Полевые транзисторы. Устройство, принцип действия, характеристики, основные параметры

Полевые транзисторы (униполярные) - п/п приборы, в которых прохождение тока обусловлено дрейфом носителей заряда одного знака под действием продольного электрического поля.С точки зрения носителя заряда их называют униполярные (одной полярности).С точки зрения управления электрическим полем - полевыми.

Различают схемы включения:

- с общим истоком которые позволяют получить усиление тока и напряжения и инвертирование фаз напряжения при усилении, имеют очень высокое входное и выходное сопротивления;

- с общим стоком имеет коэффициент усиления по напряжению, стремящийся к единице, выходное напряжение по значению и фазе повторяют входное, имеют очень высокое входное и низкое выходное сопротивления;

- с общим затвором не дает усиления тока и поэтому усиление мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме с ОИ, входное сопротивление мало, в усилителях не используются, применяется в качестве линейных ключей и электронных потенциометров.

Отличие биполярных от полевых транзисторов: практически бесконечное входное сопротивление, несколько худшие усилительные свойства, лучшие температурные характеристики, возможность параллельного включения с целью увеличения тока, опасность повреждения статическим напряжением.

По способу создания канала различают ПТ с p-n-переходом (канал p- или n-типа), встроенным каналом (МДП) и индуцированным каналом (МОП).ПТ с управляющим р-n переходом содержит три п/п области одного и того же типа проводимости, называемые истоком - каналом - стоком.

Движение носителей заряда начинается от истока в направлении стока по каналу, ширина которого зависит от напряжения, приложенного к затвору. Соответственно имеет 3 электрода: затвор, сток и исток.р-n переход является высокоомной областью неподвижных носителей заряда –ионов. Подавая на затвор запирающее напряжение (в нашем случае "-") мы увеличиваем ширину р-n переходов и соответственно уменьшаем ширину канала и увеличиваем его сопротивление.

Резистор автоматического смещения служит для автоматического создания напряжения смещения. При его увеличении возможно полное запирание. Сопротивление в цепи затвора необходимо для заряда конденсатора.

При подаче на затвор отпирающего напряжения > 0,5В происходит отпирание р-n-перехода, возникает ток затвора и ПТ теряет основное своё преимущество: высокое входное сопротивление.

МОП с изолированным затвором и индуцированным каналом.

При приложении к затвору напряжения положительной полярности определенной величины, в области подложки (наиболее близко расположенная к затвору), под диэлектриком, образуется канал из неосновных носителей зарядов электронов. Для него характерно ещё большее входное сопротивление, но меньшее усиление, так как управляющий затвор находитя на большем расстоянии от канала.

МДП со встроенным каналом.

При подаче положительного напряжения увеличиваем ширину канала, и ток по нему тоже увеличивается. При подаче отрицательного напряжения уменьшаем ширину канала и ток по нему, вплоть до полного закрытия транзистора.

«+» возможность работы без начального смещения

«-» протекание тока при наличие U₃ = О

Чтобы р-п переходы были надёжно заперты относительно подложки (П), мы подаём на П напряжение, противоположное полярности по отношению к напряжению на стоке, т.е. для п - канала это будет "-". В обычных случаях соединяем П и U

КМОП - комплиментарные МОП с п и р переходом.

«+» отрицательный температурный коэффициент мощности, т.е. при нагреве ток стока уменьшается.

ПТ п - типа с р-п переходом не рекомендуется использовать при комбинации больших (20-50В) напряжений на затворах и относительно больших (> 1 мА) тока стока, из-за резкого возрастания тока затвора.

Достоинства ПТ: высокое входное сопротивление.

Недостатки: более низкое, по сравнению с БПТ, усиление по напряжению.

8. Тиристоры: динистры, тринистры. Устройство, ВАХ, основные параметры.

Тиристоры - четырехслойные элементы, имеющие структуру р-п-р-п.

Диодный тиристор - транзистор, с двумя выводами.

Триодный тиристор, управляемый - транзистор, с тремя выводами. Тиристор можно представить в виде двух трехслойных элементов (транзисторов). При достижении прямого напряжения U_Bpзначения напряжения включения и_т1происходит лавинообразное размножение зарядов и тиристор открывается.

В управляемых тиристорах их включение происходит при пода­че на управляющий электрод то­ка I при гораздо меньших значе­ниях и_ш.

При снятии входного сигнала тиристор остается во включенном состоянии до тех пор, пока не вы­ключено анодное напряжение.

Тиристор позволяет коммутировать значительные токи без подвижных де­талей, внутри полупроводниковой структуры, с большой частотой переключе­ния. Он предназначен для включения и выключения силовых токов (до 1000 А).

Принцип действия тиристора основан на следующем. При приложении к ти­ристору питания Е обратной полярностью закрываются переходы р1-n1и p2-n2. Сопротивление тиристора бесконечно велико. Подача управ­ляющего сигнала не влияет на состояние тиристора.

При подаче питания прямого направления закрывается средний р-ппе­реход. Если не подавать управляющего сигнала тиристор также закрыт.

При подаче управляющего сигнала U,появляется управляющий ток I, че­рез переход р. -п,,что приводит к появлению зарядов в среднем р-n пере­ходе тиристора и стремительному росту тока I_яр.При кратковременной подачеуправляющего сигнала тиристор открывается лавинообразно. Даже при токах до 2000 А напряжение на тиристоре падает незначительно (до 1 В).

9. Оптоэлектронные приборы: фоторезисторы, свето-, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, оптроны. Назначение, характеристики, основные параметры.

Светодиодами называются полупроводниковые приборы, преобразующие электрические сигналы в оптическую лучистую энергию некогерентного светового излучения.

При приложении к светодиоду прямого напряжения происходит инжекция носителей заряда, которая в сочетании с рекомбинацией с неосновными носителями вызывает излучение.

Основные параметры:

2) сила света (десятые доли÷единицымКанделл);

3) яркость (десятки÷сотни Кандел на кв.см);

4) постоянное прямое напряжение ;

5) цвет свечения и длина волны, соотв.-е максимальному световому потоку;

6) максимально допустимый постоянный прямой ток (десятки мА);

7) максимально допустимое постоянное обратное напряжение (единицы В).

Используются: в оптических линиях связи, индикаторных устройствах, оптопарах.

Фотодиодом называется фотоэлектрический прибор, имеющий один р-n -переход. В основе его работы лежит явление возрастания обратного тока р-n -перехода при его освещении, т.е. световой поток управляет обратным током фотодиода.

Фотодиоды имеют структуру обычного р-n -перехода (см. рис.), где а) - условное обозначение фотодиода, б) - структура фотодиода. Вследствие оптического возбуждения в р и n областях возникает неравновесная концентрация носителей заряда.

На границе перехода неосновные носители заряда под влиянием электрического поля, перебрасываются через переход в область, где они являются основными носителями. Электрический ток, созданный ими есть полный фототок. Если р-n -переход разомкнут, то перенос носителей заряда, генерируемых светом, приводит к накоплению отрицательного в n -области и положительного в р -области зарядов. Новое равновесное состояние соответствует меньшей высоте потенциального барьера, равной (U _к- Е _ф). ЭДС Е _ф, возникающую при этих процессах, на значение которой снижается потенциальный барьер U к в р-n -переходе, называют фотоэлектродвижущейсилой (фото-ЭДС) В данной ситуации фотодиод работает в режиме фотогенератора, преобразуя световую энергию в электрическую.

Фотодиод может работать совместно с внешним источником (рис. в). При освещении фотодиода поток неосновных носителей заряда через р-n- переход возрастает. Увеличивается ток во внешней цепи, определяемый напряжением источника и световым потоком. Значение фототока можно найти из выражения I _ф= S _инт Ф, где S _инт - интегральная чувствительность.

Фотодиод может включаться двумя способами:

· вентильный (гальванический) режим

· фотодиодный режим

Вольтамперные характеристики освещенного p-n -перехода показаны на рисунке.

Энергетические характеристики, которые связывают фототок со световым потоком, являются одними из основных характеристик фотодиода. Причем фотодиод может быть включен без внешнего источника ЭДС (генераторный режим), так и с внешним источником (см. рис.) а) - генераторный режим; б) - при работе с внешним источником).

Достоинства: большое быстродействие.

Недостатки: невысокая фоточувствительность.

Рис.1. Оптрон с внутренней (а) и внешними (б) фотонными связями: 1, 6 – источники света; 2 – световод; 3, 4 – приемники света; 5 – усилитель.

Основным элементом оптоэлектроники является оптрон. Различают оптроны с внутренней (рис.1, а) и внешними (рис.1, б) фотонными связями. Простейший оптрон представляет собой четырехполюсник (рис.1, а), состоящий из трех элементов: фотоизлучателя 1, световода 2 и приемника света 3, заключенных в герметичном светонепроницаемом корпусе. При подаче на вход электрического сигнала в виде импульса или перепада входного тока возбуждается фотоизлучатель. Световой поток по световоду попадает в фотоприемник, на выходе которого образуется электрический импульс или перепад выходного тока. Этот тип оптрона является усилителем электрических сигналов, в нем внутренняя связь фотонная, а внешние - электрические.

Другой тип оптрона - с электрической внутренней связью и фотонными внешними связями (рис.1, б) - является усилителем световых сигналов, а также преобразователем сигналов одной частоты в сигналы другой частоты, например сигналов инфракрасного излучения в сигналы видимого спектра. Приемник света 4 преобразует входной световой сигнал в электрический. Последний усиливается усилителем 5 и возбуждает источник света 6.

Фототранзисторы представляют собой приемники лучистой энергии с двумя или с большим числом р-п-переходов, обладающие свойством усиления фототока при облучении чувствительного слоя. Фототранзистор соединяет в себе свойства фотодиода и усилительные свойства транзистора. Наличие у фототранзистора оптического и электрического входов одновременно позволяет создать смещение, необходимое для работы на линейном участке энергетической характеристики, а также компенсировать внешние воздействия. Для обнаружения малых сигналов напряжение, снимаемое с фототранзистора, должно быть усилено. В этом случае следует увеличить сопротивление выхода переменному току при минимальном темновом токе в цепи коллектора, создавая положительное смещение на базе.

Дата добавления: 2015-06-04