Характеристики полевых транзисторов с p-n-переходом
Стока-затворные (или передаточные) (рисунок 1.42 б):
Ic = f (Uз-и) / Uc-и = const.
Стоковые (или выходные) (рисунок 1.42 а):
Ic,
mA
Ic,
mA
б
а
20
В
-Uз-и,
В
15
-5
10
5
10
-15
В
-10
В
-5
В
Uс-и
= 30 В
Uс-и,
В
Uз-и
= 0
0
5
10
Рисунок 1.41 – Характеристики полевых транзисторов с p-n- переходом
Выходная характеристика показывает, что с увеличением Ucи ток стока Ic начала растет довольно быстро, а затем это нарастание замедляется, т. е. наступает насыщение. Именно в этой области насыщения, на пологих участках и происходит работа транзистора.
Явление насыщения объясняется тем, что при повышении Ucи ток Ic должен увеличиваться, но т. к. одновременно повышается обратное напряжение на p-n-переходе, то запирающий слой расширяется, а канал сужается, т. е. его сопротивление возрастает, и Ic должен уменьшаться. Т. е. имеют место два взаимно противоположных воздействия на ток, который в результате остается почти постоянным.
При подаче большего отрицательного Uз-и ток стока Ic уменьшается и характеристика проходит ниже.
Дальнейшее повышение Ucи приводит к электрическому пробою p-n-перехода и Ic начинает лавинно возрастать.
Параметры.
Крутизна S =
|Uси
= const
характеризует управление действия
затвора. Например, S
= 3 мA / B означает, что изменение Uз-и
на 1 В создает изменение тока стока на
3 мA.Внутренне (выходное) сопротивление Ri =
|Uç−è
,
т. е. это сопротивление транзистора
между стоком и истоком.Коэффициент усиления M = −
|Ic
= const,
показывает, во сколько раз сильнее на
Ic
действует изменение Uзи,
по сравнению с Ucи.
Т. е. выражается отношением таких
изменений напряжений, которые компенсируют
друг друга по действию на Ic.
Для такой компенсации напряжения должны
иметь разные знаки, отсюда знак минус.
M = S · Ri и имеет значения от сотни до тысячи на пологом участке.
Входные сопротивления Râõ =
|Uси
= const.
Т. к. Iз
является обратным током p-n-перехода,
значит он очень мал и Rвх
≈ ед. – дес. мОм
5 Межэлектродные емкости:
Сзи – входная емкость – это барьерная емкость p-n-перехода;
Сзс – проходная емкость между З и С;
Сcи – выходная емкость.
Полевые транзисторы с изолированным затвором (мдп)
В отличие от полевых транзисторов с p-n-переходом, в которых затвор имеет непосредственный электрический контакт с областью токопроводящего канала, в МДП–транзисторах затвор изолирован от канала слоем диэлектрика.
МДП–транзисторы со встроенным каналом
Конструкция
-
с
з
и
n
p
n
n
n
+
+
-
(+)
Рисунок 1.42 – Конструкция МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа
В ней созданы 2 области с повышенной проводимостью n+-типа. Эти области являются стоком и истоком. Между ними имеется тонкий приповерхностный канал с электропроводностью n-типа. Длина канала примерно на 2 порядка меньше его ширины.
Толщина диэлектрического слоя (обычно это SiO2) ≈ 0,1 – 0,2 мкм. Сверху диэлектрического слоя расположен затвор в виде тонкой металлической пленки. В МДП–транзисторе обычно делают четвертый электрод, которым является подложка (т. е. пластина p-типа).
Принцип работы
Если при Uзи = 0 приложить напряжение между стоком и истоком Ucи, то через канал потечет ток, представляющий собой поток электрона.
При подаче Uзи > 0 в канале создается поперечное электрическое поле, под влиянием которого электроны проводимости выталкиваются из канала в области стока, истока и в кристалл. Канал объединяется электроном, сопротивление его увеличивается, Ic уменьшается.
Чем больше напряжение на затворе Uзи, тем меньше Ic. Такой режим транзистора называют режимом обеднения.
Если Uзи < 0, то под действием поля, созданного этим напряжением, из областей стока, истока и кристалла в канал будут приходить электрона, проводимость канала увеличится и Ic возрастет. Этот режим называют режимом обогащения.
Все эти физические процессы наглядно выражаются выходной (стоковой) характеристикой (рисунок 1.43 а).
По выходной характеристике можно построить стока-затворную (переходную) характеристику (рисунок 1.43 б). Как видно, выходные характеристики подобны таким же характеристикам транзистора с управляющим p-n-переходом.
Ic,
mA
Ic,
mA
б
а
-4
В режим
обеднения
-2
В
Uзи
= 0
+2
В режим
обогащения
+4
В
режим
обеднения
режим
обогащения
Ucи
= const
+Uзи,
В
0
-Uзи,
В
Ucи,
В
15
10
0
5
2,5
5
Рисунок 1.43 – Выходная и стока-затворная характеристики
МДП-транзистор с индуцированным (инверсным) каналом
Конструкция
От транзистора с встроенным каналом он отличается тем, что канал проводимости здесь специально не создается, а возникает (индуцируется) только при подаче на затвор напряжения определенной полярности (рисунок 1.44). При отсутствии этого напряжения канала нет, между истоком и стоком n+-типа только кристалл p-типа и на одном из p-n+-переходов получается обратное напряжение.
+
p
n
n
+
+
с
з
и
Рисунок 1.44 – Конструкция МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа
Принцип работы
Сопротивление между И и C велико, транзистор заперт. Но если подать на затвор в данном случае положительное напряжение, то под влиянием поля затвора электронами проводимости будут перемещаться из областей стока, истока и кристалла к затвору. Когда Uзи превысит некоторое отпирающее или пороговое напряжение, то в приповерхностном слое концентрация электрона настолько увеличится, что превысит концентрацию дырок, произойдет инверсия типа электропроводности, т. е. образуется канал n-типа и транзистор начнет проводить ток.
Чем больше положительное напряжение Uзи, тем больше проводимость канала и ток стока. Т. е. такой транзистор может работать только в режиме обогащения, что показывают его выходные характеристики и переходная характеристика (рисунок 1.45).
Uси
= const
Uзи
= + 2 В
Uзи,
В
Uси,
В
Iс,
mA
Iс,
mA
0
+4
+6
В
+8
В
+10
В
15
10
5
0
5
10
Рисунок 1.45 – Выходная и стока-затворная характеристики
МДП–транзисторы имеют лучшие температурные, шумовые, радиационные свойства по сравнению с полевыми транзисторами с управляющим p-n-переходом, кроме того, они просты в изготовлении.