Вы находитесь здесь: Главная > Транзисторы > Полевые транзисторы

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы

Полевыми транзисторами именуют активные полупроводниковые приборы, в каких выходным током управляют при помощи электронного поля (в биполярных транзисторах выходной ток управляется входным током). Полевые транзисторы именуют также униполярными, потому что в процессе протекания электронного тока участвует только один вид носителей.

Различают два вида полевых транзисторов: с управляющим переходом и с изолированным затвором. Они все имеют три электрода: исток (источник носителей тока), затвор (управляющий электрод) и сток (электрод, куда стекают носители).

Транзистор с управляющим p-n-переходом. Его схематическое изображение приведено на рис. 1.21, а условное графическое обозначение этого транзистора – на рис. 1.22, а, б (p — и n-типов соответственно). Стрелка показывает направление от слоя р к слою п (как и стрелка в изображении эмиттера биполярного транзистора). В интегральных микросхемах линейные размеры транзисторов могут быть значительно меньше 1 мкм.

Рис. 1.22 Устройство транзистора

Рис. 1.23 Графическое изображение: а – канал р-типа — б – канал n-типа

Удельное сопротивление слоя n (затвора) намного меньше удельного сопротивления слоя р (канала), потому область р-n-перехода, обедненная подвижными носителями заряда и имеющая очень огромное удельное сопротивление, размещена приемущественно в слое р.

Если типы проводимости слоев полупроводника в рассмотренном транзисторе поменять на обратные, то получим полевой транзистор с управляющим

Полевые транзисторыр-n-переходом и каналом n-типа. Если подать положительное напряжение меж затвором и истоком транзистора с каналом р-типа: изи > 0, то оно сместит p-n-переход в оборотном направлении.

При увеличении оборотного напряжения на переходе он расширяется в главном за счет канала (в силу обозначенного выше различия в удельных сопротивлениях). Повышение ширины перехода уменьшает толщину канала и, как следует, наращивает его сопротивление. Это приводит к уменьшению тока меж истоком и стоком. Конкретно это явление позволяет управлять током при помощи напряжения и соответственного ему электронного поля. Если напряжение изи довольно велико, то канал стопроцентно перекрывается областью p-n-перехода (напряжение отсечки).

Полевые транзисторыВ рабочем режиме р-n-переход должен находиться под оборотным либо нулевым напряжением. Потому в рабочем режиме ток затвора приблизительно равен нулю (iз ? 0), а ток стока фактически равен току истока.

На ширину р-n-перехода и толщину канала прямое воздействие также оказывает напряжение меж истоком и стоком. Пусть uзи = 0 и подано положительное напряжение uис (рис. 1.24). Это напряжение окажется поданным и на просвет затвор – сток, т. е. окажется, что uзс = uис и р-n-переход находится под оборотным напряжением.

Оборотное напряжение в разных областях р-n-перехода различно. В областях поблизости истока это напряжение фактически равно нулю, а в областях поблизости стока это напряжение приблизительно равно величине uис. Потому p-n-переход будет обширнее в тех областях, которые поближе к стоку. Можно считать, что напряжение в канале от истока к стоку возрастает линейно.

Полевые транзисторыПри uис = Uзи отс канал стопроцентно перекроется поблизости стока (рис. 1.25). При предстоящем увеличении напряжения uис эта область канала, в какой он перекрыт, будет расширяться.

Рис. 1.24 Принцип деяния транзистора

Рис. 1.25 Режим отсечки

Схемы включения транзистора. Для полевого транзистора, как и для биполярного, есть три схемы включения: схемы с общим затвором (03), общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС). Более нередко употребляются схемы с общим истоком (рис. 1.26).

Потому что в рабочем режиме ic ? 0, то входные свойства обычно не рассматриваются.

Выходные (стоковые) свойства. Выходной чертой именуют зависимость вида

где f – некая функция.

Выходные свойства для транзистора с р-n-переходом и каналом n-типа приведены на рис. 1.27.

Обратимся к характеристике, соответственной условию uзи = 0. В линейной области (uис < 4 В) черта практически линейна (все свойства этой области представляют собой практически прямые полосы, веерообразно выходящие из начала координат). Она определяется сопротивлением канала. Транзистор, работающий в линейной области, можно использовать в качестве линейного управляемого сопротивления.

Полевые транзисторыПри uис > 4 В канал в области стока перекрывается. Предстоящее повышение напряжения приводит к очень малозначительному росту тока, потому что с повышением напряжения область, в какой канал перекрыт, расширяется. При всем этом сопротивление промежутка исток-сток возрастает, а ток ic фактически не меняется. Это область насыщения. Ток стока в области насыщения uзи = 0 и при данном напряжении иси именуют исходным током стока и обозначают через ic нач. Для рассматриваемых черт ic нач = 5 мА при иси = 10 В.

Полевые транзисторыРис. 1.26 Схема с общей базой

Рис. 1.27 Выходные свойства

Параметрами, характеризующими характеристики транзистора усиливать напряжение, являются:

1) Крутизна стокозатворной свойства S (крутизна свойства полевого транзистора):

Полевые транзисторы2) Внутреннее дифференциальное сопротивление Rис диф

3) Коэффициент усиления

Можно увидеть, что

Транзисторы с изолированным затвором. Полевой транзистор с изолированным затвором – это транзистор, затвор которого разделен в электронном отношении от канала слоем диэлектрика. Физической основой работы таких транзисторов является эффект поля, который состоит в изменении концентрации свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника под действием наружного электронного поля. В согласовании с их структурой такие транзисторы именуют МДП-транзисторами (металл-диэлектрик-полупроводник) либо МОП-транзисторами (металл-оксид-полупроводник). Есть две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным и со интегрированным каналами.

Рис. 1.28 Устройство МДП-транзистора со интегрированным каналом n-типа

На рис. 1.28 показан принцип устройства транзистора со интегрированным каналом.

Полевые транзисторыОснованием (подложкой) служит кремниевая пластинка с электропроводностью p-типа. В ней сделаны две области с электропроводностью n+-типа с завышенной проводимостью. Эти области являются истоком и стоком и от их изготовлены выводы. Меж стоком и истоком имеется приповерхностый канал с электропроводностью n-типа. Заштрихованная область – диэлектрический слой из диоксида кремния (его толщина обычно составляет 0,1 — 0,2 мкм). Сверху диэлектрического слоя размещен затвор в виде узкой железной пленки. Кристалл такового транзистора обычно соединен с истоком, и его потенциал принимается за нулевой. Время от времени от кристалла бывает изготовлен отдельный вывод.

Если к затвору приложено нулевое напряжение, то при подаче меж стоком и истоком напряжения через канал потечет ток, представляющий из себя поток электронов. Через кристалл ток не пойдет, потому что один из p-n-переходов находится под оборотным напряжением. При подаче на затвор напряжения отрицательной полярности относительно истока (как следует, и кристалла) в канале появляется поперечное электронное поле, которое выталкивает электроны из канала в области истока, стока и кристалла. Канал обедняется электронами, его сопротивление возрастает, ток миниатюризируется. Чем больше напряжение на затворе, тем меньше ток. Таковой режим именуется режимом обеднения. Если подать положительное напряжение на затвор, то под действием поля из областей стока, истока и кристалла в канал будут приходить электроны. Сопротивление канала падает, ток возрастает. Таковой режим именуется режимом обогащения. Если кристалл n-типа, то канал должен быть p-типа и полярность напряжения изменяется на обратную.

Другим типом является транзистор с индуцированным (инверсным) каналом (рис. 1.29). От предшествующего он отличается тем, что канал появляется только при подаче на затвор напряжения определенной полярности.

При отсутствии напряжения на затворе канала нет, меж истоком и стоком

n+-типа размещен только кристалл p-типа и на одном из p-n+-переходов выходит оборотное напряжение. В этом состоянии сопротивление меж стоком и истоком велико и транзистор закрыт. При подаче на затвор напряжения положительной полярности под воздействием поля затвора электроны проводимости будут передвигаться из областей стока и истока и p-области по направлению к затвору. Когда напряжение на затворе добивается собственного отпирающего (порогового) значения (еденицы вольт), в приповерхностном слое концентрация электронов так возрастает, что превосходит концентрацию дырок, и в этом слое произойдет так именуемая инверсия типа электропроводности, т. е. появляется узкий канал n-типа, и транзистор начнет проводить ток. Чем больше напряжение на затворе, тем больше ток стока. Разумеется, что таковой транзистор может работать исключительно в режиме обогащения. Если подложка n-типа, то получится индуцированный канал p-типа. Транзисторы с индуцированным каналом нередко встречаются в устройствах переключения. Схемы включения полевых транзисторов подобны схемам включения биполярных. Необходимо подчеркнуть, что полевой транзистор позволяет получить намного больший коэффициент усиления, ежели биполярный. Владея высочайшим входным сопротивлением (и низким выходным) полевые транзисторы равномерно теснят биполярные.

По электропроводности канала различают p-канальные и n-канальные МДП-транзисторы. Условное обозначение этих устройств на электронных схемах показано на рис. 1.30. Существует систематизация МДП-транзисторов по конструктивно-технологическим признакам (почаще по виду материала затвора).

Рис. 1.30 Условные графические обозначения полевых транзисторов

с изолированным затвором: а – со интегрированным р-каналом — б – со интегрированным

n-каналом — в – с индуцированным p-каналом — г – с индуцированным n-каналом

Интегральные микросхемы, содержащие сразу p-канальные и n-канальные МДП-транзисторы, именуют комплементарными (сокращенно КМДП-ИМС). КМДП-ИМС отличаются высочайшей помехоустойчивостью, малой потребляемой мощностью, высочайшим быстродействием.

Частотные характеристики полевых транзисторов определяются неизменной времени RC-цепи затвора. Так как входная емкость Сзи у транзисторов с р-n-переходом велика (10-ки пикофарад), их применение в усилительных каскадах с огромным входным сопротивлением может быть в спектре частот, не превосходящих сотен килогерц – единиц мгц.

При работе в переключающих схемах скорость переключения стопроцентно определяется неизменной времени RC-цепи затвора. У полевых транзисторов с изолированным затвором входная емкость существенно меньше, потому их частотные характеристики намного лучше, чем у полевых транзисторов с р-n-переходом.

  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • Twitter
  • RSS

Оставить комментарий

Подтвердите, что Вы не бот — выберите самый большой кружок: