Польові транзистори з ізольованим затвором

Якщо в польових транзисторах з керуючим р-n-переходом затвор має електричний контакт з каналом, то в польових транзисторах з ізольованим затвором такий контакт відсутній. У цих транзисторах (рис. 1.16, а, б) затвор являє собою тонку плівку металу, ізольованого від напівпровідника. Залежно від виду ізоляції розрізняють МДП і МОП-транзистори. Абревіатура «МДП» розшифровується як «метал – діелектрик – напівпровідник», а «МОП» – як «метал – оксид – напівпровідник». В останньому випадку під «оксидом» розуміється оксид кремнію, який є високоякісним діелектриком.

Виток і стік формують у вигляді сильно легованих областей напівпровідника. За рахунок цього області витоку і стоку мають високу концентрацію носіїв, що відзначено на малюнку знаком «+». Як МДП-, так і МОП-транзистори можуть бути виконані з каналом р- і я-типів. Канал в цій групі транзисторів може бути вбудованим (тобто створеним при виготовленні) та індукованим (тобто навідних під впливом напруги, прикладеної до затвора).

Польовий транзистор з вбудованим каналом. Нарис. 1.16, а зображено МДП-транзистор з вбудованим каналом я-типу (тонким шаром напівпровідника я-типу), що з’єднує витік і стік (я + -області). Ці області утворено в підкладці – напівпровіднику р-типу. Строго кажучи, в МДП-і МОП-транзисторах не три, а чотири електроди, включаючи підкладку. Однак часто підкладку електрично з’єднують з витоком (або стоком), утворюючи три висновки.

Залежно від полярності напруги ї / зи, прикладеного до затвора щодо витоку, в каналі може змінюватися концентрація основних носіїв (у даному випадку – електронів). При негативному напрузі на затворі іш електрони виштовхуються з області каналу в області п +, канал збіднюється носіями і ток / с знижується. Позитивне напруга на затворі втягує електрони з областей п + в канал і струм / с через канал зростає. Таким чином, на відміну від польового транзистора з р – «- переходом в цьому польовому транзисторі керуюча напруга може бути як негативним, так і позитивним, що відображено на його передавальної (рис. 1.16, в) і вихідних (рис. 1.16, г) характеристиках.

Польовий транзистор з індукованим каналом. Цей вид транзистора відрізняється від попереднього тим, що за відсутності напруги на затворі канал відсутній (рис. 1.17, а), так як я-області витоку і стоку утворюють з р-підкладкою два р-я-переходу, включені назустріч один одному, і , значить, при будь полярності напруги 1 / сі один з переходів замкнений.

Якщо ж на затвор подати напругу більше порогового С / зи> t / зіпор »т0 створене ним електричне поле витягує електрони з я + -області (і в якійсь мірі з підкладки), утворюючи тонкий шар я-типу в приповерхневої області р- підкладки (рис. 1.17, 6). Цей шар з’єднує витік і стік, будучи каналом я-типу. Від підкладки канал ізольований виникли збідненим шаром.

Таким чином, польові транзистори з індукованим я-каналом (я-МОП-транзистори), на відміну від розглянутих раніше польових транзисторів, управляються тільки позитивним сигналом і / зи (рис. 1.17, г). Значення порогового напруги у них 0,2 + 0,1 В.

Значно більше порогове напруга у р-МОП-транзистора, принцип роботи якого аналогічний я-МОП-транзистора. Але у зв’язку з тим, що носіями в ньому служать дірки, а не електрони, полярність всіх напруг у цього транзистора протилежна я-МОП-транзистора. Значення порогового напруги цього типу транзисторів складає 2 + 4 В (рис. 1.17, д).

Як і біполярні, польові транзистори можна включати за схемою з загальним затвором (ОЗ), загальним витоком (ОІ) і загальним стоком (ОС). Як правило, використовують схему з ОІ, оскільки вона, подібно схемі з ОЕ біполярних транзисторів, дозволяє отримати значні коефіцієнти підсилення по струму, напрузі і потужності одночасно.

Переваги польових транзисторів:

• 1) високий вхідний опір у схемі з ОІ;
• 2) малий рівень власних шумів, так як перенесення струму здійснюють тільки основні для каналу носії і, отже, немає рекомбінаційного шуму;
• 3) висока стійкість проти температурних і радіоактивних впливів;
• 4) висока щільність розташування елементів при виготовленні інтегральних схем.

Відзначимо також цікаву особливість польових транзисторів: в принципі витік і стік в транзисторах рівноправні, тобто залежно від прикладеної полярності напруги витік і стік можуть мінятися місцями. На цьому

властивості грунтується використання польових транзисторів у якості електронних ключів замість звичайних контактних перемикачів.

Польові транзистори широко використовуються в підсилювачах, генераторах та іншої радіоелектронної апаратури, а МОП-транзистори є основою для розробки всіх сучасних засобів обчислювальної техніки, включаючи мікропроцесори, мікроконтролери, напівпровідникову пам’ять.

Польові транзистори: опис, режими роботи

Польові транзистори – це активні напівпровідникові елементи, в яких управління вихідним струмом здійснюється за допомогою зміни електричного поля. У звичайних, біполярних, транзисторах управління відбувається за допомогою вхідного струму. Польові транзистори також називаються уніполярними, тому що в процесі проходження електричного струму бере участь всього один тип носіїв. Існує два типи польових транзисторів: з ізольованим затвором (у свою чергу, вони діляться на прилади з вбудованим і з індукційним каналом) і з керованим переходом.

Опис і параметри

Польові транзистори складаються з витоку (джерела носіїв струму), затвора (керуючого електрода), стоку (електрода, в який стікаються носії). Затвор – це виведення польового напівпровідникового приладу, до якого підведено керуючу напругу. Виток – це електрод, який призначений для передачі в транзистор від пристрою електроживлення носіїв заряду. Сток – висновок приладу, через який заряд залишає транзистор. Канал польового транзистора – це область напівпровідникового приладу, в якій відбувається переміщення носіїв заряду. Такі канали бувають з електронною та дірочною провідністю. Польові транзистори мають такі основні параметри:

– вхідний опір – це ставлення прирощення різниці потенціалів “” затвор – істок “” до прирощення струму в затворі;

– внутрішньо (вихідний) опір елементу – ставлення прирощення різниці потенціалів “” сток – істок “” до прирощення величини струму в витоку при заданому значенні напруги “” затвор – істок “”;

– крутизна стокозатворної характеристики – відношення прирощення величини струму в стоці до прирощення різниці потенціалів “” затвор – істок “” при незмінному значенні напруги “” стік – істок “”.

Ключовий режим роботи транзистора

Ключовим вважають такий режим роботи напівпровідникового приладу, при якому транзистор буде або повністю відкритий, або повністю закритий, проміжні стани відсутні. Потужність, що виділяється в елементі (статичний режим), дорівнює виробу протікаючого через електроди “” сток – істок “” струму і різниці потенціалів між цими контактами. У режимі повного відкриття (насичення) польового транзистора величина опору між електродами “” сток – істок “” наближається до нуля. Значення потужності втрат у такому стані являє собою витвір нуля на величину струму, і в результаті потужність теж дорівнює нулю. У режимі повного закриття приладу (режим відсічки) опір між контактами “” сток – істок “” прагне до нескінченності. Значення потужності втрат у такому стані являє собою витвір значення напруги на нуль, в результаті потужність знову дорівнює нулю. Це в теорії, а на практиці, коли напівпровідниковий польовий транзистор знаходиться в повністю відкритому стані, в приладі присутнє незначне значення опору “” сток – істок “”. У закритому ж стані по електродах “” сток – істок “” протікають незначні струми. В результаті значення потужності втрат не дорівнює нулю, але є мізерно малим. У динамічному (перехідному) режимі робоча точка транзистора перетинає лінійну область, значення струму в якій становить половину максимальної величини струму стоку; значення різниці потенціалів “” сток – істок “” також досягає половини максимальної напруги. Виходить, що в перехідному режимі транзистором виділяється значна потужність втрат. Але тривалість цього процесу набагато менша, ніж тривалість статичного режиму. Відповідно, ККД каскаду польового транзистора, що знаходиться в ключовому режимі, дуже високий – 93/98 відсотків. Прилади, які працюють в ключовому режимі, широко застосовуються в силових перетворювальних пристроях, імпульсних джерелах, у вихідних каскадах передавачів.

Перевірка польового транзистора

Діагностика польових приладів досить елементарна, знадобиться стандартний мультиметр. Для перевірки польового транзистора N-канального типу виставляється вимірювальний прилад у режим прозвінки. Чорним щупом торкаємося підкладки транзистора (стоку), а червоним – витоку. Прилад покаже падіння напруги (близько 500 мВ), значить, транзистор закритий. Після цього торкаємося червоним щупом затвора і знову повертаємося на виток, тепер мультиметр покаже 0 мВ, значить, транзистор відкритий. Тепер, якщо чорним щупом торкнутися затвора і знову повернутися на стік, то транзистор знову закриється. Перевірка завершена, елемент справний. Для перевірки P-канального польового приладу змінюємо полярність напруги.