22. 5. Вопросы

1. Где можно найти советы по замене транзисторов?

2. Почему важно знать, является транзистор германиевым или кремниевым?

3. Почему при замене транзистора важно знать его рабо­чую частоту, рабочие значения напряжений и токов и рассеиваемую мощность?

4. Что характеризует коэффициент транзистора Бета?

5. Играет ли важную роль при замене транзистора его кор­пус и конфигурация выводов?

РЕЗЮМЕ

• Транзистор — это устройство, состоящее из трех слоев, и используемое для усиления мощности я напряжения.

• Биполярный транзистор часто называют просто транзи­стором.

• Транзисторы бывают конфигурации п-р-п или р-п-р.

• Средняя область транзистора называется базой, а две внешние области — эмиттером и коллектором.

• Транзисторы классифицируются по типу проводимости (п-р-п или р-п-р), по материалу (германиевый или крем­ниевый), по мощности: малой или большой, по спосо­бу использования: переключательный или высокочас­тотный.

• • Схематические обозначения п-р-п и р-п-р транзисторов изображены ниже:

  

  Б

  Условные обозначения транзисторов состоят из элемен­тов, содержащих буквы и цифры.

• Корпуса транзисторов обеспечивают защиту, отвод теп­ла и возможность подключения транзистора к схеме.

• Корпуса транзисторов обозначаются буквами ТО (tran­sistor outline).

• При правильно поданном напряжении смещения пере­ход эмиттер-база транзистора смещей в прямом направ­лении, а переход коллектор-база — в обратном.

• Источники смещения р-п-р транзистора имеют поляр­ность противоположную полярности источникам смеще­ния п-р-п транзистора.

• Внутренний потенциальный барьер для германиевого транзистора составляет 0,3 вольта, а для кремниевого —

0. 7 вольт.

• Напряжение обратного смещения, приложенное к пере­ходу коллектор-база, выше, чем напряжение прямого смещения, приложенное к переходу эмиттер-база.

• При проверке транзистора с помощью омметра каждый переход показывает низкое сопротивление при прямом смещении и высокое сопротивление при обратном сме­щении.

• Приборы для проверки транзисторов могут проверять транзисторы как в цепи, так и вне цепи.

Глава 22. Самопроверка

1. Переход транзистора может быть смещен в прямом на­правлении, в обратном направлении или быть несме­щенным. Каковы нормальные условия смещения пере­ходов эмиттер-база и коллектор-база в транзисторе?

2. Какое сопротивление должен показывать каждый пере­ход при проверке исправного транзистора с помощью омметра?

3. Какие трудности возникают при определении типа ма­териала и идентификации выводов эмиттера, коллекто­ра и базы неизвестного транзистора при его проверке с помощью омметра?

4. Почему необходимо знать тип проводимости транзисто­ра (п-р-п или р-п-р) при его подключении в цепь?

5. Чем отличается проверка транзистора с помощью оммет­ра от проверки с помощью прибора для проверки тран­зисторов?

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в со­стоянии:

• Описать разницу между транзисторами, полевыми тран­зисторами с р-п-переходом и полевыми транзисторами с изолированным затвором (МОП-транзисторами).

• Нарисовать схематические обозначения полевых тран­зисторов с р-п-переходом и каналом п- и p-типа прово­димости, а также полевые транзисторы с изолирован­ным затвором обедненного и обогащенного типа.

• Описать, как работают полевые транзисторы с р-п-пе- реходом и полевые транзисторы с изолированным зат­вором обедненного и обогащенного типа.

• Перечислить составные части полевых транзисторов с р-п-переходом и полевых транзисторов с изолированным затвором.

• Описать меры предосторожности, которые необходимо соблюдать при работе с полевыми транзисторами с изо­лированным затвором.

• Описать процедуру проверки полевых транзисторов с р-п-переходом и полевых транзисторов с изолированным затвором с помощью омметра.

История полевых транзисторов начинается с 1925 года, когда Юлиус Лилленфелд изобрел полевой транзистор с р-п-переходом и полевой транзистор с изолированным зат­вором. Оба этих устройства доминируют в настоящее вре­мя в электронной технологии. Эта глава является введе­нием в теорию полевых транзисторов с р-п-переходом и по­левых транзисторов с изолированным затвором.

22. 1. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С р-п-ПЕРЕХОДОМ

Полевой транзистор с р-п-переходом — это униполярный транзистор, в котором работают только основные носители.

Полевой транзистор с р-п-переходом — зто устройство, управляемое напряжением. Полевые транзисторы с р-п- переходом состоят из полупроводниковых материалов п- и р-типа и способны усиливать электронные сигналы, а кон­струкция отличается от конструкции биполярных транзи­сторов, и их работа основана на других принципах. Зна­ние конструкции полевых транзисторов с р-п-переходом по­могает понять, как они работают.

Конструкция полевых транзисторов с р-п-переходом начинается с подложки, или базы, слабо легированного полупроводникового материала. Подложка может быть из материала п- или р-типа. р-п-переход в подложке изготов­ляется как методом диффузии, так и методом выращива­ния (см. главу 20). Форма р-п-перехода играет важную роль. На рис. 23-1 показано сечение встроенной области в подложке. U-образная область называется каналом, она утоплена по отношению к верхней поверхности подложки. Когда канал сделан из материала n-типа в подложке из ма­териала р-типа образуется полевой транзистор с каналом п-типа. Когда канал сделан из материала р-типа в подлож­ке из материала n-типа образуется полевой транзистор с ка­налом р-типа.

Полевой транзистор с р-п-переходом имеет три вывода (рис. 23-2). Один вывод соединен с подложкой и образует затвор (3). Выводы, соединенные с концами канала обра­зуют исток (И) и сток (С). Неважно какой из выводов со­единен со стоком, а какой с истоком, так как канал сим­метричен.

Работа полевых транзисторов с р-п-переходом требует двух внешних источников смещения. Один из источников

п "-нал

Z

р

Рис. 23-1. Сечение полевого транзисто­ра с р-п-переходом и каналом п-типа.

Затвор (3) —у

Рис. 23-2. Подсоеди­нение выводов поле­вого транзистора с

встроенный Р-п-переходом и ка­налом п-типа.

/ у Сток (С)

V3

(Е_си) подсоединяется между стоком и истоком, заставляя ток течь через канал. Другой источник (Е_зи) подсоединя­ется между затвором и истоком. Он управляет величиной тока, протекающего через канал. На рис. 23-3 показан пра­вильно смещенный полевой транзистор с каналом п-типа.

Источник тока Е_си подсоединяется таким образом, что­бы на истоке был отрицательный потенциал по отношению к стоку. Это обусловливает ток через канал, так как основ­ными носителями в материале п-типа являются электро­ны. Ток, текущий от истока к стоку, называется током стока полевого транзистора (1_с). Канал служит сопротив­лением для приложенного напряжения (Е_си).

Напряжение затвор-исток (Е_зи) подается таким образом, чтобы затвор имел отрицательный потенциал по отноше­нию к истоку. Это обусловливает формирование обратно смещенного р-п-перехода между затвором и каналом и соз­дает обедненный слой в окрестности р-п-перехода, который распространяется вдоль всей длины канала. Обедненный слой шире у стока, так как напряжение Е_си складывается с напряжением Е_зи, создавая более высокое напряжение обратного смещения, чем у истока.

m

Обедненный слой

Рис. 23-3. Правильно смещен­ный полевой транзистор с р-п-пе­реходом и каналом п-типа.

Размером обедненного слоя управляет напряжение Е_зи. При увеличении Е_зи толщина обедненного слоя увеличи­вается. При уменьшении толщина обедненного слоя умень­шается. При увеличении толщины обедненного слоя рез­ко уменьшается толщина канала, и, следовательно, умень­шается величина тока, проходящего через него. Таким образом, Е_зи можно использовать для управления током стока (1_с), который протекает через канал. Увеличение Е_зи уменьшает 1_с.

При обычной работе входное напряжение прикладыва­ется между затвором и истоком. Результирующим выход­ным током является ток стока (1_с). В полевом транзисторе с р-п-переходом входное напряжение используется для уп­равления выходным током. В обычном транзисторе вход­ной ток, а не напряжение используется для управления вы­ходным током.

Поскольку переход затвор-исток смещен в обратном направлении, полевой транзистор с р-п-переходом имеет очень высокое входное сопротивление. Если переход зат­вор-исток сместить в прямом направлении, через канал потечет большой ток, что послужит причиной падения входного сопротивления и уменьшения усиления транзи­стора. Величина напряжения, требуемого для уменьшения 1_С до нуля, называется напряжением отсечки затвор-ис- ток (Е_ЗИотс). Это значение указывается производителем транзистора.

Напряжение сток-исток (Е_си) управляет размером обед­ненного слоя в полевых транзисторах с р-п-переходом. При увеличении Е_си, увеличивается также 1_с. При некотором значении Е_си величина 1_с перестает расти, достигая насы­щения при дальнейшем увеличении Е_си. Причиной этого является увеличившийся размер обедненного слоя, и зна­чительное уменьшение в канале неосновных носителей. С увеличением Е_си увеличивается, с другой стороны, сопро­тивление канала, что также приводит к меньшей скорос­ти увеличения 1_с. Однако рост тока 1_с ограничивается вслед­ствие расширения обедненного слоя и уменьшения шири­

ны канала. Когда это имеет место, говорят, что 1_с достиг насыщения. Значение Е_си, при котором 1_с достигает насы­щения, называется напряжением насыщения (Е_н). Величи­на Е_н обычно указывается производителем при значении Е_зи, равном нулю. При Е_ди, равном нулю, величина Е_н близка к Е_ЗИотс. Когда Е_н равно Е_ди, ток стока является на­сыщенным.

Полевые транзисторы с p-каналом и с n-каналом име­ют одинаковые характеристики. Основное различие меж­ду ними — в направлении тока стока (1_с) через канал. В полевом транзисторе с p-каналом полярность напряжений смещения (Е_ди, Е_си) противоположна полярностям этих на­пряжений для транзистора с каналом п-типа.

Схематические обозначения для полевых транзисторов с p-каналом и с n-каналом показаны на рис. 23-4. Поляр­ности напряжений смещения для полевого транзистора с n-каналом показаны на рис. 23-5, а для транзистора с р-каналом — на рис. 23-6.

Затвор (3)

Затвор (3)

Исток(И)

Сток(С)

Сток(С)

Исток(И)

Полевой транзистор с р-п-пере­ходом и каналом п-типа

Полевой транзистор с р-п-пере­ходом и каналом р-типа

Рис. 23-4. Схематические обозначения полевых транзисторов с р-п-переходом.

{Л—	—-1.1.1-
-/ и

Рис. 23-5. Полярности ис­точников тока, необходи­мые для смещения поле­вого транзистора с р-п-пе­реходом и каналом п-типа.

9F	—МФ—	,D1
	—*|.|

Рис. 23-6. Полярности ис­точников тока, необходи­мые для смещения поле­вого транзистора с р-п-пе­реходом и каналом р-типа.