Лекция 7. Лекция Устройство и принцип работы полевого транзистора с управляющим pn переходом
 Скачать 53 Kb.
|
|
Лекция 7. Устройство и принцип работы полевого транзистора с управляющим p-n- переходом.  Транзистор состоит из слаболегированного полупроводника n-типа, выполненного в виде тонкой пластинки ил стержня. Он представляет собой канал. На каждую из боковых граней канала наносится полупроводник p-типа, представляющий собой затвор. Торцы пластины n-типа снабжены электродами. Один из выводов (каналов) – исток (соединяется с общей точкой схемы), а другой – сток. На сток подают напряжение такой полярности, чтобы основные носители канала двигались к стоку, то есть в n-канальном «+», а в p-канальном – «-». Между затвором p+ и каналом n образуется p-n-переход, в основном располагающийся в области каналов, поскольку он слабо легирован. На затвор относительно истока подают управляющее напряжение такой полярности, чтобы p-n-переход был смещен в обратном направлении. При изменении направления в затворе, изменяется ширина p-n-перехода области, объединенной носителями зарядов, а вместе с этим и ширина проводящей части канала. В результате изменяется сопротивление «сток-исток», а следовательно и ток стока. Понятия: 1) Напряжение отсечки – такое напряжение затвор-исток, при котором проводящая часть канала смыкается по всей длине. 2) Напряжение насыщения – такое напряжение сток-исток, при котором смыкание канала происходит у стока. Статистические ВАХ n-канального полевого транзистора с управляющим p-n-переходом.  - выходная ВАХ,  - передаточная.  На семействе ВАХ можно выделить три участка: I Крутой (омический). В этой области транзистор ведет себя как линейный резистор, сопротивление которого зависит от управляющего напряжения Uзи. Наблюдается при: Uси < Uси насыщ II Uси насыщсиси max. Область насыщения полевого транзистора, пологий участок (рабочая область). При Uси= Uси насыщ происходит смыкание проводящей части канала у стока, после чего рост тока стока прекращается. III Область, где ток (Iс) резко возрастает, что связано с предпробойным эффектом в транзисторе. Выходную ВАХ полевого транзистора иногда называют стоковой. Передаточная характеристика характеризует процесс управления Iс входным напряжением. Uзи отсечки → ток Iс обращается в ноль. МДП-транзисторы или транзисторы с изолированным затвором. В них металлический затвор изолирован от токопроводящего канала, образованного при поверхностном слое полупроводника, слоем диэлектрика. Принцип действия МДП-транзистора основан на управлении пространственным зарядом канала (то есть проводимостью канала ρ) через слой диэлектрика. В зависимости от способа создания канала, МДП-транзисторы бывают двух видов: 1)МДП-транзисторы с встроенным каналом. В них канал создаётся при изготовлении транзистора.   Выходная ВАХ:  Передаточная ВАХ:   На этапе изготовления области стока n+ и истока n+ соединяются полупроводником n-типа, слаболегированным, который и представляет собой канал. 1) При Uзи=0 между стоком и истоком существует связь через канал. При подачи на сток положительного напряжения в цепи сток-исток протекает ток, ВАХ которого аналогична выходной ВАХ полевого транзистора с управляющим p-n-переходом. 2) При Uзи>0 между затвором и подложкой возникает электрическое поле, в котором электроны втягиваются в область канала из подложки и из областей стока и истока, при этом сопротивление канала уменьшается, а ток в цепи стока возрастает. (Область обогащения канала носителями заряда). 3) При Uзи<0 в канале возникает электрическое поле, в котором электроны канала выталкиваются вглубь подложки. Сопротивление канала возрастает, а ток стока уменьшается. (Область обеднения канала основными носителями заряда). 2)МДП-транзистор с индуцированным каналом.    1)Uзи=0 области стока и истока отделены друг от друга двумя p-n-переходами, смещенными в обратном направлении. 2)При Uзи>0 в объеме подложки создается электрическое поле, которое втягивает электроны в приповерхностный слой под затвором, изменяя ток проводимости этого слоя на противоположный. Так создается канал. При изготовлении такого транзистора канал не создаётся, то есть области стока и истока отдельны друг от друга. Однако при подаче на затвор положительного напряжения под действием поля, в приповерхностной области затвора, появляется канал за счёт электронов втягиваемых в эту область из объёма подложки и областей стока и истока, то есть канал индуцируется электрическим полем. Физическая схема замещения полевого транзистора и его основные параметры.  Cзи,Cзк,Cзс и Cси – в основном все они малы по величине, поскольку диэлектрики обладают малой диэлектрической проницаемостью. Усилительные свойства транзистора характеризуются источником тока, который создает выходной ток, пропорциональный управляющему напряжению. I=SUзи, S0=Iс/Uзи – крутизна полевого транзистора. С ростом частоты переменного гармонического сигнала крутизна становится частотно зависимой:   , где  =cзиrк - постоянная времени крутизны.S0-дифференц-я крутизны,  - выходное сопротивление полевого транзистора, характеризующее наклон выходной ВАХ на наклонном участке. На рабочем участке величина этого сопротивления >100Kom.Коэффициент усиления по напряжению  В случае больших сигналов эквивалентная схема аналогична рассмотренной, но S – зависит от Uси и Uзи (нелинейно).</0> |