16) Транзистори з керуючим pn переходом

Рис. 1. Пристрій польового транзистора з керуючим pn переходом

Польовий транзистор з керуючим pn переходом - це польовий транзистор, затвор якого ізольований (тобто відокремлений в електричному відношенні) від каналу pn переходом, зміщеним у зворотному напрямку.

Такий транзистор має два невипрямляющіх контакту до області, по якій проходить керований струм основних носіїв заряду, і один або два керуючих електронно-діркових переходу, зміщених у зворотному напрямку (див. рис. 1). При зміні зворотної напруги на pn переході змінюється його товщина і, отже, товщина області, по якій проходить керований струм основних носіїв заряду. Область, товщина і поперечний переріз якої управляється зовнішнім напругою на керуючому pn переході і по якій проходить керований струм основних носіїв, називають каналом. Електрод, з якого в канал входять основні носії заряду, називають витоком. Електрод, через який з каналу йдуть основні носії заряду, називають стоком.Електрод, службовець для регулювання поперечного перетину каналу, називають затвором.

Електропровідність каналу може бути як n-, так і p-типу. Тому по електропровідності каналу розрізняють польові транзистори з n-каналом і р-каналом. Все полярності напруги зсуву, що подаються на електроди транзисторів з n-і з p-каналом, протилежні.

Управління струмом стоку, тобто струмом від зовнішнього щодо могутнього джерела живлення в ланцюзі навантаження, відбувається при зміні зворотної напруги на pn переході затвора (або на двох pn переходах одночасно). У зв'язку з малістю зворотних струмів потужність, необхідна для управління струмом стоку і споживана від джерела сигналу в ланцюзі затвора, виявляється нікчемно малою. Тому польовий транзистор може забезпечити посилення електромагнітних коливанні як по потужності, так і по струму і напрузі.

Таким чином, польовий транзистор за принципом дії аналогічний вакуумному тріода. Исток в польовому транзисторі подібний катоду вакуумного тріода, затвор - сітці, стік - аноду. Але при цьому польовий транзистор істотно відрізняється від вакуумного тріода. По-перше, для роботи польового транзистора не вимагається підігріву катода. По-друге, будь-яку з функцій витоку і стоку може виконувати кожний з цих електродів. По-третє, польові транзистори можуть бути зроблені як з n-каналом, так і з p-каналом, що дозволяє вдало поєднувати ці два типи польових транзисторів у схемах.

Від біполярного транзистора польовий транзистор відрізняється, по-перше, принципом дії: у біполярному транзисторі управління вихідним сигналом проводиться вхідним струмом, а в польовому транзисторі - вхідною напругою або електричним полем. По-друге, польові транзистори мають значно більші вхідні опору, що пов'язано із зворотним зсувом pn-переходу затвора в даному типі польових транзисторів. По-третє, польові транзистори можуть мати низьким рівнемшуму (особливо на низьких частотах), так як в польових транзисторах не використовується явище інжекції неосновних носіїв заряду і канал польового транзистора може бути відділений від поверхні напівпровідникового кристала. Процеси рекомбінації носіїв у pn переході і в базі біполярного транзистора, а також генераційно-рекомбінаційні процеси на поверхні кристала напівпровідника супроводжуються виникненням низькочастотних шумів.

Параметри ПТ з керуючим р-п переходом:

- максимальне значення струму стоку, сягає від десятків міліампер до одного ампера;

- максимальне значення напруги стік-витік, становить до 100 В;

- напруга відтинання ;

-внутрішнійопір;- крутизна стік-затворної характеристики;

- вхідний опір, становить десятки мегаом.

17)

Рис. 3. Вихідні статичні характеристики (a) і статичні характеристики передачі (b) МДП-транзистора з вбудованим каналом.

У даній схемі в якості нелінійного елемента використовується МДП транзистор з ізольованим затвором і індукованим каналом.

У зв'язку з наявністю вбудованого каналу в такому МДП-транзисторі при нульовій напрузі на затворі (див. рис. 2, б) поперечний переріз і провідність каналу змінюватимуться при зміні напруги на затворі як негативної, так і позитивної полярності. Таким чином, МДП-транзистор з вбудованим каналом може працювати в двох режимах: у режимі збагачення і в режимі збіднення каналу носіями заряду. Ця особливість МДП-транзисторів з вбудованим каналом відбивається і на зсуві вихідних статичних характеристик при зміні напруги на затворі і його полярності (рис. 3).

Статичні характеристики передачі (рис. 3, b) виходять із точки на осі абсцис, відповідній напрузі відсічення U _ЗІотс, тобто напрузі між затвором і витоком МДП-транзистора з вбудованим каналом, що працює в режимі збіднення, при якому струм стоку досягає заданого низького значення .

Формули розрахунку   в залежності від напруги U _ЗИ

1. Транзистор закрито 

Порогове значення напруги МДП транзистора 

2. Параболічний ділянку. 

 -Питома крутість транзистора.

3. Подальше збільшення U _3 u призводить до переходу на пологий рівень.

 - Рівняння Ховстайна.

18) При напрузі на затворі щодо витоку, рівному нулю, і при наявності напруги на стоці, - струм стоку виявляється нікчемно малою. Він являє собою зворотний струм pn переходу між підкладкою і сільнолегірованной областю стоку. При негативному потенціалі на затворі (для структури, показаної на рис. 2, а) в результаті проникнення електричного поля через діелектричний шар в напівпровідник при малих напругах на затворі (менших U _ЗІпор) біля поверхні напівпровідника під затвором виникає збіднений основними носіями шар ефект поля і область об'ємного заряду, що складається з іонізованих нескомпенсованих домішкових атомів. При напругах на затворі, великих U _ЗІпор, у поверхні напівпровідника під затвором виникає інверсний шар, який і є каналом, що з'єднує витік із стоком. Товщина і поперечний переріз каналу будуть змінюватися зі зміною напруги на затворі, відповідно змінюватиметься і струм стоку, тобто струм в ланцюзі навантаження і щодо потужного джерела живлення. Так відбувається управління струмом стоку в польовому транзисторі з ізольованим затвором і з індукованим каналом.

У зв'язку з тим, що затвор відокремлений від підкладки діелектричним шаром, струм в ланцюзі затвора нікчемно малий, мала і потужність, споживана від джерела сигналу в ланцюзі затвора і необхідна для управління відносно великим струмом стоку. Таким чином, МДП-транзистор з індукованим каналом може виробляти посилення електромагнітних коливань по напрузі і по потужності.

Принцип посилення потужності в МДП-транзисторах можна розглядати з точки зору передачі носіями заряду енергії постійного електричного поля (енергії джерела живлення в вихідний ланцюга) змінному електричному полю. У МДП-транзисторі до виникнення каналу майже вся напруга джерела живлення в ланцюзі стоку падало на напівпровіднику між витоком і стоком, створюючи відносно велику постійну складову напруженості електричного поля. Під дією напруги на затворі в напівпровіднику під затвором виникає канал, по якому від витоку до стоку рухаються носії заряду - дірки. Дірки, рухаючись у напрямку постійної складової електричного поля, розганяються цим полем і їх енергія збільшується за рахунок енергії джерела живлення, в ланцюзі стоку. Одночасно з виникненням каналу і появою в ньому рухомих носіїв заряду зменшується напруга на стоці, тобто миттєве значення змінної складової електричного поля в каналі направлено протилежно постійної складової. Тому дірки гальмуються змінним електричним полем, віддаючи йому частину своєї енергії.

19) Тири́стор — це перемикальний напівпровідниковий прилад, що проводить струм тільки в одному напрямку. Цей радіоелемент часто порівнюють з керованим діодом і називають напівпровідниковим керованим вентилем

Тиристор має три виходи, один з яких — керуючий електрод — використовується для різкого переводу тиристора у включений стан.

Тиристор суміщає в собі функції випрямляча, вимикача і підсилювача. Часто він використовується як регулятор, головним чином, коли схема живиться змінною напругою. Основні властивості тиристора:

ВАХ тиристорів (на русском):

(Вольт-амперная характеристика диодного тиристора, приведенная на рисунке 7.4, имеет несколько различных участков. Прямое смещение тиристора соответствует положительному напряжению V_G, подаваемому на первый p₁-эмиттер тиристора.

Участок характеристики между точками 1 и 2 соответствует закрытому состоянию с высоким сопротивлением. В этом случае основная часть напряжения V_G падает на коллекторном переходе П₂, который в смещен в обратном направлении. Эмиттерные переходы П₁ и П₂ включены в прямом направлении. Первый участок ВАХ тиристора аналогичен обратной ветви ВАХ p-n перехода.

При достижении напряжения V_G, называемого напряжением включения U_вкл, или тока J, называемого током включения J_вкл, ВАХ тиристора переходит на участок между точками 3 и 4, соответствующий открытому состоянию (низкое сопротивление). Между точками 2 и 3 находится переходный участок характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением, не наблюдаемый на статических ВАХ тиристора)

Основні параметри (на русском):

К основным параметрам тиристора можно отнести:

- допустимое значение среднего прямого тока

- максимальный постоянный прямой ток;

- максимально допустимое напряжение – определяется по наименьшему из значений прямого и обратного напряжений, соответствующих началу крутого нарастания обратного тока;

- обратный ток тиристора;

- напряжение и ток удержания, соответствующие переходу тиристора из закрытого состояния в открытое.

20) Маркування напівпровідникових приладів. За зошитом електроніки та електро монтажної практики.

(Дополнительно к 17 и 18 вопросу, то что включает в себя изолированный и индуктивный канал)

Польовий транзистор з ізольованим затвором - це польовий транзистор, затвор якого відокремлений в електричному відношенні від каналу шаром діелектрика.

У кристалі напівпровідника з відносно високим питомим опором, який називають підкладкою, створено дві сільнолегірованние області з протилежним щодо підкладки типом провідності. На ці області нанесені металеві електроди - витік і стік. Відстань між сильно легованими областями витоку і стоку може бути менше мікрона. Поверхня кристала напівпровідника між витоком і стоком покрита тонким шаром (близько 0,1 мкм) діелектрика. Так як вихідним напівпровідником для польових транзисторів звичайно є кремній, то в якості діелектрика використовується шар двоокису кремнію SiO _2, вирощений на поверхні кристала кремнію шляхом високотемпературного окислення. На шар діелектрика нанесений металевий електрод - затвор. Виходить структура, що складається з металу, діелектрика і напівпровідника. Тому польові транзистори з ізольованим затвором часто називають МДП-транзисторами.

Вхідний опір МДП-транзисторів може досягати 10 ¹⁰... ^{10 14} Ом (у польових транзисторів з керуючим pn-Перехід 10 ⁷... 10 ^9), що є перевагою при побудові високоточних пристроїв.

Існують два різновиди МДП-транзисторів: з індукованим каналом та вмонтованим каналом.

У МДП-транзисторах з індукованим каналом (рис. 2, а) проводить канал між сільнолегірованнимі областями витоку і стоку відсутній і, отже, помітний струм стоку з'являється тільки при певній полярності і при певному значенні напруги на затворі щодо витоку, яке називають граничним напруженням ( U _ЗІпор).

У МДП-транзисторах з вбудованим каналом (рис. 2, б) у поверхні напівпровідника під затвором при нульовій напрузі на затворі щодо витоку існує інверсний шар - канал, який з'єднує витік із стоком.

Зображені на рис. 2 структури польових транзисторів з ізольованим затвором мають підкладку з електропровідністю n-типу. Тому сільнолегірованние області під витоком і стоком, а також індукований і вбудований канал мають електропровідність p-типу. Якщо ж аналогічні транзистори створені на підкладці з електропровідністю p-типу, то канал у них буде мати електропровідність n-типу.

24. Фотоефект у р-п-переході.

При освітленні електронно – діркового переходу і ділянок напівпровідників, що примикають до нього, між ними виникає електрорушійна сила. Цей ефект називають фотогальванічним.

Розглянемо р-n структуру, в якої р-n перехід і безпосередньо прилягаюча до нього частина р- і n - областей піддаються дії світла (рисунок 1). Потік падаючих на напівпровідник фотонів створює в ньому деяку кількість рухливих носіїв зарядів— електронів і дірок. Частина з них, дифундуючи до переходу, досягає його границі, не встигнувши рекомбінувати. На границі переходу електронно – діркові пари розділяються електричним полем переходу. Неосновні носії, для яких поле р-n переходу є прискорює, викидаються цим полем за перехід: дірки в р- , а електрони в n- області. Основні носії зарядів затримуються полем переходу у своїй області. В результаті відбувається нагромадження не скомпенсованих зарядів і на р-n переході створюється додаткова різниця потенціалів, яка називається фото-електрорушійною силою (фото - е. р. с.).

Рисунок 1 – Електронно – дірковий перехід під дією світла

Величина фото - е. р. с. залежить від інтенсивності світлового потоку і звичайно складає десяті частки вольта. Якщо ланцюг рn - структури при цьому замкнути, то в ньому під дією фото - е. р. с. створюється електричний струм, сила якого залежить від величини світлового потоку й опору навантаження.

Фотогальванічний ефект використовується в вентильних фотоелементах, фото діодах і фото транзисторах, виготовлених на основі селена, германію, кремнію.

26. Напівпровідникові фотоприймачі.