Краткие теоретические сведения. Изучение статических характеристик полевого транзистора и его основных параметров

Цель работы

Изучение статических характеристик полевого транзистора и его основных параметров.

Полевой транзистор представляет собой полупроводниковый прибор в котором управление током, протекающим в между двумя электродами — стоком и истоком, осуществляется с помощью напряжения, приложенного к третьему электроду — затвору.

Управление током канала осуществляется за счет изменения его удельной проводимости и площади поперечного сечения.

По конструктивным особенностям полевые транзисторы разделяют на транзисторы с управляющим переходом и транзисторы с изолированным затвором.

Рис. 5.1 — Структура полевого -канального транзистора с управляющим p - n переходом

В полевом транзисторе с управляющим p - n переходом (рис. 5.1) управляющая область (затвор) образует p - n переход с областью канала. При подаче на переход затвор-канал обратного напряжения происходит уменьшение удельной проводимости канала, что вызывает уменьшение тока канала.

Полевые транзисторы с изолированным затвором имеют структуру металл — диэлектрик — полупроводник и называются МДП транзисторы. Кремниевые МДП транзисторы часто называют МОП транзисторами, поскольку в них в качестве диэлектрика используется двуокись кремния () и поэтому они имеют структуру металл — окисел — полупроводник. В английском варианте транзисторы имеют название MOS — transistor (metal — oxide — semiconductor). Таким образом, в МДП транзисторах металлический затвор изолирован слоем диэлектрика от канала, образованного в приповерхностном слое полупроводника. Принцип действия МДП транзистора основан на управлении с помощью электрического поля проводимостью канала через слой диэлектрика.

Для нормальной работы полевых транзисторов к стоку подключается источник положительного напряжения для транзисторов с каналом n -типа и отрицательного — для транзисторов с каналом р -типа (независимо от структуры транзистора).

Одним из основных достоинств полевого транзистора является его высокое входное сопротивление, которое у транзисторов с управляющим p - n переходом составляет … 0м, а у МДП — транзисторов — … 0м. Последние более устойчивы к воздействию ионизирующих излучений и хорошо работают при сверхнизких температурах.

Поведение полевых транзисторов описывается двумя ВАХ: стоковой при и стокозатворной при (рис. 5.2).

а)	б)

Рис. 5.2 — Вольтамперные характеристики полевого -канального транзистора с управляющим p - n переходом: а — стоковые; б — сткозатворные

На стоковой характеристике различают две характерные области:

¾ омическую область cущественного нарастания тока стока при увеличении напряжения ;

¾ активная область незначительного нарастания тока стока при увеличении напряжения (пологий участок стковой ВАХ).

При работе в этой области канал частично перекрыт и напряжение стока превышает по абсолютному значению напряжение перекрытия канала. Ток стока практически не зависит от напряжения .

Отсечка тока стока наблюдается в том случае, когда напряжение на затворе по абсолютному значению превышает напряжение отсечки .

Для полевого транзистора с управляющим p - n переходом, работающего в омической области, т. е. при напряжении , стоковая характеристика описывается уравнением

, (5.1)

где — ток насыщения стока при .

При напряжении , ток стока достигает максимального значения. При , ток стока определяется соотношением

, (5.2)

которое описывает пологий участок стокозатворной характеристики.

Одним из основных параметров полевого транзистора, характеризующим его усилительные свойства, является крутизна стокозатворной характеристики при

. (5.3)

Крутизна зависит от напряжения . С увеличением ток стока и крутизна уменьшаются. Для пологой части стоковой характеристики

, (5.4)

где — максимальная крутизна при ; — минимальное сопротивление канала при .

Внутреннее дифференциальное сопротивление транзистора при равно

. (5.5)

Статический коэффициент усиления транзистора в режиме холостого хода цепи стока при равен

. (5.5)

Параметры S, R_i и μ связаны между собой соотношением

. (5.6)

Цепь затвора характеризуют дифференциальным входным сопротивлением транзистора при , которое определяют по формуле

. (5.7)

В качестве параметров указывают также:

— напряжение отсечки ;

— ток насыщения стока при коротком замыкании между затвором и истоком ();

— емкости: затвор-сток ; затвор-исток ; сток-исток ; подложка-исток ;

— граничная частота , где — постоянная времени цепи затвора.

Дата добавления: 2015-05-06