Полевые транзисторы

Лекция №2

2.1. Полевые транзисторы .

1. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом.

 Структура n – канального полевого транзистора; в p – канальном p и n меняются местами.

Рассматриваем в дальнейшем n – канальные транзисторы; в p - канальном p и n меняются местами, поэтому у всех напряжений надо изменить знак.

Принцип действия: ширина канала и тока через него I_с между истоком и стоком увеличиваются при подаче положительного (для n-канального) или отрицательного (для p-канального) напряжения на затвор U_зи. Напряжение между затвором и истоком всегда отрицательное (U_зи<0), поэтому на p-n переходе обратное (отрицательное) напряжение и он всегда закрыт.

Входной ВАХ нет, так как I₃≈0 (I ₃=10 ^-9÷10 ^-12А, входное сопротивление R_вх=10¹⁰-10¹³ Ом).

Выходная ВАХ. Ток I_с между стоком и истоком возникает под действием положительного напряжения U_си>0, в n – полупроводнике образуется канал, по которому движутся электроны. Напряжение U_з-и регулирует ширину канала и, следовательно, ток между стоком и истоком. Выходной ВАХ является зависимость I_с(U_с-и), она более пологая, чем в биполярном транзисторе.  Выходную ВАХ, перестроенную в виде зависимости I_к(U_зи), можно рассматривать как передаточную ВАХ.

Рекомендуемые материалы

На рис. показаны типичные значения токов и напряжений. С ростом U_си ток I_с перестаёт расти, достигая насыщения I_с, _нас. Его максимальное значение I_с, _макс получается при U_зи=0. Транзистор закрывается при U_зи=U_пор (пороговое напряжение или напряжение отсечки).

Приближённо имеем:

2. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП, МОП–транзисторы).

Затвор изолирован слоем диэлектрика, то есть структура металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Если диэлектриком является SiO₂ (двуокись кремния), то это МОП-транзистор (металл-окисел-полупроводник). Входного тока практически нет, I₃=10^-15÷10^-12А, входное сопротивление очень велико, r_3и=10^13÷10¹⁵ Ом.

(а) Полевой транзистор с индуцированным каналом. Канал между стоком и          истоком образуется сам.

Под действием напряжения сток-исток U_си, возникает канал и ток I_с. На рис. показана структура n-канального транзистора, для p-канального p и n меняются местами. Обозначения:

(b) Полевой транзистор со встроенным каналом. В нем канал между стоком и истоком встроен заранее.

На рис. показана выходная ВАХ I_с = I_c(U_си) для полевого транзистора со встроенным каналом. Она не перестроена в виде передаточной характеристики  I_{с, нас}(U_зи). Транзистор запирается, I_с=0, при U_зи=U_пор. Для показанной ВАХ U_пор ≈ -2 В.

Для p-канала напряжения противоположны по знаку.

Характеристики всех типов полевых транзисторов аналогичны, только напряжения затворов, в т.ч. U_нор, различны для различных типов.

Параметры ВАХ полевых транзисторов вводятся как производные ВАХ вблизи рабочей точки:

"51 Бытие" - тут тоже много полезного для Вас.

Крутизна:

Коэффициент усиления: 

Выходное сопротивление :

Только два параметра независимы, так как , т.е. μ=Sr_си

Главное преимущество полевых транзисторов перед биполярными транзисторами – отсутствие входного тока на затворе; для МДП, МОП-транзисторов , входное сопротивление , так что потребления мощности во входной цепи практически нет.