Файл: Электроника Ицкович Часть 1.pdf

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

На

рис

. 5.1, а 

показана

упрощенная

структура

, 

которая

пред

-

ставляет

собой

пластинку

полупроводника

типа

n 

(

p

)

,

у

которой

на

торцах

имеются

омические

контакты

, 

а

на

обоих

больших

гра

-

нях

 — 

слои

типа

  р. 

Последние

образуют

с

пластинкой

  р

-n

пере

-

ходы

. 

Оба

  р 

слоя

соединены

между

собой

и

образуют

единый

электрод

, 

который

называется

затвором

, 

Двумя

другими

электро

-

дами

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

боль

-

шом

входном

сопротивлении

, 

но

и

в

том

, 

что

при

некотором

от

-

рицательном

смещении

затвора

расширившиеся

переходы

пере

-

крывают

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

на

179

протяжении

всего

канала

. 

Соответственно

в

любой

точке

ширина

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

, 

получается

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