Принцип действия полевой транзистор – Полевой транзистор: строение, принцип действия, применение | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Содержание

вид и обозначение, достоинства и недостатки, принцип работы для чайников

В электронике и радиотехнике очень часто применяются полупроводниковые приборы, к которым относятся и транзисторы. Полевые транзисторы (ПТ) потребляют значительно меньше электрической энергии, благодаря чему они применяются в различных маломощных устройствах. Кроме того, существуют модели, работающие на больших токах при малом потреблении питающего напряжения (U).

Общие сведения

FET или ПТ — полупроводниковый прибор, который при изменении управляющего U, регулирует I (силу тока). Этот тип транзистора называется еще униполярным. Появился он позже обычного транзистора (биполярного), но с ростом технологии получил широкое распространение среди цифровых устройств благодаря низкому энергопотреблению. Основное отличие заключается в методе регулирования I. В биполярном — регулирование I происходит при помощи управляющего I, а полевом — при помощи U (Рисунок 1).

Рисунок 1 — Отличие полевого от биполярного Т.

У ПТ нет I управления, и он обладает высоким входным сопротивлением (R), которое достигает несколько сотен ГОм (ГигаОм) или ТОм (ТерраОм). Для того чтобы узнать сферы применения ПТ, нужно внимательно изучить его. Носителями заряда являются электроны или дырки, а у биполярного — электроны и дырки.

Классификация и устройство

ПТ бывают нескольких видов, обладают различными характеристиками и устройством. Они делятся на 2 типа:

  1. С управляющим p-n — переходом (JFET).
  2. С изолированным затвором (MOSFET).

Кроме того, каждый из типов бывает с N и P каналами. У ПТ с N-каналом носителями заряда являются электроны, а у P-канального — дырки. Принцип работы для P и N аналогичен, отличие лишь в подаче U другой полярности в качестве управляющего.

Устройство JFET ПТ (рисунок 2) простое. Область N образовывает канал между зонами P. К концам канала N подключаются электроды, которые называются условно стоком (С) и истоком (И), так как все зависит от схемы подключения. Затвор (З) — тип электрода, который образовывается при закорачивании полупроводников P. Это обусловлено электрическим соединением при воздействии U. Возле С и И находится область повышенной концентрации или легирование (N+) электронов, что приводит к улучшению проводимости канала. Наличие зоны легирования значительно понижает образование паразитных p-n — переходов, образующихся при присоединении алюминия.

Рисунок 2 — Схематическое устройство ПТ типа JFET.

MOFSET называется МОП или МДП, также делятся на типы — со встроенным и индуцируемым каналами. В каждом из этих типов есть модели с P и N каналами. Полевой транзистор, обозначение которого представлено на рисунке 3, иногда обладает 4 выводами.

Рисунок 3 — Обозначение МДП-транзистора.

Устройство довольно простое и показано на рисунке 4. Для ПТ с N-каналом подложка (покрывается SiO2) обладает электропроводимостью P-типа. Через слой диэлектрика проводятся электроды стока и истока от зон с легированием, а также вывод, который закорачивается с истоком. Слой затвора находится над диэлектриком.

Рисунок 4 — Типичное устройство ПТ с индуцированным каналом.

Принцип работы JFET

JFET работает в 2 режимах. Эта особенность связана с тем, что подается на затвор напряжение положительной и отрицательной составляющей (рис. 5). При подключении U > 0 к стоку, а земли к истоку необходимо подсоединить затвор к земле (Uзи = 0). Во время постепенного повышения U между С и И (Uис) ПТ является обыкновенным проводником. При низких значениях Uис ширина канала является максимальной.

При высоких значениях Uис через канал протекают большие значения силы тока между истоком и стоком (Iис). Это состояние получило название омической области (ОО). В полупроводнике N-типа, а именно в зонах p-n — перехода происходит снижение концентрации свободных электронов. Несимметричное разрастание слоя снижения концентрации свободных электронов называется обедненным слоем. Разрастание случается со стороны подключенного источника питания. Происходит сильное сужение канала при повышении Uис, вследствие которого Iис растет незначительно. Работа ПТ в этом режиме называется насыщением.

Рисунок 5 — Схема работы JFET (Uзи = 0).

При подаче низкого отрицательного U на затворе происходит сильное сужение канала и уменьшение Iис. При уменьшении U произойдет закрытие канала, и ПТ будет работать в режиме отсечки, а U, при котором прекращается подача Iис, называется напряжением отсечки (Uотс). На рисунке 6 изображено графическое представление работы ПТ при Uзи < 0:

Рисунок 6 — Графическое представление принципа работы полевого транзистора типа JFET.

При использовании в режиме насыщения происходит усиление сигнала (рис. 7), так как при незначительных изменениях Uис происходит значительное изменение Iис:

Рисунок 7 — Пример S JFET.

Этот параметр является усилительной способностью JFET и называется крутизной стоко-затворной характеристики (S). Единица измерения — mA/В (милиАмпер/Вольт).

Особености работы MOFSET

При подключении U между электродами С и И любой полярности к MOFSET с индуцированным N-каналом ток не потечет, так как между легитивным слоем находится слой с проводимостью P, которая не пропускает электроны. Принцип работы с каналом P-типа такой же, только необходимо подавать отрицательное U. Если подать положительное Uзи на затвор, то возникнет электрическое поле, выталкивающее дырки из зоны P в направлении подложки (рис. 8).

Под затвором концентрация свободных носителей заряда начнет уменьшаться, а их место займут электроны, которые притягиваются положительным зарядом затвора. При достижении Uзи порогового значения концентрация электронов будет значительно больше концентрации дырок. В результате этого произойдет формирование между С и И канала с проводимостью N-типа, по которому потечет Iис. Можно сделать вывод о прямо пропорциональной зависимости Iис от Uзи: при повышении Uзи происходит расширение канала и увеличение Iис. Этот процесс является одним из режимов ПТ — обогащения.

Рисунок 8 — Иллюстрация работы ПТ с индуцированным каналом (тип N).

ВАХ ПТ с изолированным затвором примерно такой же, как и с управляющим переходом (рис. 9). Участок, на котором Iис растет прямо пропорционально росту Uис, является омической областью (насыщения). Участок при максимальном расширении канала, на котором Iис не растет, является активной областью.

При превышении порогового значения U переход типа p-n пробивается, и ПТ является обычным проводником. В этом случае радиодеталь выходит из строя.

Рисунок 9 — ВАХ ПТ с изолированным затвором.

Отличие между ПТ со встроенным и индуцируемым каналами заключается в наличии между С и И канала проводящего типа. Если к ПТ со встроенным каналом подключить между стоком и истоком U разной полярности и оставить затвор включенным (Uзи = 0), то через канал потечет Iис (поток свободных носителей заряда — электронов). При подключении к затвору U < 0 возникает электрическое поле, выталкивающее электроны в направлении подложки. Произойдет уменьшение концентрации свободных носителей заряда, а сопротивление увеличится, следовательно, Iис — уменьшится. Это состояние является режимом обеднения.

При подключении к затвору U > 0 возникает электромагнитное поле, которое будет притягивать электроны из стока, истока и подложки. В результате этого произойдет расширение канала и повышение его проводимости, а Iис увеличится. ПТ начнет работать в режиме обогащения. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 — ВАХ ПТ со встроенным каналом.

Несмотря на свою универсальность, ПТ обладают преимуществами и недостатками. Эти недостатки следуют из устройства, способа исполнения и ВАХ приборов.

Преимущества и недостатки

Преимущества и недостатки являются условными понятиями, взятыми из сравнения полевых и биполярных транзисторов. Одним из свойств ПТ является высокое сопротивление Rвх. Причем у MOFSET его значение на несколько порядков выше, чем у JFET. ПТ практически не потребляют ток у источника сигнала, который нужно усилить.

Например, если взять обыкновенную схему, генерирующую сигнал на базе микросхемы-микроконтроллера. Эта схема управляет работой электродвигателя, но обладает низким значением тока, которого недостаточно для этих целей. В этом случае необходим усилитель, потребляющий малое количества I и генерирующий на выходе ток высокой величины. В усилителе такого типа и следует применить JFET, обладающий высоким Rвх. JFET обладает низким коэффициентом усиления по U. При построении усилителя на JFET (1 шт.) максимальный коэффициент усиления будет около 20, при использовании биполярного — несколько сотен.

В усилителях высокого качества применяются оба типа транзистора. При помощи ПТ происходит усиление по I, а затем, при помощи биполярного происходит усиление сигнала по U. Однако ПТ обладают рядом преимуществ перед биполярными. Эти преимущества заключаются в следующем:

  1. Высокое Rвх, благодаря которому происходит минимальное потребление I и U.
  2. Высокое усиление по I.
  3. Надежность работы и помехоустойчивость: при отсутствии протекания I через затвор, в результате чего управляющая цепь затвора изолирована от стока и истока.
  4. Высокое быстродействие перехода из одного состояния в другое, что позволяет применять ПТ на высоких частотах.

Кроме того, несмотря на широкое применение, ПТ обладают несколькими недостатками, не позволяющими полностью вытеснить с рынка биполярные транзисторы. К недостаткам относятся следующие:

  1. Повышенное падение U.
  2. Температура разрушения прибора.
  3. Потребление большего количества энергии на высоких частотах.
  4. Возникновение паразитного транзистора биполярного типа (ПБТ).
  5. Чувствительность к статическому электричеству.

Повышенное падение U возникает из-за высокого R между стоком и истоком во время открытого состояния. ПТ разрушается при превышении температуры по Цельсию 150 градусов, а биполярный — 200. ПТ обладает низким энергопотреблением только на низких частотах. При превышении частоты 1,6 ГГц энергопотребление возрастает по экспоненте. Исходя из этого, частоты микропроцессоров перестали расти, а делается упор на создании машин с большим количеством ядер.

При использовании мощного ПТ в его структуре образовывается ПБТ, при открытии которого ПТ выходит из строя. Для решения этой проблемы подложку закорачивают с И. Однако это не решает проблему полностью, так как при скачке U может произойти открытие ПБТ и выход из строя ПТ, а также цепочки из деталей, которые подключены к нему.

Существенным недостатком ПТ является чувствительность к статическому электричеству. Этот недостаток исходит от конструктивной особенности ПТ. Слой диэлектрика (изоляционный) тонкий, и его очень легко разрушить при помощи заряда статического электричества, который может достигать сотен или тысяч вольт. Для предотвращения выхода из строя при воздействии статического электричества предусмотрено заземление подложки и закорачивание ее с истоком. Кроме того, в некоторых типах ПТ между стоком и истоком стоит диод. При работе с интегральными микросхемами на ПТ следует применять антистатические меры: специальные браслеты и транспортировка в вакуумных антистатических упаковках.

Схемы подключения

ПТ подключается примерно так же, как и обыкновенный, но есть некоторые особенности. Существует 3 схемы включения полевых транзисторов: с общими истоком (ОИ), стоком (ОС) и затвором (ОЗ). Чаще всего применяется схема подключения с ОИ (схема 1). Это подключение позволяет получить значительное усиление по мощности. Однако подключение с ОИ используется в низкочастотных усилителях, а также обладает высокой входной емкостной характеристикой.

Схема 1 — Включение с ОИ.

При включении с ОС (схема 2) получается каскад с повторителем, который называется истоковым. Преимуществом является низкая входная емкость. Его применяют для изготовления буферных разделительных каскадов (например, пьезодатчик).

Схема 2 — Подключение с ОС.

При подключении с ОЗ (схема 3) не происходит значительного усиления по току, коэффициент усиления по мощности ниже, чем при подключениях с ОИ и ОС. Однако при помощи этого типа подключения возможно полностью избежать эффекта Миллера. Эта особенность позволяет увеличить максимальную частоту усиления (усиление СВЧ).

Схема 3 — Включение с ОЗ.

Таким образом, ПТ получили широкое применение в области информационных технологий. Однако не смогли вытеснить с рынка радиодеталей биполярные транзисторы. Это связано, прежде всего, с недостатками ПТ, которые кроются в принципе работы и конструктивной особенности. Главным недостатком является высокая чувствительность к полям статического электричества.


220v.guru

Полевые транзисторы

Полевой транзистор с управляющим
электронно-дырочным переходом имеет 2
невыпрямляющих контакта к области
полупроводника, через которую проходит
ток и один (либо два) управляющих
электронно-дырочных перехода, смещенных
в обратном направлении
.

Изменением обратного напряжения на
переходе управляют шириной перехода,
тем самым изменяется толщина слоя
полупроводника, по которому протекает
ток.

  • Область полупроводника, по которой
    протекает ток основных носителей,
    называется каналом.

  • Электрод, из которого основные носители
    входят в канал, называется истоком.

  • Электрод, через который основные
    носители уходят из канала, называется
    стоком.

  • Электрод, служащий для управления
    толщиной канала, называется затвором.

Различают два типа полевых транзисторов:

  • Полевые транзисторы с управляющими
    переходами:
    В данном транзисторе затвор в электрическом
    отношении отделен от каналапереходом,
    смещенном в обратном направлении.

  • Полевые транзисторы с изолированным
    затвором (МДП транзисторы). В этом
    транзисторе затвор в электрическом
    отношении отделен от канала слоем
    диэлектрика. МДП транзисторы –
    четырех электродные приборы,
    четвертым электродом –подложкой– является кристалл полупроводника,
    на основе которого выполнен весь прибор.

Канал в полевых транзисторах может
иметь проводимость
-типа
и-типа.
Однако при использовании канала-типа
будут худшие частотные свойства, хуже
стабильность параметров и выше уровень
шумов по сравнению с каналом-типа.

Устройство и графическое изображение
различных полевых транзисторов на
основе кристалла полупроводника
-типа
приведено на рисунках.

Транзистор
с управляющим
переходом

МДП транзистор
с индуцированным каналом

МДП транзистор
со встроенным каналом

Ток в полевых транзисторах обусловлен
движением в канале только основных
носителей заряда (это дрейф основных
носителей заряда под действием
электрического поля). Управляющее поле
создается обратным напряжением на
управляющем
переходе
или на затворе в МДП транзисторах. Токи
в цепи управления (в затворе) имеют малую
величину , и, следовательно, входное
дифференциальное сопротивление цепи
управления велико.

С точки зрения проводимости и входных
токов и сопротивления, полевые транзисторы
близки к электронным лампам. Поэтому,
как и в лампах, усилительные свойства
полевых транзисторов принято
характеризовать крутизной характеристики,
определяющей зависимость выходного
тока (тока стока) от напряжения,
приложенного ко входной цепи ( цепи
затвора).

Принцип действия полевого транзистора с управляющим переходом.

Графическое
изображение транзистора и его включение
по схеме с общим истоком приведено на
рисунке.

Из
рисунка видно, что электрическое
сопротивление канала между истоком и
стоком зависит от толщины канала. Толщина
канала может уменьшаться за счет
изменения ширины
перехода.
Ширинаперехода
зависит от приложенного к нему обратного
напряжения, то есть изменяется при
изменении отрицательного напряжения
затвор-исток.

Следовательно, изменяя напряжение
затвор-исток, можно управлять электрическим
сопротивлением канала.

При подаче положительного напряжения
между стоком и истоком
под действием электрического поля
возникает дрейф основных носителей
зарядов в канале-типа
от стока к истоку.

В результате приложения положительного
напряжения между стоком и истоком
изменяется электрическое поле в теле
полупроводника, что приводит к изменению
конфигурации
перехода
–будет наблюдаться вытягивание
запирающего слоя по направлению к стоку.

Объясняется данный процесс следующим
образом. Если не учитывать сопротивление
канала, можно считать, что потенциал у
стока соответствует напряжению
.
Тогда дляперехода
потенциал на переходе у стока будет
определяться величинойи тем самым увеличивается потенциальный
барьер на переходе и его ширина. В тоже
самое время потенциал у истока остается
неизменным и определяется напряжением.

Приложение положительного напряжения
вызывает не только протекание тока
стокапо каналу, но и изменение конфигурации
самого канала. Значение тока стока
определяется сопротивлением канала.

Ток затвора
обусловлен движением неосновных
носителей зарядов через обратно смещенный
электронно-дырочный переход. Ввиду
незначительной концентрации неосновных
носителей заряда ток затворамал.

Током стока

можно управлять напряжением
затвор-исток.
При некотором значении напряженияширина перехода может возрасти до такой
величины, что весь канал будет перекрыт.
При этом ток стока будет равен нулю и
транзистор запирается.

Напряжение
,
при котором транзистор запирается,
называется напряжением отсечки.

Как отмечалось выше, увеличение ширины
электронно-дырочного перехода также
происходит и при возрастании напряжения
сток-исток
.
Можно предположить, что при этом также
возможно полное запирание канала.

Практически полного запирания канала
не наблюдается, то есть в цепи стока
протекает некоторый ток. Это связано с
тем, что возрастание напряжения сток-исток
приводит к вытягиванию запирающего
слоя в направлении стока и при этом
всегда остается некоторая конечная
толщина канала.

Выходные вольт-амперные характеристики
полевого транзистора определяют
зависимость тока стока
от напряжения на стокепри фиксированном напряжении затвора:

Типичное семейство выходных статических
характеристик полевого транзистора с
управляющим
переходом и-каналом
приведено на рис. . На рис. приведены
статические характеристики передачи
полевого транзистора с управляющимпереходом и-каналом.

Рис.

Рис.

Выходные статические характеристики
полевого транзистора с управляющим
электронно-дырочным переходом (рис. )
имеют два характерных участка:

  • начальный участок –крутая зависимость
    тока стока от напряжения сток-исток;

  • пологий участок –ток стока практически
    не зависит от напряжения сток- исток.

При фиксированном значении напряжения
проводящий канал имеет определенное
сопротивление, зависящее от его длины
и поперечного сечения. Поэтому при
начальном увеличении напряжениясопротивление остается практически
постоянным и ток на выходе возрастает
пропорционально напряжению. Однако по
мере роста напряженияк управляющему электронно-дырочному
переходу прикладывается все большее
обратное напряжение (в области стока),
что приводит к уменьшению площади
поперечного сечения канала, и как
следствие, его сопротивления.

При некотором значении напряжения
сток-исток, получившим название напряжения
насыщения
-происходит
полное перекрытие канала и в дальнейшем
не наблюдается роста стока при увеличении
напряжения.

Очевидно, что наибольшее значение тока
стока будет при нулевом напряжении
затвор-исток. Чем больше абсолютное
значение напряжения затвор-исток тем
меньше начальное поперечное сечение
канала, и, следовательно, выше его
сопротивление.

При больших значениях напряжения
сток-исток может возникнуть электрический
пробой обратно смещенного перехода
затвор-исток. Пробой электронно-дырочных
переходов кремниевых полевых транзисторов
носит лавинный характер.

Статические характеристики передачи
(рис. ) представляют зависимость тока
насыщения стока от напряжения на затворе
при постоянном напряжении на стоке.

Основным рабочим режимом полевых
транзисторов с управляющим
переходом
являетсярежим насыщения тока стока.

Статические характеристики передачи
дают возможность определить один из
основных параметров транзистора,
характеризующий его усилительные
свойства — крутизну характеристики
,
представляющую отношение изменения
тока стока к изменению напряжения на
затворе.

Для полевых транзисторов с управляющим
переходом
характерно то, что их максимальная
проводимость наблюдается при нулевом
смещении на затворе. С ростом смещения
(по абсолютной величине) проводимость
канала уменьшается. Смещение для полевых
транзисторов управляющимпереходом
имееттолькоодну полярность, которая
соответствует отсутствию инжекции
основных носителей через переход.

Для полевых транзисторов с изолированным
затвором характерно наличие диэлектрического
слоя между металлическим электродом
затвора и материалом полупроводника.

Наличие диэлектрика снимает ограничение
на полярность управляющего напряжения
— оно может быть как положительным, так
и отрицательным.

studfiles.net

Лекция 5 Полевые транзисторы и принцип их работы

1.5. Полевые
транзисторы, принцип их работы

Наряду с биполярными
транзисторами нашли применение полевые
транзисторы, в которых рабочие носители
заряда переносятся по каналу, формируемому
в полупроводнике n
или p
типа таким образом, что они не
проходят через границыp
иnслоев.
По способу формирования канала эти
приборы подразделяются на транзисторы
сp-n
переходом, со встроенным каналом и
индуцируемым каналом. Два последних
типа относятся к МДП-транзисторам.

В отличие от
биполярного транзистора, где происходит
токовое управление потоком рабочих
носителей заряда, в полевом транзисторе
управление потоком осуществляется
электрическим полем, что и дало
наименование прибору. Преимуществом
полевых транзисторов является весьма
малый уровень мощности, который
потребляется для управления потоком,
поскольку ток входной цепи практически
равен нулю. Однако эти транзисторы
уступают биполярным по уровню выходной
мощности.

Рис.1.11. Структура
полевого транзистора

с pn
переходом

Структура транзистора
с p-n
переходом схематически представлена
на рис.1.11. Прибор имеет три электрода:
исток (аналог эмиттера в биполярном
транзисторе), сток (аналог коллектора)
и затвор (аналог базе). На рис.1.11 показано
включение этого транзистора по схеме
с общим истоком, аналогичной схеме ОЭ
включения биполярного транзистора.
Канал протекания рабочих носителей
заряда (в рассматриваемом случае
электронов), формируемый в полупроводникеn-типа,
заключен между двумяp-n
переходами. Канал с двух сторон снабжен
двумя электродами: истоком, с которого
носители заряда начинают движение, и
стоком, где это движение заканчивается.
Третий электрод, затвор, соединен сp-слоями.
Между истоком и стоком приложено
напряжениеU,
обеспечивающее перенос носителей
заряда между этими электродами.
Управляющим (входным) напряжением
являетсяU.
На затвор подается “минус”
относительно истока. Таким образом,p-n
переход находится в закрытом состоянии,
что обусловливает малую величину тока
в цепи затвора. При увеличении
отрицательного значения напряженияUпроисходит увеличение шириныp-n
перехода за счетn-
слоя канала, а тем самым уменьшение
ширины канала (см. рис.1.12,а). В результате
происходит увеличение сопротивления
канала, что и обеспечивает управление
потоком электронов.

Рис.1.12. Сужение
канала полевого транзистора с
pn
переходом
при
приложении напряжений: а —
U,
б —
U

Напряжение Uтакже изменяет ширину канала за
счет изменения
шириныp-n
перехода. Однако, поскольку оно
равномерно приложено по длине канала,
то его ширина уменьшается по мере
приближения к стоку, к которому подведен
“плюс” (см. рис.1.12,б). Очевидно, степень
уменьшения ширины канала, а, следовательно,
его сопротивление будет увеличиваться
при увеличении напряженияU.
Этим объясняется
вид выходной, стоковой характеристики,
приведенной на рис.1.13. При малых значениях
напряженияUобусловленное этим напряжением уменьшение
ширины канала не существенно. В данных
условиях на движения носителей заряда
в канале оказывает влияние только
напряжение между стоком и истоком, в
результате чего ток стокаI
резко увеличивается с ростом
U.
При больших значениях напряжения
Uток носителей заряда находится под
влиянием двух противодействующих
факторов. С увеличением напряжения, с
одной стороны, увеличивается скорость
переноса носителей заряда от истока к
стоку, а с другой стороны, — увеличивается
сопротивление канала. В результате
величина тока стока лишь немного растет
при увеличении напряженияU,
в приборе устанавливается режим
насыщения, ограничивающийся сверху
пробивным напряжениемUси
проб
.
Режимы пробоя
на рис.1.13 (а также на рис.1.15) не указаны.
Увеличение отрицательного напряженияU
увеличивает сопротивление канала,
что обусловливает смещение вольт-амперной
характеристики в область малых значений
токаI.
При этом также уменьшается величина
напряжения пробоя.

Рис.1.13. Стоковая
характеристика полевого

транзистора
с
pn
переходом

Наименование
МДП-транзисторы (“металл – диэлектрик
– проводник”) связано с конструктивными
особенностями этих приборов. Они отражены
на рис.1.14, на котором приведена схема
конструкции транзистора с встроенным
каналом. На поверхности подложки, которая
выполнена из полупроводника типа p,
создается канал n-типа с областями истока и стока.
Полупроводник покрыт окисной пленкой,
на которую наносится металлическая
пленка, выполняющая функцию затвора.
Таким образом, канал оказывается
изолированным от затвора диэлектрической,
окисной пленкой. В общем случае
МДП-транзистор имеет четыре электрода.
Четвертый электрод соединен с подложкой.
Схема включения такого транзистора
показана на рис.1.14.

Рис.1.14. Структура
МДП-транзистора

Технология изготовления
МДП-транзисторов с индуцированным
каналом обусловила их широкое применение
в составе микросхем. В таких транзисторах
специально канал не создается. Он
формируется (индуцируется) на поверхности
подложки при положительном напряжении
затвор- исток, когда электрическое поле
затвора вытягивает из подложки электроны,
за счет которых создается канал протекания
тока стока. Очевидно, в МДП-транзисторе
с индуцированным каналом при нулевом
напряжении Uток стока отсутствует, а с увеличением
напряжения затвор-исток увеличивается
ток стока, что иллюстрируется рис.1.15,
на котором приведена стоковая
характеристика такого прибора.

Рис.1.15. Стоковые
характеристики МДП-транзистора

с индуцированным
каналом

Следует отметить,
что в биполярном транзисторе ток
коллектора также увеличивается с
увеличением входного напряжения (см.
рис.1.8 и 1.9). Однако, начальные участки
вольт-амперных характеристик выходных
цепей биполярных и полевых транзисторов
отличаются. Если в биполярном транзисторе
в области малых напряжений UКЭнаклон вольт-амперных характеристик
не зависит от тока базы, т.е. от входного
напряжения, то в полевом транзисторе,
как видно из рис.1.15, эта зависимость
существенна. Принципы работы
МДП-транзисторов были рассмотрены на
примере приборов сn-каналом.
Аналогичным образом функционируют и
транзисторы сp-каналом,
в которых рабочими носителями заряда
являются дырки, а подложка выполнена
из полупроводникового материалаn-типа.
В таких приборах направление токов и
полярность напряжений будут противоположны
тем, которые имеются у приборов сn-каналом. На рис.1.16
приведены схемные обозначения полевых
транзисторов.

Рис.1.16. Схемные
обозначения полевых транзисторов:

1 — транзистор с
pn
переходом: с
n-каналом,

2 —
транзистор с
pn
переходом и с
p-каналом,

3 —
МДП-транзистор с встроенным
n-каналом,

4 —
МДП-транзистор с встроенным
p
каналом,

5 —
МДП-транзистор с индуцированным
n-каналом,

6 —
МДП-транзистор с индуцированным
p
каналом

Входное и выходное
сопротивления полевых транзисторов, в
отличие от биполярных, имеют существенную
емкостную компоненту. Это учитывается
схемой замещения для переменных токов
и напряжений. Наиболее распространенная
схема замещения полевого транзистора
приведена на рис.1.17, в которой отражено
наличие трех межэлектронных емкостей:
Сзи– затвор – исток,Сси– сток – исток,Сзс– затвор – сток. Первые две обусловлены,
в основном, барьерной емкостью закрытогоp-n- перехода,
примыкающего как к истоку, так и к стоку.
Поэтому их величины, составляющие 10 –
40 пФ, в три – пять раз превышают величину
емкости сток – исток.

Рис.1.17. Схема
замещения полевого транзистора

Наличие в схеме
источника тока Suвхотражает зависимость выходного тока
от входного напряжения, гдеS– крутизна передаточной характеристики,
определяемая соотношением

S
=.

Зависимость выходного
тока от напряжения сток – исток
учитывается сопротивлением ri,
величина которого определяется как

ri=
.

Величины параметров

riрассчитываются с использованием стоковой
характеристики транзистора.

studfiles.net

Полевой транзистор: строение, принцип действия, применение | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Среди значительного количества полу­проводниковых приборов, которые исполь­зуются для усиления и генерирования элект­ромагнитных сигналов, видное место зани­мают полевые транзисторы.

Полевой транзистор имеет основу — стер­жень или небольшую пластинку из полупро­водникового вещества, к которой прива­рены два электрода — исток (И) и сток (С). На боковой поверхности стержня, который имеет проводимость, например n-типа, со­здается зона проводимости p-типа (рис. 8.26). К полупроводнику p-типа приварен элект­род З, имеющий название затвор.

Между полупроводниками с разными ти­пами проводимости получается кольцевой p-n-переход, с помощью которого осущест­вляется регулирование силы тока на участ­ке исток—сток. Участок внутри кольцевого p-n-перехода называется каналом.

Основа полевого транзистора может иметь проводимость и p-типа. На рис. 8.27 пока­заны схематические изображения полевых транзисторов с основой n-типа (а) и p-ти­па (б).

Если к транзистору (исток—сток) подать постоянное напряжение, то сила тока в цепи будет постоянной, поскольку она за­висит лишь от сопротивления канала тран­зистора. Ширину этого канала (поперечное сечение), а значит, и сопротивление можно регулировать напряжением, приложенным между истоком и затвором.


Рис. 8.26. Структура полевого транзис­тора
Рис. 8.27. Схематические изображения полевых транзисторов


Если p-n-переход (исток—затвор) подклю­чен в прямом направлении, то ширина ка­нала возрастает и сила тока в цепи исток—сток увеличивается. А если p-n-переход под­ключен в обратном направлении, то ши­рина канала уменьшается, что ведет к уменьшению силы тока в транзисторе. Материал с сайта http://worldofschool.ru




Рис. 8.28. Схема усилителя на полевом транзисторе

Если к p-n-переходу приложить перемен­ное напряжение, то ширина канала будет изменяться в соответствии с колебаниями этого напряжения и можно получить коле­бание силы тока в цепи исток—сток. Таким способом можно усиливать колебания, ру­ководящие шириной канала транзистора.

Принципиальная схема усилителя элект­рических колебаний на полевом транзисторе изображена на рис. 8.28. Напряжение сиг­нала, подающееся на p-n-переход затвор—исток, может быть усилено во много раз и снимется из резистора нагрузки R. В отли­чие от биполярных транзисторов, в основ­ном использующихся для усиления силы тока, полевые транзисторы успешно исполь­зуются для усиления напряжения.

Объединение свойств биполярных и поле­вых транзисторов позволяет создавать разно­образнейшие устройства современной элект­роники, являющейся одной из основ научно-технического прогресса.


На этой странице материал по темам:

  • Полевые транзисторы.принцип действия,применения

  • Принцип работы полевого транзистора в кратце

  • Стадии производства полевые транзисторы

  • Транзисторы принцип действия и область применения

  • Подтип транзистора

Вопросы по этому материалу:

  • Какова структура полевого транзистора?

  • Объясните в общих чертах принцип действия полевого транзистора.

  • Как условно обозначают полевые транзисторы на схемах?

  • Для чего в основном используются полевые транзисторы?


worldofschool.ru

3. Принцип действия полевого транзистора. Вах полевого транзистора

В отличии от
биполярных транзисторов, униполярные
транзисторы относятся к классу полевых
элементов, принцип действия которых
основан на использовании носителей
одного знака. Управление током производится
за счет изменения проводимости канала,
через который протекает ток, под действием
электрического поля.

Общие свойства:
1) Высокая технологичность изготовления,
2) Хорошая воспроизводимость параметров,
3) Большая плотность упаковки 4) сравнительно
невысокая стоимость.

Главная особенность
высокое входное сопротивление.

  1. Устройство
    полевого транзистора.

Полевой
транзистор — это полупроводниковый
прибор, усилительные свойства которого
обусловлены потоком основных носителей,
протекающим через проводящий канал и
управляемый электрическим полем. В
отличие от биполярных  работа 
полевых  транзисторов  основана 
на  использовании  основных
носителей заряда в полупроводнике.

По
конструктивному исполнению и технологии
изготовления  полевые транзисторы
можно разделить на две группы: полевые
транзисторы  с управляющим  р- п —
переходом и полевые транзисторы с
изолированным затвором.

  
Полевой 
транзистор с управляющим  р-п- переходом
— это полевой транзистор, затвор которого
отделен в электрическом отношении от
канала р-п — переходом, смещенным в
обратном направлении. Электрод , из 
которого в канал входят носители заряда,
называют истоком; электрод, через
который  из  канала уходят носители
заряда, — стоком; электрод, служащий для
регулирования поперечного сечения
канала, — затвором. При подключении к
истоку отрицательного (для п-канала), а
к стоку положительного напряжения (рис.
1 ) в канале возникает электрический
ток, создаваемый движением электронов
от истока к стоку, т.е. основными носителями
заряда. В этом заключается существенное
отличие полевого транзистора от
биполярного. Движение носителей заряда
вдоль электронно-дырочного перехода
(а не через переходы, как в биполярном
транзисторе) является второй характерной 
особенностью полевого транзистора.

   
Электрическое
поле, создаваемое между затвором и
каналом, изменяет плотность носителей
заряда в канале, т.е. величину протекающего
тока. Так как управление происходит
через обратно смещенный р-п-переход,
сопротивление между управляющим
электродом и каналом велико, а потребляемая
мощность от источника сигнала в цепи
затвора ничтожно мала. Поэтому полевой
транзистор может обеспечить усиление
электромагнитных колебаний как по
мощности, так и по току и напряжению.

          
Рис. 2. Структура  полевого транзистора
с изолированным затвором: а — с
индуцированным каналом ; б — со встроенным
каналом.

   
Полевой
транзистор с изолированным затвором —
это полевой транзистор, затвор которого
отделен в электрическом отношении от
канала слоем диэлектрика. Полевой
транзистор с изолированным затвором 
состоит из пластины полупроводника
(подложки) с относительно высоким
удельным сопротивлением, в которой
созданы две области с противоположным
типом электропроводности (рис. 2 ). На
эти области нанесены металлические
электроды — исток и сток. Поверхность
полупроводника  между истоком и
стоком покрыта тонким  слоем диэлектрика
(обычно слоем оксида кремния). На слой
диэлектрика  нанесен металлический 
электрод — затвор. Получается структура,
состоящая из металла, диэлектрика и
полупроводника. Поэтому полевые
транзисторы с изолированным  затвором
часто называют МДП- транзисторами или
МОП- транзисторами (металл — оксид-
полупроводник).    

  
Существуют
две разновидности МДП-транзисторов 
с индуцированным и со встроенным
каналами.

  
В
МДП-транзисторах с индуцированным
каналом проводящий канал между
сильнолегированными областями истока
и стока и, следовательно, заметный ток
стока  появляются только при
определенной полярности  и при
определенном значении напряжения на
затворе относительно истока (отрицательного
при  р-канале и положительного при
п-канале). Это напряжение называют
пороговым  (UЗИ.пор ). Так как появление
и рост проводимости индуцированного
канала связаны с обогащением его
основными носителями заряда, то считают,
что канал работает в режиме обогащения.

  
В
МДП — транзисторах  со встроенным
каналом проводящий канал, изготавливается
технологическим путем, образуется при
напряжении на затворе равном нулю. Током
стока можно управлять, изменяя значение
и полярность напряжения между затвором
и истоком. При некотором положительном
напряжении затвор — исток транзистора
с р — каналом или отрицательном напряжении
транзистора с n -каналом ток в цепи стока
прекращается. Это напряжение  называют
напряжением отсечки (UЗИ.отс ). МДП —
транзистор со встроенным каналом может
работать как в режиме обогащения, так
и в режиме обеднения канала основными
носителями заряда.

Схемы
включения полевого транзистора.

  В
зависимости от того, какой из электродов
полевого транзистора подключен к общему
выводу, различают схемы: с общим истоком
и входом затвор; с общим стоком и входом
на затвор; с общим затвором и входом на
исток. Схемы включения полевого
транзистора показаны на рис. 3.

 
  Параметры
полевого транзистора.

 
Входная проводимость
определяется проводимостью участка
затвор — исток уЗИ.  = у11 + у12 ; выходная
проводимость — проводимость участка
сток — исток уСИ   = у22  + у21 ;
функции передачи — крутизной вольт-амперной
характеристики  S = у21 — у12 ; функция
обратной передачи — проходной проводимостью
уЗС = у12 . Эти параметры применяются за
первичные параметры полевого транзистора,
используемого в качестве четырехполюсника.
Если первичные параметры четырехполюсника
для схем с общим истоком определены, то
можно рассчитать параметры для любой
другой схемы включения полевого
транзистора.

   
Начальный ток
стока IС.нач — ток стока при напряжении
между затвором и истоком, равном нулю
и напряжении  на стоке, равном или
превышающим напряжение насыщения.
Остаточный ток стока IС.ост — ток стока
при напряжении между затвором и истоком,
превышающем напряжение отсечки. Ток
утечки затвора IЗ.ут — ток затвора при
заданном напряжении между затвором и
остальными выводами, замкнутыми между
собой. Обратный ток перехода затвор —
сток  IЗСО — ток, протекающий в цепи
затвор — сток при заданном обратном
напряжении между затвором и стоком и
разомкнутыми остальными выводами.
Обратный ток перехода затвор — исток 
I ЗИО — ток, протекающий в цепи затвор —
исток при заданном обратном  напряжении
между затвором и истоком и разомкнутыми
остальными выводами.

   
Напряжение отсечки
полевого транзистора UЗИ.отс — напряжение  
между затвором и истоком транзистора
с р -п переходом или изолированным
затвором, работающего в режиме обеднения,
при котором ток стока достигает заданного
низкого значения. Пороговое напряжение
полевого транзистора  UЗИ.пор   —
напряжение между затвором  и истоком
транзистора с изолированным затвором,
работающего в режиме обогащения, при
котором ток стока достигает заданного
низкого значения.

   
Крутизна характеристик
полевого транзистора S — отношение
изменения тока  стока к изменению
напряжения на затворе при коротком
замыкании по переменному току на выходе
транзистора  в схеме с общим истоком.

   
Коэффициент
усиления по мощности  Кур — отношение
мощности на выходе полевого транзистора
к мощности на входе при определенной
частоте и схеме включения.

   
Частотные
свойства.

   
Частотные
свойства полевых транзисторов определяются
постоянной времени  RC —  цепи 
затвора. Поскольку входная емкость 
С11и у транзисторов с  р-п  переходом
велика (десятки пикофарад), их применение
в усилительных каскадах с большим
входным сопротивлением возможно в
диапазоне частот, ре превышающих сотен
килогерц — единиц мегагерц.

Рис.
7.
Вольт –
амперные характеристики полевого
транзистора со встроеным

каналом
n- типа:  а – стоковые;  б – стоко –
затворные.

   
Вольт — амперные
характеристики полевых транзисторов
устанавливают зависимость тока стока
 I C от одного из напряжений UСИ или
UЗИ при фиксированной величине второго.

  
В МДП — транзисторе
с индуцированным каналом  с подложкой 
р-типа при UЗИ = 0 канал п-типа может
находиться в проводящем состоянии. При
некотором пороговом напряжении UЗИ.ПОР
< 0 за счет обеднения канала основными
носителями проводимость его значительно
уменьшается. Статические стоковые
характеристики в этом случае будут
иметь вид , изображенный на рис.  7 , а
стоко — затворная характеристика
пересекает ось ординат  в точке со
значением  тока   IC.НАЧ.

   
Особенностью МДП
— транзистора с индуцированным каналом
п — типа является возможность работы
без постоянного напряжения
смещения            
( U ЗИ = 0) в режиме как обеднения, так и 
обогащения канала  основными носителями
заряда. МДП — транзистор с встроенным 
каналом имеет вольт-амперные характеристики
, аналогичные изображенным  на рис.
 7 .    

studfiles.net

2. Устройство, принцип действия, характеристики и параметры полевых транзисторов с изолированным затвором

Полевой транзистор
с изолированным затвором (МДП-транзистор)
– это полевой транзистор, затвор
которого отделен в электрическом
отношении от канала слоем диэлектрика.

Аббревиатура МДП
обозначает структуру
металл-диэлектрик-полупроводник. Очень
часто в качестве диэлектрика используется
окисел
частности, двуокись кремния SiO2),
поэтому в литературе нередко встречается
термин МОП-транзистор
(металл-окисел-полупроводник).

Электропроводность
канала может быть как
n
-,
так и
p-типа.

Структуры полевых
транзисторов с изолированным затвором
показаны на рис.3.

Рис. 3. Структуры
полевых транзисторов с изолированным
затвором (p-каналом)

а) с индуцированным
каналом; б) со встроенным каналом

В кристалле
полупроводника с относительно высоким
удельным сопротивлением (то есть
слаболегированного), который называют
подложкой, созданы две сильнолегированные
области с противоположным типом
электропроводности. На эти области
нанесены металлические электроды –
исток и
сток.
Расстояние между сильнолегированными
областями истока и стока может составлять
всего несколько микрон. Поверхность
кристалла полупроводника между истоком
и стоком покрыта тонким слоем (порядка
0,1 мкм) диэлектрика. Так как исходным
полупроводником для полевых транзисторов
обычно является кремний
,
то в качестве
диэлектрика используется слой двуокиси
кремния

SiO2,
выращенный на поверхности кристалла
кремния путем высокотемпературного
окисления. На слой диэлектрика нанесен
металлический электрод – затвор.
Получается структура, состоящая из
металла, диэлектрика и полупроводника.

Существуют две
разновидности МДП-транзисторов: со
встроенным

(
собственным)
и с индуцированным каналом.

В МДП-транзисторах
с индуцированным каналом

(рис. 3, а)
проводящий канал между сильнолегированными
областями истока и стока и, следовательно,
заметный ток стока появляется только
при определенной полярности и при
определенном значении напряжения на
затворе относительно истока (UЗИпор),
которое называют пороговым
напряжением.

В МДП-транзисторах
со встроенным каналом

(рис. 3, б) у
поверхности полупроводника под затвором
при нулевом напряжении на затворе
относительно истока существует инверсный
слой

том, что это такое — несколько позже) –
канал, который соединяет исток со стоком.

Изображенные на
рис. 3 структуры полевых транзисторов
с изолированным затвором имеют подложку
с электропроводностью n-типа.
Поэтому сильнолегированные области
под истоком и стоком, а также индуцированный
и встроенный канал имеют электропроводность
p-типа.
Если же аналогичные транзисторы созданы
на подложке с проводимостью p-типа,
то канал у них будет иметь электропроводность
n-типа.

Устройство и
принцип действия МДП-транзистора с
индуцированным каналом.

Кристаллическая
пластинка слаболегированного кремния
n
или p-типа,
являющаяся основой для изготовления
транзистора, называется подложкой.
В теле подложки создаются две
сильнолегированные области с
противоположными типами электропроводности.
Одна из этих областей используется как
исток И, другая – как сток С. Электрод
затвора З изолирован от полупроводниковой
области тонким слоем двуокиси кремния.
Исток, сток и подложка имеют омические
контакты с соответствующими
полупроводниковыми областями и снабжаются
выводами (рис.4). Подложку обычно соединяют
с истоком. Так как высоколегированные
p-области
истока и стока с полупроводником образуют
p-n
переходы, то при любой полярности
напряжения на стоке относительно истока
один из этих p-n
переходов оказывается включенным в
обратном направлении и препятствует
протеканию тока IС.

Рис.4. Устройство
МДП-транзистора с индуцированным (а) и
встроенным каналом (б).

Таким образом, в
исходном состоянии токопроводящий
канал между истоком и стоком в приборе
отсутствует.

При подаче
отрицательного напряжения на затвор
электрическое поле затвора через
диэлектрик SiO2
проникает на некоторую глубину в
приконтактный слой подложки, выталкивает
из него основные носители заряда
(электроны) и притягивает неосновные
носители (дырки), то есть вызывает
обеднение приконтактного слоя электронами
проводимости и обогащение его дырками.
При некотором отрицательном напряжении
на затворе, называемом пороговым
напряжением затвора

UЗИпор,
в приконтактном поверхностном слое
подложки начинается смена типа
электропроводности с электронной на
дырочную (рис.5,а), при этом инверсный
слой (индуцированный канал) и подложка
разделяются обедненным слоем, который
представляет собой не что иное, как
запирающий слой обычного p-n
перехода (рис. 3,б). При дальнейшем
увеличении отрицательного напряжения
на затворе в подложке индуцируется
токопроводящий канал p-типа,
соединяющий исток со стоком (рис.5,б).

Смена одного типа
проводимости на другую под действием
сил электрического поля называют
инверсией
электропроводности
.

Увеличение
отрицательного напряжения на затворе
приводит к увеличению толщины канала
и концентрации дырок в нем, что вызывает
увеличение проводимости канала в целом.

Ðèñ. 5.
МДП-транзистор с индуцированным каналом.

а – пороговый
режим; б – образование индуцированного
канала

Согласно этому
принципу транзисторы с управляющим p-n
переходом, у которых увеличение напряжения
затвора приводит к сужению канала и его
ликвидации, работают в режиме обеднения.

Так как возникновение
и увеличение проводимости канала связано
с его обогащением подвижными носителями
заряда (дырками), то считают, что
транзисторы подобного тип работают в
режиме обогащения.

Выходные
статические характеристики
.
На рис. 6,а показано семейство статических
выходных (стоковых) характеристик
МДП-транзистора с индуцированным
каналом p-òèïà
IC
= 
(UСИ)
при UЗИ
= const
и
U
ЗИ

U
СИпор.

При малых значениях
UСИ
ток стока изменяется прямо пропорционально
напряжению (участок АБ на рис. 6,а). Тангенс
угла наклона этого участка прямо
пропорционален проводимости открытого
канала. В работающем транзисторе по
каналу течет ток IК

IС
(он обусловлен дрейфом дырок от истока
к стоку), поэтому напряжение между
затвором и каналом в различных поперечных
сечениях канала оказывается неодинаковым,
а изменяется от UЗИ
вблизи истока до UЗИ
UСИ
вблизи стока. Из-за этого различной
оказывается и толщина индуцированного
канала: она больше вблизи истока и меньше
вблизи стока.

При напряжении
насыщения UСИнас
происходит перекрытие канала около
стока, и дальнейшее увеличение напряжения
на стоке вызывает очень малое увеличение
тока стока.

При увеличении
напряжения на затворе (по абсолютному
значению) выходные характеристики
смещаются в область бóльших
токов стока (см. рис. 6, а), что легко понять
на основе принципа действия МДП-транзистора
с индуцированным каналом.

Рис. 6. Статические
стоковые (а) и стоко-затворные (б)
характеристики МДП-транзистора с
индуцированным каналом p-типа.

При больших
напряжениях на стоке может произойти
пробой МДП-транзистора, при этом может
быть два вида
пробоя

пробой pn
перехода
под стоком и пробой диэлектрика под
затвором.

Пробой pn
перехода
имеет лавинный характер, так как
МДП-транзисторы изготовляют обычно из
кремния.
При этом
на пробивное напряжение UСИпроб
может влиять напряжение на затворе: так
как на сток и на затвор МДП-транзистора
с индуцированным каналом подаются
потенциалы одной полярности, то с
увеличением напряжения на затворе будет
увеличиваться UСИпроб
(см. рис 6,
а)

Пробой диэлектрика
под затвором

может происходить при напряжении на
затворе всего в несколько десятков
вольт, так как толщина слоя двуокиси
кремния около 0,1 мкм. Этот вид пробоя
может возникать в результате накопления
статических зарядов, так как входное
сопротивление МДП-транзистора велико.
Для исключения возможности такого вида
пробоя вход МДП-транзистора часто
защищают стабилитроном, ограничивающим
напряжение на затворе.

Статические
характеристики передачи

представляют собой зависимости IС
=
UÇÈ
при UСИ
= const.
Характеристики для разных напряжений
на стоке выходят из точки на оси абсцисс,
соответствующей пороговому напряжению
UЗИпор
(см. рис.
6,б). С увеличением напряжения на стоке
при неизменном напряжении на затворе
ток стока возрастает даже в пологой
части статических выходных характеристик
(см. рис. 6,а). Это приводит к смещению
характеристик передачи вверх в выбранной
системе координат.

Устройство и
принцип действия МДП-транзистора со
встроенным каналом.

У этого типа
транзистора токопроводящий канал (рис.
3,б) создают («встраивают»)
технологическим путем в виде тонкого
слаболегированного полупроводникового
слоя, соединяющего исток со стоком. В
зависимости от электропроводности
подложки канал может быть сделан как
n-,
òàê è p-òèïà.

Во встроенном
канале ток стока протекает при нулевом
напряжении на затворе. Отрицательное
напряжение, приложенное к затвору
относительно истока и подложки, будет
притягивать из подложки дырки и удалять
из встроенного канала электроны, то
есть будет создавать обеднение канала
основными носителями и вызывать
уменьшение его общей проводимости. При
некотором пороговом напряжении UЗИпор
канал меняет электропроводность с
электронной на дырочную и перестает
существовать как таковой, то есть IС

IК
= 0. При положительном напряжении на
затворе канал будет обогащаться основными
носителями заряда (электронами) и его
общая проводимость будет увеличиваться.

Все остальные
процессы в канале ничем не отличаются
от процессов, происходящих в индуцированном
канале.

Если в исходном
состоянии канал открыт, то увеличение
положительного напряжения стока вызывает
увеличение тока стока и распределенного
вдоль канала положительного напряжения
UСИ
> 0. При
определенном напряжении стока UСИнас
происходит полное обеднение и условное
перекрытие стокового участка канала,
то есть наступает режим насыщения.
Статические характеристики МДП-транзистора
со встроенным каналом n-òèïà
изображены на рис. 5.
(*****)

В связи с трудностями
технологического характера МДП-транзистора
со встроенным каналом в настоящее время
пока не нашли широкого применения.

У МДП-транзисторов
всех типов потенциал подложки относительно
истока оказывает заметное влияние на
вольтамперные характеристики и,
следовательно, на параметры транзистора.
По своему воздействию на проводимость
канала положка может выполнять функцию
второго затвора. Несмотря на слабое
управляющее действие подложки (второго
затвора) это свойства используется в
ряде схем. При этом напряжение на подложке
относительно истока должно иметь такую
полярность, чтобы pn
переход
исток–подложка был включен в обратном
направлении, что приводит к его расширению
и вызывает уменьшение исходной
проводимости и тока насыщения канала.

Далее
идет материал для Пособия и в лекцию не
включается.

  1. Эквивалентная схема полевого
    транзистора по переменному току

Эквивалентная
схема полевого транзистора по переменному
току приведена на рис. 5,
а. Активные
свойства транзистора учтены с помощью
генератора тока – Suзи
, зашунтированного внутренним
дифференциальным сопротивлением прибора
Ri
.

Сопротивления rи
и rс
представляют собой сопротивления
участков полупроводника, заключенного
между контактом соответствующего
электрода и областью канала. Эти
сопротивления относительно малы и на
эквивалентной схеме условно показаны
штриховыми линиями. Затвор можно
изобразить в виде двух резисторов Rзи
и Rзс
, имеющих большие сопротивления и
отражающих сопротивления утечки затвора.
На рис. 5,
а они изображены штриховыми линиями,
так как их шунтирующим действием можно
пренебречь. Емкость Сз
– это распределенная по каналу между
истоком и затвором емкость затвора. Она
включена последовательно с усредненным
сопротивлением канала Rк.ср
= Rк/2
, где Rк
– сопротивление канала.

В полевых транзисторах
с подложкой емкость Сз
замыкается на подложку через малое
сопротивление поперечного сечения
канала и большую емкость канал–подложка
Сп

С
з,
поэтому ее прямо соединяют с источником
(через подложку, см. рис. 5,
б).

Элемент Ссз
– это распределенная по каналу емкость,
соединяющая сток с затвором (то есть
проходная емкость). С учетом распределения
этой емкости вдоль канала, ее величину
определяют Ссз

С
сз/2.

Емкость Сси
– это в основном емкость между стоком
и заземленной подложкой.

Если опустить
второстепенные элементы, не оказывающие
существенного влияния на работу полевого
транзистора, получим упрощенную
эквивалентную схему, приведенную на
рис. 5,
б.

Важнейшим параметром
полевого транзистора с изолированным
затвором, отражающим его усилительные
свойства, является крутизна характеристики
S,
которая представляет собой отношение
изменения тока стока к изменению
напряжения на затворе при неизменном
напряжении на стоке

()

Задание курсантам
для самостоятельной учебной работы,
список рекомендуемой литературы и
методические указания

studfiles.net

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

Транзисторы можно разделить на два класса — биполярные и униполярные. В биполярных транзисторах как положительные, так и отрицательные носители принимают участие в работе прибора, отсюда и термин «биполярный». Заряд избыточных неосновных носителей, инжектированных в базу, компенсируется равным по величине зарядом основных носителей, так что электрическая нейтральность в базе сохраняется. С другой стороны, в униполярных приборах ток обусловлен только свободными основными носителями в проводящем канале и влияние малого количества неосновных носителей несущественно, отсюда и термин «униполярный» [1].

Полевой транзистор (ПТ) является униполярным прибором, в котором количество носителей в токе через проводящую область определяется электрическим полем, приложенным к поверхности (или p-n-переходу) полупроводника. В полевом транзисторе поток электронов направлен от истока, представляющего омический контакт, через проводящий канал к стоку, также представляющему омический контакт (рис. 1). Канал имеет длину в направлении протекания тока и соответственно ширину в направлении, перпендикулярном току и поверхности.

В полевом транзисторе с p-n-переходом управляющим электродом (затвором) является слой полупроводника, тип проводимости которого (р-тип) противоположен типу проводимости канала (n-тип). Управляющий p-n-переход, обратно смещённый относительно канала, образует изолирующий обеднённый слой, который, распространяясь в проводящий канал, эффективно ограничивает его размеры. Увеличение отрицательного потенциала вызывает дальнейшее сужение канала, уменьшающее его проводимость, а уменьшение отрицательного потенциала наоборот, приводит к расширению канала, увеличивающему его проводимость. При определённом значении напряжения на затворе, называемом напряжением отсечки, проводимость канала в идеальном случае уменьшается до нуля.

Нормальная работа ПТ с каналом р-типа обеспечивается подачей положительного смещения на затвор.

Рис. 1. Схематичное изображение полевого транзистора с p-n-переходом.
1 — исток; 2 — затвор p-типа; 3 — сток; 4 — обеднённая область; 5 — канал n-типа; 6 — затвор p-типа.

Максимальный ток стока и максимальная крутизна у ПТ с управляющим р-n-переходом (как с каналом р-типа, так и с каналом n-типа) наблюдается при нулевом смещении на затворе. При подаче прямого смещения на затвор ПТ появляется прямой ток через участок затвор-исток и резко уменьшается входное сопротивление транзистора.

На сток полевого транзистора с каналом n-типа необходимо подавать напряжение положительной полярности, а с каналом p-типа — отрицательной полярности.

Рис. 2. Условные обозначения ПТ с р-n-переходом.
а — с каналом p-типа; б — с каналом n-типа.

Условные обозначения полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом приведены на рис. 2.

CONTENTS NEXT

zpostbox.ru