Полевые транзисторы

1.7.1 Полевой транзистор с р-n переходом

Полевой транзистор имеет два существенных отличия от биполярного, которые и определяют его основные свойства. Во-первых, в полевом транзисторе один основной носитель заряда, это либо дырка, либо электрон. Во-вторых, и это главное отличие, р-n переход расположен вдоль движения основного носителя заряда. На рис.1.67 показана схематически конструкция полевого транзистора, где носителем заряда является электрон. Область полупроводника, где движутся электроны, называют каналом. В данном случае это будет полевой транзистор с каналом n-типа. Транзистор имеет три вывода, с помощью которых он подключается к внешней цепи. Основной ток протекает по n-каналу от истока к стоку. Затвор служит для управления величиной тока. При отсутствии приложенных напряжений избыточные электроны достаточно равномерно распределены в канале. Чтобы обеспечить движение электронов в канале, создают разность потенциалов между истоком и стоком, с помощью стоковой эдс (). А для управления этим потоком электронов, создают разность потенциалов между истоком и затвором с помощью э.д.с. затвора (). Эта эдс создает электрическое поле в канале, вектор поля направлен так, что чем больше величина эдс, тем сильнее «отжимаются» электроны от затвора (рис.1.68) Другими словами, чем больше отрицательное напряжение , тем меньше эффективное сечение канала, тем больше сопротивление протеканию тока между истоком и стоком. Обратите внимание на полярность эдс.

сток исток затвор
Рис.1.67 n-канальный транзистор	Рис.1.68 Рабочее состояние транзистора

Рис.1.69 Схемное изображение транзистора n-типа	Рис.1.70 Проходная характеристика транзистора n-типа	Рис.1.71 Стоковая характеристика транзистора n-типа

Обозначение транзистора с n-каналом в схемах показано на рис1.69.

В отличии от биполярного транзистора у полевого транзистора нет понятия входной характеристики. Это связано с тем, что ток затвора практически равен нулю. Вместо входной характеристики вводят проходную характеристику-зависимость тока стока () от входного напряжения затвор-исток () (рис.1.70). При напряжении , получившем название напряжения отсечки (т.А), ток стока практически равен нулю (канал пережат, режим отсечки). При напряжении , ток стока определяется только внешними условиями (канал полностью открыт). Следует заметить, что проходная характеристика показывает максимально возможное значение тока стока при заданном значении напряжения затвор-исток. Фактическое значение тока стока определяется по выходной характеристике транзистора (рис.1.71). Выходная характеристика многозначна (при одном и том же значении напряжения сток-исток), ток стока зависит от параметра . Особенность выходной характеристики состоит в том, что левее пунктирной линии ток стока линейно зависит от напряжения сток-исток. Так,например если напряжение , то на участке от 0 до т.1, транзистор представляет собой линейный резистор величиной , а на участке от 0 до т.2 линейный резистор величиной . Если транзистор работает в этой области, то говорят что наблюдается линейный режим. При дальнейшем увеличении напряжения сток-исток () наступает режим насыщения, при котором ток стока практически не зависит от и меняется только при изменении напряжения затвор-исток ().

Как и биполярный транзистор, полевой транзистор можно включить тремя разными способами (таб.1.5):

Таб.1.5

Схема с общим затвором	Схема с общим истоком	Схема с общим стоком

Читатель! Прежде чем двигаться дальше, проверьте себя. На рис.1.72 показана схема усилителя на полевом транзисторе в режиме покоя. На рис.1.73,1.74 характеристики полевого транзистора. Готовы ли Вы ответить на следующие вопросы:

	Параметры схемы
EС=3 В
R1=20 кОм
RС=4,33 кОм
RИ=0,67 кОм
V1=2,1 В
Рис.1.72 Усилитель на полевом транзисторе в режиме покоя

Рис.1.72 Проходная характеристика транзистора 2N3686	Рис.1.73 Стоковая характеристика транзистора 2N3686

№	Вопрос
	Назовите тип транзистора
	Чему равно напряжение отсечки
	Чему равен ток отсечки
	Чему равно сопротивление транзистора в т.1
	Чему равна проводимость транзистора в т.2
	Чему равен ток затвора
	Чему равен ток стока
	Чему равно напряжение
	Чему равно напряжение

На отмеченные вопросы, ответы приведены ниже.

№ вопроса	Ответ	№ вопроса	Ответ
	-0,8 В
	0,68 mA		0,207 mA
	2500 Ом		-400 mB
	9*10^-4 Сим		1,96 В

1.7.2 МОП- транзисторы. Конструкция и характеристики

Рассмотренный выше полевой транзистор с р-n переходом, в настоящее время во многих случаях вытеснен полевым транзистором, получившим название МОП-транзистора. Название вытекает из конструкции транзистора, показанной на рис.1.74.

Рис.1.74 Конструкция МОП-транзистора

Буква М в названии говорит о том, что затвор (вывод 1) это металлическая пластинка. О - окисел (изолирующий слой, отделяющий металлический электрод от подложки). П -полупроводник (подложка, которая представляет собой кремниевый брусок р -типа). В подложке сформированы две области n -типа, одна из которых (вывод 3) - сток, другая (вывод 2) - исток. Схема включения данного транзистора в электрическую цепь показана на рис.1.75:

Рис.1.75 Моп-транзистор с индуцированным каналом

Если величина эдс, подключенной к затвору, будет равна нулю (), то стоковая эдс на стыке сток-подложка создает электрическое поле, которое совпадает с собственным полем р-n перехода и тем самым увеличивает потенциальный барьер. Как следствие, ток стока равен практически нулю. Если эдс , то электрическое поле, созданное данной эдс, при данной полярности, начнет отталкивать дырки в подложке и как результат, в подложке образуется проводящий канал n -типа (рис.1.75):

Меняя величину эдс , можно менять сечение проводящего индуцированного канала и тем самым управлять током стока.

Другой тип МОП-транзисторов – это транзистор с встроенным каналом. Изменение конструкции приводит к изменению вида проходной характеристики. В таб.1.3 показаны виды полевых транзисторов, их обозначение на схемах, а также характерный вид проходных и стоковых характеристик.

Таблица 1.3.

Тип транзистора	Обозначение	Проходная характеристика
Транзистор с р-n переходом с каналом n -типа
Транзистор с р-n переходом с каналом р -типа
МОП-транзистор с встроенным n -каналом
МОП-транзистор с встроенным р -каналом
МОП-транзистор с индуцированным n -каналом
МОП-транзистор с индуцированным р -каналом

В отличие от транзисторов с р-n переходом, МОП-транзисторы, могут работать с разными по знаку напряжениями затвор-исток.

Стоковые характеристики всех полевых транзисторов имеют одинаковый характер, отличие только в знаках напряжений сток-исток и затвор- исток, в зависимости от типа канала (рис.1.76).

С n -каналом	С р -каналом
Рис.1.76. Стоковые характеристики полевых транзисторов

Следует запомнить, что входное сопротивление у полевых транзисторов значительно больше по сравнению с биполярными транзисторами.

Читатель! Прежде чем двигаться дальше, проверьте себя. Готовы ли Вы ответить на следующие вопросы:

№	Вопрос
	Сколько типов полевых транзисторов Вы знаете?
	Нарисуйте проходные характеристики МОП-транзисторов
	Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором со встроенным n-каналом
	Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором с индуцированным n- каналом
	Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором со встроенным р-каналом
	Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором с индуцированным р- каналом

На отмеченные вопросы, ответы приведены ниже.

№ вопроса	Ответ	№ вопроса	Ответ

Уважаемый читатель! На этом мы заканчиваем рассмотрение резистивных элементов, используемых в электротехнике и электронике. Запомните:

1. Поведение этих элементов в схеме, в целом определяется вольтамперной характеристикой. А поэтому следует твердо помнить характеристики для всех видов резистивных элементов.

2. Значения токов и напряжений на этих элементах устанавливаются практически мгновенно. Подключил элемент к источнику и тот же момент скачком меняются ток и напряжение на элементе.

3. Закон Ома это исключительно могучий инструмент анализа электрических схем. Но им надо пользоваться умело. Теоретически он справедлив только для линейного резистора. На практике, в статических режимах, можно его использовать, отдавая себе отчет в том, что связь между током и напряжением определяется видом вольтамперной характеристики.

4. Широко пользуйтесь законами Кирхгофа. Особое значение имеет 2-ой закон, так как он позволяет связать между собой разные элементы, входящие в один контур. Анализ уравнения для контура позволяет многое понять, что происходит в схеме.

5. Есть и другие резистивные элементы, которые не были рассмотрены в данной главе по разным причинам. Среди них важное значение имеет тиристор, широко используемый в силовой электронике.

6. Все, что мы рассмотрели в данной главе будет широко использоваться в дальнейшем.

Оглавление

	Введение
	Глава 1. Основные резистивные элементы электротехники и электроники.Электрические цепи с резистивными элементами.
	1.1 Резистор с линейной вольтамперной характеристикой
	1.2 Использование понятия резистор для анализа простыхэлектрических цепей
	1.3 Анализ простых резистивных цепей с использованием законов Кирхгофа.
	1.4 Анализ простых резистивных цепей с использованием понятия входного сопротивления.
	1.5 Нелинейные резистивные элементы.
	1.6 Нелинейные трехполюсные резистивные элементы.
	1.6.1 Биполярный транзистор (основные понятия)
	1.7 Полевые транзисторы
	1.7.1 Полевой транзистор с р-n переходом
	1.7.2 МОП- транзисторы. Конструкция и характеристики

Список использованных источников   1 .Зевеке Г.В. Основы теории цепей / Г.В. Зевеке,П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. 5-е изд., перераб.-М.: Энергоатомиздат, 1989.-528с. 2. Джонс М.Х. Электроника-практический курс/ М.Х. Джонс.- М.:ПОСТМАРКЕТ, 1999.-528 с. 3. Довгун В.П. Электротехника и Электроника: учеб.пособие / В.П. Довгун.-Красноярск:ИПЦ КГТУ, 2006.-252 с. 4. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение/ В.И. Карлащук.-3-е изд., дополненное и переработанное.-М.:СОЛОН-Пресс,2003.-736 с. 5. Криштафович А.К. Промышленная электроника: учебник для техникумов.2-изд., переработанное и дополненное.-М.: «ВЫСШАЯ ШКОЛА»,1984.-351 c. 6. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т.1-М.: Мир, 1986.-598с 7 .Прянишников В.А. Электроника, полный курс лекции. - С-Пб.: Корона

принт, 2004.-416с.,ил.

.

Дата добавления: 2014-11-28