| Ваш IP: 54.146.18.105 | Online(17) - гости: 6, боты: 11 | Загрузка сервера: 4.1 ::::::::::::

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

  • Простой стрелочный частотомер

    Простой стрелочный частотомер

    Схема простого стрелочного частотомера показана на рисунке. Основу частотомера составляет триггер Шмитта и формирователь импульсов. Триггер Шмитта, будучи потенциальным реле, преобразует сигналы синусоидальной или другой формы в прямоугольные импульсы. Эти импульсы нельзя использовать для измерения, так как их длительность зависит от амплитуды входного сигнала. Их применяют для запуска формирователя импульсов …Подробнее...
  • Расчет таймера NE555

    Расчет таймера NE555

    NE555 — аналоговая интегральная схема, универсальный таймер — устройство для формирования (генерации) одиночных и повторяющихся импульсов со стабильными временными характеристиками. Впервые выпущен в 1971 году компанией Signetics под обозначением NE555. Функциональные аналоги оригинального NE555 выпускаются во множестве биполярных и КМОП-вариантов. Сдвоенная версия 555 выпускается под обозначением 556, счетверенная — под …Подробнее...
  • Простой УМЗЧ 18Вт на транзисторах

    Простой УМЗЧ 18Вт на транзисторах

    Список элементов P1 = 22K  (сдвоенный для стерео) R1 = 1K 1/4Вт Резистор R2 = 4K7 1/4Вт Резистор R3 = 100р 1/4Вт Резистор (сначала переменный для настройки заменяется на постоянный) R4 = 4K7 1/4Вт Резистор R5 = 82K 1/4Вт Резистор R6 = 10R 1/2Вт Резистор R7 = R22 4Вт Резистор …Подробнее...
  • Радиомикрофон с питанием от КРОНЫ

    На рисунке показана схема радиомикрофона которая питается от напряжения 9 В. Радиомикрофон обладает большой чувствительностью и способен воспринимать не громкую речь на значительном расстоянии, это достигнуто благодаря применению однокаскадного усилителя ЗЧ. Радиомикрофон работает в диапазоне УКВ ЧМ 64-75МГц или 88-108 МГц. Монтаж выполнен объемным способом, в качестве источника питания используется …Подробнее...
  • Инфракрасный ключ

    Дальность действия инфракрасного ключа 2-8м, он выполнен на распространенных и доступных микросхемах КР1506ХЛ1 для передатчика и КР1506ХЛ2 для приемника. Брелок инфракрасного ключа основан на КР1506ХЛ1, микросхема питается напряжением 9В, но можно также применить микросхему КР1566ХЛ1, она работает от напряжения 3В, но при этом дальность связи будет меньше (цоколевка обоих микросхем …Подробнее...