aaaГОСЫ / Электроника

1)

r

= dUЭ ≈

∆ UЭ

– дифференциальное сопротивление эмиттерного пе-

Э

ϕ Т

dIЭ

∆ IЭ

рехода, r =

,

UКЭ = const

Э

IЭ

где ϕ т – температурный потенциал (25мВ)

∆

IК

IЭ – постоянный ток эмиттера

2)

α

=

– дифференциальный коэффициент передачи тока. Отражает

Д

процесс диффузии инжектированных дырок.

∆

IЭ

UКЭ = const

α Д ≈

α ИНЖ ≈ α

∆ UКБ

3)

rК

=

– дифференциальное сопротивление коллекторного перехо-

∆

IК

IЭ = const

да (зависит от модуляции базы). 1к ÷ 10 МОм

5)

µ =

∆ UЭ

– коэффициент внутренней обратной связи по напря-

∆ UК

жению. (Влияние коллекторного напряжения в зави-

IЭ = const

симости от модуляции базы)

rэ

iэ

rк

iк

Э

К

µu2

α iэ

Uэб

Сэ

iб rб Ск

Uкб

Rн

Б

- генератор напряжения

- генератор тока.

U ЭБ – малая переменная величина. Часто RН << rН и тогда iК идет через RН.

Для средних частот влияние С К – мало.

Упрощенная схема показана на рисунке ниже.

Э

rэ

iк

α

К

rб

iэ

Б

Т – образная эквивалентная схема транзистора с ОЭ

rк

Сопротивления r*К и rК

rб

iк

К

связаны соотношением

Б

rК

r

*

=

iб

β iб

К СР.

1

+ β

iэ

rэ

С к

R н С*К определяется как

β

С*К

= СК (1+β )

Э

i Б – генератор тока

r*КC*К – постоянная времени

23

При r*К >> Rн –упрощенная схема

rб

iк

Недостаток: нельзя измерить пара-

метры, можно их только вычислить из харак-

iб

rэ

теристик.

iэ

−t

Iэ

IК = α 0IЭ(1− eτ α )

Iэ

tЗ – время полета носителей заряда через базу

Iк

t

τ α

τ α - постоянная времени нарастания коллекторно-

α o Iэ

го тока

t

ОБ

α

α

ω =

0

α

ω

2

α o

α 0

1 +

ω α

2

α

ω

- коэффициент передачи на частоте ω

ω

ω

ω

- предельная частота – частота, при которой

α

α

τ α

=

1

ω

α

ОЭ

β ω

=

β

0

ω β - предельная частота для схемы ОЭ

ω

2

1 +

ω

β

τ β = τ α (1+β )

ω β

=

ω

α

Частотные свойства схемы ОЭ хуже, чем

1

+ β

схемы ОБ

26

Полевые (униполярные) транзисторы

В протекании тока в полевом транзисторе участвуют только основные носители

одного знака (отсюда термин «униполярный»). Величина тока полевого транзистора

управляется электрическим полем (отсюда термин «полевой»). Главным достоинством

полевых транзисторов является высокое входное сопротивление (I вых. = f (Uвх.), I вх ≈ 0

R вх. очень велико). Принцип устройства и условно – графическое изображение полевого

p

транзистора с p-n пере-

ходом показаны на ри-

сунке.

И

С

Исток (И) ≡ Эмиттер

n - канал

Сток (С)≡

Коллектор

n

Затвор (З) ≡ База

Выходная

цепь

СИ

(прикладывают U СИ),

p

p - канал

входная цепь ЗИ (при-

кладывают U ЗИ).

З

Физические процессы в

полевом

транзисторе

происходят следующим

образом. При изменении входного напряжения изменяется обратное напряжение на p-n

переходе и от этого изменяется толщина запирающего (обедненного) слоя. Соответствен-

но меняется площадь поперечного сечения области, через которую проходит поток основ-

ных носителей заряда, то есть выходной ток. Эта область называется каналом ( узкий

промежуток между p - областями).

Таким образом, ток в цепи ИС определяется сопротивлением (сечением) канала.

При U ЗИ = 0 сечение максимально ток определяется приложенным напряжением U СИ.

Если подать U ЗИ, то ширина обедненной зоны увеличиться, а сечение уменьшится

Ic

уменьшится. Для изменения напряжения на выходе в цепь стока включают R добавочное. В

полевом транзисторе происходит усиление p - область току, напряжению, мощности.

Статические характеристики

Выходные характеристики представляют зависимость тока стока I c от напряжения

между стоком и истоком Uc при постоянном напряжении на затворе Uз:

U з1

< U з < U з3< U з отс.

U з = 0

I c = f (Uc) Uз = const.

I c

Повышение

напряжения

Ucи

2

Н

вызывает увеличение тока Ic и

U з 1

уменьшение

сечения

канала.

Н

При некотором напряжении Ucи

происходит сужение канала, и

U з 2

сопротивление канала повыша-

Н

ется

линейная зависимость

исчезает (ток в канале умень-

Н

U з 3

шается). Такой режим называ-

ется режимом обеднения.

U з

Как показано на рисунке, на

отсечки

каждой

характеристике

при

U a

увеличении напряжения Uc по-

является почти горизонтальный

участок

(вправо от точки

Н).

I c

ставляют собой зависимость тока Ic от напряжения Uз

при фиксированном напряжении стока:

I c = f (UЗ) Uс = const.

Напряжение Uc очень слабо влияет на характе-

ристику.

- U з U з отс.

U з

Однако эти характеристики неудобны для рас-

четов, и поэтому на практике пользуются выходными

характеристиками.

d I c

1. S = d UЗ

Uс = const. [мА/В] – крутизна стоко-затворной характеристики, отражает

чувствительность

транзистора (2 3 мА/В);

2. =

d Uc

I c = const. – статический коэффициент усиления по напряжению (103 10 4);

d UЗ

3. r диф.=

d Uc

d

I

c

UЗ = const. – дифференциальное сопротивление (пропорционально току

канала) (10

104).

28

МДП (МОП) – транзисторы

МДП (металл – диэлектрик - проводник) – транзистор

– транзистор, затвор кото-

рого представляет собой металлический слой, изолированный от полупроводникового ка-

нала тонкой диэлектрической пленкой. Если в качестве диэлектрика используется SiO2

(окисел), то транзистор называется МОП. Особенно широко МДП-транзисторы использу-

ется в интегральных схемах ввиду простоты технологии их изготовления и малой мощно-

стью потребления.

МОП – транзистор со встроенным каналом

На рисунке приведена структура МОП – транзистора со встроенным каналом n –

типа. Основанием служит кремниевая пластинка с электропроводностью p типа. В ней

З

С

созданы две области с

И

SiO2

повышенной

проводи-

мостью типа n. Эти об-

ласти

являются

исто-

n

ком и стоком. От них

n +

n+

p - тип

сделаны выводы. Меж-

p

ду

истоком

и стоком

имеется тонкий припо-

подложка

верхностный

канал

с

электропроводностью n

n - тип

– типа. Сверху диэлек-

трического

слоя

расположен

затвор

в

виде

тонкой

пленки. Кристалл МОП - транзистора обычно соединен с истокомметаллической, его потенциаленкипр -.

нимается за нулевой – так же, как и потенциал истока. Прибор с такой структурой назы-

вают транзистором со встроенным каналом.

Основной принцип работы такого транзистора основан на эффекте электрического поля.

Если при нулевом напряжении затвора приложить между стоком и истоком на-

пряжение, то через канал побежит ток. Через кристалл ток не пойдет, так как один из p - n

переходов находится под обратным напряжением. (U З =0

I в цепи И – С определяется

Uси и сечением канала).

При подаче на затвор напряжения, отрицательного относительно истока, в канале

создается поперечное электрическое поле, под влиянием которого электроны проводимо-

сти выталкиваются из канала в области истока и стока и в кристалл. Канал обедняется

электронами, сопротивление его увеличится, и ток стока уменьшается. Чем больше отри-

цательное напряжение затвора, тем меньше этот ток. Такой режим транзистора называют

режимом обеднения. (UЗ < 0 (относительно истока) – электроны будут выталкиваться из

канала концентрация электронов уменьшится

сопротивление канала увеличится

ток I ИС уменьшится).Если же на затвор подать положительное напряжение, то под дейст-

вием поля, созданного этим напряжением, из области истока и стока, а также из кристалла

в канал будут приходить электроны, проводимость канала увеличивается, и ток стока воз-

растает. Этот режим называют режимом обогащения. (UЗ > 0 – электроны из областей n –

типа и подложки

к каналу

концентрация электронов увеличится

сопротивление ка-

нала уменьшится

ток I ИС увеличится).

Рассмотренный транзистор со встроенным каналом может работать как в режиме

обеднения, так ив режиме обогащения. Это наглядно показывают его выходные (стоко-

вые) характеристики, и характеристика управления (стоко – затворная), изображенные на

рисунках.

29

Как видно, выходные характеристики МОП – транзистора подобны таким же ха-

рактеристикам полевого транзистора. Это объясняется тем, что при возрастании напряже-

ния UСИ от нуля сначала действует закон Ома и ток растет приблизительно пропорцио-

нально напряжению, а затем, при некотором напряжении UСИ, канал начинает сужаться,

I c

Режим обогащения

особенно около

сто-

ка, так как на p-n пе-

U з < 0

реходе

между

кана-

лом

и

кристаллом

возрастает

обратное

напряжение,

область

этого перехода, обед-

ненная

носителями,

U з = 0

расширяется,

и

со-

противление

канала

Режим обеднения

увеличивается.

U з >

0

Стоковые характеристики

Uc

I c

Режим

обеднения

Режим

U

обогащения

отсечки

Uз

Стоко-затворныехарактеристики

МОП – транзистор с индуцированным каналом

И

З

С

SiO

Другим типом, широко исполь-

зуемым в интегральной техноло-

2

гии, является транзистор с инду-

цированным (инверсным) кана-

n -канал

n+

n+

лом. От предыдущего он отлича-

p

ется тем, что канал возникает

только при подаче на затвор на-

подложка

пряжения

определенной полярно-

p -канал

сти. При отсутствии этого напря-

жения канала нет. В этом состоя-

нии сопротивление между исто-

ком и стоком очень велико, то

есть 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 p – области p - область направлению коллектор затвору. Когда напряжение

I c

Uз4

Uз3

I c

p - канал

n - канал

Uз2

Uз1

Uз = 0

Uз

Выходные (стоковые) характеристики

Uc

МОП - транзистор со встроенным каналом

МОП - транзистор с индуцированным

каналом

CЗ-И

CЗ-П

CС-И

CС-П

CС-И

CИ-П