Контрольные вопросы

1. Что такое транзистор?

2. Что представляет собой биполярный транзистор?

3. Привести физическую модель биполярного транзистора и по ней пояснить его работу в активном режиме.

4. Привести основные схемы включения транзистора

5. Почему наибольшее применение имеет схема включения с общим эмиттером?

6. Достоинства и недостатки схемы с общей базой?

7. Почему схема с ОК называют эмиттерным повторителем?

8. Какие режимы работы транзистора вам известны?

9. Привести входную и выходную ВАХ транзистора, включенного по схеме с ОЭ.

10. Как связаны между собой и ?

ЛЕКЦИЯ 5

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

(2 часа)

План

1. Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p–n–переходом. Характеристики и параметры полевых транзисторов.

2. Полевые транзисторы с изолированным затвором. Их вольтамперные характеристики, параметры и принцип действия.

Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p–n–переходом

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаётся только основными носителями зарядов под действием продольного электрического поля, а управляющее этим током осуществляется поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным к управляющему электроду.

Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, называется истоком, а к которому стекают основные носители зарядов, называется стоком. Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле называется затвором. Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между p–n–переходом, называется каналом полевого транзистора. Полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом p–типа или n–типа.

Условное графическое изображение полевого транзистора с каналом n–типа изображено на рисунке 5.1, а с каналом p–типа на рисунке 5.2.

Рис. 5.1 Рис. 5.2

Принцип действия рассмотрим на примере транзистора с каналом n–типа.

На затвор (Рис. 5.3) всегда подаётся такое напряжение, чтобы переходы закрывались. Напряжение между стоком и истоком создаёт продольное электрическое поле, за счёт которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока.

Рис. 5.3

При отсутствии напряжения на затворе p–n–переходы закрыты собственным внутренним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет максимальным (Uзи = 0, Ic1 = max).

При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина p–n–переходов увеличивается, а ширина канала и ток стока уменьшаются

(|Uзи| > 0, Ic2 < Ic1).

При достаточно больших напряжениях на затворе ширина p–n–переходов может увеличиться настолько, что они сольются и ток стока станет равным нулю (|Uзи| >> 0, Ic3 = 0).

Напряжение на затворе, при котором ток стока равен нулю, называется напряжением отсечки.

Таким образом, полевой транзистор представляет собой управляемый полупроводниковый прибор, у которого, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока. Поэтому принято говорить, что полевые транзисторы с управляющими p–n–переходами работают только в режиме обеднения канала.

Характеристики и параметры полевых транзисторов

К основным характеристикам относятся:

Стокозатворная характеристика – это зависимость тока стока (Ic) от напряжения на затворе (Uси) для транзисторов с каналом n–типа.

Стоковая характеристика – это зависимость Ic от Uси при постоянном напряжении на затворе. Ic = f (Uси) при Uзи = Const

Основные параметры:

1) Напряжение отсечки.

2) Крутизна стокозатворной характеристики. Она показывает, на сколько изменится ток стока при изменении напряжения на затворе на 1В.

при Uси = const

3) Внутреннее сопротивление (или выходное) полевого транзистора

при Uзи = const.

4) Входное сопротивление.

Так как на затвор подаётся только запирающее напряжение, то ток затвора будет представлять собой обратный ток закрытого p-n–перехода и будет очень мал. Величина входного сопротивления Rвх будет очень велика и может достигать 10 Ом.

Полевые транзисторы с изолированным затвором

Данные приборы имеют затвор в виде металлической плёнки, которая изолирована от полупроводника слоем диэлектрика, в виде которого применяется окись кремния. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором называют МОП или МДП. Аббревиатура МОП расшифровывается как металл, окись, полупроводник, а МДП – металл, диэлектрик, полупроводник.

МОП транзисторы могут быть двух видов: со встроенным, либо с индуцированным каналом.

Транзисторы со встроенным каналом

Основой такого транзистора является кристалл кремния p или n–типа проводимости.

Для транзистора с n–типом проводимости:

Uзи = 0; Ic1; Uзи > 0; Ic2 > Ic1; Uзи < 0; Ic3 < Ic1; Uзи << 0; Ic4 = 0.

Принцип действия.

Под действием электрического поля между стоком и истоком через канал будут протекать основные носители зарядов, т. е. будет существовать ток стока. При подаче на затвор положительного напряжения электроны как неосновные носители подложки будут притягиваться в канал. Канал обогатится носителями заряда, и ток стока увеличится. При подаче на затвор отрицательного напряжения электроны из канала будут уходить в подложку, канал обеднится носителями зарядов, и ток стока уменьшится. При достаточно больших напряжениях на затворе все носители заряда могут из канала уходить в подложку, и ток стока станет равным нулю. Следовательно, МОП транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения зарядов.

Транзисторы с индуцированным каналом

Uз = 0; Ic1 = 0; Uз < 0; Ic2 = 0; Uз > 0; Ic3 > 0.

При напряжениях на затворе, равных или меньше нуля, канал отсутствует, и ток стока будет равен нулю. При положительных напряжениях на затворе электроны, как не основные носители заряда подложки p–типа, будут притягиваться к затвору, а дырки будут уходить вглубь подложки. В результате в тонком слое под затвором концентрация электронов превысит концентрацию дырок, т. е. в этом слое полупроводник поменяет тип своей проводимости. Образуется (индуцируется) канал, и в цепи стока потечёт ток. Таким образом, МОП транзисторы с индуцированным каналом могут работать только в режиме обогащения.

Полевые транзисторы обладают рядом существенных преимуществ над биполярными:

– Имеют высокое входное сопротивление (10⁶ – 10⁸ом для транзисторов с управляющим p–n–переходом, 10¹⁰ – 10¹³ом – с МДП).

– Устойчивы к воздействию ионизирующего излучения.

– Способны работать при температурах до - 197⁰С.

– Обладают малым уровнем собственного шума.

– Занимают малую площадь на поверхности полупроводника, что позволяет на их основе изготавливать интегральные схемы с высокой степенью интеграции.