Униполярные (полевые) транзисторы (ПТ)

4.4.1 Определение ПТ. Разновидности ПТ. Особенности

 

Униполярными (полевыми) транзисторами называются ПП приборы, у которых регулирование тока в силовой цепи производится изменением проводимости проводящего канала (N-или P-типа) с помощью электрического поля, перпендикулярного направлению тока.

Особенности:

- ток в канале создается носителями только одного знака (P или N), а отсюда «униполярные»;

- ток в канале управляется полем, а отсюда «полевые».

Электроды, подключенные к каналу, называются истоком(Source) и стоком (Drain), а управляющий электрод называется затвором(Gate). Управляющее напряжение, которое создает поле в канале, прикладывается между З и И. В зависимости от способа выполнения затвора ПТ подразделяются на две группы:

- с управляющим р-n переходом (ПТУП)

- с изолированным затвором (ПТИЗ).

Конструктивно ПТИЗ могут иметь структуру «металл-диэлектрик- ПП», (это МДП транзисторы) или «металл-окисел-ПП» (это МОП транзисторы).

 

4.4.2 Устройство и принцип действия ПТУП

 

    

Рисунок 4.39 – Устройство ПТУП с каналом n-типа и условные обозначения

 

В этом ПТ затвор выполнен в виде двух обратно смещенных р-n переходов, между которыми расположен канал. Канал соединяется с истоком и стоком. На обозначении ПТУП наличие встроенного канала обозначается вертикальной чертой, а направление стрелки затвора (смещен к истоку) указывает тип проводимости канала.

Принцип действия состоит в том, что при изменении входного напряжения U_зи изменяется ширина p-n переходов в области затвора, т.е. уменьшается сечение канала, а значит и его проводимость, а отсюда и ток  в канале. Особенность: при малом  ( ~ ) оба напряжения существенно влияют на проводимость канала.

Увеличение обратного напряжения на затворе приводит к снижению проводимости канала, поэтому ПТУП работают только на обеднение канала носителями зарядов. Когда p-n переходы смыкаются (­ • ­ • -) ток →0, ПТУП закрывается, т. к. канал прерывается.

 

4.4.3 Устройство и принцип действия ПТИЗ

 

Устройство ПТИЗ показано на рис. 4.40.

Рисунок 4.40 – Устройство ПТИЗ

 

В ПТИЗ электрод затвора З изолирован от ПП канала с помощью слоя изолятора. Таким образом, конструктивно это структура «металл-изолятор-ПП». Если в качестве изолятора используется слой кремния Si, то получим МДП-структуру. Чаще используется слой окиси кремния SiО₂, тогда это МОП-структура.

Электроды истока И и стока С располагаются по обе стороны затвора и имеют контакт с ПП каналом. Ток утечки затвора пренебрежимо мал ( … А) даже при повышенных температурах. ПП канал может быть либо обеднен носителями, либо обогащен ими.

При обедненном канале электрическое поле затвора повышает его проводимость, поэтому канал называют индуцированным. Если канал обогащен носителями, то он называется встроенным. Электрическое поле затвора в этом случае приводит к обеднению канала (уменьшению проводимости) носителями заряда.

Проводимость канала может быть n- или p-типа (электронная или дырочная). Соответственно, n-канал или p-канал.

Отметим, что наиболее часто используются (особенно в ИС и БИС) МОП–структуры с индуцированным каналом, т.к. они наиболее технологичны.

Таким образом, ПТИЗ (чаще МОП) могут быть четырех типов: с каналом n- и p- типов, каждый из которых может быть с индуцированным или встроенным каналом.

Обозначения условные графические приведены на рис. 4.41

 

индуцированный	встроенный	индуцированный	встроенный
канал n-типа		канал р-типа

Рисунок 4.41 – Обозначения условные графические ПТИЗ (МОП)

 

Отметим, что условные обозначения максимально информативны.

4.4.4 ВАХ для ПТ

 

1. Передаточные ВАХ. Крутизна ВАХ.

Основной ВАХ для ПТ есть стокозатворная ВАХ . Это передаточные ВАХ, которые для всех шести разновидностей ПТ приведены на рис. 4.42. Пользуясь этими ВАХ можно установить полярность управляющего напряжения ( , направление тока в канале и диапазон изменения управляющего напряжения (

 

        

Рисунок 4.42 – Передаточные ВАХ для ПТ

 

Отметим, что из всех приведенных разновидностей ПТ в настоящее время не выпускаются только МОП со встроенным каналом p – типа. (ВАХ изображена пунктиром).

Особенности:

 1. ВАХ для ПТ с каналом n – типа расположены в верхней полуплоскости, т.е.  – положительный, что соответствует положительному напряжению  , для канала p – типа – наоборот;

2. ВАХ для ПТУП при  имеет максимальное значение  При увеличении запирающего напряжения канал обедняется носителями,  уменьшается и при  ток ;

3. ВАХ для МОП с индуцированным каналом при  имеют . Ток стока появляется при │ │>│ │ (т.к. когда появляется, т.е. индуцируется канал). Далее, когда │ │↑→ ↑;

4. ВАХ для МОП со встроенным каналом при  имеют начальное значение  Эти ПТ могут работать и в режиме обогащения ( ↑) и в режиме обеднения ( .

Основным параметром передаточной ВАХ для ПТ любого типа является крутизна S, определяемая, как рис.(4.42)

Пример определения  приведен на ВАХ для ПТУП с р – каналом. Параметр приводится в справочниках.

 

2. ВыходныеВАХ для ПТ (стоковые)

Выходные или стоковые ВАХ – это зависимости

.    

Рассмотрим их на примере ПТУП с n – каналом – рис. 4.43

На участке 1 (Оа) имеем существенную зависимость  от . Для работы ПТУП в усилительном режиме это нерабочий участок. Он используется при работе ПТУП в качестве регулируемого резистора.

На участке 2 (ав) зависимость  Это рабочий участок в режиме усиления.

Рисунок 4.43 – Стоковые ВАХ для ПТУП с каналом n – типа.

 

Участок 3 соответствует пробою прибора.

Точке а соответствует начало смыкания p – n переходов (Напряжение , причем при  ПТУП полностью открыт, а при │ │↑ p – n переходы смыкаются все больше. То напряжение на затворе, при котором , называется напряжением запирания или напряжением отсечки . Числовое значение  (см. рис.). Таким образом ПТУП может работать и в ключевом режиме.

Для ПТ других типов вид стоковых ВАХ практически не отличается от рассмотренного, меняются только знаки и численные значения  и  в характерных точках.

 

Усилитель напряжения на ПТ

Входное сопротивление ПТ составляет , поэтому на простейшей схеме замещения входную цепь ПТ можно представить разомкнутой цепью. Выходную  цепь в режиме усиления для такого сигнала  представим в виде источника тока стока , управляемого напряжением . Тогда простейшая схема замещения для режима усиления малого сигнала будет иметь вид, как на рис. 4.44а. Найдем усиление простейшего каскада с ПТ, представленного на рис. 4.44б. Заменим ПТ его эквивалентной схемой (рис. 4.44 а), получим простейшую эквивалентную схему усилителя, приведенную на рис.4.44в.

  

Рисунок 4.44 – К нахождению усиления каскада на ПТ

 

Найдем напряжение  на  по схеме на рис. 4.44 в.

 ,

где ток стока , в соответствии с определением крутизны , будет

Тогда

По определению, коэффициент усиления по напряжению , а по схеме на рис. 4.44в имеем  , тогда

 

 .        (4.18)

 

Для получения более точной формулы необходимо использовать более точную (подробную) эквивалентную схему ПТ. В качестве таковой обычно используют схему в у – параметрах.

 

---

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 956; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!