Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций (1998) (1166121), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Устройство полевого транзистора с изолированным затвором (ПТИЗ) приведено на рис. 5.1 а, а полевого транзистора с управляющим переходом (ПТУП)-- на рис. 5.1 б. В полевых транзисторах с изолированным затвором электрод затвора изолирован оз полупроводникового канала с помощью слоя диэлектрика из двуокиси кремния ЯОз, Электроды стока и истока располаз.аются по обе стороны затвора и имеют контакт с полупроводниковым каналом. Ток утечки затвора пренебрежимо мал даже при повышенных температурах. Полупроводниковый канал может быть обеднен носителями зарядов или общ ащен ими.
При обеденном канале электрическое попе затвора повышает его проводимость, поэтому канал называется изздуяировапиым. Если канал обогащен носителями зарядов, то он называется вслзроеззпыкс Электрическое поле затвора в этом случае приводит к обеднению канала носителями зарядов. Проводимость канала может быть электронной или дырочной.
Если канал имеет электронную проводимость, то он называется и-каналом. Каналы с дырочной проводимостью называются р-каналами. В результате полевые транзисторы с изолированным затвором мозут быть четырех типов; с каналом п- или р-типов, Лекция 5. Униполя ные транзнсто ы С б) П П п и и И канал л-типа канал р-типа Рнс.
а2. Схематические изображения нолевых транзисторов с изолированным затвором л-канал Рис. аь Условнме обозна ~ения нолевых транзисторов с унравлямшим р-и-лерехоном : 'каждый из которых может иметь индуцированный или встроенный канал.
Услов'-' лые схематичные изображения этих типов транзисторов приведены на рис. 5,2. :.' Графическое обозначение транзисторов содержит максимальную информацию о ' его устройстве. Канал транзистора изображается вертикально штриховой или . сплошной линией. Штриховая линия обозначает индуцированный канал, а — сплошная — — встроенный. Исток и сток действуют как невыпрямляющие контак: ты, поэтому изображаются под прямым углом к каналу.
Подложка изображается =, как электрод со стрелкой, направление которой указывает тип проводимости ка:: нала. Затвор изображается вертикальной линией, параллельной каналу. Вывод :::,затвора обращен к электроду истока. Условное обозначение полевых транзисторов состоит нз рзща букв и цифр .. Первая буква указывает материал, из которого изготовлен прибор (К вЂ” кремний, .'.
А — арсенид галлия). Вторая буква, П, указывает на принадлежность к группе полевых транзисторов. Первая цифра указывает на допустимую рассеиваемую : ' мощность и максимальную рабочую частоту. Далее идет двухзначный номер раз'; работки транзистора. Пятая буква соотвествует разбраковке по параметрам. На-. пример, транзистор КП302А -- кремниевый, полевой, малой мощности, высоко: . гастотпый. Устройство полевого транзистора с управляющим р-н-переходом приведено на : .рис. 5.! б.
В таком транзисторе затвор выполнен в виде обратно смещенного р-и-перехода. Изменение обратного напряжения на затворе позволяет регулировать ток в канале. На рис. 5.! б приведен полевой транзистор с каналом р-типа и "'. затвором, выполненным из областей и-типа. Увеличение обратного напряжения на затворе приводит к снижению проводимости канала, поэтому полевые транзисторы с управляющим р-н-переходом рабо- а) с б) с тщот только на обелпение канала носителями зарядов. 3 Условное схематическое изображение полевых транзисторов с управляющим Гмл-переходом приведено на рис. 5.3. р-канал Поскольку ПТУП могут работать только с обеднением канала, то наличие встроенного канала показано на этом изображении Раздел й Элементы элеат онной техники сплошной линией, которая имеет контакты с электродами стока и истока.
Направление стрелки на выводе затвора указывает тип проводимости канала. Таким образом, полный набор разновидностей полевых транзисторов, имезошихся в справочной литературе, исчерпывается шестью разновидностями. Их типовые передаточные характеристики приведены на рис. 5.4.
Пользуясь этими характеристиками, можно установить полярность управляющего напряжения, направление тока в канале и диапазон изменения управляющего напряжения. Из всех приведенных разновидностей транзисторов в настоящее время не выпускаются только ПТИЗ со встроенным каналом л-типа. Рассмотрим некоторые особенности этих характеристик. Все характеристики полевых транзисторов с каналом л-типа расположены в верхней половине графика и, следовательно, имеют положительный ток„что соответствует положительному напряжению на стоке. Наоборот, все характеристики приборов с каналом р-тнпа расположены в нижней половине графика и, следовательно, имеют отрицательное значение тока и отрицательное напряжение па стоке.
Характеристики ыы Ув Рис 54. тииовые иеродатоииыа хараитарззозиаи иоиоаых транзисторов Лвкцмл 5. Ук!снелл лыс т влзисто ы , и,.„=и„,-бу,.,„„ а Лилов»ая 3, область СУ.„= В Область ласьоцсивв Рвс 5 5. Выкслвыс карсвстрвстиьи полсвсло траптясторв с улравлв1ощлы и л-псрсхояоы и каввлоы л-тжж 55 . ПТУП при нулевом напряжении па затворе иметот максимальное значение тока, ,которое называется начальным У,.„„. При увеличении запирающего напряжения 'ток стока уменьшается и лри напряжении отсечки с/ы, становится близким : к пулю.
Характеристики ПТИЗ с ллдупированным каналом при нулевом напряжении ла затворе имеют пулевой ток. Появление тока стока в таких транзисторах происходит лри напряжении па затворе больше порогового значения ~У„,,в. Увеличе' ш;е напряжения па затворе приводит к увеличению тока стока. Характерно~вял ПТИЗ со встроенным каналом при нулевом напряжении на затворе имеют начальное значение тока К „„,.
Такие транзисторы могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения. При увеличении папряжещгя па затворе канал обогащается и ток стока растет, а при уменьшении напряжения ' ла затворе капал обедняется и ток стока снижается. На рис, 5.5 приведены выходные вольт-амперпые характеристики ПТУП с .. каналом л-типа. Характеристики других типов транзисторов имеют анююгичпый ' вид„но отличаются напряжением па затворе и полярностью приложенных напряжений.
На этих вольт-амперных характеристиках можно выделить две области : линейную и насыщения. В линейной области вольт-амперные характеристики вплоть до то и:и перегиба представляют собой прямые лилии, наклон которых зависит от напряжения на затворе. В обла~~и ласыьдепня вольт-ам~торные характеристики идут практнчесэтн горизонтально, *но позволяет говорить о назавнсимости тока стока от напряжения на стоке. В этой области выходные характеристики полевых трапзист~ ров всех типов сходны с характеристиками злектровакуумпых пентодов.
Особеппостп этих характеристик обуславливают применение полевых траььзисторов. В линейной области полевой транзистор используется как сопротивление, угравляемое напряжением па затворе, а в облас.ги насыщения -- как Ланииа5 Унипоня ные т анзишо ы б) С )1е ~~4айя 'тз'~з)яаа6. Заааснмосза соаротнанення канала оз нанряження на затворе (а) и схема заменжная назона на нонеаом з)занэнсзо)зе СЕ) сс':соответствует разомкнутому ключу с весьма малой собственной проводи~фыс, Таким образом, полевой транзистор можно использовать как ключ, ', азвляемьзй напряжением на затворе. Такой ключ способен пропускать доста'яяо большой ток (до 10А и выше).
Уменьшить сопротивление канала можно ~"'"'р))дельным включением транзисторов с обшим управляющим напряжением, ямвгрбычио и пользуются при создании силовых ключей. Схема замещения ключа волевом транзисторе приведена на рис. 5.6 6. 4)5янсгна иисыи)ения В области насыщения ток стока полевого транзистора рртеяяется уравнением ! ж~с((), -и.„,), (5.5) второго следует езо полная независимость от напряжения на стоке, Практн- ядакая зависимость есть, но в большинстве случаев она слабо выражена.
Из ))яейия (5.5) можно найти начальный ток стока при условии, что и,,,жО: Поскольку полевые транзисторы в области насыщения используются в как усилительные приборы, то для оценки их усилительных свойств Щие крутизны вольт-амперной характеристики: ) й'!'с ) Бж ~-,(- -) нас((Г„- ио). 1 иа„ ;,",,'з::::;:Яз' уравнения (5.8) следует, что максимальное значение крутизна ~~3~~9:и;;р(). С увеличением напряжения на затворе крутизна уменьшается (5Л) основ- найдем (5.8) имеет и при з„,.„„ж (с (Г'„. (5.6) ,, Выражение (5.6) показывает, что значение коэффициента зс, введенного в фор4$4я.(5.1), можно установить экспериментально, измерив начальный ток стока н,пороговое напряжение ()„(или напряжение отсечки (/е ), так как Раздела У.
Элементы элект иной техники усилительный элемент. Рассмотрим особенности работы полевых транзисторов в этих областях. Линейная область. В линейной области ток стока полевого транзистора определяется уравнением (5,1) где Ус - — постоянный коэффициент, зависящий от конструкции транзистора, УУ„--- пороговое напряжение (или напряжение отсечки), и„, — напряжение между затвором и истоком, 脄— напряжение между стоком и истоком.
На начальном участке линейной области (до перегиба) можно при малом значении напряжения на стоке воспользоваться упрощенным выражением, полагая в (5.1) и„,="0: У, = 2)с( сӄ— и„,) и,, (5.2) Выражение (5.2) позволяет определить сопротивление канала в линейной области (5.3) Из выражения (5.3) следует, что при и„,=0 сопротивление канала будет минимальным А „--1У(2УссУ„), Если напряжение на затворе стремится к пороговому значению и„,— 1У„, то сопротивление канала возрастает до бесконечности: )1,-"х~. График зависимости сопротивления канала от управляющего напряжения на затворе приведен на рис,5.ба. Прн приближении к точке пере!.иба вопьт-амперных характеристик сопротивление канала начинает увеличиваться, так как сказывается второй член в выражении (5.1). В этом случае можно определить дифференциальную проводимость канала, пользуясь формулой (5.1): дл откуда получаем значение дифференциального сопротивления канала (5.4) .: Зависимость сопротивления канала от напряжения на стоке (У„, нарушает ..;.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
