Характеристики и параметры полевых транзисторов

Занятие от 26.03.2020 года: Тема занятия

Полевые транзисторы

Задание:

Изучить теоретический материал.

Ответить на вопросы теста.

Ответы прислать мне в личные сообщения.

Полевые транзисторы

 

Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим
р-n переходом

 

1) Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим р-п переходом

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаётся только основными носителями зарядов под действием продольного электриче­ского поля, а управление этим током осуществляется поперечным электрическим полем, ко­торое создаётся напряжением, приложенным к управляющему электроду.

 

Все полевые транзисторы по своим конструктивным особенностям можно разделить на две группы;

1) полевые транзисторы с р — п - переходами (канальные, или уни­полярные, транзисторы);

2) полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП или МОП транзисторы).

 

Полевые транзисторы могут быть использованы в схемах усили­телей, генераторов, переключателей. Особенно широко применяются они в малошумящих усилителях с высоким входным сопротивлением. Весьма перспективным является также использование их (с изолиро­ванным затвором) в цифровых и логических схемах.

К важнейшим достоинствам полевых транзисторов следует отнести:

1. Высокое входное сопротивление, достигающее в канальных тран­зисторах с р — п - переходами величины 10⁶ —10⁹ Ом, а в транзисто­рах с изолированным затвором 10¹³ — 10¹⁵ Ом. Такое высокое значение входного сопротивления объясняется тем, что в транзисторах с р — п - переходами электронно-дырочный переход между затвором и истоком включен в обратном направлении, а в транзисторах с изо­лированным затвором входное сопротивление определяется очень большим сопротивлением утечки диэлектрического слоя.

2. Малый уровень собственных шумов, так как в полевых транзи­сторах, в отличие от биполярных, в переносе тока участвуют заряды только одного знака, что исключает появление рекомбинационного шума.

В широком диапазоне частот коэффициент шума полевых транзи­сторов не превышает 0,5—3 дБ.

3. Высокая устойчивость против температурных и радиоактивных воздействий.

4. Высокая плотность расположения элементов при использовании приборов в интегральных схемах.

 

Несколько определений:

Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, назы­вается истоком.

Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называ­ется стоком.

Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле называется затвором.

Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между р-п переходом, называется каналом полевого транзистора.

Поэтому полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом р -типа или п -типа.

 

Условное графическое изображение (УГО) полевого транзистора с каналом n -типа и с каналом р -типа

 

Принцип действия рассмотрим на примере транзистора с каналом п -типа.

 

На затвор всегда подаётся такое напряжение, чтобы переходы закрывались.

Напряжение меж­ду стоком и истоком создаёт продольное электрическое поле, за счёт которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока.

 

1) При отсутствии напряжения на затворе р-n переходы закрыты собственным внутрен­нимполем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет максимальным.

2) При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина р-n переходов увеличива­ется, а ширина канала и ток стока уменьшаются.

3) При достаточно больших напряжениях на затворе ширина р-n переходов может уве­личиться настолько, что они сольются, ток стока станет равным нулю.

Напряжение на затворе, при котором ток стока равен нулю, называется напряжением отсечки.

Вывод: полевой транзистор представляет собой управляемый полупроводниковый прибор, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока и поэтому принято гово­рить, что полевые транзисторы с управляющими р-n переходами работают только в режиме обеднения канала.

 

Характеристики и параметры полевых транзисторов

К основным характери­стикам относятся:

• Стокозатворная характеристика - это зависимость тока стока (Iс) от напряжения на за­творе (Uзи).

 

• Стоковая характеристика - это зависимость Iс от Uси при постоянном напряжении на затворе (смотрите рисунок). Ic = f (Uси) при Uзи = Const

 

Пусть напряжение между затвором и истоком U _зи = 0. При уве­личении положительного напряжения U c на стоке ток Iс будет нара­стать. Вначале зависимость I_с = f (U_c) будет почти линейной (уча­сток ОА на рис. 10.25, а). Однако с возрастанием I_с увеличивается падение напряжения на канале, повышается обратное смещение для р — n -переходов (особенно вблизи стока), что ведет к сужению се­чения токопроводящего канала и замедляет рост тока Iс. В конечном итоге у стокового конца пластинки канал сужается настолько, что дальнейшее повышение напряжения уже не приводит к росту Iс (учас­ток AВ на рис. 10.25, а). Этот режим получил название режима насы­щения, а напряжение U с, при котором происходит насыщение, на­зывается напряжением насыщения (Uснас).

 

Основные параметры:

1) Напряжение отсечки.

2) Крутизна стоко-затворной характеристики. Она показывает, на сколько миллиампер изме­нится ток стока при изменении напряжения на затворе на 1 В.

3) Внутреннее сопротивление (или выходное) полевого транзистора.

 

4) Входное сопротивление.

Так как на затвор подаётся только запирающее напряжение, то ток затвора будет представлять собой обратный ток закрытого р-п перехода и будет очень мал. Величина входного сопротив­ления Rbx будет очень велика и может достигать 10⁹ Ом.

 

Полевые транзисторы с изолированным затвором

 

Данные приборы имеют за­твор в виде металлической плёнки, которая изолирована от полупроводника слоем диэлектрика, в виде которого применяется окись кремния.

Поэтому полевые транзисторы с изолирован­ным затвором называют МОП и МДП. Аббревиатура МОП расшифровывается как металл, окись, полупроводник. МДП расшифровывается как металл, диэлектрик, полупроводник.

 

МОП - транзисторы могут быть двух видов:

· Транзисторы со встроенным каналом

· Транзисторы с индуцированным каналом.

 

Транзистор со встроенным каналом

Основой такого транзистора является кристалл кремния р- или n-типа проводимости.

 

Принцип действия.

Под действием электрическогополя между стоком и истоком через канал будут протекать основные носители зарядов, т. е. будет существовать ток стока.

При подаче на затвор положи­тельного напряжения электроны как неосновные носители подложки будут притягиваться в канал. Канал обогатится носителями заряда, и ток стока увеличится.

При подаче на затвор отрицательного напряжения электроны из канала будутуходить в подложку, канал обеднится носителями зарядов, и ток стока уменьшится.

При достаточно больших напряжениях на затворе все носители заряда могутиз канала уходить в подложку, и ток стока станет равным нулю.

Вывод: МОП - транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обогаще­ния, так и в режиме обеднения зарядов.

 

Транзисторы с индуцированным каналом

 

При напряжениях на затворе, равных или меньше нуля, канал отсутствует, и ток стока будет равен нулю.

При положительных напряжениях на затворе электроны, как не основные носите­ли заряда подложки р-типа, будутпритягиваться к затвору, а дырки будутуходить вглубь подложки. В результате в тонком слое под затвором концентрация электронов превысит кон­центрацию дырок, т. е. в этом слое полупроводник поменяет тип своей проводимости. Образу­ется (индуцируется) канал, и в цепи стока потечёт ток.

Вывод: МОП - транзисторы с индуцированным каналом могут работать только в режиме обо­гащения.

МОП - транзисторы обладают большим входным сопротивлением, чем транзисторы с управ­ляемым переходом. Rbx = (10¹³-10¹⁵) Ом.