Читальный зал -->  Промышленная электроника 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

1.5.2. Статические вольт-амперные характеристики полевых транзисторов с р-п 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:

/с = fiUcn) при UsH = const.

Характеристики, снятые при разных значениях неизменной величины (Узи, составляют семейство статических стоковых характеристик. На рис. 1.40, а, приведено семейство характеристик для полевого транзистора с р-п переходом и каналом п-типа.

Рассмотрим стоковую характеристику, снятую при 6/зи = О, когда канал имеет максимальное исходное рабочее сечение. В ней можно выделить три участка.

эи отс б

Рис. 1.40. Семейство стоковых характеристик (а) и стоко-затворная характеристика (б) полевого транзистора с управляющим р-п переходом и каналом п-типа

Начальный участок выходит из начала координат (при Оси = о ток /с тоже равен нулю) и соответствует малым значениям напряжения изменение которого почти не влияет на проводимость канала; канал полностью открыт. Поэтому ток /с на этом участке растет прямо пропорционально напряжению Оси, характеристика идет круто вверх.

По мере дальнейшего увеличения Ucn 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 i/зи = О, у стокового конца равно величине Ци-По мере увеличения Оси происходит сужение канала, уменьша-

ется его проводимость и замедляется рост тока Д. Это соответствует криволинейной переходной области характеристики.

Дальнейшее увеличение (Уси практически не вызывает роста тока, так как непосредственное влияние Оси на величину тока компенсируется одновременным повышением сопротивления канала из-за его сужения. Максимальное сужение канала назы-выют перекрытием канала. Этот режим называют режимом насыщения. Ему соответствует пологий, почти горизонтальный, участок характеристики. Напряжение, при котором начинается режим насыщения, называют напряжением насыщения /Усинас, а ток при этом - током насыщения /сиас. Участок характеристики, соответствующий режиму насыщения, используется в усилителях как рабочий.

При дальнейшем увеличении Оси, когда оно достигает определенного значения, ток резко возрастает; это соответствует лавинному пробою р-п перехода вблизи стока, где канал имеет наименьшее сечение, а обратное напряжение на р-п переходе - наибольшую величину. Пробой транзистора недопустим, поэтому в рабочем режиме повышение Оси ограничивается максимально допустимым значением, указываемым в справочниках.

Характеристики, снимаемые при значениях /Узи Ф О, располагаются ниже рассмотренной характеристики при Ози = О, причем тем ниже, чем больше по абсолютной величине напряжение затвор - исток. С увеличением напряжения /Уд , при котором снимается стоковая характеристика, исходное сечение канала становится меньше, его сопротивление - больше, менее круто идет начальный участок характеристики, а также при меньшем напряжении Uc и токе Д наступает режим насыщения. Пробой транзистора в этом случае наступает при меньшем напряжении

Уси.

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. 1.40,6):

/с = ЯУзн) при UcH = const.

Эта зависимость характеризует управляющее действие входного напряжения на величину выходного тока.

При данном постоянном значении Uch, взятом в рабочем режиме, т. е. на участке насыщения, и при (Ли = О точка характеристики лежит на оси тока и соответствует величине, равной току насыщения /с ас. С увеличением напряжения б/и по абсолютной величине проводимость канала уменьшается, что приво-

дит к уменьшению тока. Увеличение напряжения Uh 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 Иою

На рис. 1.40,6 приведена одна стоко-затворная характеристика, поскольку изменение (Уси в режиме насыщения очень мало влияет на ток /с и характеристики, снятые при разных значениях неизменной величины Uy располагаются очень близко друг к другу.

Между напряжением насыщения и напряжением отсечки существует зависимость:

синас = зиотс зи Отсюда при бУзи = О бсииас = бзиотс

Изменение температуры мало сказывается на работе полевого транзистора, что является еще одним его преимуществом перед биполярным. Это объясняется противоположным влиянием на сопротивление канала и величину выходного тока /с двух факторов. С одной стороны, повышение температуры снижает потенциальный барьер р-п перехода, что ведет к уменьшению его ширины и расширению канала, сопротивление канала уменьшается, ток /с возрастает. С другой стороны, при повышении температуры уменьшается подвижность основных носителей заряда, что вызывает рост сопротивления канала и уменьшает ток /с. В результате ток h изменяется мало. Причем в области больших токов преобладает влияние второго фактора, и /с с ростом температуры уменьшается, что очень благоприятно, а в области малых токов преобладает первый фактор, и ток немного возрастает (пунктирная кривая на рис. 1.40,6). Повышение температуры снижает Увх из-за увеличения обратного тока р-п перехода.

1.5.3. Параметры полевых транзисторов с р-п переходом

Основные параметры полевого транзистора следующие: крутизна стоко-затворной характеристики, коэффициент усиления, внутреннее сопротивление, входное сопротивление, ток и напряжение насыщения при нулевом напряжении на затворе, напряжение отсечки, а также параметры предельных режимов: максимально допустимый ток стока /с акс при бзн = О, максимально допустимое напряжение сток - исток 6/симакс, максимально допустимое напряжение затвор - исток 6/зимакс, максимально допустимая рассеиваемая мощность Я акс, диапазон рабочей температуры.

Статическая крутизна характеристики S показывает влияние

напряжения затвора на выходной ток транзистора и определяется как отношение приращения тока стока к вызвавшему его малому приращению напряжения затвор - исток при постоянном напряжении сток - исток:

при UcH = const.

Крутизна определяет наклон стоко-затворной характеристики; по величине крутизны оценивают управляющее действие затвора. Численное значение крутизны можно найти по стоко-затворной характеристике, взяв для данной точки малое приращение напря* жения ДУзи и соответствующее ему приращение тока Д/с (см. рис, 1.40,6). Наибольшее значение имеет крутизна характеристики в точке на оси тока при Узн = 0. С увеличением Узи крутизна уменьшается. Примерная величина этого параметра S = 0,1 - 8 мА/В,

Внутреннее (дифференциальное) сопротивление /?, 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):

= при (Уз = const.

Чем больше Ri, тем более полого идет характеристика в области насыщения. Внутреннее сопротивление полевых транзисторов составляет десятки и сотни килоом и более. Оно определяет выходное сопротивление /?вых-

Входное сопротивление /?вх полевого транзистора очень велико; оно определяется обратным сопротивлением р-п перехода и составляет 10*-10® 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 р, который может быть найден как произведение крутизны на внутреннее сопротивление: р = SRi.

Коэффициент усиления показывает, во сколько раз изменение напряжения затвор - исток сильнее влияет на ток стока, чем такое же изменение напряжения сток - исток. Его можно определить как отношение приращения напряжения сток - исток к приращению напряжения затвор - исток при неизменном токе:

при/с = const.

Кроме этих параметров на свойства высокочастотных транзисторов влияют междуэлектродные емкости.

Максимально допустимое напряжение сток - исток выбирают с запасом примерно в 1,5 раза меньше напряжения пробоя сток - затвор при (Узи = 0.

Полевые транзисторы с управляющим р-п переходом могут быть созданы и на основе перехода Шоттки (металл - полупроводник) на базе арсенида галлия.

1.5.4. МДП-транзисторы

МЦП-транзисторами называют полевые транзисторы с изолированным затвором. В транзисторах этого вида затвор представляет собой металлический слой, электрически изолированный от полупроводниковой области проводящего канала тонким слоем диэлектрика. Структура такого полевого транзистора металл - диэлектрик - полупроводник обусловила его название - МДП-транзистор. МДП-транзисторы изготовляют на основе кремния. Чаще всего в качестве диэлектрика используется тонкая пленка окисла кремния Si02. Получается структура металл - окисел - полупроводник, называемая МОП-транзистором.

В зависимости от технологии изготовления различают две разновидности МДП-транзисторов: со встроенным каналом, созданным в процессе изготовления, и с индуцированным каналом, который наводится электрическим полем под действием напряжения на затворе. Канал может быть р-типа и л-типа.

Типовые структуры полевых транзисторов и схема включения представлены на рис. 1.41. Для сравнения на рис. 1.41, а дана структура с управляющим р-п переходом.

МДП-транзистор со встроенным каналом. В транзисторе со встроенным каналом п-типа (рис. 1.41,6) исходным материалом служит кремниевая пластина р-типа, называемая подложкой. В ней создаются области п~* -типа с большой концентрацией донорной примеси, образующие исток и сток, а между ними - тонкий приповерхностный слой п-типа с малой концентрацией примеси, являющийся токопроводящим каналом. На поверхности кристалла создается тонкая пленка окисла кремния ЗЮг, которая изолирует затвор от канала, а также защищает кристалл от внешних воздействий. Металлические контакты с внешними выводами осуществляются от областей стока и истока, от металлического затвора, а также в некоторых случаях от подложки. Чаще всего вывод от подложки электрически соединяют с истоком.

Принцип действия МДП-транзистора со встроенным каналом основан на изменении проводимости канала под действием по-

перечного электрического поля, создаваемого напряжением на затворе.

При (Узи = О через транзистор протекает ток Д под действием напряжения сток - исток (Уси, приложенного плюсом к стоку при канале п-типа. Величина этого тока определяется исходной проводимостью канала. Вид стоковой характеристики при (Узи = .0

и6 рз рс

Канал Подложка р-типа

и6 рз 6с

Нанал Подложка р-типа

SiO,

Нанал Подложка р-типа

Рис. 1.41. Структуры полевых транзисторов с каналом п-типа: а - с управляющим р-п переходом; б - с изолированным затвором и встроенным каналом; в - с изолированным затвором и индуцированным каналом; г - схема включения МПД-тран-зистора

(рис. 1.42, а) аналогичен соответствующей характеристике транзистора с р-п переходом: ее начальный участок - почти линейный, круто восходящий. По мере увеличения (Ус канал к стоку сужается, проводимость его уменьшается, происходит плавный переход к режиму насыщения - к пологому рабочему участку. При увеличении (Уси выше максимально допустимого наступает пробой.

При подаче на затвор отрицательного напряжения относительно истока (Узи <; О электрическое поле затвора отталкивает электроны, вытесняя их из канала в область подложки. Канал обедняется основными носителями заряда, проводимость его уменьшается, а значит, уменьшается и ток стока Д; стоковая характеристика располагается ниже. Чем больше отрицательное напряжение затвора по абсолютной величине, тем меньше проводимость канала, ток через транзистор и тем ниже идет стоковая характеристика.

При подаче на затвор положительного напряжения (Узи > О

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.