Характеристики и параметры полевых транзисторов

К основным характеристикам полевых транзисторов относятся:

1. стокозатворная - зависимость тока стока I_с от напряжения на затворе U_зи для транзисторов с ка­налом n типа (рис. 8.6)

Рис. 8.6. Стокозатворная характеристика

2. стоковая - зависимость тока стока I_с от напряже­ния сток исток U_си при постоянном напряжении на затворе, I_с = f(U_си) при U_зи = const (рис. 4.7).

Рис. 8.7. Стоковая характеристика

Основные параметры:

1. напряжение отсечки;

2. крутизна стокозатворной характеристики пока­зывает, на сколько миллиампер изменится ток стока полевого транзистора при изменении напряжения на затворе на 1 В при фиксированном напряжении сток исток. Крутизну стокозатворной характеристики можно вычислить по следующим формулам,

S = ΔI_c/ΔU_зи = (I_c2 – I_c1)/(U_зи2 – U_зи1).

3. внутреннее сопротивление, иногда называемое выходным, полевого транзистора, равное частному прира­щений напряжения сток исток транзистора и тока стока при фиксированном напряжении затвор исток, можно вычислить по формуле

R_i = ΔU_си/ΔI_c.

Приращения напряжения сток исток ΔU_си и тока стока ΔI_с можно определить по графику выходных ха­рактеристик полевого транзистора, изображенных на рис. 8.8.

Рис. 8.8. Выходные характеристики

4. входное сопротивление полевого транзистора, равное частному приращений напряжения затвор исток и тока затвора, можно найти согласно выражению

R_вх = ΔU_зи/ΔI_з.

Ввиду того, что на затвор полевого транзистора подают запирающее напряжение, ток затвора будет представлять собой обратный ток закры­того p-n перехода и будет очень мал. Величина входного сопротивления R_вх полевого транзистора весьма велика и может достигать 10⁹ Ом.

Полевые транзисторы с изолированным затвором

Затворы полевого транзистора с изолированным затвором выполнены из пленки металла, которая изолирована от полупроводника слоем диэлектрика, в качестве которого применяется оксид кремния SiO2, поэтому их называют МОП и МДП. Аббревиатура МОП расшифровывается как металл - оксид - полупроводник. Аббревиатура названия МДП транзисторов расшифровывается как металл - диэлектрик - полупроводник. В зарубежной литературе МОП транзисторы называют MOSFET.

МОП транзисторы могут быть двух видов: со встроен­ным и индуцированным каналом.

Транзисторы со встроенным каналом. Основой таких полевых транзисторов является кристалл полупроводника из кремния p или n типа проводимости (рис. 8.9).

Рис. 8.9. Устройство транзисторов со встроенным каналом

Принцип действия полевых транзисторов с n типом проводимости таков. Под действием электрического поля между стоком и истоком через канал будут протекать основные носители зарядов, т. е. будет существовать ток стока I_с1. При подаче на затвор положительного на­пряжения U_зи > 0 электроны как неосновные носители зарядов подложки будут втягиваться в канал. Канал обогатится носителями заряда, и ток стока увеличится I_с2 > I_с1. При подаче на затвор отрицательного напря­жения U_зи < 0 электроны из канала будут уходить в подложку, канал будет беден носителями зарядов, и ток стока уменьшится I_сЗ < I_с1. При достаточно больших напряжениях на затворе U_зи < 0 все носители заряда могут из канала вытягиваться в подложку, и ток стока полевого транзистора станет равным 0, I_с4 = 0. Следовательно, МОП транзисторы со встроенным ка­налом могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения зарядов. На рис. 8.10 показана зависимость токов стоков от напряжения затвор исток и напряжения отсечки для транзисторов n и p типа проводимости.

Рис. 8.10. Токи стоков транзисторов со встроенным каналом

Транзисторы с индуцированным каналом. Устройс­тво транзисторов с индуцированным каналом показано на рис. 8.11, а зависимость токов стоков от напряжений на затворах для транзисторов n и p типов проводимости — на рис. 8.12

Рис. 8.11. Устройство транзисторов с индуцированным каналом

Рис.8.12. Зависимость токов стоков от напряжений на затворах

При напряжениях на затворе, равных или меньше нуля, канал в транзисторе отсутствует, и ток стока будет равен 0. При положительных напряжениях на затворе по­левого транзистора электроны, как неосновные 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. Следовательно, в этом слое полупроводник поменяет тип проводимости, образуется или индуцируется канал и в цепи стока транзистора потечет ток. Делаем вывод, что МОП транзисторы с индуциро­ванным каналом могут работать только в режиме обога­щения. МОП транзисторы обладают большим входным сопро­тивлением, чем транзисторы с управляемым переходом. Входное сопротивление МОП транзисторов может нахо­диться в пределах от 10¹³ до 10₁₅ Ом.