Схемы включения полевых транзисторов

Полевые транзисторы могут быть включены по одной из трех основных схем: с общим истоком, с общим стоком и с общим затвором.

Наибольшее распространение получила схема включения с общим истоком (ОИ), аналогичная схеме с общим эмиттером биполярного транзистора. Каскад с общим истоком дает очень большое усиление тока и мощности и переворачивает фазу напряжения при усилении.

Схема с общим затвором аналогична схеме с общей базой. Она не дает усиления тока, и поэтому усиление мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме ОИ. Входное сопротивление данной схемы мало, так как входным током является ток стока. Фаза напряжения при усиле­нии не переворачивается.

Каскад по схеме ОС подобен эмиттерному повто­рителю и может быть назван истоковым повторителем. Коэффициент усиления каскада по напряжению близок к едини­це. Выходное напряжение по значению и фазе повторяет входное. Для такого каскада характерно сравнительно неболь­шое выходное сопротивление и повы­шенное входное.

5.2 Полевые транзисторы с изолированным затвором.

Дальнейшим развитием полевых транзисторов являются транзисторы с изолированным затвором. У них ме­таллический затвор отделен от полупро­водникового канала тонким слоем ди­электрика. Иначе эти приборы называют МДП-транзисторами (от слов «металл – диэлектрик - полупроводник») или МОП-транзисторами (от слов «металл — оксид — полупроводник»), так как диэлектриком обычно служит слой диокси­да кремния Si0₂.

На рис. 7.13 показаны принцип уст­ройства полевого транзистора с изоли­рованным затвором и его условное графическое обозначение.

Основанием служит кремниевая пластинка с электро­проводностью типа р. В ней созданы две области с электропроводностью п⁺-типа с повышенной проводимостью. Эти области являются истоком и стоком. От них сделаны выводы. Между исто­ком и стоком имеется тонкий приповерхностный канал с электропровод­ностью n-типа. Длина канала от истока до стока обычно единицы микрометров, а его ширина — сотни микрометров и более, в зависимости от рабочего тока транзистора. Толщина диэлектрического слоя диоксида кремния (показан штриховкой) 0,1—0,2 мкм. Сверху диэлектрического слоя расположен затвор в виде тонкой металлической пленки. Кристалл МДП-транзистора обычно соединен с истоком, и его потенциал принимается за нулевой — так же, как и потенциал истока. Иногда от кристалла бывает сделан отдельный вывод. Прибор с такой структурой называют транзистором с собственным (или встроенным) каналом, и работает он следующим образом.

Если при нулевом напряжении затвора приложить между стоком и истоком напряжение, то через канал потечет ток, представляющий собой поток электро­нов. Через кристалл ток не пойдет, так как один из р-п-переходов находится под обратным напряжением. При пода­че на затвор напряжения, отрицательно­го относительно истока, а следователь­но, и относительно кристалла, в канале создается поперечное электрическое по­ле, под влиянием которого электроны проводимости выталкиваются из канала в области истока и стока и в кристалл. Канал обедняется электронами, сопро­тивление его увеличивается, и ток стока уменьшается. Чем больше отрицательное напряжение затвора, тем меньше этот ток. Такой режим транзистора называют режимом обеднения.

Если же на затвор подать положи­тельное напряжение, то под действием поля, созданного этим напряжением, из областей истока и стока, а также из кристалла в канал будут приходить электроны; проводимость канала при этом увеличивается и ток стока воз­растает. Этот режим называют режимом обогащения.

Рассмотренный транзистор с соб­ственным каналом, таким образом, мо­жет работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения. Это на­глядно показывают его выходные (сто­ковые) характеристики, изображенные на рис. 7.14, и характеристика управле­ния на рис. 7.15.

Как видно, выходные характеристики МДП-транзистора по­добны выходным характеристикам поле­вого транзистора с управляющим р-п-переходом. Это объясняется тем, что при возрастании напряжения от нуля сначала действует закон Ома и ток растет приблизительно пропорцио­нально напряжению, а затем, при неко­тором напряжении , канал начинает сужаться, особенно около стока. Так как на р-п-переходе между каналом и кристаллом возрастает обратное напря­жение, область этого перехода, обеднен­ная носителями, расширяется, и сопро­тивление канала увеличивается. Таким образом, ток стока испытывает два взаимно противоположных влияния: от увеличения ток должен возрастать по закону Ома, но от увеличения сопротивления канала ток уменьшается. В результате ток остается почти посто­янным до такого напряжения , при котором наступает электрический про­бой на кристалл.

В том случае, если кристалл имеет электропроводность п-типа, канал дол­жен быть р-типа и полярность напряже­ний надо изменить на противополож­ную. Транзистор со встроенным кана­лом р-типа на схемах изображают так, как показано на рис. 7.13, в.

Другим типом является транзистор с индуцированным (инверсным) каналом (рис. 7.16).

От предыдущего он отлича­ется тем, что канал возникает только при подаче на затвор напряжения опре­деленной полярности. При отсутствии этого напряжения канала нет, между истоком и стоком п⁺-типа расположен только кристалл р-типа и на одном из р --п ⁺-переходов получается обратное напряжение. В этом состоянии сопро­тивление между истоком и стоком очень велико, т. е. транзистор заперт. Но если подать на затвор положительное напря­жение, то под влиянием поля затвора электроны проводимости будут переме­щаться из областей истока и стока и из р-области по направлению к затвору. Когда напряжение затвора превысит не­которое отпирающее, или пороговое, значение (единицы вольт), то в при­поверхностном слое концентрация элект­ронов настолько увеличится, что превы­сит концентрацию дырок, и в этом слое произойдет так называемая инверсия типа электропроводности, т. е. образу­ется тонкий канал n-типа и транзистор начнет проводить ток. Чем больше по­ложительное напряжение затвора, тем больше проводимость канала и ток сто­ка.

Таким образом, подобный тран­зистор может работать только в режиме обогащения, что видно из его выходных характеристик (рис. 7.17) и характери­стики управления (рис. 7.18).

Если под­ложка п-типа, то получится индуциро­ванный канал р-типа.

Параметры МДП-транзисторов ана­логичны параметрам полевых транзисто­ров с и — р-переходом.