Электроника в вопросах и ответах

I_б(Р₂) = 40 мкА; I_к(Р₂) = 1,3 мА.

Используя нагрузочную прямую, можно вычислить некоторые параметры рассматриваемой схемы. Например, коэффициент усиления по току

Можно также рассчитать значение коэффициента передачи по напряжению. Для этого следует воспользоваться входной статической характеристикой I_б = (U_бэ) для U_кэ = const (рис. 4, 16, б, с учетом того, что для U_кэ выбираем значение, соответствующее рабочей точке Р₀ на характеристике I_к = f(U_кэ) (рис. 4.16, а). Затем выбираем такое значение E_б или для заданного Е_б такое сопротивление R_б, чтобы нагрузочная прямая пересекла эту характеристику в точке, соответствующей току базы для рабочей точки Р₀ (рис. 4.16, а). Вдоль оси напряжения U_бэ определим U_бэ управляющего напряжения для токов базы от I_б(Р₁) до I_б(Р₂). Из рис. 4.16, а получим U_кб = 30 мВ, а из рис. 4.16, U_кб = I_кR_к = 6 В, т. е. коэффициент усиления по напряжению для этого примера равен

K_UЭ = U_кб/U_бэ = 6 В/30 мВ = 200.

Рис. 4.16. Нагрузочная характеристика в семействе выходных (а) характеристик схемы ОЭ и определение управляющего напряжения в схеме ОЭ (б)

Что такое полевой транзистор?

Это транзистор, управляемый электрическим полем, в котором действует лишь одни вид тока, а именно созданный только основными носителями: электронами или дырками [13] . В биполярном транзисторе, как известно, действуют оба вида носителей — основные и неосновные, т. е. электроны и дырки. Полевые транзисторы называются также транзисторами на полевом эффекте, что следует из принципа их работы. Встречается также название — транзисторы FET, являющееся сокращением английского названия Field Effect Transistor. Полевые транзисторы делятся на две группы: транзисторы с р-n переходом и транзисторы с изолированным затвором — МДП или МОП транзисторы.

13

Электроны в транзисторе с каналом p– типа или дырки в транзисторе с каналом n– типа.

Каковы структура и принцип работы полевого транзистора?

Структура полевого транзистора упрощенно представлена на рис. 4.17.

Рис. 4.17. Структура полевого МОП транзистора:

_{1 — металлический контакт истока; 2 — металлический контакт стока; 3 — подложка с собственной проводимостью или р-типа; 4 — изолирующий слой окисла; 5 — канал с зарядом электронов}

На подложке из собственного или слабо легированного акцепторами полупроводника (p– типа) расположены полученные путем диффузии две области с высокой концентрацией электронов (n– типа), называемые истоком и стоком и соединенные с металлическими контактами. В центральной части над подложкой находится изолирующий слой окисла, а над ним — металлический слой треть его электрода, называемого затвором. В полупроводнике между истоком и стоком под затвором во время работы транзистора возникает канал, проводящий ток.

Действие подобного полупроводникового прибора заключается в следующем. При отсутствии напряжения на затворе подводимое между стоком и истоком напряжение создает пренебрежимо малое значение протекающего тока благодаря большому сопротивлению канала. При подведении к затвору положительного относительно истока и большего, чем напряжение сток-исток, напряжения в диэлектрике подложки возникает электрическое поле, вытягивающее электроны из участков металлизации истока и стока и направляющее их в канал в сторону стока. Электроны свободно движутся вдоль канала от истока к стоку, образуя ток стока, зависящий от напряженности электрического поля. Это и есть полевой эффект.

Рассматриваемый транзистор типа МОП имеет несколько эквивалентных названий, связанных со структурой и принципом работы, которые встречаются в литературе и каталогах: полевой транзистор, работающий на принципе обогащения носителей в канале, или транзистор с индуцированным или встроенным каналом, или транзистор типа «нормально выключенный».

Название «нормально выключенный» следует из того факта, что ток стока равен нулю при разомкнутом затворе (U_зи = 0) и возрастает при положительных напряжениях на затворе.

Существуют транзисторы типа МОП с несколько отличной структурой и другими эффектами, сопутствующими возникновению тока стока, называемые полевыми транзисторами с изолированным затвором, работающие на принципе обеднения носителей в канале, или транзисторы типа «нормально включенный». В зарубежной литературе они помимо обозначения MOS часто имеют обозначение MOST или IGFET. Название, связанное с обеднением, следует из того факта, что проводимость канала, не равная нулю для U_зи = 0, может быть уменьшена («обеднена»), когда (U_зи будет отрицательным. Положительные значения напряжения затвора увеличивают проводимость канала и ток стока.

Графически изображения обоих типов транзисторов представлены на рис. 4.18.

Рис. 4.18. Условные графические изображения полевых МОП транзисторов с изолированным затвором, обогащенного типа с р– каналом с подложкой, выведенной наружу, (а) и подложкой, не выведенной наружу, (б), с n– каналом (а) и обедненного типа с р– каналом (г)

Что такое статическая характеристика МОП транзистора?

Статическая характеристика МОП транзистора представляет собой зависимость тока стока I_с от напряжения сток — исток U_сипри постоянном напряжении затвор — исток U_зи. Это выходная, или стоковая, характеристика. На рис. 4.19, а представлена такая характеристика для транзистора «нормально выключенного» типа.

Рис. 4.19. Статические выходные характеристики (стоковые) МОП транзистора типа:

_{а — «нормально выключенный»; б — «нормально включенный»}

Ток стока тем больше, чем больше напряжение между истоком и стоком, поскольку при этом увеличивается заряд свободных электронов в канале подложки. Зависимость тока стока от напряжения исток — сток U_си линейна до тех пор, пока напряжение U_си достаточно мало. Если оно сравнимо с напряжением затвор — исток и положительно, то вдоль канала наблюдается изменение электрического поля. Оно максимально вблизи истока и минимально вблизи стока. Зависимость тока стока от напряжения сток — исток становится нелинейной. При больших напряжениях U_си (U_си > U_зи) наступает насыщение тока стока. При дальнейшем росте U_си резко увеличивается ток (лавинный эффект). Это область пробоя.

Стоковая характеристика МОП-транзистора простирается также в область отрицательных напряжений между стоком и истоком, так как изменение полярности напряжения не вызывает существенных изменений в работе транзистора. Происходит это благодаря тому, что в МОП транзисторе в отличие от биполярного транзистора отсутствуют однонаправленные р-n переходы. Насыщения тока в области отрицательных U_си не наблюдается, поскольку в этом случае нет перехода через точку U_си = U_зи.