Частотные свойства полевых транзисторов
Анализ показывает, что по частотным свойствам полевой транзистор не имеет особых преимуществ перед биполярным. Практически были осуществлены полевые транзисторы с максимальной частотой генерации до 30 ГГц. Но с точки зрения быстродействия полевой транзистор превосходит биполярный, так как работает на основных носителях заряда при отсутствии их накопления.
На частотные свойства полевых транзисторов оказывают влияние:
— конечность времени пролета носителей от истока до стока;
— межэлектродные емкости структуры.
Конечность времени пролета носителей tПР отражается комплексной крутизной
Здесь S0 — значение крутизны при ω → 0.
Модуль крутизны равен:
При ω = ωS крутизна уменьшается в раз, частоту ωS называют предельной частотой крутизны.
Частота ωS связана с временем пролета tПР соотношением
Для выяснения частотной зависимости параметров транзистора от межэлектродных емкостей необходимо воспользоваться эквивалентной схемой (рисунок 4.7).
Из эквивалентной схемы следует, что к емкости затвор-сток приложена сумма двух напряжений: входного и выходного. Причем выходное напряжение . Входной ток транзистора разветвляется на две ветви: часть тока течет через входную емкость СЗИ , часть через емкость СЗС. Тогда входной ток будет равен
Отсюда следует, что наличие проходной емкости СЗС увеличивает входную емкость транзистора, что ведет к снижению граничной частоты, поскольку емкость СЭ, определяющая граничную частоту, включает в себя и входную емкость транзистора, шунтирующую резистор нагрузки RН.
Ток затвора IЗ во входной цепи полевого транзистора с управляющим p-n переходом является обратным током, который создается неосновными носителями через p-n переход, чрезвычайна мал (порядка 10 -9 А и менее). Поэтому входное сопротивление полевого транзистора RВХ=DUЗ/DIЗ очень высокое (порядка нескольких мегомов), входная же емкость мала, так как переход находится под обратным напряжением. Этими качествами полевой транзистор выгодно отличается от биполярных транзисторов с двумя p-n переходами
Входное сопротивление МДП-транзистора из-за наличия изолятора между затвором и каналом составляет около 10 12 — 10 14 Ом и уменьшается с ростом частоты вследствие шунтирования входной емкостью транзистора. Выходное сопротивление находится в пределах десятков — сотен килоомов. Входная и выходная емкости составляют единицы пикофарад, а проходная емкость -десятые доли пикофарад.
Основные параметры полевых транзисторов и их ориентировочные значения
Основные свойства и электрические параметры полевых транзисторов практически аналогичны независимо от вида управляющего поля и схемы включения, но отличаются только количественными показателями.
Так, на ток /с в канале влияют изменения двух напряжений: затворного напряжения Щ и напряжения на канале Uc. Приращение каждого из этих напряжений при неизменном другом напряжении вызывает соответствующее изменение тока стока /с. Отношение этих приращений отражает наиболее существенные свойства полевых транзисторов, выражаемые их параметрами в различных схемах включения транзисторов.
Рассмотрим основные параметры для схемы с ОИ, которые в основном приводятся в справочной литературе.
Полевые транзисторы характеризуются следующими дифференциальными параметрами, соответствущими режиму насыщения.
Статическая крутизна S характеристики прямой передачи определяется по семейству характеристик прямой передачи (рис. 4.31), характеризует управляющее действие входного напряжения иш и равна отношению изменения тока к изменению затворного напряжения иш
Однако для каждого участка характеристики с небольшим приближением можно найти усредненное значение крутизны, заменив производную отношением соответствующих приращений. При ма-
лых приращениях это вполне допустимо: S= ——— при ?/си = const, Unv[ = const (рис. 4.31). Аи зи
Крутизна, выражаемая числом, показывает, на сколько изменяется ток стока /с при изменении затворного напряжения ?/зи на 1 В, и определяет наклон статической стокозатворной характеристики в заданной точке. Чем больше крутизна, тем эффективнее процесс управления, так как при одном и том же приращении входного напряжения ?/зи можно получить большее приращение тока стока А/с. Крутизна зависит от сопротивления канала. Чем меньше сопротивление канала, тем большее приращение тока /с можно получить при том же изменении напряжения иш.
В транзисторе МДП (МОП)-структуры на крутизну S влияет также толщина слоя диэлектрика (Si02). Крутизна может иметь значение в пределах S — 0,1—500 мА/В и наибольшее значение — в транзисторах с изолированным затвором и каналом я-типа.
Входное сопротивление RBX характеризует влияние изменения затворного напряжения иш на ток затвора /3:
Входное сопротивление полевого транзистора с управляющим р- п-переходом определяется сопротивлением /ья-перехода, включенным под обратное смещение, и составляет 10 6 —10 8 Ом. В транзисторах МДП (МОП)-структуры входное сопротивление определяется сопротивлением изоляционного слоя Si02, значительно больше, чем у полевых транзисторов с управляющим /?-я-переходом, и составляет 10 12 —10 14 Ом.
Важным фактором является то, что RBX МДП (МОП)-транзисторов остается неизменным при подаче на вход напряжения любой полярности в отличие от транзистора с управляющим /?-я-переходом из-за изоляционного слоя, который имеет постоянное сопротивление. В полевых транзисторах с управляющим /ья-переходом при подаче напряжения прямого смещения иш входное сопротивление стремится к нулю, а в транзисторе с изолированным затвором от канала входное сопротивление не изменяется.
Таким образом, полевые транзисторы имеют гораздо большее входное сопротивление RBX, чем биполярные транзисторы, что облегчает согласование схем на полевых транзисторах между собой.
Выходное (внутреннее) сопротивление RBblx (Rj) характеризует влияние изменения напряжения ?/си на ток /с при неизменном напряжении иш
В режиме насыщения изменение напряжения ?/си незначительно изменяет ток /с, поэтому сопротивление очень велико и составляет 10 4 —Ю 6 Ом.
Коэффициент усиления р показывает, во сколько раз затворное напряжение ?/зи сильнее влияет на изменение тока /с, чем напряжение на канале ?/си:
Количественно р выражается числом, которое показывает, на сколько нужно изменить напряжение ?/зи при изменении напряжения Щц на 1 В, чтобы при этом ток /с остался неизменным. В режиме насыщения р велико, так как обычно изменение напряжения незначительно влияет на ток /с, а напряжение ?/зи влияет существенно.
Значение р составляет 10—100 единиц. Параметры S, Rt и р полевого транзистора связаны между собой уравнением р = R/S.
сШ 61 6UrM Действительно, р = ———— = —
d/ c dy 3H dy 3H
Рис. 4.32. Выходные характеристики полевого транзистора
Параметры S, Rj можно определить по выходным (стоковым характеристикам) (рис. 4.32). Для определения RBblx строим треугольник со сторонами Al’c и Аиси в режиме насыщения. Построение треугольника начинается с выбора положения рабочей точки на прямолинейном участке одной из статических характеристик в режиме насыщения, например точка А на рис. 4.32 характеристики со значением затворного напряжения ?/зи = 0,5 В. Рабочая точка А имеет параметры: иш = 0,5 В, /с = 7 мА, UCV[ = 7 В. Выбираем приращение напряжения A UCii в пределах прямолинейного участка в режиме насыщения, допустимое для данного типа транзистора, например Аиси = 5 В в пределах от ?/си = 7 В до ?/си = 12 В. На оси абсцисс со значением ?/си = 12 В восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с ВАХ, имеющей значение ?/зи = 0,5 В получаем точку В. Из точки А проводим линию, параллельную оси напряжения UCii до пресечения с перпендикуляром к оси напряжения, и место пересечения обозначаем точкой С. По полученному треугольнику АВС определяем значения величин: Al’ = 0,5 мА и А ?/си = = 5 В, по которым определяем по формуле RBblx = А1/си/А1′с при иш = = const. Получаем /?вых = 5/0,5* 10 —3 = 10 кОм. Для определения крутизны находим приращение Д/с между двумя соседними характеристиками, снятыми при разных напряжениях U3H (например, 1/ш = 1,0 и 0,5 В). При этом Л?/зи = —0,5 В — (—1 В) = 0,5 В.
Получаем S = А/с/Д?/зи при ?/си = const. При А иш = 0,5 В и А/с = 2,5 мА S = 2,5/0,5 = 5 мА/В при ?/си = const.
Начальный ток стока /с нач — это ток стока при нулевом напряжении Щи. Для транзисторов с управляющим />-я-переходом Iq нач = 0,2—600 мА; для транзисторов с технологически встроенным каналом /с нач = 0,1—100 мА; с индуцированным каналом /с нач = 0,01—0,5 мкА.
Напряжение отсечки t/3M отс = 0,2—10 В.
Пороговое напряжение иш пор = 1—6 В — минимальное напряжение, необходимое для создания канала.
Сопротивление исток—сток в открытом состоянии /?си отк = = 2-300 Ом.
Остаточный ток стока /с ост — ток стока при напряжении ^ЗИ ост = 0 составляет 0,001 — 10 мА.
Максимальный постоянный ток стока /с тах = 10 мА—0,7 А.
Немаловажными параметрами являются междуэлектродные емкости: входная (затвор—исток) Сзи, проходная (затвор—сток) Сзс и выходная (сток—исток) Сси которые зависят от размеров электродов, расстояния между ними и степени перекрытия канала затвором. Значение емкостей составляет 2—5 пФ.
Основные параметры во многом зависят от схемы включения генераторов. Параметры, которые характерны для различных схем включения, приведены в табл. 4.1.
Частотные свойства полевых транзисторов
Анализ показывает, что по частотным свойствам полевой транзистор не имеет особых преимуществ перед биполярным. Практически были осуществлены полевые транзисторы с максимальной частотой генерации до 30 ГГц. Но с точки зрения быстродействия полевой транзистор превосходит биполярный, так как работает на основных носителях заряда при отсутствии их накопления.
На частотные свойства полевых транзисторов оказывают влияние:
— конечность времени пролета носителей от истока до стока;
— межэлектродные емкости структуры.
Конечность времени пролета носителей tПР отражается комплексной крутизной
Здесь S0 — значение крутизны при ω → 0.
Модуль крутизны равен:
При ω = ωS крутизна уменьшается в раз, частоту ωS называют предельной частотой крутизны.
Частота ωS связана с временем пролета tПР соотношением
Для выяснения частотной зависимости параметров транзистора от межэлектродных емкостей необходимо воспользоваться эквивалентной схемой (рисунок 4.7).
Из эквивалентной схемы следует, что к ёмкости затвор-сток приложена сумма двух напряжений: входного и выходного. Причем выходное напряжение . Входной ток транзистора разветвляется на две ветви: часть тока течет через входную емкость СЗИ , часть через емкость СЗС. Тогда входной ток будет равен
Отсюда следует, что наличие проходной емкости СЗС увеличивает входную емкость транзистора, что ведет к снижению предельной частоты, поскольку емкость СЭ, определяющая предельную частоту, включает в себя и входную емкость транзистора, шунтирующую резистор нагрузки RН.
Ток затвора IЗ во входной цепи полевого транзистора с управляющим p-n переходом является обратным током, который создается неосновными носителями через p-n переход, чрезвычайна мал (порядка 10 -9 А и менее). Поэтому входное сопротивление полевого транзистора RВХ=DUЗ/DIЗ очень высокое (порядка нескольких мегомов), входная же емкость мала, так как переход находится под обратным напряжением. Этими качествами полевой транзистор выгодно отличается от биполярных транзисторов с двумя p-n переходами
Входное сопротивление МДП-транзистора из-за наличия изолятора между затвором и каналом составляет около 10 12 — 10 14 Ом и уменьшается с ростом частоты вследствие шунтирования входной емкостью транзистора. Выходное сопротивление находится в пределах десятков — сотен килоомов. Входная и выходная емкости составляют единицы пикофарад, а проходная емкость -десятые доли пикофарад.
Полевой тетрод
Конструктивным вариантом ПТ является двухзатворный транзистор — МДП – тетрод. Управляющим является первый затвор. Второй затвор, действуя как электростатический экран, уменьшает проходную ёмкость прибора (эффект Миллера). Возможность работы на более высоких частотах — основное преимущество тетрода по сравнению с МДП — транзистором. Кроме того, тетрод существенно упрощает конструирование смесительных устройств.
Примерами промышленных образцов являются МДП — тетроды со
встроенным каналом n — типа и двумя затворами, предназначенные для высокочастотных каскадов радиоприёмных устройств. При необходимости второй затвор (как экранирующую сетку пентода) можно использовать в качестве второго управляющего электрода, например, в схеме преобразователя (смесителя) частоты.
Таблица 4.1. УГО основных типов полевых транзисторов
| Тип транзистора | УГО | |
| p-канал | n-канал | |
| Полевые транзисторы с p–n переходом и каналами |  |  |
| Полевые МДП транзисторы с индуцированным каналом р— и n-типа |  |  |
| Полевые МДП транзисторы со встроенным каналом р— и n-типа |  |  |
| Полевой транзистор с затвором Шоттки и каналом n-типа. |  | |
| Полевой тетрод с каналом р— и n-типа |  |  |
Контрольные вопросы к разделу 4
Дайте определение полевым транзисторам (ПТ).
Изобразите устройство и поясните принцип действия ПТ с p-n переходом.
Изобразите устройство и поясните принцип действия ПТ со структурой МДП.
Изобразите устройство и поясните принцип действия ПТ с барьером Шоттки.
Приведите условные графические обозначения ПТ разных типов и структур.
Приведите и охарактеризуйте вид передаточных характеристик ПТ различных структур.
Приведите и охарактеризуйте вид выходных характеристик ПТ различных структур.
Дайте определение Y-параметрам ПТ.
Поясните, каким образом можно определить крутизну S по характеристикам ПТ?
Поясните, каким образом можно определить выходное сопротивление по выходным характеристикам ПТ?
Охарактеризуйте основные справочные параметры ПТ.
Изобразите эквивалентную схему ПТ. Поясните роль всех элементов модели.
5 БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Общие сведения
Биполярным транзистором (БТ) называется трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n-переходами, предназначенный для усиления электрических колебаний по току, напряжению или мощности. Слово «биполярный» означает, что физические процессы в БТ определяются движением носителей заряда обоих знаков (электронов и дырок). Взаимодействие переходов обеспечивается тем, что они располагаются достаточно близко – на расстоянии, меньшем диффузионной длины. Два p-n перехода образуются в результате чередования областей с разным типом электропроводности. В зависимости от порядка чередования областей различают БТ типа n-p-n (или со структурой n-p-n) и типа p-n-p (или со структурой p-n-p). Крайние области называются эмиттер и коллектор, а средняя – база. Условные изображения таких структур и условные графические обозначения на принципиальных схемах показаны на рисунке 5.1. Стрелки на условных изображениях БТ указывают направление прямого тока эмиттерного перехода.
Контакты с областями БТ обозначены буквами: Э — эмиттер; Б — база; К — коллектор.
 | |
| а) типа n-p-n | б) типа p-n-p |
| Рис. 5.1. Структуры БТ: Упрощенное устройство сплавного транзистора приведено на рис. 5.2а, а планарного транзистора (т.е. выводы сделаны в одной плоскости) структуры n-p-n изображено на рисунке 5.2 б. Обязательным условием работы транзистора является то, что эмиттерная область выполняется с высокой концентрацией примесей и обозначена верхним индексом «+» (n + ). Поэтому БТ является асимметричным прибором. Область n является коллектором. Соответственно область p являетсябазовой(или базой). Область n + под выводом коллектора служит для исключения выпрямляющего контакта и создания омического контакта между выводом и телом коллектора. Переход n + — р между эмиттером и базой называют эмиттерным, а p-n между базой и коллектором — коллекторным. |
Рис.5.2 Устройство сплавного транзистора а), стройство планарного транзистора типа n-p-n б)
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Полевые транзисторы. For dummies
Определение не только подтвердило наши предположения, но и продемонстрировало особенность полевых транзисторов — управление выходным током происходит посредством изменения приложенного электрического поля, т.е. напряжения. А вот у биполярных транзисторов, как мы помним, выходным током управляет входной ток базы.
Еще один факт о полевых транзисторах можно узнать, обратив внимание на их другое название — униполярные. Это значит, что в процессе протекания тока у них участвует только один вид носителей заряда (или электроны, или дырки).
Три контакта полевых транзисторов называются исток (источник носителей тока), затвор (управляющий электрод) и сток (электрод, куда стекают носители). Структура кажется простой и очень похожей на устройство биполярного транзистора. Но реализовать ее можно как минимум двумя способами. Поэтому различают полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором.
Вообще, идея последних появилась еще в 20-х годах XX века, задолго до изобретения биполярных транзисторов. Но уровень технологии позволили реализовать ее лишь в 1960 году. В 50-х же был сначала теоретически описан, а затем получил воплощение полевой транзистор с управляющим p-n переходом. И, как и их биполярные «собратья», полевые транзисторы до сих пор играют в электронике огромную роль.
Перед тем, как перейти к рассказу о физике работы униполярных транзисторов, хочу напомнить ссылки, по которым можно освежить свои знания о p-n переходе: раз и два.
Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
Итак, как же устроен первый тип полевых транзисторов? В основе устройства лежит пластинка из полупроводника с проводимостью (например) p-типа. На противополжных концах она имеет электроды, подав напряжение на которые мы получим ток от истока к стоку. Сверху на этой пластинке есть область с противоположным типом проводимости, к которой подключен третий электрод — затвор. Естественно, что между затвором и p-областью под ним (каналом) возникает p-n переход. А поскольку n-слой значительно уже канала, то большая часть обедненной подвижными носителями заряда области перехода будет приходиться на p-слой. Соответственно, если мы подадим на переход напряжение обратного смещения, то, закрываясь, он значительно увеличит сопротивление канала и уменьшит ток между истоком и стоком. Таким образом, происходит регулирование выходного тока транзистора с помощью напряжения (электрического поля) затвора.
Можно провести следующую аналогию: p-n переход — это плотина, перекрывающая поток носителей заряда от истока к стоку. Увеличивая или уменьшая на нем обратное напряжение, мы открываем/закрываем на ней шлюзы, регулируя «подачу воды» (выходной ток).
Итак, в рабочем режиме полевого транзистора с управляющим p-n переходом напряжение на затворе должно быть либо нулевым (канал открыт полностью), либо обратным.
Если величина обратного напряжения станет настолько большой, что запирающий слой закроет канал, то транзистор перейдет в режим отсечки.
Даже при нулевом напряжении на затворе, между затвором и стоком существует обратное напряжение, равное напряжению исток-сток. Вот почему p-n переход имеет такую неровную форму, расширяясь к области стока.
Само собой разумеется, что можно сделать транзистор с каналом n-типа и затвором p-типа. Сущность его работы при этом не изменится.
Условные графические изображения полевых транзисторов приведены на рисунке (а — с каналом p-типа, б — с каналом n-типа). Стрелка здесь указывает направление от p-слоя к n-слою.
Статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом
Выходной (стоковой) называется зависимость тока стока от напряжения исток-сток при константном напряжении затвор-исток. На рисунке — график слева.
На графике можно четко выделить три зоны. Первая из них — зона резкого возрастания тока стока. Это так называемая «омическая» область. Канал «исток-сток» ведет себя как резистор, чье сопротивление управляется напряжением на затворе транзистора.
Вторая зона — область насыщения. Она имеет почти линейный вид. Здесь происходит перекрытие канала в области стока, которое увеличивается при дальнейшем росте напряжения исток-сток. Соответственно, растет и сопротивление канала, а стоковый ток меняется очень слабо (закон Ома, однако). Именно этот участок характеристики используют в усилительной технике, поскольку здесь наименьшие нелинейные искажения сигналов и оптимальные значения малосигнальных параметров, существенных для усиления. К таким параметрам относятся крутизна характеристики, внутреннее сопротивление и коэффициент усиления. Значения всех этих непонятных словосочетаний будут раскрыты ниже.
Третья зона графика — область пробоя, чье название говорит само за себя.
С правой стороны рисунка показан график еще одной важной зависимости — стоко-затворной характеристики. Она показывает то, как зависит ток стока от напряжения затвор-исток при постоянном напряжении между истоком и стоком. И именно ее крутизна является одним из основных параметров полевого транзистора.
Полевой транзистор с изолированным затвором
Такие транзисторы также часто называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник)- или МОП (металл-оксид-полупроводник)-транзисторами (англ. metall-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET). У таких устройств затвор отделен от канала тонким слоем диэлектрика. Физической основой их работы является эффект изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля.
Устройство транзисторов такого вида следующее. Есть подложка из полупроводника с p-проводимостью, в которой сделаны две сильно легированные области с n-проводимостью (исток и сток). Между ними пролегает узкая приповерхностнаяя перемычка, проводимость которой также n-типа. Над ней на поверхности пластины имеется тонкий слой диэлектрика (чаще всего из диоксида кремния — отсюда, кстати, аббревиатура МОП). А уже на этом слое и расположен затвор — тонкая металлическая пленка. Сам кристалл обычно соединен с истоком, хотя бывает, что его подключают и отдельно.
Если при нулевом напряжении на затворе подать напряжение исток-сток, то по каналу между ними потечет ток. Почему не через кристалл? Потому что один из p-n переходов будет закрыт.
А теперь подадим на затвор отрицательное относительно истока напряжение. Возникшее поперечное электрическое поле «вытолкнет» электроны из канала в подложку. Соответственно, возрастет сопротивление канала и уменьшится текущий через него ток. Такой режим, при котором с возрастанием напряжения на затворе выходной ток падает, называют режимом обеднения.
Если же мы подадим на затвор напряжение, которое будет способствовать возникновению «помогающего» электронам поля «приходить» в канал из подложки, то транзистор будет работать в режиме обогащения. При этом сопротивление канала будет падать, а ток через него расти.
Рассмотренная выше конструкция транзистора с изолированным затвором похожа на конструкцию с управляющим p-n переходом тем, что даже при нулевом токе на затворе при ненулевом напряжении исток-сток между ними существует так называемый начальный ток стока. В обоих случаях это происходит из-за того, что канал для этого тока встроен в конструкцию транзистора. Т.е., строго говоря, только что мы рассматривали такой подтип МДП-транзисторов, как транзисторы с встроенным каналом.
Однако, есть еще одна разновидность полевых транзисторов с изолированным затвором — транзистор с индуцированным (инверсным) каналом. Из названия уже понятно его отличие от предыдущего — у него канал между сильнолегированными областями стока и истока появляется только при подаче на затвор напряжения определенной полярности.
Итак, мы подаем напряжение только на исток и сток. Ток между ними течь не будет, поскольку один из p-n переходов между ними и подложкой закрыт.
Подадим на затвор (прямое относительно истока) напряжение. Возникшее электрическое поле «потянет» электроны из сильнолегированных областей в подложку в направлении затвора. И по достижении напряжением на затворе определенного значения в приповерхностной зоне произойдет так называемая инверсия типа проводимости. Т.е. концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и между стоком и истоком возникнет тонкий канал n-типа. Транзистор начнет проводить ток, тем сильнее, чем выше напряжение на затворе.
Из такой его конструкции понятно, что работать транзистор с индуцированным каналом может только находясь в режиме обогащения. Поэтому они часто встречаются в устройствах переключения.
Условные обозначения транзисторов с изолированным затвором следующие:
Здесь
а − со встроенным каналом n- типа;
б − со встроенным каналом р- типа;
в − с выводом от подложки;
г − с индуцированным каналом n- типа;
д − с индуцированным каналом р- типа;
е − с выводом от подложки.
Статические характеристики МДП-транзисторов
Те же характеристики для транзистора с идуцированным каналом: 
Экзотические МДП-структуры
Чтобы не запутывать изложение, хочу просто посоветовать ссылки, по которым о них можно почитать. В первую очередь, это всеми любимая википедия, раздел «МДП-структуры специального назначения». А здесь теория и формулы: учебное пособие по твердотельной электронике, глава 6, подглавы 6.12-6.15. Почитайте, это интересно!
Общие параметры полевых транзисторов
- Максимальный ток стока при фиксированном напряжении затвор-исток.
- Максимальное напряжение сток-исток, после которого уже наступает пробой.
- Внутреннее (выходное) сопротивление. Оно представляет собой сопротивление канала для переменного тока (напряжение затвор-исток — константа).
- Крутизна стоко-затворной характеристики. Чем она больше, тем «острее» реакция транзистора на изменение напряжения на затворе.
- Входное сопротивление. Оно определяется сопротивлением обратно смещенного p-n перехода и обычно достигает единиц и десятков МОм (что выгодно отличает полевые транзисторы от биполярных «родственников»). А среди самих полевых транзисторов пальма первенства принадлежит устройствам с изолированным затвором.
- Коэффициент усиления — отношение изменения напряжения исток-сток к изменению напряжения затвор-исток при постоянном токе стока.
Схемы включения
Как и биполярный, полевой транзистор можно рассматривать как четырехполюсник, у которого два из четырех контактов совпадают. Таким образом, можно выделить три вида схем включения: с общим истоком, с общим затвором и с общим стоком. По характеристикам они очень похожи на схемы с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором для биполярных транзисторов.
Чаще всего применяется схема с общим истоком (а), как дающая большее усиление по току и мощности.
Схема с общим затвором (б) усиления тока почти не дает и имеет маленькое входное сопротивление. Из-за этого такая схема включения имеет ограниченное практическое применение.
Схему с общим стоком (в) также называют истоковым повторителем. Ее коэффициент усиления по напряжению близок к единице, входное сопротивление велико, а выходное мало.
Отличия полевых транзисторов от биполярных. Области применения
- высокое входное сопротивление по постоянному току и на высокой частоте, отсюда и малые потери на управление;
- высокое быстродействие (благодаря отсутствию накопления и рассасывания неосновных носителей);
- поскольку усилительные свойства полевых транзисторов обусловлены переносом основных носителей заряда, их верхняя граница эффективного усиления выше, чем у биполярных;
- высокая температурная стабильность;
- малый уровень шумов, так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда, которое и делает биполярные транзисторы «шумными»;
- малое потребление мощности.
Где применяются полевые транзисторы? Да практически везде. Цифровые и аналоговые интегральные схемы, следящие и логические устройства, энергосберегающие схемы, флеш-память… Да что там, даже кварцевые часы и пульт управления телевизором работают на полевых транзисторах. Они повсюду, %хабраюзер%. Но теперь ты знаешь, как они работают!