Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 138
Скачиваний: 10
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рисунок 15 – Эквивалентная схема четырехполюсника для схемы с общей базой
Для схемы с общей базой входными и выходными величинами являются :
Так как транзистор чаще усиливает сигнал переменного тока, то и h-параметры по переменному току должны определяться не как статические, а как динамические (дифференциальные). Для схемы с общей базой они определяются по выражениям:
7.2 Система h-параметров для схемы с общим эмиттером
Рисунок 16 – Эквивалентная схема четырехполюсника для схемы с общим эммитером.
Для схемы с общим эмиттером входными и выходными величинами являются:
Для схемы с общим эмиттером h-параметры определяются из соотношений:
7.3 Графоаналитический метод определения h-параметров на примере биполярного транзистора КТ349
Вольт- амперная характеристика биполярного транзистора представлена на рисунке 17.
Рисунок - 17
Для расчета применим схему включение транзистора с ОЭ.
Формулы для расчет:
h11= 100 Ом
h12= 0,06 Ом
h21= 0,005А
h22
= 0,00025 См
7.4 Определение собственных параметров транзистора КП101 через его h-параметры
Для определения собственных параметров униполярного транзистора КП101 используются следующие формулы:
Отсюда:
rб= 152Ом
rэ= 240 Ом
rк= 4*103 Ом
β= 0,005А
8. УНИПОЛЯРНЫЕ ИЛИ ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
8.1. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом (условные и графические обозначения, принцип действия)
Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом — это полевой транзистор, в котором пластина из полупроводника, например n-типа, имеет на противоположных концах электроды (исток и сток), с помощью которых она включена в управляемую цепь. Управляющая цепь подключается к третьему электроду (затвору) и образуется областью с другим типом проводимости, в данном случае p-типом.
Источник питания, включенный во входную цепь, создаёт на единственном p-n-переходе обратное напряжение. Во входную цепь также включается и источник усиливаемых колебаний. При изменении входного напряжения изменяется обратное напряжение на p-n-переходе, в связи с чем меняется толщина обедненного слоя (n-канал), то есть площадь поперечного сечения области, через которую проходит поток основных носителей заряда. Эта область называется каналом.
Проводимость канала может быть как n-, так и p-типа. Поэтому по типу проводимости канала различают полевые транзисторы с n-каналом и р-каналом. Полярности напряжений смещения, подаваемых на электроды транзисторов с n- и с p-каналом, противоположны.
Управление током и напряжением на нагрузке, включённой последовательно к каналу полевого транзистора и источнику питания, осуществляется изменением входного напряжения, вследствие чего изменяется обратное напряжение на p-n-переходе, что ведёт к изменению толщины запирающего (обеднённого) слоя. При некотором запирающем напряжении площадь поперечного сечения канала станет равной нулю и ток в канале транзистора станет весьма малым. В связи с незначительностью обратных токов p-n-перехода, мощность источника сигнала ничтожно мала.
От биполярного транзистора полевой транзистор отличается, во-первых, принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе — входным напряжением или электрическим полем. Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные сопротивления, что связано с обратным смещением p-n-перехода затвора в рассматриваемом типе полевых транзисторов. В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора может быть отделён от поверхности полупроводникового кристалла. Процессы рекомбинации носителей в p-n-переходе и в базе биполярного транзистора, а также генерационно-рекомбинационные процессы на поверхности кристалла полупроводника сопровождаются возникновением низкочастотных шумов.
8.2 Полевые транзисторы с изолированным затвором, МДП транзисторы, транзисторы с встроенным каналом
Полевой транзистор с изолированным затвором – это транзистор,
имеющий один или несколько затворов, электрически изолированных от проводящего канала.
Дальнейшим развитием полевых транзисторов являются транзисторы с
изолированным затвором. У них металлический затвор отделен от полупроводникового канала тонким слоем диэлектрика. Поскольку металлический затвор отделен от полупроводника слоем диэлектрика, то входное сопротивление таких транзисторов велико (для современных транзисторов достигает 1017 Ом).
Полевые транзисторы с изолированным затвором бывают двух типов:
-
со встроенным (собственным) каналом; -
с индуцированным (инверсионным) каналом.
Структура в обоих типах полевых транзисторов с изолированным затвором одинакова: металл – окисел (диэлектрик) – полупроводник, то такие транзисторы еще называют МОП-транзисторами (металл – окисел – полупроводник), или МДП-транзисторами (металл – диэлектрик -полупроводник).
Рисунок 18 – Структура полевого транзистора с изолированным затвором со встроенным каналом n-типа.
Рисунок 19 – Условные графические обозначения МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа (а) и p-типа (б).
8.3 Полевые транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом
Рисунок 20 – Структура полевого транзистора с изолированным затвором с индуцированным каналом n-типа.
Рисунок 21 – Условные графические обозначения МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа (а) и p-типа (б)
При напряжении на затворе относительно истока, равном нулю, и при наличии напряжения на стоке, — ток стока оказывается ничтожно малым. Он представляет собой обратный ток p-n-перехода между подложкой и сильнолегированной областью стока. При отрицательном потенциале на затворе в результате проникновения электрического поля через диэлектрический слой в полупроводник при малых напряжениях на затворе (меньших U
ЗИпор) у поверхности полупроводника под затвором возникает обеднённый основными носителями слой эффект поля и область объёмного заряда, состоящая из ионизированных нескомпенсированных примесных атомов. При напряжениях на затворе, больших UЗИпор, у поверхности полупроводника под затвором возникает инверсный слой, который и является каналом p-типа, соединяющим исток со стоком. Толщина и поперечное сечение канала будут изменяться с изменением напряжения на затворе, соответственно будет изменяться и ток стока, то есть ток в цепи нагрузки и относительно мощного источника питания. Так происходит управление током стока в полевом транзисторе с изолированным затвором и с индуцированным каналом.
В связи с тем, что затвор отделён от подложки диэлектрическим слоем, ток в цепи затвора ничтожно мал, мала и мощность, потребляемая от источника сигнала в цепи затвора и необходимая для управления относительно большим током стока. Таким образом, МДП-транзистор с индуцированным каналом может производить усиление электромагнитных колебаний по напряжению и по мощности.
Принцип усиления мощности в МДП-транзисторах можно рассматривать с точки зрения передачи носителями заряда энергии постоянного электрического поля (энергии источника питания в выходной цепи) переменному электрическому полю. В МДП-транзисторе до возникновения канала почти всё напряжение источника питания в цепи стока падало на полупроводнике между истоком и стоком, создавая относительно большую постоянную составляющую напряжённости электрического поля. Под действием напряжения на затворе в полупроводнике под затвором возникает канал, по которому от истока к стоку движутся носители заряда — дырки. Дырки, двигаясь по направлению постоянной составляющей электрического поля, разгоняются этим полем и их энергия увеличивается за счёт энергии источника питания, в цепи стока. Одновременно с возникновением канала и появлением в нём подвижных носителей заряда уменьшается напряжение на стоке, то есть мгновенное значение переменной составляющей электрического поля в канале направлено противоположно постоянной составляющей. Поэтому дырки тормозятся переменным электрическим полем, отдавая ему часть своей энергии.
8.4. Схемы включения полевого транзистора