Электроника_Книга (852903), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Поэтому ПТ и называют униполярными, в отличие от биполярных, в электропроводимости которых участвуют как дырки, так и электроны.Низкая концентрация примесей в канале (р+) и высокая в затворе (n--) (рисунок 6.1) позволяет значительно увеличивать величину запирающего слоя в сторону канала, что усиливает управляющеедействие затвора.
Кроме того, высота канала hК делается по возможности малой. Эти меры приводят к тому, что напряжение UЗИ ОТСу реальных ПТ составляет всего лишь единицы вольт. Но сопротивление открытого транзистора при этом увеличивается. Для уменьшения этого сопротивления области истока и стока делают с повышенной (р++) концентрацией примесей (рисунок 6.1).Принцип работы ПТ с управляющим р–n переходом и каналомn-типа аналогичен принципу действия транзистора с каналом р-типа.Отличия заключаются в том, что носителями заряда в них будут являться электроны, а структура транзистора, напряжения и токи будут противоположными тем, которые изображены на рисунках 6.1 и 6.2.886.2.2 Схемы включения и характеристики полевых транзисторовНа рисунках 6.3, а и б приведены условные графические и буквенные обозначения ПТ с управляющим р–n переходом и каналами р- и n-типов.абРисунок 6.3 – Условные графические и буквенные обозначенияполевых транзисторов с управляющим р–n переходом и каналами р- (а)и n- (б) типовПолевые транзисторы, так же как и биполярные, могут бытьвключены в три различные схемы: с общим затвором (рисунок 6.4, а),с общим истоком (рисунок 6.
4, б) и с общим стоком (рисунок 6.4,в). Наибольшее распространение получили схемы с общим истокоми общим стоком.абвРисунок 6.4 – Схемы включения полевых транзисторовс управляющим р–n переходом и каналом р-типа: с общим затвором (а),с общим истоком (б) и с общим стоком (в)Зависимости между токами и напряжениями в ПТ определяютсяследующими характеристиками:– статическими выходными (стоковыми) – IС = f(UСИ) при UЗИ == const;– управляющими (стокозатворными) – IС = f(UЗИ) при UСИ == const.89Выходные характеристики ПТ с управляющим р-n переходом в схеме с общим истоком (рисунок 6.4, б), снятые при различных входныхнапряжениях UЗИ, приведены на рисунке 6.5.Для примера рассмотрим характеристику, снятую при UЗИ = UЗИ1.Из нее видно, что с увеличением выходного напряжения между стоком и истоком UСИ выходной ток IС сначала растет довольно быстро(участок ОA на рисунке 6.5).
На этом участке выходные характеристики почти линейны. Их угол наклона, который прямо пропорционально определяет проводимость канала, зависит только от величины входного напряжения UЗИ. Поэтому, ограничив работу ПТ наэтих участках, можно использовать его в качестве линейного управляемого сопротивления.Рисунок 6.5 – Статические выходные характеристики полевоготранзистора с управляющим р–n переходомПри дальнейшем увеличении UСИ (участок АВ на рисунке 6.5) ростIС замедляется. Это происходит потому, что запирающий слой в области стока увеличивается (рисунок 6.2, б), так как на него действует сумма входного и выходного напряжений UЗИ + UСИ. Поэтому сопротивление канала возрастает.В т.
В рост выходного тока IС практически прекращается (участокВС на рисунке 6.5). Увеличение выходного напряжения UСИ приводит, с одной стороны, к увеличению носителей заряда (дырок),а с другой – к увеличению сопротивления канала из-за расширениязапирающего слоя (рисунок 6.2, в). Поэтому ток IС на участке ВСостается почти неизменным. Этот участок соответствует режиму насыщения. В т. В выходное напряжение называется напряжением на90сыщения (UСИ НАС), а выходной ток – начальным током стока (IС НАЧ).Участки насыщения характеристик ПТ являются рабочими.Дальнейшее повышение выходного напряжения (участок СD на рисунке 6.5) приводит к электрическому пробою и выходу ПТ из строя.Если на затвор подать напряжение по абсолютной величине больше или меньше UЗИ1, то проводящее сечение канала соответственноуменьшится или увеличится. Ток стока при этом также уменьшитсяили увеличится, а характеристики пройдут ниже или выше характеристики, снятой при UЗИ1.Регулирующее действие входного напряжения затвора UЗИ на выходной ток IС наглядно иллюстрируют управляющие характеристики, выражающие зависимость выходного тока от входного напряжения, снятыепри постоянном выходном напряжении – IС = f(UЗИ) при UСИ = const.Для схемы с общим истоком (рисунок 6.4, б) они приведены на рисунке6.6, а.
Обычно их представляют одним графиком, так как значения токаIС в рабочем режиме (участок ВС на рисунке 6.5) практически не зависят от выходного напряжения UСИ. Поэтому все управляющие характеристики проходят очень близко друг от друга. В качестве примера на рисунке 6.6, б приведены управляющие характеристики реального ПТ типаКП103М, снятые при различных значениях UСИ.На рисунке 6.5, а видно, что при подаче на затвор входного напряжения, равного UЗИ ОТС, выходной ток IС = 0. По мере уменьшения UЗИ токопроводящее сечение канала будет возрастать, а IС растии при UЗИ = 0 достигнет максимума – IС МАХ.абРисунок 6.6 – Управляющие характеристики полевого транзисторас управляющим р–n переходом916.2.3 Параметры полевых транзисторовКроме напряжения отсечки UЗИ ОТС и максимального тока стокаIС МАХ, ПТ в рабочем режиме характеризуется следующими статическими характеризующими параметрами.1.
Крутизна S управляющей характеристики – показывает эффективность управляющего действия затвора:S=ΔI C, при UСИ = const.ΔU ЗИДля расчета численного значения S необходимо знать рабочуюточку ПТ на управляющей характеристике. Допустим, это т. G на рисунке 6.6, а. Далее выбирается еще одна точка на этой же характеристике, например т. Н на рисунке 6.6, а. По проекциям этих точек наоси напряжения и тока определяются данные для расчета крутизныS.
В зависимости от типа ПТ S = 0,3 ... 12 мА/В.2. Выходное (внутреннее) сопротивление RВЫХ – сопротивление ПТв рабочем режиме между истоком и стоком:RВЫХ =ΔU СИ, при UЗИ = const.ΔI CДля расчета численного значения RВЫХ необходимо знать рабочуюточку ПТ на выходных характеристиках. Допустим, это т. Е на рисунке 6.5. Далее выбирается еще одна точка на этой же характеристике,например т.
F на рисунке 6.5. По проекциям этих точек на оси напряжения и тока определяются данные для расчета выходного сопротивления RВЫХ. В зависимости от типа ПТ RВЫХ = 1 ... 100 кОм.3. Статический коэффициент усиления по напряжению μ – показывает, во сколько раз изменение напряжения на затворе сильнее действует на ток стока, чем изменение напряжения стока:м=ΔU СИ ΔU СИ ⋅ ΔI С== S ⋅ RВЫХ , при IC = const.ΔU ЗИ ΔU ЗИ ⋅ ΔI CВеличина μ у ПТ находится в пределах 10 ...1000.Кроме вышеперечисленных параметров, полевые транзисторыобладают и максимально допустимыми значениями: межэлектродными максимальными напряжениями (UСИ МАХ, UЗИ МАХ, UЗИ МАХ), максимальной мощностью рассеивания на стоке (РС МАХ) и интервалом допустимых температур (ТМАХ, ТМIN).926.3 Полевые транзисторы с изолированным затвором6.3.1 Общие сведенияДальнейшим развитием ПТ являются транзисторы с изолированным затвором.
В них электрод затвора (3) отделен от полупроводникового канала слоем диэлектрика, что позволяет получить у этихтранзисторов входное сопротивление порядка 1010 ... 1015 Ом.В качестве диэлектрика в кремниевых приборах обычно используют диоксид кремния (SiO2), так как его относительно легко получить высокотемпературным окислением на кремниевой пластине, изкоторой изготавливается транзистор. В связи с этим такие ПТ иногданазывают МОП-транзисторами («металл–оксид–полупроводник»).Чаще в литературе встречается их другое, более общее название –МДП-транзисторы («металл–диэлектрик–полупроводник»). В данном разделе мы будем пользоваться этим термином.Кроме истока, стока и затвора МДП-транзисторы имеют еще одинвывод – подложку, которая может дополнительно влиять на ток стока.МДП-транзисторы имеют две конструктивные разновидности:с индуцированным каналом и с встроенным каналом (рисунок 6.7).абVTЗСПИвVTЗгVTСПИЗСПИVTЗСПИРисунок 6.7 – Условные графические и буквенные обозначенияМДП-транзисторов с индуцированным каналом (а, б) и со встроеннымканалом (в, г) с каналами р- (а, в) и n- (б, г) типов6.3.2 МДП-транзисторы с индуцированным каналомПринцип работы МДП-транзисторов с индуцированным каналом(МДП-ИК) рассмотрим на примере транзистора с каналом р-типа(рисунок 6.7, а).Структурная схема такого транзистора приведена на рисунке 6.8.Он выполнен на основе кристаллической пластинки кремния n-типас малой концентрацией примесей, называемой подложкой (область«n–» на рисунке 6.8).
По краям подложки создаются области полупроводника противоположной проводимости с большой концентрацией примесей (области «р++» на рисунке 6.8). Одна из этих областейиспользуется как исток (И), другая как сток (С). Затвор изолирован93от полупроводникового кристалла тонким слоем диэлектрика (слойД на рисунке 6.8). Исток, сток, затвор и подложка имеют выводы(И, С, З, П на рисунке 6.8) для включения транзистора во внешнююцепь. Подложка обычно соединяется с истоком.В МДП–ИК с каналом р-типа на исток подается «+», а на сток«–». Если при таком напряжении разность потенциалов между затвором и истоком равна нулю (входное напряжение UЗИ = 0), то в р–n переходе «исток–подложка» возникнет небольшой запирающий слой,вызванный хаотичным движением основных носителей, а р–n переход «подложка-сток» будет включен в обратном направлении.
Поэтому оба перехода будут иметь очень большое сопротивление, и токIС по цепи исток–сток не потечет (рисунок 6.8, а).Если на затвор подать отрицательный, относительно истока(а следовательно, и относительно подложки), потенциал (входное напряжение UЗИ < 0) , то отрицательное электрическое поле через диэлектрик Д проникает (индуцируется) на некоторую глубину в слойподложки (рисунок 6.8, б). Под действием этого поля основные носители подложки (электроны), как отрицательно заряженные частицы,начинают выталкиваться из ее верхней части в нижние, а неосновные(дырки), как положительно заряженные, – подниматься вверх.абРисунок 6.8 – Структурная схема и принцип работы МДП-транзисторас индуцированным каналом р-типа при UЗИ =0 (а) и при UЗИ > UЗИ ПОР (б)Когда входное напряжение UЗИ достигнет некоторой величины,которое будет называться пороговым UЗИ ПОР, концентрация электронов и дырок в верхней части подложки сравняется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
