Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (989598), страница 17
Текст из файла (страница 17)
КЗЭ. Схема включения полевого транзистора с обптнм истоком лля усиления злектри- + ческнх колебаний Из принципа действия полевого транзистора следует, что, в отличие от биполярного транзистора, он управляется не током, а напряжением (/зю Поскольку это напряжение обратное, то в цепи затвора ток не протекает, входное сопротивление остается очень большим„ на управление потоком носителей заряда, а значит, и выходным током /, не затрачивается мощность.
В этом преимущество полевого транзистора по сравнению с биполярным. Такое же устройство и принцип действия имеют полевые транзисторы с р-и переходом н каналом р-типа; по сравнению с транзисторами с каналом и-типа онн требуют противоположной полярности источников питания. Основные носители заряда в них — дырки. Следует отметить, что при подаче на канал напряжения (/,„ потенциалы точек канала относительно истока неодинаковы по его длине: онн возрастают по мере приближения к стоку от нуля до полного напряжения (/гю В связи с этим увеличивается и обратное напряжение на р-и переходе в направлении от истока к стоку от значения, равного //,„около истока, до суммы (/,„+ //,„у стока. Это вызывает постепенное расширение области р-и перехода по мере приближения к стоку и соответствующее сужение канала: его сечение уменьшается в направлении от истокового конца к стоковому.
С увеличением (/,„возрастает влияние этого напряжения на сужение канала у стокового конца. 1.5.2. Статические вольт-амперные характеристики полевых транзисторов с р-и переходом Основные характеристики полевых транзисторов — выходные (стоковые) и передаточные (стоко-затворные). Стоковая характеристика отражает зависимость тока стока от напряжения сток — исток при постоянном напряжении затвор — исток: /, = /(1/,„) при 1/,„= Характеристики, снятые при разных значениях неизменной величины 1/мо составляют семейство статических стоковых характеристик. На рнс. !.40, а, приведено семейство характеристик для полевого транзистора с р-и переходом и каналом и-тнпа. Рассмотрим стоковую характеристику, снятую при 1/,„ = О, когда канал имеет максимальное исходное рабочее сечение.
В ней можно выделить три участка. а ~а наа нас ан наа а 6 Рис. Ь40. Семейство стоковых характеристик (о) и стока-затворная характеристика (о/ палевого транзистора с управляю- щим р-л переходом и каналом л-типа Начальный участок выходит из начала координат (при 1/,„= 0 ток /, тоже равен нулю) и соответствует малым значениям напряжения 1/гю изменение которого почти не влияет на проводимость канала; канал полностью открыт. Поэтому ток /, на этом участке растет прямо пропорционально напряжению 1/,„; характеристика идет круто вверх. По мере дальнейшего увеличения 1/,„ начинает сказываться его влияние на проводимость канала.
Причиной этого служит возрастание потенциала точек канала в направлении к стоку и, соответственно, рост обратного напряжения на р-п переходе, которое при 1/,„ = О, у стокового конца равно величине 1/,„. По мере увеличения 1/,„ происходит сужение канала, уменьша- ется его проводимость и замедляется рост тока /,. Это соответствует криволинейной переходной области характеристики. Дальнейшее увеличение 1/,„ практически не вызывает роста тока, так как непосредственное влияние 1/,„ на величину тока компенсируется одновременным повышением сопротивления канала из-за его сужения. Максимальное сужение канала назывыют перекрытием канала.
Этот режим называют режимом насыщения. Ему соответствует пологий, почти горизонтальный, участок характеристики. Напряжение, прн котором начинается режим насыщения, называют напряжением насыщения (/сннас а ток при этом — током иасым4ения /,„., Участок характеристики, соответствующий режиму насыщения, используется в усилителях как рабочий. Прн дальнейшем увеличении 1/сю когда оно достигает определенного значения, ток резко возрастает; это соответствует лавинному пробою р-и перехода вблизи стока, где канал имеет наименьшее сечение, а обратное напряжение на р-и переходе— наибольшую величину.
Пробой транзистора недопустим, поэтому в рабочем режиме повышение 1/,„ограничивается максимально допустимым значением, указываемым в справочниках. Характеристики, снимаемые при значениях 1/,„~ О, располагаются ниже рассмотренной характеристики при 1/,„= О, причем тем ниже, чем больше по абсолютной величине напряжение затвор — исток. С увеличением напряжения 1/х„, при котором снимается стоковая характеристика, исходное сечение канала становится меньше, его сопротивление — больше, менее круто идет начальный участок характеристики, а также прн меньшем напряжении (/,„н токе /, наступает режим насыщения.
Пробой транзистора в этом случае наступает прн меньшем напряжении 1/сн. Полевой транзистор может быть использован не только в схемах усиления, но и в качестве управляемого омического сопротивления; в этом случае он работает в режиме, соответствующем начальному крутому участку стоковой характеристики. Стоко-затворная характеристика — это зависимость тока стока от напряжения затвор — исток при неизменной величине напряжения сток — исток (рис. !.40, б): /, = /((/,.) при 1/„„= сопя(.
Эта зависимость характеризует управляющее действие входного напряжения на величину выходного тока. При данном постоянном значении 1/,„, взятом в рабочем режиме, т. е. на участке насыщения, и при 1/х„= 0 точка характеристики лежит на оси тока и соответствует величине, равной току насыщенна /с„„,. С увеличением напряжения 1/т„по абсолютной величине проводимость канала уменьшается, что приво- ту дит к уменьшению тока. Увеличение напряжения К„вызывает уменьшение сечения проводящего канала до тех пор, пока он не оказывается перекрытым; ток через канал прекращается, транзистор закрывается, так как сток и исток изолированы друг от друга.
Напряжение затвор — исток, при котором ток через канал прекращается, называют напряжением отсечки К„„, На рис. 1.40,б приведена одна стока-затворная характеристика, поскольку изменение К„в режиме насыщения очень мало влияет на ток 1, и характеристики, снятые при разных значениях неизменной величины К„, располагаются очень близко друг к другу. Между напряжением насыщения и напряжением отсечки существует зависимость: К„„„= К„.„, — К„. Отсюда при (/..
= 0 К..., = К.„,. Изменение температуры мало сказывается на работе полевого транзистора, что является еше одним его преимуществом перед биполярным. Это объясняется противоположным влиянием на сопротивление канала и величину выходного тока 1, двух факторов. С одной стороны, повышение температуры снижает потенциальный барьер р-и перехода, что ведет к уменьшению его ширины и расширению канала, сопротивление канала уменьшается, ток 1, возрастает. С другой стороны, при повышении температуры уменьшается подвижность основных носителей заряда, что вызывает рост сопротивления канала и уменьшает ток 1,.
В результате ток 1„ нзменяется мало. Причем в области больших токов преобладает влияние второго фактора, и 1, с ростом температуры уменьшается, что очень благоприятно, а в области малых токов преобладает первый фактор, и ток немного возрастает (пунктирная кривая на рис. !.40, б). Повышение температуры снижает К„ из-за увеличения обратного тока р-и перехода. 1.5.3. Параметры полевых транзисторов с р-и переходом Основные параметры полевого транзистора следующие: крутизна стока-затворной характеристики, коэффициент усиления, внутреннее сопротивление, входное сопротивление, том и напряжение насыщения при нулевом напряжении на затворе, напряжение отсечки, а также параметры предельных режимов: максимально допустимый ток стока 1,„,„, при К.
= О, максимально допустимое напряжение сток — истом К„„.„максимально допустимое напряжение затвор — исток К„„,„„максимально допустимая рассеиваемая мощность Р„,„„диапазон рабочей температуры. Статическая крут зна характеристики 5 показывает влияние напряжения затвора на выходной ток транзистора и определяется как отношение приращения тома стока к вызвавшему его малому приращению напряжения затвор — исток при постоянном напряжении сток — исток: 5 = — при К„= сопз!.
лд л!л„ Крутизна определяет намлон стомо-затворной характеристики; по величине крутизны оценивают управляющее действие затвора. Численное значение крутизны можно найти по стока-затворной характеристике, взяв для данной точки малое приращение напряжения ЛК„и соответствующее ему приращение тока А1, (см. рис. 1.40, б). Наибольшее значение имеет крутизна характеристики в точке на оси тока при К„ = О. С увеличением К„ крутизна уменьшается.
Примерная величина этого параметра 5 = О,! — 8 мА/В. Внутреннее (дифференциальное) сопротивление В показывает влияние напряжения сток — исток на выходной ток транзистора. Оно определяется по наклону стоковой характеристики на участке насыщения как отношение приращения напряжения сток — исток к вызываемому им малому приращению тока стока при постоянном напряжении затвор — исток (см. рис.
1.40,а): )о = — ' при К„= сопз!. ли„, лд Чем больше Рь тем более полого идет характеристика в области насыщения. Внутреннее сопротивление полевых транзисторов составляет десятки и сотни килоом и более. Оно определяет выходное сопротивление В„„. Входное сопротивление )г,„ полевого транзистора очень велико; оно определяется обратным сопротивлением р-и перехода и составляет !0~ — 10э Ом. Большое входное сопротивление является преимуществом полевых транзисторов перед биполярными.
Преимуществом является также малый собственный шум. Усилительные свойства полевых транзисторов характеризуются статическим коэффициентом усиления напряжения )г, который может быть найден как произведение крутизны на внутреннее сопротивление: р = 511ь Коэффициент усиления показывает, во сколько раз изменение напряжения затвор — исток сильнее влияет на ток стока, чем такое же изменение напряжения сток — истом. Его можно определить как отношение приращения напряжения сток — истом к приращению напряжения затвор — исток при неизменном токе: Л!1н )х = — при1, = сопз(.
ли,„ Кроме этих параметров на свойства высокочастотных транзисторов влияют междуэлектродные емкости. Максимально допустимое напряжение сток — истом выбирают с запасом примерно в 1,5 раза меньше напряжения пробоя сток — затвор прн К„= О. Полевые транзисторы с управляющнм р-и переходом могут быть созданы н на основе перехода Шотткн (металл — полупроводник) на базе арсеннда галлия. перечного электрического поля, создаваемого напряжением на затворе. Прн К„ = О через транзистор протекает ток 1, под действием напряжения сток — исток К„, приложенного плюсом к стоку прн канале п-тнпа. Велнчнна этого тока определяется исходной проводимостью канала. Внд стоковой характеристики прн К„ = 0 1.5.4. МДП-транзнсторы !ИД!у-транзисторами называют полевые транзисторы с изолированным затвором.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
