- •А.Н. Игнатов
- •Полевые транзисторы
- •И их применение
- •В технике связи
- •Монография
- •Предисловие
- •1. Общие сведения о полевых транзисторах
- •1.1. Классификация пт
- •1.2. Терминология и обозначения в системе параметров пт
- •1.3. Типы, характеристики и свойства пт
- •1.3.1. Общие сведения
- •1.3.2. Типы полевых транзисторов
- •1.3.3. Статические характеристики
- •1.3.4. Механизмы пробоя пт
- •1.3.5. Радиационная стойкость пт
- •1.3.6. Светочувствительность пт
- •1.3.7. Влияние температуры на характеристики пт
- •1.4. Модели пт и анализ эквивалентных схем пт
- •1.4.1. Общие сведения
- •1.4.2. Параметры пт на низких частотах
- •1.4.3. Параметры пт на высоких частотах
- •1.5. Основные режимы работы пт
- •1.6. Способы аппроксимации характеристик передачи пт
- •1.7. Особенности технологии и технико-экономические показатели производства пт
- •1.8. Перспективные области использования пт в технике связи
- •1.8.1. Общие сведения
- •1.8.2. Использование пт в качестве управляемых сопротивлений
- •1.8.3. Использование пт в ключевом режиме
- •1.8.4. Использование пт в режиме усиления
- •1.8.5. Использование пт в режиме с прямыми токами затвора
- •1.8.6. Использование пт в режиме пробоя
- •1.8.7. Использование пт в оптоэлектронных приборах
- •1.8.8. Использование пт в интегральных схемах
- •2.2. Регулировка коэффициента передачи изменением крутизны полевого транзистора в пологой области
- •2.3. Регулировка коэффициента передачи изменением проводимости канала в крутой области
- •2.4. Взаимосвязь параметров полевых транзисторов
- •2.5. Диапазон регулирования крутизны проводимости пт
- •2.6. Синтез регулировочных характеристик пт работающих в пологой области характеристик
- •2.7. Синтез регулировочных характеристик пт работающих в крутой области характеристик
- •2.8. Способы улучшения качественных показателей регуляторов усиления на пт
- •2.9. Методика расчета и исследование регуляторов усиления на пт
- •2.10. Динамические характеристики регуляторов на пт
- •2.11.2 .Применение пт в регуляторах тембра
- •2.11.3. Портативный приемник с высокоэффективной ару на пт
- •2.11.4. Экспандер на полевом транзисторе
- •2.11.5. Расчет авторегулятора уровня на пт
- •2.11.6. Усилитель с электронной регулировкой коэффициента передачи с помощью пт
- •2.11.7. Автогенератор с чм на пт
- •2.11.8. Диапазонный генератор с ам, широкополосный чм и электронной перестройкой частоты
- •3. Свойства и применение пт в ключевом режиме
- •3.1. Особенности работы пт в ключевых схемах аналоговых сигналов
- •3.2. Особенности работы пт в ключевых схемах дискретных сигналов
- •3.3. Параметры в ключевом режиме
- •3.4. Принципы построения ключевых схем на пт и особенности их расчета
- •3.5. Схемы управления ключами на пт
- •З.6. Показатели качества ключей на пт
- •3.7. Сравнение ключевых свойств полупроводниковых элементов
- •3.8.2. Применение пт в коммутаторе для центральной
- •3.8.3. Коммутатор на пт для системы передачи телеметрической информации
- •3.8.4. Некоторые применения ключевого режима работы пт в устройствах связи
- •3.8.5. Применение пт в устройстве автоматического контроля параметров радиовещательного тракта и автоматического перехода на резерв
- •4. Анализ свойств и возможностей применения пт в режиме усиления
- •4.1. Анализ нелинейных свойств пт
- •4.2. Оценка нелинейности характеристик передачи отечественных пт
- •4.3. Источники шумов пт
- •4.4. Определение шумовых параметров пт
- •4.5. Сравнение активных компонентов по уровню собственных шумов
- •4.6. Оптимизация параметров усилительных каскадов на пт
- •4.7.2. Применение пт в малошумящих усилителях
- •4.7.3. Применение пт в активных фильтрах
- •4.7.4. Каскады радиоприемников на пт в режиме усиления
- •5.2. Теория затворного детектора
- •5.3. Методика расчета затворного детектора
- •Исходные данные для расчета детектора
- •Порядок расчета
- •5.4. Анализ свойств пт в комбинированном режиме
- •5.5. Методика расчета каскада с пт в комбинированном режиме
- •5.6. Способы использования пт в комбинированном режиме
- •5.7. Практические схемы устройств техники связи с пт в режиме с прямыми токами затвора
- •5.7.1. Преобразователи длительности импульсов на пт
- •5.7.2. Электронное реле времени пригодное для интегрального исполнения
- •5.7.3. Устройство селективного вызова
- •5.7.4. Приемник многочастотного селективного вызова
- •5.7.5. Устройство контроля нескольких параметров по двум проводам
- •5.7.6. Вольтметры с пт в режиме с прямыми токами затвора
- •6. Полевые транзисторы для силовой электроники
- •6.1. Мощные полевые транзисторы
- •6.2 Транзисторы со статической индукцией
- •6.3. Мощные мдп-транзисторы с вертикальными каналами
- •6.4. Гибридные силовые транзисторы
- •6.5. Применение силовых полевых транзисторов
- •6.6.1. Применение мощных мдп-транзисторов в импульсных источниках питания
- •6.6.2. Усилители мощности на силовых транзисторах
- •7. Наноэлектронные транзисторы
- •7.1. Введение
- •7.2. Нанотранзисторы на основе структур хранения на сапфире
- •7.3. Нанотранзисторы с гетеропереходами
- •7.4. Нанотранзисторы с резонансным туннелированием
- •7.5. Нанотранзисторы на основе нанотрубок
- •Список литературы
1. Общие сведения о полевых транзисторах
1.1. Классификация пт
ПТ – активные полупроводниковые приборы, в которых ток переносится основными носителями под действием продольного электрического поля. Управление величиной тока осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным к управляющему электроду-затвору. ПТ часто называют униполярными приборами, так как эти приборы используют носители заряда одного типа: либо электроны, либо дырки. Область полупроводника между выходными электродами ПТ называют каналом. Поэтому в литературе иногда ПТ называют канальными приборами. Выходные электроды ПТ названы (с учетом направления протекания тока при включении прибора в качестве усилительного элемента) – истоком и стоком.
Критериями для классификации ПТ являются:
- технологическая структура. В зависимости от технологической структуры ПТ подразделяются на приборы с p-n-переходом (сплавные в диффузионные); МДП-транзисторы; транзисторы с барьером Шоттки; тонкопленочные транзисторы;
- тип проводимости канала (n и p);
- число электродов (полевой триод, полевой тетрод);
- число элементов на одной основе (сдвоенные ПТ, комплементарные ПТ);
- тип используемого полупроводникового материала (кремний, германий, арсенид галлия, фосфид индия, карбид кремния);
- конструкция прибора (унитрон, текнетрон, алькатрон, гридистор, фетран);
- электрические особенности (высоковольтные, высокочастотные, мощные);
- область применения (усилительные, детекторные, ключевые и т.д.).
1.2. Терминология и обозначения в системе параметров пт
За рубежом, в разных странах существуют отличающиеся друг от друга системы параметров и обозначений ПТ.
Тенденция к унификации параметров наблюдается в проекте стандарта МЭК, который построен на основе разделения параметров по пяти главным классам применения (УПЧ, УВЧ, ключи, модуляторы и УПТ). Однако проект МЭК не затрагивает ряд других применений и свойств ПТ (параметры управляемого сопротивления, область прямых токов затвора и область пробоя). Кроме того, необходимо учитывать преемственность и связь параметров ПТ с другими активными компонентами, особенно с электронными лампами. Следует отметить, что система обозначений принятая в США и Японии, с использованием сложных индексов, выражающих связь параметра с цепями электродов и режимом работы (например, Cgdss), не координируется с установившейся методикой МЭК и ГОСТ.
В настоящей работе используются терминология и обозначения по возможности учитывающие проект стандарта МЭК, ГОСТ 2.703-73 и предложения, содержащиеся в [1].
В ней приняты следующие сокращения: для обозначения полевых транзисторов с p-n-переходом – p-n ПТ, для обозначения полевых транзисторов с изолированным затвором – МДП-ПТ и для транзисторов с барьером Шоттки – БШ-ПТ.
Следует отметить, что широко употребляемый в отечественной литературе для ПТ с изолированным затвором термин МОП имеет более узкий смысл, чем термин МДП (металл-диэлектрик-полупроводник). Например, ПТ типа КП305 в качестве изолятора между каналом и затвором помимо окисла кремния (SiO2),содержат нитрид кремния (Si3N4), и, таким образом, не являются МОП транзисторами.
В зарубежной литературе встречаются следующие наименования: для ПТ с p-n переходом: Fiеld-Effect Transistor (FET), Field Effect Transistoren (FET), Junction Field-Effect Transistor (JFET, p-n FET); для ПТ с изолированным затвором – Metal-Oxide-Semiconductor (MOS, MOSFET), Metal-Oxide-Silicon-Transistor (MOST). Транзисторы со структурой металл-диэлектрик (MOS) подразделяются на транзисторы с индуцированным каналом (Induced mode MOS Transistor) и транзисторы со встроенным каналом (Depletion type MOS Transistor). Транзисторы со структурой металл-нитрид-полупроводник (Metal-Nitride-Semicon-ductor) обозначаются (MNS или MNS-FET). Для транзисторов с барьером Шоттки (Schottky Barrier Gate Transistor) используется сокращенное обозначение (SGBT).
Электроды ПТ обозначаются следующими индексами: исток (Source)-S, сток (Drain)-D, затвор (Gate)-G. Подложка МДП-транзисторов обозначается термином Substrate-S.