Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Статические вольтамперные характеристики полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом




 

Полевые транзисторы с p-n -переходом, в отличие от биполярных, не имеют входных характеристик в связи с отсутствием входного тока. Основными их характеристиками являются выходные (стоковые) и переходные (стоко-затворные).

 

Выходные характеристики полевого транзистора представляют собой зависимость тока стока отнапряжения сток-исток при постоянном напряжении затвор-исток:


I с = f (U си)при U зи= const.

 

Характеристики, снятые при разных значениях неизменной величины U зи, составляют семейство выходных статических характеристик.

 

Переходные (стоко-затворные) характеристики полевого транзистора представляют собой зави-симость тока стока от напряжения затвор-исток при постоянном напряжении сток-исток:

I с = f (U зи)при U си = const.

 

Поскольку наклон выходных характеристик невелик, для практических целей можно ограничиться одной переходной характеристикой.

Принципиальная схема установки приведена на рис. 22. В ее состав входят источник питания с вы-ходным напряжением 5 В 1, потенциометр 2 для задания напряжения затвор-исток U зи и вольтметр 3 для его измерения; источник питания с регулируемым от 0 до некоторого максимального значения вы-ходным напряжением 7 для задания напряжения сток-исток U си и вольтметр 6 для измерения напряже-ний Uси.

 

На рис. 23, а, приведено семейство выходных характеристик полевого транзистора с управляющим p-n -переходом и каналом n -типа.Каждая из характеристик имеет два принципиально различных участ-

ка.


 

    5    
2 4 +  
     
1     7  
+ 3 6  

 

 

И ЗАТВОР С ИЗАТВОРС

КАНАЛ КАНАЛ

 

а) б)


 

Рис. 24 Сужение канала полевого транзи-

Рис. 22 Схема установки для снятия статических характеристик   стора  
полевого транзистора с управляющим p-n -переходом и каналом   Начальный участок характеризуется  
  n -типа        
I с         I С быстрым ростом тока стока при возраста-  
U зи= 0В           нии напряжения сток-исток. При дальней-  
U зи= 0,25 U 0       шем увеличении этого напряжения рост  
      тока замедляется, и характеристика пере-  
             
U зи= 0,5 U 0           ходит на другой, почти горизонтальный  
          участок.    
               
U зи= 0,75 U 0       Такое поведение выходных характери-  
U з= U 0           стик объясняется явлением сужения кана-  
          ла при возрастании падения напряжения  
            на канале в направлении от истока к стоку,  
U си= const U СИ U 0 U зи    
а)       что вызывает рост обратного напряжения  
      б)     на управляющем p-n -переходе. Начальная  
Рис. 23 Статические характеристики полевого тран-    
  и конечная стадии этого процесса приве-  
  зистора        
        дены на рис. 24, а, б. Максимальное суже-  
с управляющим p n переходом и каналом n типа:      

ние канала называется перекрытием кана-ла,а такой режим работы транзистора– режимом насыщения. Именно ему соответствует пологий,поч-ти горизонтальный участок характеристики.

Режим насыщения используется при работе полевого транзистора в схемах усиления, где они позволяют получать параметры, недостижимые в усилителях на биполярных транзисторах. На начальном крутом участке выходной характеристики полевой транзистор работает в режиме управляемого напряжением омического со-противления. Такой режим широко применяется в различных системах автоматического регулирования.

 

Полевые транзисторы с p-n -переходом и каналом p -типа имеют такое же устройство и принцип действия; по сравнению с транзисторами с каналом n -типа они требуют противоположной полярности источников питания.


    4.3 ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ    
      (МОП-ТРАНЗИСТОРЫ)            
Основой полевого транзистора данной структуры является подложка – монокристалл кремния с от-  
носительно небольшой дырочной (Si- р) или электронной (Si- n) электропроводимостью. На одной из  
сторон подложки технологически формируют тонкий слой диэлектрика с высоким удельным сопротив-  
лением, обычно двуокиси кремния, толщиной 0,2...0,3 мкм. На часть внешней поверхности диэлектрика  
осаждают слой алюминия – этот электрод называют затвором транзистора.        
Такую структуру характеризуют аббревиатурой МОП: металл-окисел-полупроводник (существуют  
также транзисторы, изготовленные по несколько отличной технологии, которой более соответствует  
структура   металл-диэлектрик-полупроводник,   сокращенно   МДП).  
У некоторых транзисторов структуры МОП два затвора. Такие транзисторы называют иногда МОП-  
тетродами.                      
В подложке (рис. 25, а) непосредственно под диэлектриком формируют канал – область, электро-  
проводность которой противоположна по знаку и больше по значению, чем остальной объем подложки.  
Канал с электронной проводимостью называют для краткости n -каналом, а с дырочной – р -каналом.  
Различают каналы встроенные – сформированные в процессе производства транзисторов – и индуциро-  
ванные (подробнее о них ниже).Концы канала обладают большей удельной электропроводностью,об-  
разуя электроды исток и сток транзисторов. Электроды принято обозначать буквами: подложка – П, ис-  
ток – И, сток – С, затвор – З. Носители движутся в канале от истока к стоку. В одних типах полевых  
транзисторов подложка имеет отдельный вывод, в других – ее соединяют с истоком.      
Встроенный n -канал транзисторов (серии КП305, КП313) создают при их изготовлении введением в  
часть объема подложки под диэлектриком донорной примеси. Между каналом и остальным объемом  
И З С   С подложки образуется р-n -переход.  
  При наличии между стоком и истоком  
        П постоянного напряжения U си (плюсом к  
        стоку) электроны в канале начинают пе-  
           
ПОДЛОЖКА (Р - З И ремещаться. Этот ток называют током  
б)   стока I с. Если теперь между затвором и  
а)       истоком приложить постоянное напряже-  
  КАНАЛ      
И З     ние U зи, то в диэлектрике возникнет элек-  
С   С трическое поле, изменяющее ширину и  
          электропроводность канала. В результате  
        П будет изменяться и ток стока. Электро-  
      З И проводность канала и ток стока увеличи-  
ПОДЛОЖКА (Р - ваются при уменьшении отрицательного  
г)   напряжения на затворе до нуля и далее  
в)       при увеличении положительного напря-  
         
Рис. 25 Устройство и условные графические изображения полевых жения. Увеличение электропроводности  
транзисторов с изолированным затвором и отдельным выводом канала называют обогащением канала, а  
    от подложки:   уменьшение – обеднением. В транзисторе  
    а, б –со встроенным каналом n -типа;    
    в, г –с индуцированным каналом n -типа   структуры МОП с двумя затворами  
ток стока независимо от другого.   (КП306, КП350) каждый из них влияет на  
               

В транзисторах с индуцированным каналом (рис. 25, в) в отсутствие напряжения на затворе канала нет – вся подложка (кроме истока и стока) имеет однородную электропроводность.

У транзистора с подложкой из кремния р -Si (КП901, КП904) на стоке, как у транзистора со встро-енным каналом, должно быть положительное по отношению к истоку напряжение. Если и на затворе напряжение будет положительным, в диэлектрике возникнет электрическое поле, в прилегающей к ди-электрику области подложки будут индуцироваться электроны, тип проводимости подложки в этой об-ласти начнет изменяться с дырочного на электронный – будет формироваться n -канал и начнется пере-мещение электронов от истока к стоку. При увеличении напряжения U зи канал будет расширяться, а его электропроводность и ток стока увеличиваться.

 

В транзисторе с подложкой из кремния n -Si (КП301, КП304) процессы протекают аналогично, если на стоке напряжение отрицательно. Канал р -типа индуцируется при отрицательном напряжении на за-творе, а ток стока определяет перемещение дырок.


Подчеркнем, что транзисторы структуры МОП с индуцированным каналом работают в режиме обо-гащения; при некотором пороговом напряжении U зи пор ток стока практически прекращается. Следова-тельно, транзистор работает в линейном режиме только при условии, что на его затвор подано постоян-ное напряжение смещения.

 

На схемах структурные разновидности транзисторов МОП изображают по-разному, однако у всех вариантов есть общий элемент: затвор и подложка гальванически разобщены. Это хорошо согласуется с другим, также часто применяемым названием приборов рассматриваемой группы – полевые транзисто-ры с изолированным затвором.

Необходимо отметить, что тонкий слой диэлектрика на подложке имеет очень малую электриче-скую прочность. Поэтому транзисторы структуры МОП надо оберегать от наводок и статического элек-тричества. В частности, при хранении и транспортировке выводы транзисторов должны быть замкнуты между собой.

Выходные характеристики полевых транзисторов с изолированным затвором аналогичны характе-ристикам полевых транзисторов с управляющим p-n -переходом. При этом между тремя типами полевых транзисторов есть и существенные отличия.

Канал транзисторов с управляющим p-n -переходом полностью открыт при нулевом напряжении на затворе, при возрастании отрицательного напряжения на затворе канал сужается, при некотором отри-цательном напряжении, называемом напряжением отсечки U отс, канал полностью перекрывается.

 

Встроенный канал МОП-транзистора при нулевом напряжении на затворе имеет некоторую сред-нюю ширину, расширяется при положительных напряжениях на затворе и сужается вплоть до перекры-тия при отрицательных напряжениях на затворе. Поэтому говорят, что он работает в режимах обогаще-ния и обеднения.

Индуцированный канал МОП-транзистора при нулевом напря-жении на затворе отсутствует и фомируется при некотором положительном пороговом напряжении U пор.Поэтому говорят,что он работает только в режиме обогащения.Этим различиям соответствуюттри различные переходные характеристики, изображенные на рис. 26. Характеристика 1 соответствует

 

I C

 

 

1 2 3

 

            U зи  
U oтc U отс U пор  
    режим   режим    
    обеднения   обогащения    
    канала   канала    

 

Рис. 26 Обобщенные переходные характеристики полевых транзисторов:

 

1 –с управляющим p-n -переходом; 2 –с изолированным затвором

 

и встроенным каналом; 3 – с изолированным затвором

и индуцированным каналом

 

полевому транзистору с управляющим p-n -переходом, характеристика 2 – МОП-транзистору со встро-енным каналом, характеристика 3 – МОП-транзистору с индуцированным каналом (все каналы имеют электронную проводимость).

В заключение отметим, что основным параметром, характеризующим полевой транзистор как уси-лительный прибор, является крутизна переходной (стоко-затворной) характеристики

 

S =I с/∆ U зи.

 

Она может быть определена как по семейству входных характеристик при заданном напряжении сток -исток U си, так и по переходной характеристике.

 

Контрольные вопросы

 

1 Опишите принцип работы полевого транзистора с управляющим р-n -переходом.


2 Чем отличаются полевые транзисторы с управляющим р-n -переходом от полевых транзисторов с изолированным затвором?

 

3 Чем отличаются полевые транзисторы с изолированным затвором с индуцированным каналом от транзисторов со встроенным каналом?

4 Какими характеристиками и параметрами описывают свойства полевых транзисторов?

5 В чем заключается основное отличие полевых транзисторов от биполярных?

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-05-06; Просмотров: 1523; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.008 сек.