2.1. С затвором в виде p-n перехода

Схема структурыУсловные обозначения

с каналом n-типа с каналомр- типа

Иллюстрация

Принцип действия

Н

>

апряжение затвор - исток, приложенное кp-nпереходу в обратном направлении , изменяет ширину канала, по которому проходит ток исток - сток и, следовательно, его сопротивление.

Характеристики

Стоко - затворные (входные) Стоковые (выходные)

I_C

I_C

с каналом р- типа

с каналом n- типа

I_C

U1_ЗИ = 0

U2_ЗИ <U1_ЗИ

U3_ЗИ <U2_ЗИ

U_ЗИ

U_ЗИ

U_СИ

В -3 -2 -1 0

0 1 2 3 В

рабочая область

2.2.Транзисторы полевые с изолированным затвором

МОП (МДП)- структура MOSFET-структура

Справка: МОП -металл-окисел-полупроводник МДП-металл-диэлектрик-полупроводник. MOSFET- metal-oxid-semiconductor- field- effect-transistor

2.2.1. Со встроенным каналом

Схемаструктурыусловные обозначения

Принцип действия

1. При отсутствии управляющего напряжения (U_зи) через канал протекает ток между И и С.

2. При подаче U_зипрямой полярности (p+, n-) в канал притягиваются электроны из подложкиего сопротивление уменьшается, ток через нагрузку растет.

3. При подаче напряжения обратной полярности электроны из канала выталкиваются сопротивление его увеличивается.

ХарактеристикиСтоковые Стоко-затворные

2.2.2. Синдуцированным каналом

Схема структуры

С

с каналом n с каналомр

З

И

Условные обозначения

Принцип действия

1. При отсутствии управляющего напряжения (U_зи) проводящий канал между стоком и истоком отсутствует, ток не идет.

2. При наличии U_зи прямой полярности образуется (индуцируется) проводящий канал между стоком и истоком за счет притяжения электронов из подложки.

Характеристики

стоковые стоко- затворная

Основные параметры полевых транзисторов

1. крутизна характеристики S=Iс/Uзи S=0,110 мА/В 2. внутреннее сопротивление (выходное) Ri= Uси/Ic Ri=10-1 104 Ом

3. ходное сопротивление Rвх=Uзи/ Iс Rвх=106 109 Ом симально допустимое напряжение Uси  500В 5. максимально допустимый ток Iс  50А

Особенности полевых транзисторов:

1. Ток управляется напряжением (ток стока напряжением исток – затвор).

2. Большое внутреннее сопротивление (сравнительно с биполярными).

3. Большая максимально возможная частота (сравнительно с биполярными) десятки, сотни МГц.

2.6. Полевые mosfet (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) транзисторы.

Вполевых или униполярных транзисторах изменение проводимос­ти проводящего канала осуществляется с помощью электрического поля, перпендикулярного направлению тока. Электроды, подключен­ные к проводящему каналу, называютсястоком (Drain) и истоком (Source), а управляющий электрод называется затвором (Gate). Напря­жение управления, которое создает поле в канале, подключается меж­ду затвором и истоком. В силовых транзисторах MOSFET использует­ся конструктивно изолированный от проводящего канала затвор. Уст­ройство транзистора показано на рис. 2.17 а. Графическое представление транзистора на схеме показано на рис. 2.17 б.

Аналогично биполярному транзистору полевой транзистор имеет две области работы: область линейного режима и область насыщения (область малого сопротивления сток-исток). В этих режимах MOSFET-транзистор ведет себя аналогично биполярному транзистору. Входная и выходные вольт-амперные характеристики MOSFET-тран­зистора приведены на рис. 2.18 а, б.

Динамические характеристики полевых транзисторов при ключе­вом режиме работы рассмотрим на примере процессов включения и выключения, пользуясь схемой, изображенной на рис. 2.19а.

Для переключения транзистора на его затвор подается прямоуголь­ный импульс напряжения. При подаче прямоугольного импульса от источника U_вх вначале происходит заряд емкости С_ЗИ через сопротивле­ние источника сигнала R_И. До тех пор, пока напряжение на емкости С_ЗИ не достигнет порогового напряжения U_ПОР, ток стока равен нулю и напряжение на стоке равно напряжению источника питания Е₀.

Когда емкостьС_ЗИзарядится доU_ПОР, транзистор некоторое время будет находиться в области насыщения. В этом случае входная ем­кость транзистора резко увеличится.

Скорость нарастания напряжения на затворе транзистора уменьша­ется обратно пропорционально увеличению емкости С_ВХ. По мере уве­личения напряжения на затворе будет постепенно нарастать ток стока и уменьшаться напряжение на стоке. Таким образом, процесс заряда емкости С_ВХ будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на стоке не уменьшится до значения, при котором транзистор окажется в ли­нейной области. При этом входная емкость станет равной С_зи и скорость ее заряда резко увеличится. В результате в конце процесса включения транзистора на затворе будет напряжение U₀.

Следует отметить, что в результате процесса включения выходной импульс тока стока задерживается относительно поступления импульса управления на время t_ВКЛ = t_ЗАД + t_НАР. Аналогичный процесс происходит при выключении транзистора: имеется время задержки выключения, время выключения, в течение которого спадает им­пульс тока стока, и время установления закрытого состояния.