Полевые транзисторы. МОП-транзистор. Униполярные, так как имеют заряды одного знака − МОП-транзистор

МОП-транзистор. Униполярные, так как имеют заряды одного знака − МОП-транзистор. Полевой транзистор (ПТ) − это полупроводниковый прибор с токопроводящим каналом, ток в котором управляется электрическим полем.

Канал − это область в транзисторе, сопротивление которой зависит от потенциала на затворе. Электрод, из которого выходят заряды в канал, − исток; электрод, в который входят заряды из канала, − сток.

Затвор служит для регулирования поперечного сечения канала и его электропроводности (в полевых транзисторах).

1. В ПТ n -типа основными носителями заряда в канале являются электроны. Затвор – это р -область. Между затвором и каналом образуются р - n -переходы. Когда между З и И приложено U _зи < 0, запирающее р - n -переходы, оно вызывает вдоль канала равномерный слой, обедненный носителями заряда. Величина U _си больше вызывает неравномерность обедненного зарядами слоя, наименьшее сечение проводящего канала − вблизи стока, сопротивление возрастает.

Величина U _зи управляет сечением канала и его сопротивлением. Величина U _си управляет током через канал.

а б

Полевой транзистор (ПТ): а - структурная схема; б - условное обозначение

Когда U _cи + | U _зи| = U _зап, обедненные слои перекрывают канал и сопротивление канала резко возрастает (насыщение, I _c = сonst).

Схема канала ПТ

ПТ с управляющими р - n -переходами различают двух типов (рис. а, б). Схема ПТ с общим истоком представлена на рис. в.

аб

в

Схемы управления ПТ: а - с n -каналом;

б - с р -каналом; в - с общим истоком

2. Используются и ПТ с изолированным затвором, у которых между З и К есть слой диэлектрика SilО₂, а р - n -переход отсутствует. Их называют МОП-транзисторами (металл, окисел, полупроводник) или МДП транзисторы (металл, диэлектрик, полупроводник).

3. ПТ с затвором Шоттки. У них потенциал на затворе изменяет толщину перехода между металлом и полупроводником и изменяется R.

ПТ с изолированным затвором

с р -каналом с n -каналом

Основные характеристики:

I _c(U _cи) при U _зи = const − выходные (стоковые) характеристики.

I _c(U _зи) при U _си = const − переходная (строится по выходной).

Переходная и стоковые характеристики ПТ

Если одновременно подать напряжение U _зи < 0 и U _си > 0, то сечение канала и соответственно его сопротивление будут определятся действием суммы этих двух напряжений. Когда суммарное напряжение достигнет величины запирания, т. е. U _си + | U _зи| = U _зап, канал сомкнется, его сопротивление резко возрастет, транзистор – закроется. Зависимости тока стока I _с от напряжения U _cи при U _зи = const, определяют выходные или стоковые характеристики I _c = f (U _cи).

На начальном участке, когда U _cи + | U _зи| < U _зап, ток I _с возрастает с повышением U _си; когда напряжение U _cи ≥ U _зап − U _зи рост тока прекращается (участок насыщения). Увеличение отрицательного значения U _зи (1−2−3−4 В) уменьшает величину U _си и тока I _c. Более высокое напряжение U _cи приводит к пробою р - n -перехода и выходу из строя транзистора. По выходным характеристикам можно построить переходную или стоковую характеристику I _c = f (U _зи), U _cи = const

Основные параметры: крутизна (определяется по переходной характеристике)

S = Δ I _с/ Δ U _зи при U _си = const

Дифференциальное сопротивление cтока (определяется по выходной характеристике).

R _с = Δ U _си/ Δ I _с при U _зи = const

Достоинства: высокая технологичность; меньшая стоимость, чем биполярных, высокое R _вх. Применяются в усилительных каскадах с высоким R _вх, ключевых и логических схемах.

Обозначение транзисторов состоит из четырех элементов:

1) буква или цифра, указывающая на полупроводниковый материал;

2) буква T для бинарных, П − для полевых;

3) трехзначная группа цифр – это тип по классификации;

4) буква разновидности транзистора.

КТ 315А − кремниевый, биполярный транзистор малой мощности, высокой частоты, разновидность А.

Полевые транзисторы просты в изготовлении, дешевле. Можно получить высокую плотность расположения в микросхеме (на порядок выше, чем в Б-транзисторах) имеет очень высокое R _вх = 10¹¹−10¹⁷ Ом. Мало зависят от температуры и радиации, могут работать при t, близких к абсолютному нулю и

в космосе. Однако имеют малый коэффициент усиления, работают при невысоких частотах (до нескольких мГц).