Изъюров Г.И. - Расчет электронных схем, страница 14

В зависимости от типа злектропроводности канала МДП-транзисторы могут быть р- или и-типа. Наибольшее распространешге получнлн МДП-транзисторы с индуцированным каналом р-тнпа и со встроенным каналом н-типа. Тип элгктропроводносгн истока и стока всегда совпадает с типом электропроводности канала. Из всех видов полевых транзисторов только транзистор с индуцированным каналом прн нулевом напряжении на затворе не проводит тока. Транзистор со встроенным каналом может проводить ток как при положительном„так и при отрицательном смещении.

Для его запирання необходгпмо положительное смешение при дырочной электропроводносги канала и отрицательное смещение прн электронной элекгропроводности (полярносгь запирающего напряжения совпадает со знаком заряда основных носителей в канале). Управление транзисторов с управляющим р-и-переходом н с индуцированным каналом осуществляется путем подачи на затвор потенциала только олной полярности. Транзистор с управляняцнм р-л-переходом работает с отрицательным смещением в случае канала и-типа в положительным смещением, если создан канал р-типа.

В транзисторах с нндуцированным каналом для создания канала и-типа следует подавать на затвор положительное 88 смешение, а для наведения канала р-типа — отр~щательное смещение. Для нормальной работы полевых транзисторов к стоку подключается источник напряжения положительным полюсом для транзисторов с каналом и-типа н отрицательным — для транзисторов с каналом р-типа (независимо от структуры транзистора). Полевые транзисторы обладают существенными преимушествами по сравнению с биполярными транзисторами. Одним из основных достоинств полевого транзистора является его высокое входное сопротивление (10~ — 10' Ом — у транзисторов с управляющим р-н-переходогл и 10'е — 10'з Ом у МДП- транзисторов).

Они более устойчивы к воздействию ионизирующих излучений, хорошо работают и при очень низкой температуре вплоть до температуры жидкого азота ( — 197'С). Кроме того, они характеризуются низким уровнем шумов. МДП-транзисторы широко применяются в интегральных микросхемах. Вольт-амнерные характеристики полевых транзисторов. Полевые транзисторы описываются двумя ВАХ: стоковой— )с = з'(С~си) ( изн =. ввч н стокозатворной — 1с = Л (1Гзи) ~ нси = со,в Полярность включения напряжения стока, стоковая й стокозатворная ВАХ полевого транзистора с управляющим р-н-переходом и каналом и-типа показаны на рис.

2.39,а,б,в соответственно. На рис 240,а,б,в приведены полярность включения напряжения стокового источника питания, стоковая н стокозатворная ВАХ дяя МДП-транзистора со встроенным каналом. Полярность включения напряжения стока, стоковая и стокозатворная ВАХ для МДП-транзнстора с индупированным каналом и-типа изображены на рис, 2.41, а, 6, е соответственно. На характеристиках отчетливо видны две области работы полевых транзисторов: область 1 — область нарастания тока стока при увеличении напряженна (омическая область); область П вЂ” область активной работы транзистора на пологом участке стоковой ВАХ. При работе в этой области канал открыл и стоковое напряжение (Усн превышает по абсолютному значеннго напряжение перекрытия канала. Ток стока пРактически не зависит от напРЯжениЯ 1Ггзь Отсечка тока стока наблюдается в том случае, когда напряжение на затворе по абсолютному значению превьлпает напряжение отсечки П,н„(дчя транзисторов с управляющим рсипсреходом и со встроенным каналом) или пороговое напряжение Гзц„,г (для транзисторов с индуцированпым каналом).

89 > Г„, — Узн, ток стока определяется соотношением 1с = 1ссас озн 'зз С2.З)) 1 ак Стокозатворная характеристика на пологом участке также описывается последним уравнением. Параметры полевых транзисторов. Одним из основных параметров полевого транзистора, характеризующего его усилительные свойства, является крутизна сгокозатворной характерлстихи: га и,„ П Ряс.

г39 А1 пассы -см й 1ис. г.4П ш lы ы)и „ "1с сзн - с Коэффициент усиления транзистора Н определяется отношением приращений напряжения стока и затвора при холостом ходе на стоке: гп Рис. 141 ~)1сФбгзн!ссн саса' Она определяет влияние изменения напряжения на затворе на изменение тока стока. Числовое значение крутизны зависит от напряжения на затворе. С увеличением Узи ток стока и крутизна уменыпаются. Для пологой части стоковой характеристики крутизну определяют нз соотношения (2,32) гле Я „= 1/й„о максимальная крутизна при Сын=О; Я„е— минимальное сопротивление канала при Узн — — О. К параметрам полевых транзисторов также относятся внутреннее сопротивление транзистора, определяелсое как отношение изменения напряжения стока к соответствующему изменению тока стока при постоянном напряжении на других электродах: Для полевого транзистора с управляющим р-п-переходом, работающего в омической области, т.

е. при напряжении 1 сн < ) 11 ! 1 Узн ), стоковая характеристика описывается уравнейнем 1с=1с а= 2 — 1 ~ — ° (2ЗО) где 1с„е — ток насьпцения стока при 11ш — — О. При напрюкенни ) Сон ) = ) 11, ! — ) Узн ), ток стока 1с лостигает максимального значения. В пологой части характеристики, когда ) Усн) ) В качестве параметров указывают также напряжение отсечки У,; ток насыщения стока 1с,е при короткозамкнутых истоке 91 Параметры бь й; Н = л)се Цепь затвора транзистора н Н связаны между собой оютношением характеризуют входным сопротивленяем вози сон ~а н затворе (!/зи = 0); емкости: затвор — сток Сзс, затвор — исток Сзи, сток — исток Сггь подложка — исток Спи, граничную частоту/,„= 1/(2ят), где т — постоянная времени цени затвора.

Подобно биполярным транзисторам, полевые транзисторы используют в трех основных схемах включения: с обидим истоком (ОИ), общим стоком (ОС! и общим затвором (ОЗ). Усилительный каскад по схеме ОИ аналогичен схеме ОЭ. Он дает большое усиление тока и мощности и инвертирует фазу входного напряжения. Коэффициент усиления каскада по напряжению приближенно равен Кь ге 5В„. Схема ОС подобна эмиттерному повторителю и называется потоковым повторителем. Коэффициент усиления каска,аа по напряжению близок к единице. Усилитель по схеме ОС имеет сравнительно небольшое выходное сопротивление и большое входное сопротивление. Кроме того, здесь значительно уменьшена входная емкость, что способствует увеличению входного сопротивления на высоких частотах.

Схема ОЗ аналогична схеме ОБ. Схема не усиливает тока, поэтому коэффициент усиления по мощности во много раз меньше, чем в схеме ОИ. Эта схема имеет малое входное сопротивление„так как входным током является ток стока. Фаза напряжения при усилении не инвертируется. ПРИМЕРЫ 2.63. Показать, что если полевой транзистор с управляющим р-л-переходом работает при достаточно низком напряжении сток — исток, то можно представить его в виде резистора, сопротивление которого й=йа(1 — Цизи)/и )»~з1-», где Ве — сопротивление канала при нулевом напряжении затвор — исток; (/ — напряжение отсечки; 1/зи — напряжение между затвором и истоком. 2.64. а) Удельная проводимость канала и-типа полевого транзистора о. = 20,9 См/м и ширина канала»« = 6 мкм при напряжении затвор — исток, равном нулю.

Найти напряжение отсечки (l „., считая, что подвижность электронов р„= =О,!3 мз/(В-с), а относительная диэлектрическая проницаемость кремния с = 12. б) При напряжении затвора, равном нулю, сопротивление сток — исток равно 50 Ом. При каком напряжении затвора сопротивление сток — исток станет равным Л)0 Ом? Решение а) Удельная проводимость канала л-типа о = )»»ед!~ где /»», — концентрация примеси, р„— подвижность злекгронов. (:зеловательно, /»/, = о/(!»„с) = 20,»»,»(0,!3 1,6 !О»«) = 10»' м Напряжение оз сечки Ь'„, = е»»»,а~/(2ссь), где а — половина ширины канала„когда напряжение затвор— исток 1/зи =-О.

Отсюда !/«„, = 1,6 10 '« . 10 ' (3 0- 1О «)*/(2. 12 8,85 ° 10 ' ~) = 6 8 В. б) Сопротивление сток — исток (см. задачу 2.63) си — ! (~ (/ уб 8)»сз где Ва — сопротивление сток — исток прн (/зи — — О. При йси —— = 200 Ом имеем 200 = —— 50 1 — 0 Пзи УМ) откуда ! !/зн ! = 3,83 В (напря:кение отрицательно относительно истока). «65. Полевой транзистор с управляющим р-и-переходом, имеющий 1с„„» = 2 мА и 8„,,„= 2 мл/В, включен в усилительный каскад по схеме с общим истоком. Сопротивление резне«ора нырузки К„= 10 кОм. Определить коэффициент усиления по напряжению, ес.чи: а) (/зи — — — 1 В; б) 17зи = — 0,5 В; в) (/зн = О.