| Ваш IP: 54.162.165.158 | Online(31) - гости: 18, боты: 13 | Загрузка сервера: 3.34 ::::::::::::

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

  • Кодововая и цветовая маркировка отечественных транзисторов

    Кодововая и цветовая маркировка отечественных транзисторов

    Отечественные транзисторы с корпусами малых размеров маркируются цветовой или кодовой маркировкой и лишь в редких случаях марка транзистора наносится полностью, как есть. При ремонте бытовой аппаратуры можно столкнуться с цветовой или кодовой маркировкой и для замены транзистора необходимо определить марку транзистора, сделать это можно указав в предложенной форме тип транзистора. …Подробнее...
  • Литий-ионный аккумулятор (Li-ion)

    Литий-ионный аккумулятор (Li-ion)

    Литий-ионный аккумуляторы (Li-ion)  широко распространены в современной бытовой технике и электронике. Особенно популярен этот тип аккумуляторов в сотовых телефонах, ноутбуках, цифровых фотоаппаратах и другой малогабаритной технике. Современные Li-ion аккумуляторы имеют высокие удельные характеристики: 100-180 Втч/кг и 250-400 Втч/л. Рабочее напряжение — 3,5-3,7 В. Характеристики литий-ионных аккумуляторов зависят от химического состава составляющих …Подробнее...
  • Переключатель настроек УКВ ЧМ радиоприемника

    Данное уст-во предназначено для коммутации восьми фиксированных настроек УКВ ЧМ приемника с электронной настройкой на варикапах. В основе коммутатора микросхема К174КН1-восьми фазный триггер имеющий восемь выходов, которые выполняют роль и входов управления и коммутирующих ключей. Схема уст-ва показана на рисунке, переключение настроек производится кнопками S1-S8 которые не имеют фиксации. Светодиоды …Подробнее...
  • Видео-разветвитель

    Это устройство полностью исключает взаимное влияние устройств принимающих сигнал от видео-разветвителя, в добавок это уст-во можно расширить до любого числа выходов. В основе видео-разветвителя специализированная микросхема ВА7604N. Каждая микросхема содержит 2-а усилителя расчитанные на 75-и омную нагрузку. Коэффициент усиления таких усилителей 1. Номинальное входное напряжение входного и выходного видеосигнала 1В …Подробнее...
  • Экономичный LED фонарик

    При изготовлении малогабаритного фонарика главным является его экономичность. При применении светодиода с током потребления 24мВт 4-х щелочных батареек типа АА хватит до одного месяца непрерывной работы. Фонарик основан на таймере 7555 который работает в автоколебательном режиме (не использовать 555). Белый светодиод 400 mcd имеет малый ток потребления и яркое направленное …Подробнее...