Часть 1

Семейство выходных статических характеристик ОЭ приведено на рис. 6.7.

Рис. 6.7. Выходные статические характеристики ОЭ

6.3. Температурные свойства транзисторов

Диапазон рабочих температур транзистора определяется температурными свойствами p-n-перехода. Особенно сильно на работу транзисторов влияет нагрев и менее существенно – охлаждение (до – 60 ºС). Исследования показывают, что при нагреве от 20 до 60 ºС параметры плоскосных транзисторов изменяются следующим образом: rк падает примерно вдвое, rб – на 15 – 20 %, rэ возрастает на 15 – 20 %.

Нагрев вызывает и смещение выходных характеристик, и изменение их наклона, что также нарушает работу транзисторов. Особенно существенно влияет на их работу при нагреве обратный ток коллектора Iкбо:

Iкбоt ≈ Iкбон e0,07∆t .

Он увеличивается в два раза при увеличении температуры на каждые 10 °С. Все это влияет на характеристики транзистора и положение рабочей точки (рис. 6.8, а). Наиболее часто для работы при повышенных температурах применяют кремниевые транзисторы (tпр ≤ 125…150 ºС). Также используют приборы, изготовленные из карбида кремния (tпр ≤ 500…600 ºС).

Ток коллектора увеличивается, а напряжение Uкэ уменьшается, что равносильно открыванию транзистора.

Вывод: схемы включения транзисторов с общим эмиттером требуют температурной стабилизации.

Усилительные свойства и параметры транзисторов тоже изменяются при изменении температуры. В качестве примера на рис. 6.8, б приведены зависимости некоторых h-параметров для транзистора марки КТ315.

122

Рис. 6.8. Пояснения к температурной реакции транзистора

6.4. Частотные свойства транзисторов

Диапазон рабочих частот транзистора определяется двумя факторами:

∙Наличие барьерных емкостей на p-n-переходах. В схеме ОЭ коллекторная емкость влияет значительно сильнее, так как она подключается параллельно большому сопротивлению обратносмещенного коллекторного перехода (рис. 6.9).

∙Возникновение разности фаз между токами эмиттера и коллектора. Ток коллектора отстает от тока эмиттера на время, требуемое для преодоления базы носителями заряда.

Рис. 6.9. Типовая эквивалентная модель транзистора (Т-модель) схемы с общим эмиттером

Пояснения наглядно отображены на векторных диаграммах. 1. Рис. 6.10, а:

ω1 = 0,ϕ1 = 0;

β1 = IIк .

б1

123

Граничной или критической частотой fгр усиления транзистора на-

зывают частоту, на которой модуль коэффициента усиления транзистора сравнивается с 1 .

Максимальная частота генерации fмакс – наибольшая частота, на которой транзистор может работать в схеме автогенератора и коэффициент усиления по мощности становится равным единице. Максимальная частота генерации определяет область частот, в которой транзистор остается активным элементом электрической цепи.

6.5. Параметры биполярных транзисторов

Основные параметры биполярных транзисторов следующие: 1. Коэффициенты передачи базового и эмиттерного токов

частота, на которой модуль коэффициента передачи тока эмиттера умень-

шается в 2 раз по сравнению со своим низкочастотным значением.

6. Граничная частота коэффициента передачи тока эмиттера – это

частота, на которой |h21э | → 1.

7. Максимальная частота генерации f max – наибольшая частота, на которой транзистор может работать в схеме автогенератора и коэффициент усиления по мощности становится равным единице. Максимальная частота генерации определяет область частот, в которой транзистор остается активным элементом электрической цепи.

8. Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода

9.Объемное сопротивление области базы rб (десятки … сотни ом).

10.Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода или выходная проводимость

11.Емкость коллекторного перехода (единицы … десятки пикофарад).

12.Коэффициент обратной связи по напряжению h12б (10-3... 10-4).

Контрольные вопросы

1.Приведите схемы для снятия статических характеристик на транзисторах p-n-p-проводимости.

2.Что такое статические ВАХ и какие виды их вам известны?

3.В чем суть эффекта Эрли?

4.Чем обусловлено наличие протекания тока в выходной цепи при отсутствии входного?

5.Как строится нагрузочная прямая? Что происходит с выходным напряжением и током с ростом температуры?

6.Приведите эквивалентную схему транзистора в схеме с общей базой. Объясните, какая из схем обладает наилучшими частотными характеристиками и почему.

7.Какие частотные характеристики транзисторов вам известны?

Тема 7. Полевые транзисторы

Термины: униполярный, исток, сток, затвор, канал, напряжение

отсечки, пороговое напряжение, стокозатворная характеристика, стоковая характеристика, крутизна, изолированный затвор, подложка, встроенный и индуцированный каналы, режим обеднения и обогащения канала, плавающий затвор.

7.1.Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом

7.2.Характеристики и параметры полевых транзисторов

7.3.Полевые транзисторы с изолированным затвором

7.4.Полевые транзисторы для ПМС, репрограммируемых постоянных запоминающих устройств (РПЗУ)

7.5.Схемы включения полевых транзисторов

7.6.Параметры полевых транзисторов

126

7.1.Устройство и принцип действия полевых транзисторов

суправляющим p-n-переходом

Полевым транзистором (unipolar FET, field-controlled [field-effect] transistor, unipolar transistor) называется полупроводниковый прибор, в котором ток создается только основными носителями зарядов под действием продольного электрического поля, а управление этим током осуществляется поперечным электрическим полем, которое создается напряжением, приложенным к управляющему электроду.

Несколько определений:

∙Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, называется истоком (англ. – source).

∙Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называется стоком (англ. – drain).

∙Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле, называется затвором (англ. – gate).

∙Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов (между р-n-переходами), называется каналом полевого тран-

зистора (channel unipolar transistor).

Полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом р-типа или n-типа. Условное графическое изображение (УГО) полевого транзистора с каналом n-типа изображено на рис. 7.3, а, а с каналом р-типа – на рис. 7.3, б.

Область

затвора

Рис. 7.3. Условное графическое изображение полевого транзистора: а – с каналом n-типа; б – с каналом р-типа

127

Принцип действия рассмотрим на примере транзистора с каналом n- типа (рис 7.4).

Uси

Рис. 7.4. Структура полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

иканалом n-типа на примере включения с общим истоком

1)Uзи = 0; Iс1 = max;

2)Uотс > Uзи > 0; Ic2 < Ic1;

3)Uотс = Uзи >> 0; Ic3 = 0 .

На затвор транзистора при его работе подается напряжение Uзи, смещающее p-n-переход в обратном направлении. Такой режим работы называется режимом с обеднением канала. Напряжение между стоком и истоком создает продольное электрическое поле, за счет которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока.

При отсутствии напряжения на затворе p-n-переходы закрыты собственным внутренним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет максимальным.

При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина p-n- переходов увеличивается, а ширина канала и ток стока уменьшаются.

При достаточно больших напряжениях на затворе ширина p-n-пере- ходов может увеличиться настолько, что они сольются, ток стока станет равным нулю.

Напряжение на затворе, при котором ток стока равен нулю, назы-

вается напряжением отсечки. Вывод: полевой транзистор представляет собой управляемый полупроводниковый прибор, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока и поэтому принято говорить, что полевые транзисторы с управляющими p-n-переходами работают только в режиме обеднения канала.

По аналогии в процессах работы полевые транзисторы сравнивают со шлангом, в один конец которого подводят давление (сток), а величину вытекающего потока с истока контролируют, передавливая шланг рукой (рис 7.5).

128

Управление

Поток(сток) (затвор) Исток

(закрыт)

Рис. 7.5. Пояснения к работе полевого транзистора с управляющим переходом

7.2.Характеристики и параметры полевых транзисторов

Косновным характеристикам относятся:

∙ Стокзатворная характеристика – это зависимость тока стока (Iс) от напряжения на затворе (Uзи) для транзисторов с каналом n-типа.

Рис. 7.6. Стокзатворная характеристика полевого транзистора

суправляющим p-n-переходом

∙Стоковая характеристика – это зависимость Iс от Uси при постоянном напряжении на затворе (рис. 7.7, 7.8). Iс = f (Uси) при Uзи = сonst.

Основные параметры:

∙Напряжение отсечки Uотс.. (Пороговое напряжение Uпор.).

∙Крутизна стокозатворной характеристики. Она показывает, на сколько миллиампер изменится ток стока при изменении напряжения на затворе на 1 В.

∙ Внутреннее сопротивление (или выходное) полевого транзистора

Так как на затвор подается только запирающее напряжение, то ток затвора будет представлять собой обратный ток закрытого p-n-перехода и будет очень мал. Величина входного сопротивления Rвх будет очень велика и может достигать 107 … 109 Ом.

7.3. Полевые транзисторы с изолированным затвором

Эти приборы имеют затвор в виде металлической пленки, которая изолирована от полупроводника слоем диэлектрика, в качестве которого применяется окись кремния. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором называют МОП и МДП. Аббревиатура МОП расшифровывается как металл – окись – полупроводник (MOS – metal – oxide – semiconductor либо metal – oxide – semiconductor (field – effect) transistor (MOSFET). МДП расшифровывается как металл – диэлектрик – полупроводник (MIS – metal – insulator – semiconductor). МОП-транзисторы могут быть двух видов:

∙ Транзисторы со встроенным (build in, embed) каналом (рис. 7.9).

Сток

Подложка

Затвор

Исток

Рис. 7.9. Полевые транзисторы с изолированным затвором и встроенным каналом: а – n-типа; б – p-типа; в и г – n- и p-типа с отдельным выводом от подложки

130