| Ваш IP: 54.92.160.119 | Online(19) - гости: 11, боты: 8 | Загрузка сервера: 0.92 ::::::::::::

Полевые транзисторы

Биполярные транзисторы, нашли чрезвычайно широкое применение в различных областях электронной техники. Однако в ряде случаев их использование затруднено, так как эти приборы управляются током, т. е. потребляют заметную мощность от входной цепи. Это препятствует их использованию при подключении к маломощным источникам входного сигнала. Указанного недостатка лишены полевые транзисторы — полупроводниковые приборы, которые практически не потребляют ток из входной цепи.

Полевые транзисторы подразделяются на два типа, отличающихся друг от друга принципом действия:

  • с р-n переходом
  • МДП-типа (металл-диэлектрик-полупроводник, которые также называют МОП (металл-оксид-полупроводник))

рис.1.а

рис 1.б и 1.в

Полевые транзисторы с р-n переходом имеют структуру, разрез которой приведен на рис. 1.а. Слой с проводимостью р-типа называется каналом, он имеет два вывода во внешнюю цепь: С — сток и И — исток. Слои с проводимостью типа n, окружающие канал, соединены между собой и имеют вывод во внешнюю цепь, называемый затвором 3. Подключение источников напряжения к прибору показано на рис. 1.а, на рис. 1.б показано схемное обозначение полевого транзистора с р-n переходом и каналом р-типа. Существуют также полевые транзисторы с каналом n-типа, их обозначение приведено на рис. 1.в, принцип действия аналогичен, но направления токов и полярность приложенных напряжений противоположны.

рис 1.г

Рассмотрим принцип действия полевого транзистора с каналом р-типа. На рис. 1.г приведено семейство стоковых (выходных) характеристик этого прибора Iс = f(Uси) при Uзи = const.

При управляющем напряжении Uзи = 0 и подключении источника напряжения между стоком и истоком Uси по каналу течет ток, который зависит от сопротивления канала. Напряжение Uси равномерно приложено по длине канала, это напряжение вызывает обратное смещение р-n перехода между каналом р-типа и n-слоем, причем наибольшее обратное напряжение на р-n переходе существует в области, прилегающей к стоку, а вблизи истока р-n переход находится в равновесном состоянии. При увеличении напряжения Uси область двойного электрического слоя р-n перехода, обедненная подвижными носителями заряда, будет расширяться,как показано на рис. 2.а. Особенно сильно расширение перехода проявляется вблизи стока, где большое обратное напряжение на переходе.

рис 2.а и 2.б

Расширение р-n перехода приводит к сужению проводящего ток канала транзистора, и сопротивление канала возрастает. Из-за увеличения сопротивления канала при росте Uси стоковая характеристика полевого транзистора имеет нелинейный характер (рис. 1 г). При.некотором напряжении Uси границы р-n перехода смыкаются (пунктир на рис. 2,а), и рост тока при увеличении Uси прекращается.

При приложении положительного напряжения к затвору Uзи>0 р-n переход еще сильнее смешается в область обратного напряжения, ширина перехода увеличивается, как показано на рис. 2.б. В результате канал, проводящий ток, сужается и ток уменьшается. Таким образом, увеличивая напряжение Uзи, можно уменьшить , что видно из рассмотрения рис. 1.г. При определенном Uзи называемом напряжением отсечки, ток стока практически не протекает. Отношение изменения тока стока ΔIс к вызвавшему его изменению напряжения между затвором и истоком ΔUзи при Uси =const называется крутизной:

S = ΔIc/Uзи при Uси = const

В отличие от биполярных транзисторов полевые транзисторы управляются напряжением, и через цепь затвора протекает только малый тепловой ток Iз р-n перехода, находящегося под действием обратного напряжения. Стоковые характеристики, так же как и коллекторные характеристики биполярного транзистора, имеют два участка: крутой и пологий; последний используется при работе транзистора в усилительных устройствах, в то время как начальный крутой участок характеристик — при их работе в переключательных устройствах.

Ток стока полевого транзистора сильно зависит от температуры. Во-первых, с ростом температуры электропроводность примесных полупроводников в рабочем диапазоне температур уменьшается. Во-вторых, при нагреве ширина р-n перехода уменьшается, а канал расширяется. В результате воздействия этих двух факторов при нагреве ток стока при Uзи = const может изменяться различным образом — как увеличиваться, так и уменьшаться.

Предельные частоты, на которых могут работать полевые транзисторы, весьма высоки. Основным ограничительным фактором здесь является емкость р-n перехода, площадь которого сравнительно велика. Выпускаемые промышленностью полевые транзисторы с р-n переходом способны работать в мегагерцовом диапазоне частот.

Рис 3.а

Полевые транзисторы МДП-типа (металл — диэлектрик — полупроводник) называют также полевыми транзисторами с изолированным затвором. На рис. 3.а показан разрез МДП-транзистора. У поверхности кристалла полупроводника — подложки с проводимостью р-типа созданы две области с проводимостью n-типа и тонкая перемычка между ними, называемая каналом. Области n-типа имеют выводы во внешнюю цепь: С — сток и И — исток. Полупроводниковый кристалл покрыт окисной пленкой диэлектрика, на которой расположен металлический затвор З, связанный с внешней цепью. Таким образом, затвор электрически изолирован от цепи исток — сток. Подключение источников Uси и Uзи показано на рис. 3.а. Подложка соединяется с истоком; это соединение либо осуществляется внутри прибора, либо подложка имеет вывод во внешнюю цепь (П) и это соединение осуществляется по внешней цепи.

рис 3.б

Рассмотрим принцип действия прибора. Его стоковые (выходные) характеристики Iс = f(Uси) при Uзи=const приведены на рис. 3.б. При отсутствии управляющего напряжения Uзи = 0 через канал между n-областями протекает ток . При увеличении напряжения источника Uси p-n переход между подложкой и каналом смещается в обратном направлении, причем наибольшее обратное напряжение на переходе получается вблизи стока. При обратном смещении р-n перехода расширяется двойной электрический слой, обедненный подвижными носителями заряда и сужается канал, проводящий ток. По мере роста Uси увеличивается сопротивление канала, рост тока стока замедляется, а при перекрытии переходом сечения канала при увеличении Uси ток практически не изменяется. В этом режиме процессы в МДП-транзисторе аналогичны процессам в полевом транзисторе с р-n переходом.

При приложении положительного напряжения к затвору электрическое поле притягивает электроны из подложки, они скапливаются в области канала, сопротивление канала уменьшается и ток стока растет (режим обогащения) (см. характеристики на рис. 3. б при Uси>0).

При отрицательном напряжении на затворе электрическое поле выталкивает электроны из канала в подложку, сопротивление канала увеличивается и ток падает (режим обеднения).

Таким образом, при изменении управляющего напряжения Uзи изменяется выходной ток прибора , причем связь приращений выходной и входной величин определяться крутизной:

S = ΔIc/ΔUзи при Uси = const

Поскольку затвор изолирован от остальной цепи, чрезвычайно малый ток затвора  вызывается только утечкой по изоляции. Мощность управляющей цепи МДП-транзистора практически равна нулю.

Аналогично функционирует и другая разновидность МДП-транзистора — с каналом р-типа. Такой полевой транзистор имеет подложку n-типа, направление токов и полярность напряжений противоположна показанным на рис. 3.а. Обозначение МДП-транзисторов с каналами n-типа и р-типа показано на рис. 4, а и б.

рис. 4

Рассмотренные МДП-транзисторы являются приборами со встроенным каналом.

рис. 3.в

Помимо этого существуют МДП-транзисторы с индуцированным каналом n-типа (рис. 4, в) и р-типа (рис 4, г). При изготовлении этих приборов специальный канал между областями, связанными со стоком и истоком, не создается и при напряжении Uзи = 0 выходной ток отсутствует, Iс = 0. Прибор может работать только в режиме обогащения, когда поле затвора притягивает носители соответствующего знака, создающие проводящий канал между областями истока и стока. Семейство стоковых характеристик МДП-транзисторов с индуцированным каналом n-типа приведено на рис. 3,в. При напряжении на затворе меньшем напряжения отсечки, ток стока практически отсутствует.

Наличие четырех типов МДП-транзисторов дает большие возможности разработчикам при реализации различных задач, в том числе путем комбинации полевых транзисторов различных типов .

Источник — Г.Н. Горбачев, Е.Е. Чаплыгин. «Промышленная электроника» 1988 г.

Добавить комментарий

Случайные статьи

  • Аудиоусилитель высокой верности LME49811

    Аудиоусилитель высокой верности LME49811

    LME49811 – аудиоусилитель высокой верности от National Semi разработан для применения в профессиональной аудиоаппаратуре. Выходная мощность усилителя может подстраиваться путем изменения напряжения питания и соответствующего количества подключенных устройств. LME49811 способен работать на нагрузку 8 Ом, отдавая в нее 500Вт. Микросхема требует минимум внешних компонентов, что существенно упрощает разработку новых устройств. Отличительные …Подробнее...
  • Простой усилитель класса А на транзисторах

    Простой усилитель класса А на транзисторах

    На рисунке показана схема простого усилителя мощности класса А на транзисторах. Усилитель имеет выходную мощность порядка 20Вт на 8 Ом нагрузке. Напряжение питания может быть в пределах от 22В до 28В (4А). Источник — http://www.eleccircuit.com/class-a-amplifier-by-transistor/Подробнее...
  • 18W + 18W Stereo усилитель -Fi Audio Amplifier (TDA2030)

    18W + 18W Stereo усилитель -Fi Audio Amplifier (TDA2030)

    2 х 18W усилитель-ощности — Fi Stereo основан на двух микросхемах TDA2030. Он имеет хорошую входную чувствительность, низкий уровень искажений, хорошей стабильностью работы и полную защиту от перегрузок и выход защищен от короткого замыкания. Он может быть использован как усилитель мощности для существующих мини аудио систем.Питание должно быть двухполярное ± …Подробнее...
  • Светодиодный термометр

    Светодиодный термометр

    Светодиодный термометр рассчитан для использования в домашних условиях (20-26°С). В качестве датчика используется аналоговый датчик температуры LM34DZ. Датчик может измерять температуру от -50F до 300 F (-45..149°С). В схеме не используется весь спектр температур датчика, но изменив опорное напряжение на LM3914, Вы можете изменить диапазон термометра. Вместо датчика LM34 можно использовать LM35 который …Подробнее...
  • Цифровой автосторож на двух микросхемах

    Принцип работы: автосторож работает по такому алгоритму — включение происходит при помощи потайного выключателя, после включения питания сторож отрабатывает задержку в 20 секунд которая нужна для закрывания дверей. Далее сторож переходит в режим охраны. При открывании двери сторож регистрирует факт открывания и через 4 секунды издается прерывистый звуковой сигнал который …Подробнее...