И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 36

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 36)

один из изобретателей биполярного транзистора У. Шокли. Главное достоинство полевых транзисторов— высокое входное сопротивление, которое может быть ~аким же, как у электронных ламп,и даже больше. В настоящее время биполярные транзисторы все чаще н чаще вытесняются полевыми. Принцип устройства и включения полевого транзистора с управляющим л-р-переходом, а также его условное графическое обозначение показаны на рис. 7.1. Пластинка из полупроводника, например, и-типа имеет на противоположных концах электроды, с помошью которых она включена в выходную (управляемую) цепь усилительного каскада.

Эта цепь питается от источника Еы и в нее включена нагрузка Я„. Вдоль транзистора проходит выходной ток основных носителей. В нашем примере это электронный ток. Входная (управляюшая) цепь транзистора образована с помощью третьего электрода, представляющего собой область с дру- Рис. 7.1. Схема включения я условное графическое обозначение полевого транзистора с л — р-переходом в каналом л-типв 114 гим типом электропроводности. В данном случае это р-область. Источник питания входной цели Е, создает на единственном л-р-переходе данного транзистора обратное напряжение. Напряжение другой полярности, т.е. прямое напряжение, на л — р-переход не подают, так как тогда входное сопротивление будет очень малым. Во входную цепь включен источник усиливаемых колебаний ИК.

Физические процессы в полевом транзисторе происходят следующим образом. При изменении входного напряжения изменяется обратное напряжение на л — р-переходе, и от этого изменяется толщина запирающего (обедненного) слоя, ограниченного на рнс. 7Д штриховыми линиями. Соответственно этому меняется площадь поперечного сечения области, через которую проходит поток основных носителей заряда, т.е. выходной ток.

Эта область называется каналом. Электрод, из которого в канал вытекают основные носители заряда, называют истоком (И). Из канала носители проходят к электроду, который называется стоком (С). Исток и сток аналогичны катоду и аноду электронной лампы соответственно. Управляющий электрод, предназначенный для регулирования площади поперечного сечения канала, называется затвором (3), и в какойто степени он аналогичен сетке вакуумного триода илн базе биполярного транзистора, хотя, конечно, по физическому принципу работы затвор и база весьма различны.

Если увеличивать напряжение затвора и,.„, то запираюший слой л — р-перехода становится толще н площадь поперечного сечения канала уменьшается. Следовательно, его сопротивление постоянному току Яв возрастает н ток стока 1, становится меньше. При некотором запирающем напряжении и,.в„ площадь поперечного сечения канала станет равной нулю и ток 1, будет весьма малым. Транзистор запирается. А при н„„ = О сечение канала наибольшее, сопротивление Ио наименьшее, например несколько сотен ом, и ток 1, получается наибольшим.

Для того чтобы входное напряжение возможно более эффективно управляло выходным током, материал основного полупроводника, в котором создан канал, должен быть высокоомным, т. е. с невысокой концентрацией примесей. Тогда запирающий слой в нем получается большей толщины. Кроме того, начальная толщина самого канала (при и, „= 0) должна быть достаточно малой. Обычно она не превышает нескольких микрометров. Запираюп!ее напряжение и, „„„при этих условиях составляет единицы вольт. Поскольку вдоль канала потенциал повышается по мере приближения к стоку, то ближе к стоку обратное напряжение н-р-перехода увеличивается и толщина запирающего слоя получается больше.

Полевые транзисторы с н-р-переходом могут быть изготовлены сплавлением или диффузией. Лучшими являются диффузионные транзисторы. На рис. 7.2 изображен принцип устройства диффузионного полевого транзистора, изготовленного по планарно-эпитаксиальной технологии. Для примера показан канал р-типа (конечно, он может быть и н-типа).

Области истока и стока обычно делаются с повышенной проводимостью (электропроводность р'-типа), чтобы уменьшить бесполезное падение напряжения и потерю мощности в этих областях.. Повышенную проводимость имеет и область затвора (электропровод- ность н+-типа). Это обеспечивает увеличение толщины запирающего слоя главным образом в сторону канала, т, е. усиливает управляющее действие затвора. Кристалл транзистора (подложка) является областью н-типа, от которой часто делают вывод. Тогда кристалл может быть использован как дополнительный затвор. Подавая, например, на него некоторое постоянное напряжение, устанавливают начальную толщину канала.

Сплавные полевые транзисторы являются низкочастотными, а диффузионные могут работать на частотах до десятков и даже сотен мегагерц. Следует отметить, что само перемещение основных носителей по каналу происходит под действием ускоряющего поля очень быстро, и поэтому предельная частота определяется не этим процессом, а влиянием собственных емкостей транзистора. Характеристики и параметры полевых транзисторов.

Управляющее действие затвора наглядно иллюстрируют унраввяюнвие (стокозатворные) характеристики, выражающие зависимость = ((в,.„) при и,.„= сонм (рис. 7.3). Однако эти характеристики неудобны для расчетов, и поэтому на практике пользуются выходными характеристиками, На рис. 7.4 изображены выходные (стоковые7 харакшвристики полевого транзистора ь = ) (и „) при н,.„= сопи. Они показывают, что с увеличением н,.„ток ь сначала растет довольно 50 Рнс. 7.2. Принцип устройства н условное графнческое обозначение планарно-зпнтакснаяьного полевого транзистора с каналом в-тяпа В -1В -5 а Рнс.

7.3. Управляющие (стакозатворные) характеристики полевого транзистора с каналом в-тнпа 115 1 /1 / / // // l Рпс. 7,4. Выходные (стоковые) характерпстикн палевого транзистора с каналом и-ткла быстро, а затем это нарастание замедляется и почти совсем прекращается, т.е. наступает явление, напоминаЮщее насыщение. Это объясняется тем, что при повышении и,.„ток должен увеличиваться, но так как одновременно повышается обратное напряжение на п — рпереходе, то запирающий слой расширяется, канал сужается, т.

е. его сопротивление возрастает, и за счет этого ток 1, должен уменьшиться. Таким образом, имеют место два взаимно противоположных воздействия на ток, который в результате остается почти постоянным. При подаче большего по абсолютному значению отрицательного напряжения на затвор ток 1, уменьшается и характеристика проходит ниже. Повышение напряжения стока в конце концов приводит к электрическому пробою п — р-перехода, и ток стока начинает лавинообразно нарастать, что показано на рисунке штриховыми линиями. Напряжение пробоя является одним из предельных параметров полевого транзистора.

Работа транзистора обычно происходит на пологих участках характеристик, т. е. в области, которую часто не совсем удачно называют областью пасв>к1еиия. Напряжение, при котором начинается зта область, иногда называют напряжением пасы>ценил, а запирающее напряжение затвора иначе еще называется напряжением отсечки. Следует отметить, что для транзисторов с каналом р-типа полярности питающих напряжений противоположны тем, какие показаны на рис. 7.1, 7.3 и 7.4 для транзисторов с каналом п-типа.

116 Полевой транзистор характеризуется следуюгцими параметрами. Основной параметр — крутизна 5, аналогичная параметру уз, биполярных транзисторов. Крутизна определяется по формуле 5 = уз, = Л>,/Ли„„при и „= сопы (7.1) и может быть до нескольких миллиампер на вольт. Крутизна характеризует управляющее действие затвора. Например, 5 = = 3 мА/В означает, что изменение напряжения затвора на 1 В создает изменение тока стока на 3 мА. Второй параметр — внутреннее (выходное) сопрел>явление йь аналогичное величине 1/узз для биполярного транзистора.

Этот параметр представляет собой сопротивление транзистора межлу стоком и истоком (сопротивление канала) для переменного тока и выражается формулой и> 1/узз Лма-н/Л(с при и>-н сопзг. (7.2) На пологих участках выходных характеристик значение Я, достигает сотен килоом и оказывается во много раз больше сопротивления транзистора постоянному току йв. Иногда пользуются еще третьим параметром — коэффициентом усиления р, который показывает, во сколько раз сильнее действует на ток стока изменение напряжения затвора, нежели изменение напряжения стока. Коэффициент усиления опрелеляется формулой р = — Ли,.„/Лп,„при 1,=сопвг, (7.3) т.

е. выражается отношением таких изменений Лп,„и Ли„„, которые компенсируют друг друга по действию на ток 1„ в результате чего этот ток остается постоянным. Так как для подобной компенсации Ли,„и Ли „должны иметь разные знаки (например, увеличение и,.„ должно компенсироваться уменьшением и,.„), то в правой части формулы (7.3) стоит знак «минус>ь Иначе, можно вместо этого взять абсолютное значение правой части. Коэффициент усиления связан с параметрами 5 и Я, простой зависимостью р=ВЯн (7.4) Для пологих участков выходных характеристик р достигает сотен и даже тысяч.

В начальной области этих характеристик, когда они идут круто (при малых и,„), значения всех трех параметров уменьшаются. Параметры 5 и Я, для заданного режима можно определять из выходных характеристик по методу двух точек, подобно тому как это делалось для биполярных транзисторов (см. гл. 5), а р надо вычислять по формуле (7.4). Входное сопротивление полевого транзистора определяется, как обычно, по формуле Явк = Ли, „/Л1, при и,.„= сопзг. (7.5) Поскольку ток 1, — обратный ток н-р-перехода, а значит, очень мал, то Я„„ постигает единиц и десятков мегаом. Полевой транзистор имеет также входную емкость между затвором и истоком С,„, которая является барьерной емкостью и — р-перехода и составляет единицы пикофарад у диффузионных транзисторов и десятки пикофарад у сплавных. Меньшие значения имеет проходная емкость между затвором и стоком Спп а самой малой является выходная емкость межлу истоком и стоком Сн„.

Схемы включения полевых транзисторов. Подобно биполярным транзисторам полевой транзистор можно включить по одной из трех основных схем. На рис. 7.1 была показана наиболее часто применяемая схема включения с общим истоком (ОИ), аналогичная схеме с общим эмиттером. Каскад с общим истоком дает очень большое усиление тока и мощности и переворачивает фазу напряжения при усилении. Поскольку обычно Я„ к Яь то коэффициент усиления каскада по напряжению можно подсчитать по формуле )г ж ВЯ„, (7.6) которая аналогична формуле (6.4) для каскада с общим эмиттером. На рис. 7.5 показана эквивалентная схема (схема замещения) полевого транзистора для включения его с общим ()н гьв Рпс.

7.5. Эквивалентная схема полевого транзистора истоком. Поскольку Я,„ очень велико, то его можно не учитывать. Для низких частот во многих случаях можно исключить из схемы емкости. Генератор тока 5(7 м отражает усиление, даваемое транзистором, а сопротивление Я; представляет собой сопротивление канала переменному току, т.е.

Характеристики

Список файлов книги