Слайд 1Полевые транзисторы: принцип работы, характеристики,
схемы включения
Слайд 2Различают полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом и на основе конструкции
металл—диэлектрик—полупроводник (МДП-транзисторы).
Слайд 3принцип работы полевого транзистора с управляющим
p-n-переходом и n-каналом
Полевые транзисторы
с управляющим p-n-переходом
Слайд 4Между двумя электродами, называемыми истоком И и стоком С, расположен
n-канал из полупроводника n-типа. Если между истоком и стоком включен
источник ЭДС положительным полюсом к стоку, то в n-канале есть ток проводимости, значение которого зависит от сопротивления канала.
Слайд 5В свою очередь сопротивление n-канала зависит от его ширины, которую
в полевых транзисторах можно изменять.
Для этого между третьим электродом,
называемым затвором 3, и истоком включен источник ЭДС EЗ отрицательным полюсом к затвору, так что p-n-переход между n-каналом и полупроводником p-типа, который находится у затвора, включен в обратном направлении.
Слайд 6Ширина обедненного подвижными носителями p-n-перехода (заштрихованная область) влияет на ширину
n-канала и тем самым на его проводимость.
Слайд 7Работу полевого транзистора с n-каналом и управляющим p-n-переходом определяют статические
стоковые IС(UСИ) при UЗИ=const и стокозатворные IС(UСЗ) при UСИ=const
характеристики.
(Последние в своем семействе мало отличаются друг от друга и поэтому представлены одной характеристикой.)
Слайд 8Чрезмерное увеличение напряжения UСИ вызывает лавинный пробой между затвором и
стоком. При напряжении UЗИ, меньшем напряжения отсечки UЗИотс, канал закрыт
(IС=-IЗ). Изменение полярности напряжений UСИ или UЗИ нарушает работу затвора.
Слайд 9Вместо n-канала может быть p-канал из полупроводника p-типа, а затвор
— из полупроводника n-типа.
Управление проводимостью канала электрическим полем с напряженностью,
направленной перпендикулярно движению носителей зарядов в канале, определяет название транзистора — полевой.
Слайд 10отличаются от полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом тем, что в
них электрод затвора 3 изолирован от канала слоем диэлектрика.
В
качестве диэлектрика обычно используется SiO2. Поэтому наряду с термином МДП пользуются термином МОП, отражающим структуру металл—оксид—полупроводник.
Полевые МДП-транзисторы
Слайд 11МДП-транзистор представляет собой пластину кремния p или n-типа, называемую подложкой
П, в которой создаются две области с противоположным типом проводимости.
Одна из этих областей используется как исток И, другая — как сток С.
Слайд 12МДП-транзистор с встроенным каналом
Слайд 13МДП-транзистор с встроенным n-каналом содержит подложку из полупроводника p-типа, в
которой создаются две области полупроводника n-типа для стока и истока.
Вследствие контактных явлений на границе раздела диэлектрика и подложки в ее приграничном слое образуется инверсный слой, т.е. n-канал.
Слайд 14Этот канал соединяет между собой области стока и истока при
отсутствии напряжения UЗИ=0. При UЗИ>0 канал обобщается электронами, при UЗИ
обедняется.
Слайд 15Статические стоковые и стокозатворные характеристики МДП-транзистора с встроенным n-каналом, где
U3Иотс — напряжение отсечки.
Слайд 16Особенность МДП-транзисторов с встроенным каналом заключается в возможности их работы
в режиме обеднения и обогащения канала.
Слайд 17получается, если в структуре транзистора с встроенным каналом слой полупроводника
подложки под диэлектриком Si02 лигировать акцепторами.
Тогда при напряжении UЗИ
= 0 проводящий канал между стоком и истоком отсутствует и возникает при напряжении UЗИ > UЗИпор
МДП-транзистор с индуцированным n-каналом
Слайд 18Стоковые и стокозатворные статические характеристики МДП-транзистора с индуцированным n-каналом.
Слайд 19В МДП-транзисторах электрод подложки либо соединяется с электродом истока, либо
служит в качестве второго затвора.
Чаще используется схема включения полевого транзистора
с общим истоком (ОИ)
Слайд 20Условные обозначения полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом (1), МДП-транзисторов с
индуцированным каналом (2)
и МДП-транзисторов с встроенным каналом (3), а для
n-канала и б для p-канала.
Слайд 21Основными статическими параметрами полевых транзисторов являются: максимально допустимые значения постоянных
тока стока IСmax напряжений UСИmax, UЗИmax и мощности потерь Рпотmax=IСUСИ
определяют область работы транзистора, отмеченную на рис. штриховкой.
Режим покоя
Слайд 22Если в цепи между затвором и истоком действует изменяющееся во
времени напряжение uЗИ малого значения, то работу полевого транзистора можно
рассматривать как наложение режима покоя при отсутствии напряжения uЗИ и режима малого сигнала при отсутствии напряжений UСИ и UЗИ в схеме замещения.
Режим малого сигнала
Слайд 24В схеме замещения1/y11= Rвх и 1/y22 =Rвых - входное и
выходное сопротивления;
Suзи= y21 uзи — источник тока, управляемый напряжением uзи.
Это
позволяет рассматривать полевой транзистор как прибор, управляемый напряжением.
Слайд 25Величина S = y21 называется крутизной стокозатворной характеристики и является
основным параметром полевого транзистора в режиме малого сигнала.
Слайд 26Схема измерительной цепи на примере МДП-транзистора с индуцированным n-каналом, включенного
по схеме с ОИ, и совмещенные временные диаграммы его включения
и выключения.
Импульсные характеристики полевого транзистора в основном определяются емкостями между его электродами СЗИ, ССИ, СЗС.
Ключевой режим
Слайд 271 этап - в основном заряжается емкость СЗИ от источника
ЭДС е3 в течение времени от начала его действия в
момент времени t1, до момента времени t2. когда напряжение uзи достигнет значения U3Ипор. При этом n-канал продолжает быть закрытым, а транзистор — выключенным.
Включение транзистора происходит в два этапа:
Слайд 282 этап - начиная с момента времени t2, открывается n-канал.
Увеличивается ток iС, уменьшается напряжение uСИ и от источника ЭДС
е3 перезаряжается емкость СЗС. При этом напряжение uЗИ=UЗИпор и заряд емкости Сзи остаются практически неизменными до полного включения транзистора в момент времени t3 достижения током стока максимального значения IС=UС/RС. Далее еще в течение некоторого времени емкости СЗИ и CЗC заряжаются от источника ЭДС е3 до установившегося значения напряжения uЗИу
Слайд 29На первом этапе разряжаются емкости СЗИ и СЗС от момента
времени t4 окончания действия ЭДС е3 до момента времени t5,
когда напряжение uЗИ уменьшится до значения UЗИпор. При этом n-канал продолжает быть открытым, а транзистор — включенным.
Выключение транзистора
Слайд 30На втором этапе начинает закрываться n-канал. Уменьшается ток iС, увеличивается
напряжение uСИ и от источника ЭДС EC заряжается в основном
емкость СЗС. При этом в течение некоторого времени до полного закрытия n-канала напряжение uЗИ=UЗИпор, а затем уменьшается до нуля.
Слайд 31• интервалы времени задержки нарастания
тока стока Δtзад.нар., нарастания тока стока
Δtнар., задержки спада тока стока Δtзад.спад. и спада тока стока
Δtспад.;
• входная СВХ=CЗС+СЗИ, выходная СВЫХ=ССИ+СЗС и проходная Спрох = СЗС емкости;
Основными импульсными параметрами МДП-транзистора являются:
Слайд 32Заряды q1 и q2 получаемые входной емкостью Cвх от источника
ЭДС e3 за интервалы времени Δtзад.нар. И Δtнар., и установившийся
qу;
Слайд 33• сопротивление RСИвкл и напряжение UСИвкл между стоком и истоком
для включенного МДП-транзистора;
• ток стока для выключенного МДП-транзистора IСотс (ток
отсечки).
Слайд 34Основные достоинства полевых транзисторов - большое сопротивление входной цепи (1-104
МОм), что упрощает управление ими от источника малой мощности.
Основной недостаток
— относительно невысокое допустимое значение напряжения между стоком и истоком (до нескольких сотен вольт).