Принцип работы моп транзистора с встроенным каналом:

Теперь у транзистора есть ток даже при нулевом напряжении на затворе, и есть возможность управлять им.

В зависимости от полярности напряжения, приложенного к за­твору (относительно истока), канал может обедняться или обогащаться носи­телями заряда (электронами).

При отрицательном напряжении на затворе электроны проводимости выталки­ваются из области канала в объем полупроводника подложки. При этом канал обедняется носителями заряда, что ведет к уменьшению тока в канале.

При U_3И < 0 и других значений напряжений U_3И <U_ПOP канал между стоком и исто­ком отсутствует, в цепи стока течет пренебрежительно малый ток стокового перехода.

Положительное напряжение на затворе способствует втягиванию электронов проводимости из подложки в канал. В этом режиме, а это ре­жим обогащения, ток канала возрастает.

Таким образом, в отличие от ПТ с p-n переходами транзистор с изолированным затвором может работать с нулевым, отрицательным или положительным на­пряжением на затворе.

В рассмотренных случаях мы рассматривали структуры с р-подложкой. Можно использовать n-подложку.

Все рассуждения для неё будут те же, но на затвор надо подавать отрицательное напряжение, и канал будет р-типа.

Структура МОП транзистора имеет 4 контакта. Иногда их все используют. Однако чаще исток соединяют с подложкой, и остаётся только три контакта.

Статические характеристики моп транзистора

На рис. 10.4 представлены стокозатворная и выходная характеристики полевого транзистора МДП с индуцированным n-каналом (подложка-р).

Рис.10.4 Стокозатворная и выходная характеристики полевого транзистора МДП с индуцированным n-каналом

Видно, что в этом случае все потенциалы положительны.

Стокозатворная характеристика имеет вид параболы.

I_C=A(U_ЗИ-U_ОТС)² при U_ЗИ <U_ОТС (10.2)

A – коэффициент, зависящий от конструкции и технологии изготовления транзистора, [А/В]

Крутизна стоко-затворной характеристики (характеристики управления)

S=_c/U_зи (10.3)

размерность [mA/В]

Зависимость тока стока от напряжения сток-исток представлена справа на рис.10.4.

Вопрос, почему характеристики не прямые – кажется, что только от напряжения U_ЗИ зависит проводимость канала, и, следовательно, должен соблюдаться закон Ома, т.е. ток стока должен быть пропорционален напряжению сток-исток.

Однако из рис.10.4 видно, что чем больше напряжение сток-исток, тем больше сопротивление канала.

Объясняется это тем, что в канале есть падение напряжения, а, так как в затворе нет никаких токов, то напряжение во всех точках затвора одинаковое.

Если исток и подложка соединены, то в канале близ истока напряжение равно 0, а вблизи стока равно U_СИ , значит разность потенциалов между затвором и подложкой будет уменьшаться от истока к стоку, канал будет иметь разную толщину и электропроводность, как показано на рис.10.5

Рис.10.5 Модуляция канала

При U_зинас происходит перекрытие канала около стока и дальнейшее увеличение напряжения на стоке не приводит к увеличению тока стока.

УГО МОП полевого транзистора с n-каналом (слева) и с р-каналом (справа).

Рис.10.6 УГО транзисторов с встроенным каналом

Это МОП транзисторы с индуцированным каналом.

Характеристики МОП транзистора с встроенным каналом будут выглядеть:

Рис.10.7 Стокозатворная и выходная характеристики полевого транзистора МДП с встроенным n-каналом

У ГО: обозначаются такие транзисторы почти так же, как и транзисторы с индуцированным каналом:

Рис.10.8 УГО транзисторов с индуцированным каналом

Параметры полевых транзисторов

Основные электрические параметры полевых транзисторов

Независимо от конструкции ПТ характеризуются одними и теми же элек­трическими параметрами, различия проявляются только в количественных зна­чениях этих параметров.

1. Крутизна стоко-затворной характеристики (характеристики управления) S [ мА/В];

Коэффициент усиления каскада на полевом транзисторе зависит от крутизны

К_u = S R_н (10.4)

2. Внутреннее (дифференциальное) сопротивление, являющееся выходным со­противлением R_выx транзистора в [кОм]

R_i = U_СИ/I_С при U_3И = const. (10.5)

Дифференциальное сопротивление определяется по статическим стоковым характеристикам. Оно практически не зависит от тока стока и уменьшается с увеличением напряжения на стоке.

3. Статический коэффициент усиления по напряжению.

Показывает, во сколько раз изменение напряжения на затворе больше, чем изменение напряжения на стоке:

 = U_cи /U_зи при Ic = const. (10.6)

4. Ток затвора I₃. Ток затвора у транзисторов с управляющим р-п переходом зависит от температуры;

У МДП-транзисторов этой зависимости практически нет. Величина тока затвора не превышает десятков [нА ]

5. Пороговое напряжение

и_пор или напряжение отсечки.

Изменяется с изме­нением температуры, величина его и знак зависят от типа транзистора и состав­ляют доли или единицы вольт.

6. Емкости транзистора:

С_зи - входная; С_зс - проходная; С_си - выходная.

С увеличением напряжения на стоке U_c емкости уменьшаются, причем выход­ная меняется существенно, входная и проходная - на 10 - 15%.

7. Коэффициент шума [дБ]

Шумы ПТ определяются тремя составляющими:

- тепловой;

- избыточный (фликкер-шум или 1/f);

- дробовый.

Избыточный или l/f шум преобладает в области низких частот, его интенсив­ность изменяется примерно обратно пропорционально частоте. Источником его являются произвольные локальные изменения электрических свойств мате­риалов.

У ПТ с управляющим p-n переходом 1/f шум превышает тепловой только на частотах, меньших 100гц , у МДП-транзисторов он более интен­сивен и начинает заметно проявляться с частот порядка f = 1 - 5МГц .

Источником дробового шума является ток утечки затвора. Этот источник шума не является преобладающим и обычно он не учитывается.

Тепловой шум является основным на средних частотах, источник его - сопро­тивление канала постоянному току.

Тепловой и дробовой шумы не зависят от частоты, напряжение теплового и дробового шумов изменяются только при изменении полосы пропускания.

Коэффициент шума характеризует ухудшение соотношения сигнал/шум на выходе усилительного элемента, равен отношению на выходе к С/Ш на входе, выраженное в децибеллах.

К_Ш=10log ((P_C/P_Ш)_вых/(P_C/P_Ш)_вх) = 20log ((U_C/U_Ш)_вых/(U_C/U_Ш)_вх) (10.7)

Коэффициент шумов зависит от внутреннего сопротивления источника усили­ваемого сигнала R_г.