Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 24

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

Текст из файла (страница 24)

Она не дает усиления по току, а входноесопротивление здесь маленькое, так как входным током является ток стока,вследствие этого данная схема на практике не используется.Схема с общим стоком (рис. 4.4, в) подобна схеме эмиттерногоповторителя на биполярном транзисторе и ее называют истоковымповторителем.

Для данной схемы коэффициент усиления по напряжениюблизок к единице. Выходное напряжение по величине и фазе повторяетвходное. В этой схеме очень высокое входное сопротивление и малоевыходное.Графический анализ схем с полевыми транзисторами.Для лучшего уяснения принципа работы схем с полевымитранзисторами полезно провести графический анализ одной из них (рис.1.91). Пусть 4 В; определим, в каких пределах будет изменяться напряжениеиис при изменении напряжения изи от 0 до 2 В.При графическом анализе используется тот же подход, который былиспользован при анализе схем с диодами и биполярными транзисторами.Для рассматриваемой схемы, в которой напряжение между затвором иистоком равно напряжению источника напряжения изи, нет необходимостистроить линию нагрузки для входной цепи.

Линия нагрузки для выходнойцепи задается выражениемЕе *с Дс+ сСтатические характеристики полевых транзисторовСтатическимиуправляющимхарактеристикамир-n-переходомполевогоявляютсятранзисторауправляющиеисвыходныехарактеристики. Очень малая величина входного тока (практически егоотсутствие)вполевомтранзистореисключаетналичиевходныххарактеристик и характеристик обратного действия.Управляющие (стокозатворные) характеристики.

Эти характеристикипоказывают управляющее действие затвора и представляют собойзависимость тока стока от напряжения на затворе при постоянственапряжения стока:I c  f (U зи ) Uси const Uси нас . (4.1)На рис. 4.5, а представлены управляющие характеристики полевоготранзистора с каналом п-типа.Выходные (стоковые) характеристики.Семейство этих характеристик представляет собой зависимость токастока от напряжения стока при неизменном напряжении на затворе:Ic  f (U си ) Uзи const . (4.2)Вид этих характеристик представлен на рис. 4.5, б.ОглавлениеС увеличением Uc ток сначала растет довольно быстро, но затем егорост замедляется и наступает явление, напоминающее насыщение, хотя сростом Uc ток стока так же должен возрастать. Это объясняется тем, что сростомUcвозрастаетобратноенапряжениенаp-n-переходеиувеличивается ширина запирающего слоя, а ширина канала соответственноуменьшается.

Это приводит к увеличению его сопротивления иуменьшениютокаIc.Такимобразом,происходитдвавзаимнопротивоположных влияния на ток, в результате чего он остается почтинеизменным. Чем больше запирающее напряжение подается на затвор, темниже идет выходная характеристика. Повышение напряжения стока, в концеконцов, может привести к электрическому пробою p-n-перехода, и ток стоканачинает лавинообразно нарастать. Напряжение пробоя является одним изпредельных параметров полевого транзистора.Основные параметры полевых транзисторовКрутизна характеристики:SI cU зи Uси const(4.3)U зигде I c - приращение тока стока;- приращение напряжения назатворе.Крутизна характеризует управляющее действие затвора. Этотпараметр определяют по управляющим характеристикам.Внутреннее (выходное) сопротивление Ri:U сиRi I c U constзи.(4.4)где ΔUси - приращение напряжения стока; ΔIс - приращение токастока.Этот параметр представляет собой сопротивление транзистора междустоком и истоком (сопротивление канала) для переменного тока.

На пологихучастках выходных характеристик Ri достигает сотен кОм и оказывается вомного раз больше сопротивления транзистора по постоянному току R0.Коэффициент усиления μ: U сиU зи I constc. (4.5)Коэффициент усиления показывает, во сколько раз сильнее действуетна ток стока изменение напряжения затвора, нежели изменение напряжениястока, т. е. выражается отношением таких изменений ΔUcи и ΔUзи, которыекомпенсируют друг друга, в результате чего ток остается постоянным. Дляподобной компенсации ΔUси и ΔUзи должны иметь разные знаки, чтоопределяет наличие знака «-» в правой части выражения (4.5).Эти три параметра (μ, S, Ri) связаны между собой зависимостью:μ = SRi (4.6)Входное сопротивление Rвх:U зиRвх I з U constси. (4.7)где ΔUзи - приращение напряжения на затворе; ΔIс - приращение токастока.ОглавлениеПоскольку током затвора является обратный ток р-n-перехода,который очень мал, то входное сопротивление оказывается очень большим,'то является основным достоинством полевого транзистора.Входная емкость между затвором и истоком Сзи, которая являетсябарьерной ёмкостью р-п-перехода и может составлять единицы - десятки пФв зависимости от способа изготовления полевого транзистора.Типовые значения параметров кремниевых полевых транзисторов суправляющим р-n-переходом: S = 0,3...3мАВ ; Rвх = 1010 Ом;Ri = 0,1...1 МОм; Сзи = 0,2...10 пФ.Еще одним важным достоинством полевого транзистора являетсягораздо меньшая температур - ная зависимость по сравнению сбиполярными транзисторами.

Это связано с тем, 'то в полевом транзистореток Iс вызван перемещением основных носителей, концентрация которых восновном определяется количеством примеси и поэтому мало зависит оттемпературы. Полевой транзистор обладает более высокой стойкостью кдействию ионизирующего излучения. Недостатком полевых транзисторовявляется недостаточно высокая крутизна S, 'то несколько ограничиваетобласть их применения.Инверсное включение транзистора.Полевой транзистор, как и биполярный, может работать в инверсномрежиме. При этом роль истока играет сток, а роль стока — исток.Прямые(нормальные)характеристикимогутотличатьсяотинверсных, так как области стока и истока различаются конструктивно итехнологически.Частотные (динамические) свойства транзистора.В полевом транзисторе в отличие от биполярного отсутствуютинжекция неосновных носителей и их перемещение по каналу, и поэтому неэти явления определяют динамические свойства.

Инерционность полевоготранзистора определяется в основном процессами перезаряда барьернойемкости р-п-перехода. Свое влияние оказывают также паразитные емкостимежду выводами и паразитные индуктивности выводов.В справочных данных часто указывают значения следующихдифференциальных емкостей, которые перечислим ниже: входная емкость Сзи — это емкость между затвором и истокомпри коротком замыкании по переменному току выходной цепи; проходная емкость — это емкость между затвором и стоком приразомкнутой по переменному току входной цепи; выходная емкость Сис — это емкость между истоком и стокомпри коротком замыкании по переменному току входной цепи.Математические модели полевого транзистораРассмотрим две математические модели полевого транзистора.Универсальная модель.Опишем с некоторыми несущественными упрощениями модель,использующуюся в пакете программ Micro- Cap II.Приведем эквивалентную схему транзистора (рис.

1.94), гдеобозначено:гии гс — соответственно объемные сопротивления истока и стока(это малые величины);iy— источник тока, управляемый напряжениями.Приведем выражения, описывающие управляемый источник иполученные на основе анализа физических процессов:Оглавлениедля области отсечкидля линейной областипри 0 <иис <изи отс - изигде Р — так называемая удельная крутизна;придля области насыщенияПродифференцируем последнее выражение по и •Отсюда следует, что при U3U1В |3 = S, что и объясняетназвание — удельная крутизна (но следует учитывать, что размерность (3— А/В2 или мА/В2).В соответствии с приведенными выражениями точки выходныххарактеристик, соответствующие началу режима насыщения, должнылежать на параболе, которая описывается следующим образом.

На границережима насыщения выполняется условие:U3U отс—изи=иис.Извыражений для тока L как в линейной области, так и вДадим графическую иллюстрацию (рис. 1.95).области насыщения получим:Для реальных транзисторов такое разграничение линейной области иобласти насыщения имеет место не всегда (отрицательный пример —транзистор КП103Л).С учетом сделанного замечания транзистор КП103Л в первомприближении можно описать приведенными выражениями при (3=1,1мА/В2.ОглавлениеЭквивалентная схема для переменных составляющих сигналов.Для учебных целей, а также имея в виду простые приближенныерасчеты, рассмотрим эквивалентную схему, которую можно использовать,если известно, что транзистор работает в режиме насыщения (которомусоответствует область насыщения), и если амплитуда и частота сигналадостаточно малы (рис.

1.96). Знаком «~» отмечено, что используютсяпеременные составляющие сигналов.Знак «минус» в выражении — S-u3U^ отражает тот факт, что приувеличении напряжения между затвором и истоком ток стока уменьшается.Полевые транзисторы с изолированным затворомПолевой транзистор с изолированным затвором - это транзистор,имеющий один или несколько затворов, электрически изолированных отпроводящего канала.Дальнейшим развитием полевых транзисторов являются транзисторыс изолированным затвором. У них металлический затвор отделен отполупроводникового канала тонким слоем диэлектрика.

Посколькуметаллический затвор отделен от полупроводника слоем диэлектрика, товходное сопротивление таких транзисторов велико (для современныхтранзисторов достигает 1017 Ом).Полевые транзисторы с изолированным затвором бывают двух типов: со встроенным (собственным) каналом; с индуцированным (инверсионным) каналом.Структура в обоих типах полевых транзисторов с изолированнымзатвором одинакова: металл - окисел (диэлектрик) - полупроводник, тотакие транзисторы еще называют МОП-транзисторами (метал - окисел полупроводник), или МДП-транзисторами (металл - диэлектрик полупроводник).Полевой транзистор с изолированным затвором со встроеннымканаломУстройство полевого транзистора с изолированным затвором ивстроенным каналом показано на рис.

4.6.Онпредставляетсобоймонокристаллполупроводника, обычно кремния, гдесоздана электропроводность какого-либотипа, в рассматриваемом случае p-типа. Внемсозданыдвеэлектропроводностьюобластиспротивоположноготипа (в нашем случае n+-типа), которые соединены между собой тонкимприповерхностным слоем этого же типа проводимости. От этих двух зонсформированы электрические выводы, которые называют истоком истоком.

Характеристики

Список файлов книги