Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Конечно, при этом проводящий канал исчез- и ть не может, так как в этом случае как бы исчезла нижняя пластинка конденсатора, с помощью которого подводится напряпгение, влияющее на толщину обедненного слоя. Однако канал становится настолько суженным, что при любом напряжении на стоке, конечно, не вызывающем пробоя !э-и переходов, ток стока равен нулю. Напряжение затвор — исток, при котором ток стока транзистора с р-и переходом равен нулю и>м! достигает заданного малого значения, называется напряжение,и отсечки Уэи,„«. Для транзисторов с р-каналом напряжение отсечки положительно и обычно равно 0,2 — 0,7 В. Естественно, что для транзисторов с управляющим р-и переходом с каналом п-типа напряжение отсечки отрицательно, а напряжение сток — исток положительно.
На рис. 6.2, в изображены обедненные слои и проводящий канал для случая, когда напряжение на затворе меньше напряжения отсечки, а между стоком и истоком приложено отрицательное напряжение. Вследствие протекания тока между истоком и стоком создается падение напра>кения вдоль канала. Правые точки канала имеют более отрицательный потенциал по сравнению с левыми, и еще более отрицательный потенциал по отношению ко всем точкам затвора, находящимся при одинаковом положительном потенциале. Вследствие этого проводящий канал сильно сужен в правой части.
Если разность потенциалов затвор— сток превышает напряжение отсечки, то канал в правой части на некотором протяжении имеет очень малое сечение. Конечно, он полностью исчезнуть не может. Почти полное смыкание верхнего и нижнего обедненных слоев, сильно сужающее проводящий канал, начинается в самой правой точке канала и распространяется на тем большую длину влево, чем больше разность потенциалов затвор — сток. Пусть, например, напряжение отсечки Узя„,=5 В.
Если напряжение изи=+1 В, то «сУжение» начнетсЯ пРи напРЯжении иси= — 4 В. Если напРЯ- жение сток — исток повысить, например, до иск= — 10 В, то максимально суженный канал хотя н ненамного, но удлннится влево. При дальнейшем повышении напряжения на стоке происходит лавинообразный пробой р-л перехода затвор — сток. Обычно пробой поступает при напря>кениях затвор — сток выше 25 — 30 В, а у мощных полевых транзисторов — при напряжении 60 — 120 В. Если в цепи стока имеется сопротивление, ограничивающее стоковый ток, то транзистор при пробое не выходит из строя. Поэтому в стоковой цепи всегда следует предусматривать ограничивающее ток сопротивление, например в резонансных усилителях необходимо включать сопротивление развязыва>ощего фильтра.
!О вака« м !>3! 14б ОА осота плакал ас па Са а» 3 ,„-а = гв гв -гг -гг и,„,в Рис, 6.3, Стоковые характеристики полевого транзистора с управляюпгим р-и ' первходом (канал р-типа) В соответствии с изложенным принципом работы полевого ". транзистора его стоковые характеристики имеют вид, показанный ' на рис. 6,3. В правой части (в области насыщения) они идут почти ', параллельно оси абсцисс.
В левой части (в линейной области) они ' ид т в виде веерного пучка прямых линий, искривляющихся в ', верхней части. Такой ход характеристик объясняется тем, что У ле- .',::.' ва веерообразная часть соответствует более или менее суженному, м;:* кан лу а правая часть — каналу с очень малым, почти нулевы кана у, поперечным сечением. В левой части характеристики †линейн области — меньшему положительйому напряжению затвора относительно истока соот- ': ветствует большее сечение проводящего канала. В правой части, характеристик — области насыщения — длина канала с макси-!:. мально суженным сечением увеличивается при увеличении как по-; ложительного напряжения на затворе, так и отрицательного на- '*: пряжения на стоке, Как указывалось выше, обедненные слои почти смыкаются не,: ~ель~о прн напряжении мзн=0зп „,, но н при ~спишем напр нап я-.;, жении или, когда между стоком н истоком приложено отрица-.:; тельное напряжение.
Это соответствует напряжению (6.1) ': ион= иаи — Бам .... Штриховая линия на рис. 6.3, соответстнующая этому напряже-; нию, является параболой, проходящей через начало координат. Семейство характеристик в линейной области аппроксимируется следующим выражением: — — (2(изи- (/зи ~~~) иси — иЯ '(6.2) ~'ЗИ озо В справочниках по транзисторам обычно указываются пределы изменения начального стокового тока транзистора (разброс параметра) и пределы изменения напряжения отсечки, Приведенные на рис.
6.3 характеристики даны для 1с -— 5 мА и (/зиого=б В. В области насыщения /с = 1с нан (1 — изи/(/зи о,о) '. (6.3) Согласно этому приближенному выражению стоковый ток в области насыщения не зависит от напряжения сток — исток. Однако реальные стоковые характеристики имеют положительный наклон, который характеризуется вь1ходной проводимостью К зон = (6.4) или выходным сопротивлением полевого транзистора го=1/кзз .
(6.5) Значение выходного сопротивления маломощных полевых транзисторов обычно лежит в пределах 10 — 100 кОм. Другим важным параметром полевого транзистора является крутизна характеристики доо '(6.6) дизн ( иси=оопзз ' Беря производную от (6.3), находим '(6.7) Вводя обозначение Зо = — 2 (1с нач/(/зи о.о), '(6.8) получаем 3 =до(1 изи/(/зи о ) ° (6.9) Нрнмср. Для полевого трзнзнсторз, стоконыо характеристики которого показаны нз Рнс. 6,3, !о о =5 мА н Уон„.=б В.
Необходимо найти кРУтнзнУ хаРактеРистики н области насыщениЯ пРн или=2 В. Сначала находим крутизну характеристики прн изн=о зо= — 2((о /(Уоя. ) = — 2(5/5) = — 2 лгА/В. КРУтизна характеристики прн ион=2 В 34 Во(1 — изн/(Узи 1= — 2(1 — 2/5) = — 1,2 мА/В. Знак минус н выражениях для крутизны (6.7) и (6.8), з тзк>ке н прямсре отрзжзет тот факт, что прн увеличении напряжения затвор — ноток ток стока яе узелнчянается, а уменьшается (см. Ряс. 6.3). 10" 147 Полевые транзисторы с управляющим р-и переходом изготав ливают не только с проводящим каналом р-тнпа, но и с канало н-типа. У последних транзисторов на затвор подается отрици тельное напряжение, а на сток — положительное.
Полевые транзисторы с каналом п-типа имеют значительн лучшие частотные свойства„так как в кремнии подвижность элект ранов значительно выше подвижности дырок (|>„=1300 смзгВ с' |гр — — 500 см9В с). Как известно, под подвижностью носителей то' ка понимается среднее расстояние, проходимое электроном ил ' дыркой за единицу времени при единичное напряженности элект рического поля. бдл ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С ИЗОЛИРОВАННЪ|М ЗАТВОРОМ Полевые транзисторы с изолированным затвором называют" также А(ОП-транзисторами или МД)>-транзисторами, Эти сокра;. щепные названия указывают на их структуру металл — окисел полупроводник или металл — диэлектрик — полупроводник. Эти названия указывают на то, что между затвором иа: проводящего материала — металла — и проводящего канала н полупроводника имеется изолирующий слой.
Однако для уменьшения контактной разности потенциалов иногда вместо затвор из металла применяют затвор из поликристаллического проводя.'; щего кремния. Имеется две основные разновидности полевых транзисторов изолированным затвором: транзисторы с встроенным каналом н'. транзисторы с индуиированным каналом.
МОП-транзистор с встроенным каналом. Схематическое строе.: ние транзистора с встроенным каналом показано на рис. 6.4. При-:, ложенное к затвору отрицательное напряжение отталкивает элект-с роны во встроенном канале п-типа. В результате создается обед-.; ненный слой в верхней части полупроводника между изолирующегь прокладкой нз окисла и проводящим каналом. МОП-транзистор с встроенным каналом чаще всего используется в режиме обеднения. Для транзистора с н-каналом это соответствует подаче от-, рицательного напряжения на затвор. Его характеристики прн этом" не отличаются от характеристик транзистора с управляющиар.
р->г переходом, имеющим ка-; и >>-> с» нал такого же типа. Опн опи-,'> сываются с достаточной точностью выражениями (6.2) и>' ло и (6.3). Так как затвор изоли-',, рован, то на него можно пода,' Ододлоллмо слои вать не только напряженияК, подлоило Р уменьшающие ток стока (от-.' рицательные для канала н-ти-. па и положительные для ка-> нала р-типа), но и напряже-; ния обратной полярности. Рис, 6.4, МОП-транзистор с встроенным каналом и-типа 148 рис З.З Структура МОП-траизкстора с ппдуцпронанпыи каналом и-типи: с — напряжение на электродах отсутствует; б — на затвор и стек подана ппасжнзельнсе напряжение етнсснтельнс истока н соедю~еннай с ним подложки Первый режим называется режимом обеднения, а второй— режимом обогащения.
МОП-транзистор с индуцированным каналом. Строение транзистора с нпдуцнрованным и-каналом показано на рнс, 6.5,а. В отсутствие напряжения на затворе сильно легированные а-области истока и стока образуют вместе с подложкой два включенных навстречу диода. Поэтому приложение напряжения между истоком и стоком не вызывает существенного тока. При некотором положительном напряжении на затворе индуцируется проводящий канал за счет притяжения к изолирующей прокладке затвора электронов из р-материала подложки. Хотя электроны в подложке не являются основными носителями, проводящий канал состоит только из основных носителей — электронов. Напряжение затвор — сток МОП-транзистора, работающего толысо в режиме обогащения, прн котором образуется проводящий канал и ток стока достигает заданного низкого значения, называется пороговым наггряжением полевого транзистора и обозначается Бзя р.
Обычно пороговое напряжение полевых транзисторов с индуцированным каналом лежит в пределах сузи .р= =! — 6 В. На рис. 6.5,б показана форма индуцированного канала, когда разность потенциалов изя — иги =. Пел пер. Например, если пороговое напряжение Юзя р=5 В, а напряжение или=8 В, то при напряжении )иси~(изя — Плинер — — 8 — 5=3 В проводящий канал начинает сильно сужаться. Идеализированные стоковые характеристики МОП-транзистора с индуцнрованным каналом п-типа показаны на рис.
6.6. От реальных они отличаются тем, что имеют в области насыщения ну. левой наклон. Реальные стоковые характеристики имеют в области насыщения положительный наклон, характеризуемый параметром атак, измеряемым в микросименсах. Наклон характеристик можно также характеризовать сопротивлением стока г,=1!дйй, Для маломощных МОП-транзисторов сопротивление стока г,=5 — 20 кОм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
