Температурное свойство транзисторов

Диапазон рабочих температур биполярного транзис­тора определяется температурными свойствами p-n перехода. При его нагревании от комнатной температуры, составляющей 25 °С, до 65 °С сопротивление базы и за­крытого коллекторного перехода уменьшается примерно от 15 до 20%. Особенно сильно нагревание полупровод­ника влияет на обратный ток коллектора I_кбо. Приме­ром может служить факт, что обратный ток коллектора увеличивается в 2 раза при увеличении температуры на каждые 10 °С. Таким образом, изменение температуры кристалла влияет на характеристики транзистора и по­ложение его рабочей точки (рис. 7.23).

Рис. 7.23. Изменение рабочей точки от изменения температуры

При увеличении температуры ток коллектора тран­зистора I_к увеличивается, а напряжение коллектор - эмиттер U_кэ уменьшается, что равносильно открыванию транзистора.

Делаем вывод, что каскад, выполненный по схеме включения транзистора с общим эмиттером, требует температурной стабилизации.

Частотное свойство транзисторов

Диапазон рабочих частот транзистора определяется следующими двумя факторами:

1. наличием барьерных емкостей на p-n переходах. Коллекторная емкость сильнее влияет на частотные свойства транзистора, так как она подключается параллельно большому сопротивлению (рис. 7.24);

2. возникновением разности фаз между токами эмит­тера и коллектора. Ток коллектора отстает от тока эмиттера на время, требуемое для преодоления базы транзистора носителями заряда.

Рис. 7.74. Эквивалентная схема транзисторного каскада

Рассмотрим рисунки векторов токов транзистора для трех случаев частот ω:

1. пусть ω₁ = 0, т. е. имеем дело с постоянным током, сдвиг фаз φ₁= 0, и коэффициент передачи тока равен β₁ = h₂₁ = I_к/I_б (рис.7.22);

2. допустим, имеется некая не очень высокая часто­та ω₂ > 0, φ₂ > φ₁,ток базы транзистора во втором случае будет больше, I_б2 > I_б1. Коэффициент передачи β₂ > β₁ (рис. 7.25);

3. предположим, что частота весьма высокая ω₃ > 0, при этом коэффициент передачи тока β₃ намного меньше, чем β₂ (рис. 7.22).

φ₁ = 0 φ₂ > φ₁ φ₃ > φ₂

Рис. 7.25. Фазовый сдвиг между токами эмит­тера и коллектора

Таким образом, с ростом частоты коэффициент усиле­ния по току уменьшается, поэтому для оценки частотных свойств биполярных транзисторов используют один из важнейших параметров, именуемый граничной частотой, f_гр - такая частота, на которой коэффициент усиления каскада уменьшается в √2 раз. Пользуясь понятием гра­ничной частоты, определим коэффициент передачи тока β по формуле

β = β₀/√1 + (f/f_гр)²,

где β₀ - коэффициент усиления на постоянном токе;

f - частота, на которой определяется коэффициент усиления β;

f_гр - граничная частота.

Лекция 8 Полевые транзисторы

Полевым транзистором называется полупроводни­ковый прибор, в котором ток обеспечивается прохожде­нием только основных носителей зарядов под действием продольного электрического поля, а управление этим током осуществляется поперечным электрическим по­лем, которое создается напряжением, приложенным к управляющему электроду. Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, называется истоком. Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называется стоком. Вывод полевого транзистора, к которому приклады­вают управляющее напряжение, создающее попереч­ное электрическое поле, называется затвором.

Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов между p-n переходами, называется каналом полевого транзистора. Полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом р или n типа. Переходы полевого транзистора с каналом n типа по­казаны на рис. 8.1, а с каналом p типа на рис.8.2.

Рис. 8.1. Переходы транзистора с каналом n типа

Рис. 8.2. Переходы транзистора с каналом p типа

Условное графическое изображение полевого транзис­тора с каналом n типа изображено на рис. 8.3, а с каналом p типа на рис. 8.4.

Рис. 8.3. УГО транзистора с каналом n типа

Рис. 8.4. УГО транзистора с каналом p типа

Принцип действия рассмотрим на примере полевого транзистора с каналом n типа (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Транзистор с каналом n типа

На затвор подается такое напряжение, чтобы переходы, были закрыты. Напряжение между стоком и истоком создает продольное электрическое поле, за счет которого через канал движутся основные носители заря­дов, создавая ток стока.

При отсутствии напряжения на затворе U_зи p-n пере­ходы закрыты собственным внутренним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна, и ток стока I_с1 будет максимальным. При увеличении запирающего напряжения на затворе U_зи > 0 ширина p-n переходов увеличивается, ширина канала уменьшается, и ток стока снижается I_с2 < I_с1. При достаточно больших напряжениях на затворе U_зи > 0 ширина p-n переходов может увеличиться настолько, что они сольются, ток стока станет равным 0, I_с3 = 0.

Напряжение на затворе, при котором ток стока равен 0, называется напряжением отсечки. Полевой транзистор представляет собой полностью управляемый полупроводниковый ком­понент, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока и поэтому принято говорить, что полевые транзисторы с управляющими p-n переходами работают только в режиме обеднения канала. В отличие от биполярных транзисторов, параметры и характеристики полевых транзисторов в значительно меньшей степени подвержены изменению при изменении температуры, ибо концентрация основных носителей заряда в широком диапазоне температур, исключая на­иболее низкие, практически не меняется.