Полевые транзисторы с управляющим PN-переходом

Полевые транзисторы находят широкое примнение в аппаратуре радио проводной связи. Учебный материал данной лекции будет использован при изучении дисциплин: «Цифровые устройства и микропроцессорные системы», «Радиоприемные устройства», «Телеграфия и передача данных», «Многоканальная электросвязь», «Каналообразующая телеграфная аппаратура», а также при изучении электронных усилителей.

PN-переходом.

ЛЕКЦИЯ 10: Полевые транзисторы (ПТ) с управляющим

Тема 1.4. Полевые транзисторы

Система обозначения транзисторов

Первый элемент – буква или цифра, обозначающая материал, из которого изго­товлен транзистор: Г или 1 – германий, К или 2 – кремний, А или 3 – арсенид галлия;

Второй элемент – буква, означающая тип транзистора: Т – бипо­лярный, П – полевой;

Третий элемент – цифра, обозначающая группу по частоте и мощнос­ти (определяется по таблице 1.2).

Четвертый элемент – две следующие цифры, обозначающие номер разработки;

Пятый элемент – буква, обозначающая группу по параметрам.

Примеры маркировки:

ГТ404А – германиевый (Г) биполярный транзистор (Т) средней мощности низкочастотный (4), порядковый номер разработки – 04, буква А определяет разновидность данного прибора;

КП302Б – кремниевый (К) полевой транзистор (П), малой мощности высокочастотный (3), порядковый номер разработки – 02, буква Б определяет разновидность данного прибора.

Классификация транзисторов по мощности и частоте приведена

в таблице 1.4.

Таблица 1.4 – Классификация транзисторов по мощности и частоте

	Низкочастотный НЧ	Среднечастотный СЧ	Высокочастотный ВЧ
Малой мощности
Средней мощности
Большой мощности

Контрольные вопросы:

1.Как будет меняться выходное напряжение усилительного элемента при изменении выходного тока в нагрузочном режиме?

2.В каком случае при наличии нагрузки в выходной цепи напряжение U_кэ=E_к?

3.Объясните, при каких условиях быполярный транзистор в нагрузочном режиме может попасть в режим насыщения, если в точке покоя транзистор работает в активном режиме?

4.Почему нагрузочные характеристики постоянного и переменного токов пересекаются в рабочей точке?

5.Каким должно быть соотношение между током покоя Iко и амплитудой переменного тока Iкm, чтобы получить наименьшие искажения формы тока?

Полевой транзистор (ПТ) – полупроводниковый прибор, усилительное свойство которого обусловлено потоком основных носителей, проте­кающим через проводящий канал и управляемый электрическим полем. Полевой транзистор состоит из полупро­водникового токопроводящего канала с двумя выводами и управляюще­го электрода (затвора), электрическое поле которого управляет величиной то­ка в канале. Исток – электрод, от которого начинают свое движение носители заряда в канале. Сток – электрод, к которому стекаются носители заряда в канале.

Существует два типа полевых транзисторов: ПТ с управляющим PN - переходом, в этом транзисторе изоляцией между каналом и управляющим электродом служит PN -переход и МДП или МОП-транзисторы, в которых в качестве изоляции используется диэлектрик.

Полевой транзистор с управляющим PN- переходом – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала PN -переходом, смещенном в обратном направлении (рисунок 1.36).

а б

Рисунок 1.36. – Структура (а) и схема включения(б) ПТ

с управляющим PN -переходом в статическом режиме

Канал такого транзистора объемный, представляет собой полуп­роводниковый кристалл с типом проводимости P или N с выводами от стока и истока. Затвор – тоже полупроводник с противоположным каналу типом проводимости, технологически соеди­ненный с каналом. Действие полевого транзистора обусловлено движением носителей заряда одной полярности. Проводимость полупроводникового канала зависит от концент­рации носителей заряда в нем, их подвижности, а также его геомет­рических размеров: длины и поперечного сечения. Ток, протекающий через канал, называется током стока I_с. Меж­ду стоком и истоком транзистора подключается источник напряжения, которым тоже можно изменять стоковый ток. Таким образом, стоковый ток полевого транзистора зависит от двух напряжений: напряжения затвор-исток U_зи и напряжения сток-исток U_си. На схеме изображен ПТ с каналом типа N (рисунок 1.25). Чтобы основные носители (в данном случае электроны) двигались от истока к стоку, к стоку следует приложить положительный полюс источника U_си Затвор в данном транзисторе P -типа. К затвору следует приложить отрицательный полюс U_зи чтобы сопротивление было большим, а ток и потери мощности на входе малы. Если ПТ с каналом P-типа, полярность источников– противоположная.

При изменении величины обратного напряжения, подаваемого от источника на PN -переход, изменяется ширина запи­рающего слоя, а следовательно, и сечение канала, то есть из­менением напряжения на управляющем электроде U_зи изменяют ток стока I_с.

а б

Рисунок 1.37. – Стоковые (а) и стоко-затворные б) характеристики

ПТ с управляющим PN -переходом.

Различают два семейства статических характеристик полевых транзисторов.

Стоковой (выходной) характеристи­кой называется зависимость тока стока от напря­жения сток-исток при постоянном напряжении затвор-исток (рисунок 1.26,а) I_c=f(U_си) | U_зи = const.

Для режима усиления используется область насыщения при U_си›U_{си нас} (пологий участок характеристики).

Стоко-затворной (управляющей или проходной) характеристикой называется зави­симость тока стока от напряжения, затвор-исток при постоянном нап­ряжении сток-исток (рисунок 1.26,б) I_c=f(U_зи) | Uси = const.

При увеличении напряжения на затворе происходит перекрытие канала. Напряжение отсечки U _отс, напряжение на затворе,при котором I_с равен нулю.

Основные па­раметры полевых транзисторов:

Крутизна S = ΔI_с / Δ U_зи | U_си = const, мА/В – показывает управляющее действие затвора;

Внутреннее сопротивление R_i = ΔU_си / ΔI_с | U_зи = const, кОм – характеризует степень влияния на стоковый ток выходного стокового напряжения;

Статический коэффициент усиления μ = ΔU_си / ΔU_зи | I_с = const – сравнивает оба напряжения U_си и U_зи по их воздействию на стоковый ток I_с. Эти параметры относятся ко всем типам полевых транзисторов.

Выводы. 1. Полевой транзистор с управляющим PN - переходом представляет собой полупроводниковый прибор, в котором при изменение обратного напряжения на входе меняться сопротивления токопроводящего канала и ток с выходной цепи. 2. Полевой транзистор в отличие от биполярного является электронным прибором с очень большие входным сопротивлением при наличие напряжения U_си площадь поперечного сечения канала уменьшается вдоль его длинны в направление от истока к стоку. 4. В полевых транзисторах при больших токах с повышением температуры ток уменьшается.

Контрольные вопросы:

1.Почему большое входное сопротивление является достоинством электронного прибора?

2.Почему полевые транзисторы с управляющим PN -переходом не должны работать при прямом напряжении на входе U_зи?

3.Из каких соображений концентрация примеси в канале должна быть меньше, чем на затворе?

4.Будет ли одинаковым выходное сопротивление полевого транзистора на участках выходной характеристики до насыщения и после насыщения?

5.Почему при изменении напряжения U_си толщина канала вдоль его длины меняется неодинаково?

6.Почему полевые транзисторы с N -каналом при прочих равных условиях могут работать на более высоких частотах?

Дата добавления: 2014-11-16