ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 8835
Скачиваний: 20
176
19.
Основные параметры транзистора при включении с ОЭ.
20.
Статические характеристики транзистора с ОЭ.
21.
Эквивалентная схема транзистора на постоянном токе
при малых сигналах в схеме с ОЭ.
22.
Эквивалентная схема транзистора для переменных со-
ставляющих с ОЭ.
23.
Какие разновидности эквивалентных схем Вы знаете?
24.
Запишите выражения для входного сопротивления при
включении транзистора с ОБ, ОЭ и ОК.
25.
Выведите формулы коэффициентов усиления по току
для всех схем включения транзистора.
26.
Выведите формулы коэффициентов усиления по напря-
жению для всех схем включения биполярного транзистора.
27.
Основные параметры составного транзистора и его эк-
вивалентная схема.
28.
Особенности мощных транзисторов.
29.
Основные отличия дрейфовых транзисторов от диффу-
зионных?
177
5
ПОЛЕВЫЕ
ТРАНЗИСТОРЫ
Полевыми транзисторами называют такие полупроводнико-
вые приборы, работа которых основана на использовании носи-
телей заряда одного знака: только дырок или только электронов.
С этой точки зрения обычные транзисторы, рассмотренные ранее,
можно назвать биполярными, так как в них важную роль играют
оба типа носителей: инжекция носителей одного знака сопровож-
дается компенсацией образующегося заряда носителями другого
знака.
Второй термин — «полевые транзисторы» характеризует
механизм управления током: с помощью электрического поля
(а не тока, как в биполярных транзисторах). Строго говоря,
управление выходным током в обоих транзисторах осуществля-
ется зарядом.
Униполярные полевые транзисторы имеют несколько разно-
видностей. Простейшую из них, предложенную в 1952 г. Шокли, —
назовем полевой транзистор с управляющим p-n переходом.
5.1
Полевой
транзистор
с
управляющим
p-n
переходом
(
унитрон
)
На рис. 5.1, а показана упрощенная структура, которая
представляет собой пластинку полупроводника типа n (p), у ко-
торой на торцах имеются омические контакты, а на обоих боль-
ших гранях — слои типа р. Последние образуют с пластинкой р-n
переходы. Оба р слоя соединены между собой и образуют еди-
ный электрод, который называется затвором, Двумя другими
электродами являются омические контакты.
При этом контакт, от которого движутся основные носите-
ли (в нашем случае — электроны), называется истоком, а тот,
к которому они движутся, — стоком. Следовательно, в унитроне
типа n сток имеет положительную полярность относительно ис-
тока. Оба р-n перехода работают в обратном направлении. Для
этого на затвор подается отрицательное смещение относительно
истока, как показано на рис. 5.1, б (дальше под U
З
будет пони-
маться модуль напряжения).
178
переходы
З
С
И
n
p
а
I
C
З
И
С
б
Рис. 5.1 — Конструкция ПТ с p-n переходом (а)
и схема его включения (б)
Принцип действия очень прост и заключается в том, что при
изменении потенциала затвора меняется ширина р-n переходов,
а значит, и рабочее сечение пластинки. В результате меняются ее
сопротивление и соответственно токи истока и стока. Поскольку
р-n переходы работают в обратном включении, их сопротивление
для входного сигнала велико и входная мощность мала.
Полезная мощность, определяемая величиной питающего
напряжения и соотношением сопротивлений пластинки и нагруз-
ки, может значительно превышать входную мощность. Таким об-
разом, унитрон является усилительным прибором типа управляе-
мого активного сопротивления, причем он имеет много общего
с электронной лампой. Это сходство выражается не только
в большом входном сопротивлении, но и в том, что при некото-
ром отрицательном смещении затвора расширившиеся переходы
перекрывают все сечение пластинки; что вызовет отсечку тока
стока в канале — явление, аналогичное запиранию лампы.
Назовем каналом рабочий (переменный) объем пластинки,
расположенный между р-n переходами. Пренебрегая пока участ-
ками пластинки, прилегающими к истоку и стоку, можно пред-
ставить структуру унитрона в упрощенном виде (рис. 5.2). Обо-
значим максимальную толщину канала через а, его ширину через
z и
длину через L. Пусть U
с
= 0
, тогда канал будет эквипотенци-
альным слоем и напряжение на р-n переходах будет равно U
А
179
на протяжении всего канала. Соответственно в любой точке ши-
рина перехода равна l, а
− толщина канала.
2 .
w
a
l
= −
Р-слой
исток
сток
затвор
канал
затвор
переходы
Рис. 5.2 — Рабочая часть полевого транзистора
с управляющим p-n переходом
Подставляя сюда выражение (2.12) для ширины l и полагая
1
Д
n
qN
qn
=
= ρμ
, получаем:
0
2 2
.
n
З
w
a
U
= −
ξ ξρμ
Из условия w= 0 легко найти напряжение отсечки:
2
0
0
.
З
n
a
U
=
δξ ξρμ
(5.1)
Используя (5.1), запишем толщину канала в более компакт-
ной форме:
0
1
.
З
З
U
w
a
U
⎛
⎞
=
−
⎜
⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
(5.2)
В рабочем режиме, когда
0
C
U
≠ канал не является эквипо-
тенциальным слоем; в разных точках х потенциал различен: он ме-
няется от U
X
=
0 около истока до U
X
= +U
C
около стока. Поэтому об-
ратное напряжение на р-n переходах увеличивается в направлении
от истока к стоку. Соответственно ширина перехода в этом направ-
лении растет, а канал сужается (рис. 5.3, а) В наиболее узком месте
(около стока) напряжение на переходе равно U
З
+U
С
.
С ростом U
С
это напряжение в конце концов делается настолько большим, что
переходы почти смыкаются (рис. 5.3, б), но это не приводит к от-
сечке тока, так как само смыкание является следствием увеличения
180
тока. Вместо отсечки тока происходит отсечка его приращений,
т. е. резкое возрастание дифференциального сопротивления канала.
При этом на кривой
( )
С
С
I
U
, начиная с некоторой точки Н, полу-
чается практически горизонтальный участок (рис. 5.4).
U
СИ
1
U
ЗИ
U
СИ 1
затвор
сток
исток
U
СИ
2
U
ЗИ
U
СИ 2
затвор
сток
исток
U
СИ
3
U
ЗИ
U
СИ 3
затвор
сток
исток
а
б
в
Рис. 5.3 — Сечение канала при ненасыщенном режиме полевого
транзистора с управляющим p-n переходом (а), на границе
насыщения (б) и в насыщенном режиме (в)
Такой режим можно назвать насыщением тока стока. Таким
образом, в режиме насыщения происходит модуляция длины ка-
нала. При расчете характеристик полевого транзистора с управ-
ляющим p-n переходом следует учесть, что сопротивление кана-
ла меняется вдоль оси х, поскольку меняется толщина w. Падение
напряжения на элементарном участке dx составляет
1
0
1
.
З
X
X
C
X
a
З
U
U
dx
dU
I dR
I
L
U
−
⎛
⎞
+
ρ
=
=
−
⎜
⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
Рис. 5.4 — Семейство выходных характеристик
полевого транзистора с p-n переходом
-3
-2
-1
0
4
I
C
U
C
mA
2
4
6
0
2
6
8
U
З0
=-5
Н