фоэ / electronics
.pdf21
Малосигнальный режим транзистора
Транзистор – нелинейный элемент. Но для малых изменений сигналов можно работать на линейных участках характеристик, т.е. считать транзистор линейным элементом.
Системы малосигнальных параметров:
1.Внутренние (физические) параметры – учитывают физические процессы. 2.Четырехполисниковые (Н-) параметры – учитывают внешние свойства транзистора.
Внутренние малосигнальные параметры.
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 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4) r Б – объемное сопротивление базы против тока базы. Зависит от размеров удельного сопротивления базы. 50÷ 200 Ом
5) |
µ = |
∆ UЭ |
|
|
– коэффициент внутренней обратной связи по напря- |
|
|
||||
∆ UК |
|
|
жению. (Влияние коллекторного напряжения в зави- |
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
IЭ = const |
симости от модуляции базы) |
|
|
|
|
|
6)СК – барьерная емкость коллекторного перехода. 1÷ 10 пФ
7)С Э – диффузионная емкость эмиттерного перехода. 0.1÷ 10 пФ
22
Эквивалентные схемы замещения транзистора
Схема замещения транзистора с ОБ
Т- образная эквивалентная приведена на рисунке и отражает физические процессы в транзисторе при малых приращениях в активном режиме и дает правильное соотношение при расчетах. Однако она совершенно не пригодна для анализа режима по постоянному току.
|
|
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 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
коллекторной цепи. К недостаткам Т – образной эквивалентной схемы относят невозможность непосредственного измерения внутренних параметров.
|
|
|
23 |
При r*К >> Rн –упрощенная схема |
|
||
rб |
|
iк |
Недостаток: нельзя измерить пара- |
|
|
|
метры, можно их только вычислить из харак- |
iб |
rэ |
|
теристик. |
iэ |
|
24
Малосигнальные H-параметры.
Транзистор можно представить в виде активного четырехполюсника
|
|
|
Входные параметры (I1,U1) |
I 1 |
А |
I 2 |
Выходные параметры(I2,U2) |
U1 |
U2 |
|
Параметры четырехполюсника могут быть определены по внешним из измерениям, в частности, по опытам холостого хода и короткого замыкания на входе и выходе четырехполюсника. Из всех возможных взаимосвязей, входных и выходных величин четырехполюсника для транзисторов более подходящей является смещенная схема, в которой за независимые принимаются входной ток I1 и выходное напряжение U2. Величины I1,I2 – это функции первых двух величин:
U1=f (I1, U2)
I2=f (I1, U2)
Малые приращения токов ∆ I для линейных участков характеристик связаны линейной зависимостью с приращением ∆ U:
dU1 = |
|
∂ U1 |
dI1 |
+ |
∂ U1 |
dU2 |
dU1=h11dI1+h12dU2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
∂ U2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
∂ I1 |
|
|
|
|
|
|
|
dI2=h21dI1+h22dU2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
dI2 = |
∂ I2 |
dI1 + |
|
∂ I2 |
dU2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
∂ I1 |
|
|
|
|
∂ U2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Для схемы ОБ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
h11Б |
= |
∂ Uэ |
|
= R ВХОБ - входное сопротивление транзистора |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
∂ Iэ |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Uк=const |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
h12Б |
= |
|
∂ Iк |
|
= α |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
∂ Iэ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Uк=const |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
h 21Б |
= |
|
∂ Uэ |
|
|
- коэффициент внутренней обратной связи (µ) отражает |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
∂ Uк |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Iэ=const |
|
|
|
|
|
|
зависимость U от Uвых |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
h 22Б = |
|
∂ Iк |
≈ |
|
|
1 |
- |
дифференциальная проводимость коллекторного перехода |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
∂ Uк |
|
|
rк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iэ=const |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Для схемы ОЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
h11Э=RВХОЭ |
|
h12Э=µ |
h21Э=β |
h22Э= |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
r |
* |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
h – параметры даются в справочниках и их можно определить по статическим ха- |
||||||||||||||||||||||||||||||
рактеристикам VT. Есть формулы пересчета hБ ↔ hЭ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
Связь между h – параметрами и малосигнальными параметрами |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
α ≈ -h21Б |
|
|
β ≈ h21Э |
r = |
1 |
|
r = |
h11Б |
|
r = |
h12 Э |
|
r * = |
1 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
h 22Б |
Б |
h 22 Б |
|
Э |
h 22Э |
К |
h 22Э |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h11Э=rБ+rЭ(1+β )
25
Частотные свойства транзистора
Биполярный транзистор – инерционный элемент. Инерционность заложена в конструкции и принципе действия, она связана с тем, что требуется время, чтобы носитель заряда перешел от Э к К. Это время не равно нулю, т. к. база имеет длину. Скорость носителей в базе не одинакова, поэтому они не могут одновременно прийти к коллектору.
Если скачком изменить ток эмиттера то ток коллектора изменится по экспоненциальному закону:
|
−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 |
tз
Инерционность ограничивает частотные свойства – чем выше частота, тем больше будут α и β .
|
|
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 |
α уменьшается в 2 раз
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 |
Барьерная емкость Ск (С*к). Проводимость емкости Ск растет с повышением частоты и на высоких частотах в цепи с емкостью Ск (С*к) ответвляется заметная доля тока iК в выходной цепи (ток iК становится меньше тока α iЭ или β iБ), что эквивалентно уменьшению коэффициента усиления тока на высоких частотах.
|
|
|
|
|
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). |
27
Режим, соответствующий этому участку, называется режимом насыщения, а точка Н – точкой насыщения. При напряжении на затворе, называемом напряжением отсечки, происходит полное перекрытие канала (смыкание p - n перехода) и ток в канале не протекает.
Входные (стоко-затворные) характеристики пред-
|
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. |
|
|
|
|
Параметры транзистора
|
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). |
Достоинства полевых транзисторов:
•очень высокое входное сопротивление;
•малый уровень шумов.
Недостатки:
•плохие частотные свойства, так как длина канала больше чем база;
•низкий коэффициент усиления.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 |
30
затвора превысит некоторое отпирающее, или пороговое, значение, то в поверхностном слое концентрация электронов настолько увеличится, что превысит концентрацию дырок, и в этом слое произойдет так называемая инверсия, то есть образуется канал n – типа и транзистор начнет проводить ток. Чем больше положение затвора, тем больше проводимость канала и ток стока. Таким образом, такой транзистор может работать только в режиме обогащения, что видно из его выходных и входных характеристик, показанных на рисунках. Если подложка n – типа, то индуцируется канал p – типа.
I c |
Uз4 |
|
|
Uз3 |
I c |
|
p - канал |
n - канал |
|
Uз2 |
|
|
Uз1 |
|
|
Uз = 0 |
Uз |
Выходные (стоковые) характеристики |
Uc |
Входная (стоко-затворная) характеристика
Частотные свойства:
Носители движутся под действием сильного электрического поля. В отличие от биполярного транзистора, время пробега мало, но существует множество паразитных емкостей.
МОП - транзистор со встроенным каналом |
МОП - транзистор с индуцированным |
|
каналом |
CЗ-И |
CЗ-П |
CС-И |
CС-П |
CС-И |
CИ-П |
Таким образом, частотные свойства МДП-транзистора хуже, чем у биполярного транзистора.
Однако МОП – транзисторы обладают рядом преимуществ:
•очень большое входное сопротивление постоянному току;
•низкие шумы;
•малая площадь;
•высокая технологичность.