Электроника_Книга (852903), страница 14
Текст из файла (страница 14)
При этом дыркииз истока под действием отрицательного электрического поля нач94нут поступать в подложку. Здесь они будут являться неосновными носителями, и для них р–n переход «подложка-сток», к которому приложено обратное напряжение, будет открыт. В транзисторе по цепи«исток–сток» появляется небольшой ток IС. Таким образом, при подаче достаточного отрицательного напряжения на затвор в подложкеМДП-ИК создается (индуцируется) токопроводящий канал с дырочной проводимостью (р-типа), соединяющий исток со стоком, который называется индуцированным каналом (ИК на рисунке 6.8, б). Очевидно, что высота этого канала, а следовательно, и величина тока IСбудут зависеть от величины напряжения UЗИ. Чем больше по абсолютной величине отрицательное напряжение UЗИ, тем больше токстока транзистора.абРисунок 6.9 – Схема включения с общим истоком (а) и управляющаяхарактеристика (б) МДП-транзистора с индуцированным каналом р-типаНа рисунке 6.9 приведены схема включения с общим истоком иуправляющая характеристика МДП-ИК с каналом р-типа для этойсхемы.
Из характеристики видно, что ток IС начинает протекать приUЗИ = UЗИ ПОР и возрастает в дальнейшем при увеличении этого напряжения.6.3.3 МДП-транзисторы с встроенным каналомПринцип работы МДП-транзисторов с встроенным каналом(МДП-ВК) рассмотрим на примере транзистора с каналом р-типа(рисунок 6.7, в).95Этот вид полупроводникового прибора практически аналогиченМДП-ИК. Отличие заключается в том, что в нем при изготовлениисоздают (встраивают) токопроводящий канал, соединяющий истоксо стоком.
В рассматриваемом нами виде транзистора (МДП-ВКс каналом р-типа) этот канал будет с дырочной проводимостью. Поэтому даже при входном напряжении UЗИ = 0 по встроенному технологически каналу будет протекать ток IС (рисунок 6.10, а).Если на затвор подать отрицательный, относительно истока(а следовательно, и относительно подложки), потенциал (входноенапряжение UЗИ < 0), то отрицательное электрическое поле вытеснит основные носители подложки (электроны) и увеличит высоту канала (рисунок 6.8, б). Сопротивление ПТ будет стремиться к нулю,а ток стока IС – резко возрастать (рисунок 6.10, б).абвгРисунок 6.10 – Структурная схема и принцип работы МДП-транзисторас встроенным каналом р-типа при UЗИ =0 (а), при UЗИ = UЗИ1 (б),при UЗИ = UЗИ ОТС (в) и его управляющая характеристика в схемес общим истоком (г)96При приложении к затвору положительного, относительно истока, потенциала (входное напряжение UЗИ > 0), основные носителиподложки (электроны) будут заполнять канал, его высота уменьшится, а ток IС упадет.
При некотором напряжении, называемом напряжением отсечки UЗИ ОТС, проводящий канал исчезнет, и ток стока прекратится (рисунок 6.10, в).Схема включения с общим истоком МДП-ВК с каналом р-типааналогична схеме, изображенной на рисунке 6.9, а, с соответствующей заменой условного изображения МДП-ИК (рисунок 6.7, а) наМДП-ВК (рисунок 6.7, в).Управляющая характеристика МДП-ВК в схеме с общим истокомприведена на рисунке 6.10, г.Принцип работы МДП-транзисторов с каналами n-типа аналогичен принципу действия транзистора с каналами р-типа.
Отличия заключаются в том, что носителями заряда в них будут являтьсяэлектроны, а структура транзистора, напряжения и токи будут противоположными тем, которые изображены на рисунках 6.8—6.10.6.4 Сравнение полевых и биполярных транзисторовПрименение биполярных транзисторовВ таблице 6.1 приведены некоторые сравнительные характеристики биполярных и полевых транзисторов.Недостатком ПТ с управляющим р–n переходом является относительно большое сопротивление канала в открытом состоянии. Следствием этого являются достаточно большие падения напряженияи потери мощности в открытом транзисторе. Поэтому такие ПТ нашли применение в маломощных схемах.Полевые транзисторы также чувствительны к электрическим перегрузкам. Электростатические заряды, накапливаемые на теле человека, измерительных приборах и так далее, во многих случаях могут привести к нарушению структуры ПТ.
Поэтому при работе с ПТ,особенно с изолированным затвором, необходимо соблюдать мерыпредосторожности (например, при их пайке все выводы следует закоротить).97Таблица 6.1 — Сравнение между собой биполярных и полевыхтранзисторовБиполярные транзисторыПолевые транзисторы1. Управляются током базы: изменяетсяток базы, изменяется поток инжектированных носителей заряда из эмиттера вбазу, изменяется выходной ток2. В проводимости участвуют носителиобоих знаков (дырки и электроны)3. Входной ток (ток базы) составляет от 1до 10 % выходного тока4.
Относительно небольшой коэффициент усиления по току5. Низкая теплоустойчивость: повышение температуры приводит к уменьшению сопротивления, что в свою очередьприводит к увеличению тока и к дальнейшему повышению температуры6. Высокая чувствительность к токовымперегрузкам7. Высокое энергопотребление1. Управляются напряжением на затворе: изменяется напряжение на затворе,изменяется величина токопроводящегоканала – изменяется выходной ток2. В проводимости участвуют только основные носители (дырки или электроны)3. Входной ток практически равен нулю4. Очень высокий коэффициент усиления по току5.
Высокая теплоустойчивость: повышение температуры приводит к увеличениюсопротивления, что в свою очередь приводит к уменьшению тока и к дальнейшему уменьшению температуры6. Низкая чувствительность к токовымперегрузкам7. Низкое энергопотреблениеНаибольшее применение в электронике нашли МДП-транзисторыс индуцированным каналом.Из-за того что ПТ потребляют значительно меньше энергии,чем биполярные, они используются в схемах ждущих и следящихустройств, а также в схемах малого потребления и энергосбережения. Ярким примером таких устройств являются цифровые наручные кварцевые часы, которые, благодаря применению МДПтранзисторов, могут работать несколько лет, потому что практическине потребляют энергии.Быстрыми темпами развиваются области применения мощныхПТ в силовой электронике.
В радиопередающих устройствах онипозволяют получить высокую чистоту спектра излучаемых радиосигналов, уменьшить уровень помех и повысить надёжность радиопередатчиков. Ключевые мощные ПТ успешно заменяют и вытесняют мощные биполярные транзисторы. В силовых преобразователяхони позволяют значительно повысить частоту преобразования и, темсамым, резко уменьшить весогабаритные параметры оборудования.В усилителях звуковых частот высшего (Hi-Fi) и «элитного» (Hi-End)классов мощные ПТ успешно заменяют электронные лампы, так какобладают малыми нелинейными и динамическими искажениями.98Однако наибольшее применение МДП-транзисторы с индуцированным каналом нашли в области IT-технологий.
Они являются основными элементами современных сверхбольших интегральных схем (СБИС). Их габариты, энергопотребление и скоростьработы определяют, в основном, прогресс развития информационных систем. Технологии изготовления СБИС принято характеризовать минимальной длиной (lK MIN) проводящего канала (рисунок6.8, б). В таблице 6.2 показана динамика уменьшения lK MIN МДПтранзисторов.Таблица 6.2 – Снижение длины канала МДП-транзисторовпо годамГодlK MIN, нм198519911999201520182006 2013(Intel 286) (Intel 486) (Pentium III)(Прогноз) (Прогноз)150080018065221410Дальнейшее снижение длины канала невозможно по физическимпричинам, так как кремний не поддается большему дроблению. Прогресс может быть достигнут поиском новых материалов.
Один из многообещающих полупроводников будущего – индий-галлий-арсенид.Однако в настоящее время его производство слишком дорогое.В современных СБИС широко используют сочетание МДП–транзисторов с каналами обоих типов проводимости – р- и n-типов.Такие электронные схемы называют комплиментарными (КМОП).6.5 Пример схемы на полевом транзистореВ качестве иллюстрации работы ПТ с управляющим р–n переходом рассмотрим схему по рисунку 6.11.В этой схеме ПТ(VT1) работает в ключевом режиме и служит дляуправления биполярным транзистором (VТ2), который в свою очередь включает или отключает светодиод (VD).В исходном состоянии электрический потенциал верхнего проводника схемы, подключенного к «+» источника EК, равен +10 В,а потенциал нижнего, подключенного к «–» источника EК, — 0 В (рисунок 6.12, а). Тогда резисторы R1 и R2, действуя как делитель напряжения, создадут на истоке VT1 (т.
И) потенциал, равный99R31MR2470VDАЛ307ЗЕК = 10 ВVT1КП103МИVT2МП35БСR1200R422кРисунок 6.11 – Схема для включения светодиода прикосновением рукиϕИ = I ⋅ R1 =EK10⋅ R1 =⋅ 200 ≈ 3B.R1 + R 2200 + 470Потенциал затвора VT1 (т. З) выше потенциала истока VT1 (т. И).Поэтому ток по цепи +ЕК, R3, т. З, т. И, R1, –ЕК не протекает. На резисторе R3 не создается падение напряжения, поэтому потенциалзатвора (т. З) будет также равен +10 В. Следовательно, напряжение«затвор–исток» будет равноUЗИ = φЗ – φИ = 10 – 3 = 7 В.Напряжение отсечки полевого транзистора КП103М значительно меньше 7 В (рисунок 6.6, б), поэтому он будет надежно закрыт.Сопротивление «исток–сток» ПТ будет близко к бесконечности, токбазы биполярного транзистора VT2 протекать не может, и он будетзакрыт.
Следовательно, светодиод VD гореть не будет.Если пальцами одной руки замкнуть т. З и т. И, то по цепи +ЕК,R3, т. З, RР, т. И, R1, –ЕК потечет ток (RР — сопротивление руки ). Приэтом произойдет перераспределение потенциалов во входной цепиПТ (рисунок 6.12, б), и потенциалы т. И и т. З будут равны:ϕИ = I 2 ⋅ R1 =EK10⋅ R1 =⋅ 0,2 ≈ 0,002 B;R 3 + RP + R11000 + 1 + 0,2ϕЗ = I 2 ⋅ (R1 + RP ) =10⋅ (0,2 + 1) ≈ 0,012 B.1000 + 1 + 0,2100абРисунок 6.12 – Закрытое (а) и открытое (б) состояния полевоготранзистора в схеме по рисунку 6.11Напряжение затвор–исток UЗИ = φЗ – φИ ≈ 0,012 – 0,002 ≈ 0,001 В.Полевой транзистор перейдет в открытое состояние (рисунок 6.6, б),и его сопротивление «исток–сток» будет минимальным (рисунок6.12, б).По цепи +ЕК, R2, т.
И, т. С, база VT2, эмиттер VT2, –ЕК потечетнебольшой ток (рисунок 6.13, а) который откроет биполярный транзистор VT2. Сопротивление «коллектор–эмиттер» VT2 уменьшится,и по цепи +ЕК, VD, коллектор VT2, эмиттер VT2, –ЕК потечет ток, который зажжет светодиод VD (рисунок 6.13, б).абРисунок 6.13 – Цепи протекания токов базы (а) и коллектора (б)биполярного транзистора VT2 при открытии полевого транзистора VT1в схеме по рисунку 6.11101Открытия ПТ в данной схеме можно также добиться, лишь прикоснувшись рукой к затвору ПТ.
В этом случае создастся цепь +ЕК,R3, т. З, RТ, земля, –ЕК, где RТ — сопротивление тела человека. Таккак RТ << R1 = 1 М, то потенциал т. З относительно т. И не будет превышать 1 В. Оба транзистора откроются, и светодиод зажжется.6.6 Вопросы для самоконтроля1. Устройство полевого транзистора (ПТ) с управляющим р-n переходом.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
