательно, имеют положительный ток, что соответствует положительному напряжению на стоке.

Все характеристики ПТ с каналом р-типа расположены в нижней половине графика и, следовательно, имеют отрицательный ток, что соответствует отрицательному напряжению на стоке.

Характеристики ПТУП при нулевом напряжении на затворе имеют максимальное значение тока, которое называется начальным Iс.нач. При увеличении запирающего напряжения ток стока уменьшается и при напряжении отсечки Uотс становиться близким к нулю.

Характеристики ПТИЗ с индуцированным каналом при нулевом напряжении на затворе имеют нулевой ток. Появление тока стока в таких транзисторах происходит при напряжении на затворе больше порогового значения Uпор. Увеличение напряжения на затворе приводит к увеличению тока стока.

Характеристики ПТИЗ со встроенным каналом при нулевом напряжении на затворе имеют начальное значение тока стока Iс.нач. Такие транзисторы могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения. При увеличении напряжения на затворе канал обогащается и ток стока растет, а при уменьшении напряжения на затворе канал обедняется, и ток стока снижается.

На рисунке приведены выходные вольтамперные характеристики ПТУП с каналом n-типа.

Характеристики других типов транзисторов имеют аналогичный вид, но отличаются напряжением на затворе и полярностью приложенных напряжений. На этих вольт амперных характеристиках можно выделить две области: линейную и насыщения.

В линейной области ВАХ вплоть до точки перегиба представляют собой прямые линии, наклон которых зависит от напряжения на затворе.

В области насыщения ВАХ идут практически горизонтально, что позволяет говорить о независимости тока стока от напряжения на стоке.

Особенности этих характеристик обуславливают применение полевых транзисторов.

В линейной области полевой транзистор используется как сопротивление, управляемое напряжением на затворе, а в области насыщения – как усилительный элемент.

5. Схемы включения полевых транзисторов

Полевые транзи­сторы применяются в трех схемах включения (рис. 13.8): с общим истоком (ОИ), с общим затвором (ОЗ) и с общим стоком (OС). Основным и наиболее распространенным является каскад с общим истоком. Принципиальная схема такого каскада приведена на рис. 13.9. Резистор R_Cв цепи стока выполняет функцию сопро­тивления нагрузки усилителя, цепочка R_ИС_И в цепи истока служит для получения напряжения автоматического смещения и вы­бора рабочей точки на стоко-затворной характеристике полевого транзистора (рис. 7.24). Резистор R_З в цепи затвора позволяет подать постоянное напряжение смещения на участок затвор — исток. Что же касается разделительных конденсаторов С_Р1 и С_Р2, то их назначение ничем не отличается от аналогичных элементов в схеме на биполярном транзисторе (см. рис. 13.4).

Лекция 12. Полевые транзисторы. Классификация, принцип действия, основные параметры, схемы включения и режимы работы

12.1. Классификация полевых транзисторов

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, ток в котором создаётся основными носителями зарядов (только электронами или только дырками). Заряды перемещаются в области, которая называется канал. Электрод, через который ток втекает в транзистор, называетсяисток(И). Прошедшие через канал заряды выходят из него через электрод, который называетсясток(С). Движением зарядов управляет электрод, который называетсязатвор(З).

Классификация. В зависимости от типа проводимости канала различают полевые транзисторы с каналом типаpи типаn, а в зависимости от способа выполнения затвора – с управляющимp—nпереходом и с изолированным затвором. Условное графическое обозначение полевых транзисторов представлено на рис. 12.1. Стрелка показывает направление от слояpк слоюn.

Тип затвора	Канал n-типа	Канал p-типа
С управляющим p—n переходом
С изолированным затвором и встроенным каналом
С изолированным затвором и индуцированным каналом

Рис. 12.1. Условное графическое обозначение полевых транзисторов

В 1926 году был открыт полевой эффект и указан его недостаток — поверхностные волны в металле не позволяли проникать полю затвора в канал. Однако в 1952 году Уильям Шокли исследовал влияние управляющего p—nперехода на ток в канале, а в 1959 году Джон Аталла и Дэвон Канг из Bell Labs изготовили полевой транзистор с изолированным затвором по технологии МОП металлический (Al) затвор, изолятор оксид кремния (SiO₂) и канал-полупроводник (Si).

Система обозначений транзисторов была рассмотрена в лекции 6, и для полевых транзисторов, как и для биполярных, установлена отраслевым стандартом ОСТ 11336.919 – 81 и его последующими редакциями.

12.2. Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющимp-n переходом

Рассмотрим физические процессы, происходящие в полевом транзисторе с управляющим p—nпереходом и каналомn-типа, схематичное изображение которого представлено на рис. 12.2.

Рис. 12.2. Полевой транзистор с управляющим p—n переходом и каналом n-типа

Такая конструкция, в которой электроды расположены в одной плоскости, называется планарной. В исходном полупроводниковом материале методом диффузии создаётся легированная область n– канал. Затем на поверхности образуют сток, исток и затвор таким образом, что канал получается под затвором. Нижняя область исходного полупроводника – подложка – обычно соединяется с затвором. Исток подключают к общей точке источников питания, и напряжения на стоке и затворе измеряют относительно истока.

Изменение проводимости канала осуществляется изменением напряжения, прикладываемого к p—n переходам затвора и подложки. На рис. 12.3. представлены графики статических характеристик. Поскольку ток затвора не зависит от напряжения U_ЗИ, входная характеристика отсутствует. Вместо неё применяется сток — затворная характеристика передачи. Выходная характеристика – это зависимость тока стока от напряжения на стоке при фиксированном напряжении на затворе.

Рис. 12.3. Статические характеристики полевого транзистора с управляющим p—nпереходом

При U_ЗИ= 0 толщинаp—n – переходов затвора и подложки минимальна, канал «широкий» и проводимость его наибольшая. Под действием напряжения U_СИпо каналу будет проходить ток, создаваемый основными носителями зарядов – электронами. На участке напряжений от 0 доU_СИ.НАСток будет нарастать и достигнет величиныI_С.нач– начального тока стока. Дальнейшее увеличение напряжения на стоке повышает напряжённость поля в запорном слоеp—n переходов затвора и подложки, но не увеличивает ток стока. Когда напряжение на стоке достигнет U_{СИ.макс}, может наступить электрический пробой по цепи сток – затвор, что показывает вертикальная линия роста тока на выходной характеристике.

Если отрицательное напряжение на затворе увеличивать, то, в соответствии с эффектом Эрли, толщина p—n – переходов затвора и подложки начнёт увеличиваться за счёт канала, сечение канала будет уменьшаться. Ток стока будет ограничен на меньшем уровне. Если и дальше увеличивать отрицательное напряжение на затворе, то, при некоторой его величине, называемой напряжением отсечки U_ЗИотс,p—n переходы затвора и подложки сомкнутся и перекроют канал. Движение электронов в канале прекратится, ток стока будет равен нулю, и не будет зависеть от напряжения на стоке.

Следовательно, полевой транзистор с управляющим p—n–переходом до напряжения на стоке U_СИ.НАС работает как регулируемое сопротивление, а на горизонтальных участках выходных характеристик может использоваться для усиления сигналов в режиме нагрузки.

28. Полевой транзистор с упр. P-n переходом. Конструкция, принцип действия.

Полевой транзистор с управляющим p—n переходом— это транзистор, ток в котором переносится дрейфовым движением основных носителей заряда от источника через канал, а управление током осуществляется путем изменения ширины канала электрическим полем, созданным управляющим U между затвором и истоком.

Содержит два омических перехода к области п/п-ка, по которой проходит управляемый или регулируемый поток основных носителей заряда, и один или два p-nперехода, смещенных в обратном направлении.

проводящий канал —Область в проводнике в котором регулируется поток.

исток— Электрод через который в проводящий канал входят носители.

сток — Электрод через который из канала выходят носители.

затвор— Электрод на который падают сигнал.

Управление током основано на изменении сечения канала за счет изменения ширины перехода при изменении входного напряжения(напряжения затвора). При подаче напряжения на сток, в цепи потечет J_cсоздаваемый дырками(электронами) движущимися под действием эл поля. Кол-во осн. носителей участвующих в токе через канал, определяется эл полем, приложеным кp-nпереходу.этот переход включается в обратном направлении. Если на затвор подать положительно напряжение, то переход расширится, то сечение канала уменьшится, а его сопротивление увеличится. При увеличении сопротивленияJ_cуменьшится.

29. Выходные и сток затворные хар-ки полевого транзистора с управляющим p-n переходом, их зависимость от температуры.

Семейство вых-ых хар-ик:

Выходные хар-ки определяют зависимость тока Jcот напряжения стокаUc. При постоянном напряжении затвораUз. ПриUз=0. При увеличенииUcрастет дрейфовая скорость носителей, а следовательно иJc.

При протекании Jc=> падение напряжения на канале =>pn-переход получает обратное смещение, и расширяется в область канала.Чем ближе к стоку, тем уже канал.

В т.А:Jcвозросло настолько, что из-за уменьшения толщины канала и увелич сопротивления происходит ограничениеJc.

В т.В: приUно канал сужается настолько что ростJcпрекращается.

ОА-область проводимости, ВС-область насыщения.

При Uз>0 исходное сечение канала уменьшится, его сопротивление увеличится и хар-каJcпойдет под меньшим углом. насыщение канала произойдет при меньшемUno.

Сток-затворные хар-ки:

Под сток-затворными хар-ми понимают зависимость JcотUзu, при постоянномUcu.

Uотс-напряжение приJc=0.

При Uзи=0 через канал течет наибольший ток, т.к сечение наибольшие и сопротив мин.

При увеличении Uзиp-nпереход расширяется, сечение канала уменьшается, споротивление увеличивается иJcуменьшается.

Хар-ки при разныхUcидут близко друг к другу, иUотс практически не меняется.

• С ростом температуры подвижность μ уменьшается, => уменьшается удельная проводимость канала и уменьшается Jc(хар-ка левее т.А)

• Уменьшается φ_к, уменьшается ширинаp-nперехода, канал становится шире,Jcрастет,Uотс увелич.(хар-ка правее т.А)

Точка А-термостабильная точка.

30. Моп-транзисторы с изолированным затвором. Принцип действия, эффект поля.

Определение: Это полевой транзистор, имеющий один или несколько затворов, электрически изолированных от проводящего канала. В качестве изоляции между каждым Ме затвором и проводящим каналом исп-ся оксид п/п и полевой транзистор имеет тип Ме-оксид-п/п (МОП-транзистор).

МОП-транзисторый делятся на полевые транзисторы с индуцированнымивстроеннымканалами.

Принцип действия: Управление током за счёт изменения сечения канала вследствие изменения ширины перехода при изменении входного напряжения (напряжения затвора).

1) МОП-транзистор с индуцированным каналомn-типа представляет собой тонкую слабо легированную пластинку кремния р-типа, в котрой сделаны 2 сильно легированные областиn-типа, расстояние между которыми порядка 10 мкм. На области, в которой создаётся токопроводящий канал, выращивается тонкий слойSiO₂, на который напыляется алюминий и изготавливаются 3 электрода:исток,стокизатвор. В основе работы МОП-транзистора с индуц. каналом лежит явление инверсии проводимости приповерхностного слоя (эффект поля). Это явление заключается в том, что под действием эл. поля электроны притягиваются к пов-ти п/п р-типа и в этой области п/п мин. значение энергии, которой может обладать электрон, находящийся в зоне проводимости, должно быть ниже, чем в остальном объёме п/п. Существует пороговое напряжение, по превышении которого эн. зоны искривляются вниз настолько сильно, что вблизи поверхности образуется инверсионный эл. слой (индуцированный канал) способный пропускать ток.

2) МОП-транзистор со встроенным каналом имеет между стоком и истоком тонкий слой n-типа у самой поверхности. В таком транзисторе при отсутствии внеш. напряжения на затворе канал будет замкнут, и в цепи сток-исток будет протекать ток. Такой МОП-транзистор может работать как при положительном (обогащение канала носителями), так и при отрицательном напряжении затвора (режим обеднения).