Область безопасной работы транзистора
Работа транзистора в каком-либо предельном режиме приводит к снижению надежности всего устройства. Поэтому назначение предельных режимов работы одного или нескольких транзисторов в схеме должно быть четко обусловлено технико-экономическими требованиями. Работа транзистора в совмещенных предельных режимах (например, по току коллектора и рассеиваемой мощности) не допустимо ни в каком случае.
Для любого транзистора в схеме существует некоторая область безопасной работы, рис. 2.49.
Рис.2.49. Область безопасной работы транзистора
Как видно из данного
рисунка, для предотвращения отказа
транзистора при увеличении напряжения
между коллектором и эмиттером необходимо
уменьшение коллекторного тока. Самая
«узкая» область соответствует постоянному
току. При импульсном токе коллектора
эта область расширяется. Причем чем
меньше длительность импульса, тем «шире»
область безопасной работы (
1>
2,
рис. 2.49).
В ряде электронных устройств или даже микросхем происходит автоматическое отслеживание области безопасной работы транзисторов в соответствии с принципом: Iк ► Uкэ .
Полевые транзисторы
В отличие от биполярных полевые транзисторы имеют значительно большее входное сопротивление и, следовательно, потребляют меньшую мощность от источника управляющего сигнала.
В полевых транзисторах перенос заряда осуществляется только основными носителями, поэтому они называются также униполярными.
Существует две больших группы полевых транзисторов: транзисторы с управляющим p-n –переходом и транзисторы с изолированным затвором.
На рис.2.50 показано обозначение на схемах транзисторов с затвором в виде p-n –перехода (с управляющим p-n –переходом).
Рис. 2.50. Полевые транзисторы с затвором в виде p-n-перехода
а.- обозначение на схемах n-канального транзистора;
б.- обозначение на схемах p-канального транзистора;
в.- управляющие характеристики.
Управляющим электродом является затвор (аналог базы у биполярного транзистора). Два других электрода называются исток и сток. Управление транзистором осуществляется с помощью напряжения Uзи, рис.2.50.в. Транзистор является нормально открытым, то есть при отсутствии управляющего напряжения он максимально открыт. Транзистор характеризуется начальным током стока Iс нач. при Uзи = 0. Далее по мере увеличения величины управляющего напряжения транзистор закрывается, рис.2.51. При Uзи = Uотс., где Uотс – напряжение отсечки, транзистор закрывается. Полярность управляющего напряжения зависит от типа проводимости транзистора (точнее от типа проводимости канала). Для n ‑ канального транзистора управляющее напряжение должно быть отрицательным, для р - канального – положительным.
Затвор «встраивается» в канал и имеет тип проводимости противоположный проводимости канала (n - канал, р - затвор или р–канал, n ‑ затвор). Таким образом, между каналом и затвором создается p‑n ‑ переход, который всегда смещается в обратном направлении. Именно поэтому транзистор и имеет очень большое входное сопротивление. Увеличение обратного напряжения на таком переходе приводит к расширению области, обедненной носителями заряда, формирующейся на границе раздела областей р- и n – проводимости. Расширение данной области уменьшает эффективную площадь поперечного сечения канала, его сопротивление увеличивается, и ток стока уменьшается, рис.2.51.
Рис. 2.51. Семейство статических выходных характеристик полевого транзистора с затвором в виде p-n-перехода.
Транзисторы с изолированным затвором имеют лучшие электрические параметры и являются наиболее распространенными. Их входное сопротивление еще больше по сравнению с транзисторами с управляющим p‑n ‑ переходом. Существует два вида транзисторов с изолированным затвором: транзисторы со встроенным каналом и транзисторы с индуцированным каналом, рис.2.52. На рис.2.52 показаны обозначение на схемах и характеристики n-канальных транзисторов. Тип проводимости канала отмечается направлением стрелки при новом выводе называемом подложкой.
Рис. 2.52. Полевые транзисторы с изолированным затвором
а. – обозначение на схемах транзисторов со встроенным каналом;
б. – семейство статических выходных характеристик транзистора со
встроенным каналом;
в. – обозначение на схемах транзисторов с индуцированным каналом;
г. – семейство статических выходных характеристик транзистора с
индуцированным каналом.
Транзисторы со встроенным каналом являются нормально открытыми.
Сопротивление канала имеет среднее значение. Можно сказать, что транзистор открыт наполовину. При подаче на затвор положительного напряжения электроны из подложки проводимости р – типа притягиваются в канал, и его сопротивление уменьшается. Отрицательным напряжением на затворе электроны выталкиваются из канала, эффективная площадь поперечного сечения его уменьшается, и сопротивление возрастает.
Транзисторы с индуцированным каналом нормально закрыты, так как канал у них отсутствует совсем. Формирование (индуцирование) канала происходит при подаче на затвор положительного напряжения, рис.2.52.г.
Особенностью транзисторов с изолированным затвором является их малая стойкость к статическому электричеству. Промежуток между затвором и каналом очень мал и легко пробивается разностью потенциалов, создающейся на наэлектризованных предметах. Транзистор может «умереть», даже если его просто взять в руки. Поэтому при работе с такими транзисторами и микросхемами на их основе следует предпринимать специальные меры предосторожности. Это относится и к диагностированию устройств, содержащих такие полупроводниковые компоненты. Следует отметить, что «живучесть» элементов данного типа повышается после установки их в схему (на плату печатного монтажа).