М.Х. Джонс - Электроника практический курс, страница 8

На рис. 2.4(Ь) показан и-канальный МОП-транзистор с инлуцируемым каналом (с обогащением), и в отличие от рис. 2.4(о) канал указан прерывистой лини- Проходные харакгперисгпики полевых гпранзисгпоров 41 Рис. 2.4. Обозначения МОП-транзисторов: (а) и-квнвльный трвнзистор со встроенным квнвлои (с обеднением), (Ь) л-квнвльный трвнзистор с индуцируемым каналом (с обогащением), (с) р-квнвльный транзистор со встроенным каналом (с обеднением), (Е) р-квнвльный транзистор с инлуцируемым каналом (с обогвшением).

ей, подчеркивающей, что собственный проводящий канал между истоком и стоком в транзисторе отсутствует. На рис. 2.4(с) и 2.4(д) показаны р-канатьные МОП-транзисторы со встроенным и с индуцируемым каналами (с обеднением и с обогащением) соответственно; обратите внимание, что стрелка у вывода подложки направлена в противоположную сторону по сравнению с и- канальными транзисторами. В обозначениях всех МОП-транзисторов явным образом указывается, что затвор изолирован от канала. 2.4 Проходные характеристики полевых транзисторов Точно так же, как на рис.

1.15 мы строили зависимость коллекторного тока биполярного транзистора от тока в базе, мы можем графически изобразить проходные характеристики полевых транзисторов различного типа. В данном случае речь илет о зависимости тока стока от напряжения затвор-исток, На рис. 2.5 показаны три таких графика лля п-канальных транзисторов; согласно каждой из этих кривых, ток стока уменьшается, по мере того как потенциал затвора становится все более отрицательным.

На рис. 2 5(а) представлена проходная характеристика полевого транзистора с р-п переходом, который, естественно, работает в режиме обелнения. На рис. 2.5(Ь) построена 42 Полевой транзиопор о о о и + аз Рис. 25. Типичные проходные характеристики л-канальных полевых транзисторов.

Представлены зависимости тока стока! от напряжения затвор-исток Г для (а) полевого транзистора с р-и переходом, (О) МОП-транзистора со встроенным каналом, (с) МОП-транзистора с индупируемым каналом. характеристика МОП-транзистора со встроенным каналом (с обеднением), показываюшая, что этот транзистор может также работать в режиме обогащения. Кривая на рис.

2.5(с) относится к л-канальному транзистору с инлуцируемым каналом (с обогашением). Полобные характеристики можно построить и для р-канальных транзисторов за исключением того, что полярность напряжения затвор-исток должна быть противоположной. 2.5 Крутизна Как можно судить о качестве полевого транзистора". В случае биполярного транзистора естественной характеристикой является коэффициент усиле- Усилитель напряжения на палевом транзисторе 43 ния тока, и его достоинство состоит в том, что он является простым безразмерным отношением токов. В случае полевого транзистора мы должны отразить тот факт, что так стока /р управляется напряжением У между затвором и истоком.

Таким образом, о способности транзистора усиливать нужно судить по величине отношения /л /У которое, будучи отношением тока к напряжению, имеет размерность проводимости. Эта величина называется крутизной, обычно обозначается символами 8 или у, и находится как отношение приращения тока стока (д/р) к приращению напряжения затвор- исток (д К, ) (см. рис. 2.5(а)). Поэтому имеем: Ь7, 8п ав Если /л измеряется в миллиамперах, а У вЂ” в вольтах, то величина 8 выражается в миллимо или в миллисименсах (мСм).

Однако часто размерность указывается в мА/В; впрочем, используются также микросименсы (мкСм). Таким образом, в случае, когда крутизна полевого транзистора равна 3 мСм, изменение напряжения затвор-исток на 1 В вызывает изменение тока стока на 3 мА. 2.о Усилитель напряжения на полевом транзисторе Как и в случае биполярного транзистора, в схеме усилителя напряжения должно иметь место преобразование выходного тока нолевого транзистора в выходное напряжение.

Для этого требуется резистор нагрузки. На рис. 2.б показан простейший усилитель напряжения на основе недорогого полевого транзистора общего назначения 21Ч3819 (аналог КПЗОЗИ вЂ” Прим. перев,), который является транзистором с р-и переходом с канатом и-типа. Чтобы получить лостаточно большое усиление напряжения, требуется довольно большое значение й, (22 кОм), а это, в свою очередь, требует большого напряжения питания У (18 В). В этой простой схеме управляющий р-и переход смещен в обратном направлении в результате включения между затвором и истоком батарейки с небольшим напряжением 1„5 В. Это неудобно и является недостатком такой схемы, так как предполагает, что для получения заданного тока стока в любом транзисторе типа 2Х3819 требуется точно одно и то же напряжение смешения. На самом деле это далеко не так, и поэтому может случиться, что данная схема не будет работать с некоторыми экземплярами транзисторов.

На рис. 2.7 представлена улучшенная схема с автоматическим смешением затвора. Потенциал истока поллерживается положительным относительно земли за счет резистора Я тогда как затвор привязан к земле резистором Я (несмотря на большое значение йт затвор имеет потенциал земли, так как ток, текущий по Яе, пренебрежимо мал).

В этом случае напряжение на затворе фактически является отрицательным относительно истока. При этом 44 Полевой зпранзиетор каа ~вв Ов Рис. 2.6. Простой усилитель напряжения на полевом транзисторе с отдельным источником смешения в пепи затвора. гаа |в в ов Рис. 2.7. Стандартный усилитель напряжения на полевом транзисторе с резистором в пепи истока, за счет которого возникает необходимое смещение затвора. Практические применения МОП-транзисторов 45 смешение зависит от тока истока. Если ток истока растет, то напряжение на )г увеличивается, и смешение, таким образом, растет по абсолютной величине, в результате чего транзистор подзапирается и это сдерживает увеличение тока истока.

Такая схема допускает изменение в широких пределах напряжения смещения для отдельных экземпляров транзисторов типа 2Х58! 9 и всегда оказывается работаюшей удовлетворительно. Конденсатор большой емкости С предотвращает появление переменного сигнала на истоке, которое привело бы к уменьшению усиления за счет отрицательной обратной связи. Коэффициент усиления напряжения в такой схеме обычно оказывается в пределах от 20 до 30.

Если отсоединить резистор )г от затвора и наблюдать напряжение на стоке с помошью вольтметра постоянного тока, непосредственно включенного между стоком и землей, конструкция в целом будет вести себя как неточный, но чувствительный электрометр, регистрируюший электрический заряд на затворе. Это оказывается возможным по той причине, что ток затвора ничтожно мал и потенциал затвора определяется находящимся на нем зарядом. 2.7 Практические применения МОП-транзисторов 2 7.1 Усилитель с большим входным сопротивлением На основе МОП-транзистора можно построить еше лучший электрометр, чем на полевом транзисторе с р-п переходом. Кроме того, хорошим усилителем будет простая схема на и- канальном МОП-транзисторе типа той, какая приведена на рис.

2.6: поскольку МОП-транзнстор может работать как в режиме обогашения, так и в режиме обеднения, нет необходимости в источнике смешения, а резистор Я нужно непосредственно подключить к земле. Ток утечки затвора очень мал (< 1 пА), поэтому Я можно взять очень большим, вплоть до 10ц Ом, если это требуется, тогда как наибольшее значение Я в случае полевого транзистора с р-и переходом составляет около 10' Ом (100 МОм).

2. 7.2 Схемы большой хищности Применения МОП-транзнсторов никоим образом не ограничиваются случаем малых сигналов. В усилителях мощности и в мошных регуляторах широко применяются МОП-транзисторы с токами ло нескольких сотен ампер В этой связи стоит упомянуть о составляюшей единое целое комбинации МОП-транзистора с биполярным транзистором, называемой биполярным транзистором с изолированным затвором (!пка1агед Оше Вгро!аг Тгапь(згог, 1ОВТ). В такой конструкции оказываются объелиненными управление на- 46 Полевой транзистор пряжением за счет свойств МОП-транзистора и малое падение напряжения в режиме замыкания ключа за счет насыщения в биполярном транзисторе.

Таким образом можно, например, управлять двигателем, потребляющим сотни ампер, подавая 5-вольтовые импульсы от цифровой логической схемы. 2 73 Меры предосторозкности в отношении статического электричества Изоляция затвора в МОП-транзисторе, обеспечивающая малый ток утечки, означает, что такой транзистор очень уязвим по отношению к статическим зарядам, из-за которых могут возникать большие напряжения на затворе и может произойти пробой изоляции. Поэтому производители МОП-транзисторов поставляют их с выводами, замкнутыми накоротко металлическим хомутиком или кусочком проводящего пенопласта. Предпочтительнее всего не удалять эту перемычку, пока транзистор не будет надежно впаян в схему. Если в схеме существует риск возникновения чрезмерно больших напряжений на затворе, то между затвором и землей следует включить цепь зашиты (например, пару стабилитронов, включенных навстречу друг другу; см.

10.13). К сожалению, этот прием приводит к шунтированию очень большого собственного входного сопротивления МОП-транзистора. У некоторых МОП-транзисторов имеются встроенные защитные диоды, и поэтому они в меньшей степени подвержены пробою, нежели незащищенные МОП- транзисторы. 2 7.4 Интегральные микросхемы Из-за простоты своей конструкции МОП-транзисторы занимают очень мало места на кремниевой подложке, так что в одну интегральную микросхему можно поместить много тысяч таких транзисторов.