bankin_iit_1

Сущность вторичных параметров можно объяснить представив транзистор в виде активного четырехполюсника. Входные величины обозначают

четыре величины взаимно связаны и влияют друг на друга. Для расчета выбирают две из них в качестве независимых переменных, а две другие величины будут зависимыми переменными. Для них составляется система из двух уравнений, связывающих их с независимыми величинами через коэффициенты. В выборе пары независимых переменных есть несколько вариантов. Существуют, разные системы параметров: система Ζ – параметров (размерность сопротивление); Y – параметров (размерность проводимость); h

– параметры и др.

Наибольшее распространение при расчете транзисторных низкочастотных схем получили h – параметры. Их преимущество перед собственными параметрами состоит в том, что их удобно определять с помощью измерений в схеме включения транзистора причем для этого легко создать требуемые режимы по переменному току: короткое замыкание на выходе – соответст-

;; .

Индекс параметра: 11 – относится к входной цепи; 22 – к выходной; 21

– отражает зависимость выходной величины от входной; 12 – зависимость

∆⁄∆ .

Поскольку в систему h – параметров входят сопротивление, проводимость и безмерные величины, их иногда называют смешанными или гибридными, параметрами. Эти параметры зависят от схемы включения транзистора

выходной – на рисунке 32,б. На рисунке 32,в две выходные, на рисунке 32,г две выходных характеристи-

ки. Рисунок 32

Учитывая, что характеристики транзистора нелинейны и параметры зависят от режима работы, их определяют по малым приращениям токов и на-

Кроме того, h – параметры можно выразить через первичные параметры транзистора:

Всправочниках приводится коэффициент усиления тока в схеме ОЭ:

Э.

Как видно из приведенных соотношений,α и β соответственно равны

ются обратным током коллектора, обратным током эмиттера, граничной частотой усиления тока и емкостью коллекторного перехода.

Предельные режимы: К.МАКС. ; Б.МАКС.; максимально допустимые посто-

янные напряжения ЭБ.МАКС., КБ.МАКС. и КЭ.МАКС.; максимально допустимая мощность К.МАКС. которая выделяется на коллекторном переходе.

4.7 Составные биполярные транзисторы

Если усиление по току недостаточно, то можно использовать схему составного транзистора (схема Дарлингтона).Эта схема содержит два транзистора, соединенные коллекторы представляют собой общий коллектор составного биполярного транзистора, а к базе второго транзистора подключен эмиттер первого. При этом база первого и эмиттер второго транзистора являются соответственно общей базой и общим эмиттером составного транзистора.

Поскольку обычно выполняются неравенства 1 и 1,то · . Усиление по току составного транзистора наиболее соответствует

этому выражению, если номинальный входной ток транзистора VT2 равен номинальному выходному току VT1. Поэтому транзистор VT2 следует выбирать более мощным, а VT1 с большим коэффициентом усиления по току.

43

Рисунок 33

Схемы, использующие составные транзисторы, помимо улучшенных усилительных свойств по току, как и по напряжению, обладают большим входным и малым выходным сопротивлением по сравнению со схемами на одиночных транзисторах.

Однако такие схемы менее термостойки, так как обратный коллекторный ток, превышает тепловой ток его отдельных компонентов.

На практике используются также составные транзисторы, содержащие более двух отдельных транзисторов.

4.8 Полевые транзисторы

Полевые транзисторы (униполярные) в отличие от биполярных – обладают носителями заряда одной полярности – либо только электронами в канале n – типа (рисунок 34,а), либо только дырками в канале p – типа (рису-

нок 34,б).

Классификация и условные графические обозначения полевых транзисторов изображена на рисунке 35 в виде схемы:

Основные носители заряда, протекающие через проводящий канал

управляются поперечным электрическим полем (а не током, как в биполяр-

ных транзисторах, о чем свидетельствует сам термин “полевые транзисто-

ры”).

Различают два основных вида полевых транзисторов: с управляющим p

– n переходом и с изолированным затвором.

44

Конструкция: на полупроводниковую пластину n – типа сделаны выводы металличе-

ских контактов. Слой между контактами называется проводящим каналом (n или p – ти-

па). Электрод полевого транзистора, через ко-

торый в проводящий канал втекают носители заряда, называют истоком (И), а электрод, через который из канала вытекают носители заряда, называют стоком (С).

На грань пластины в ее центральной части (как правило с двух сторон) наплавляют акцепторное вещество, создающее область p – типа: в результате образуется p – n переход. От p – области сделан вывод третьего электрода для подачи на p – n переход обратного напряжения. В этом случае проводящий канал образуется в пластине между двух p – n переходов. При подаче обратного напряжения на данный электрод, слои обедненные носителями заряда имеют проводимость близкую к нулю. Электрод, на который подается напряжение, создающее электрическое поле для управления протекающим через канал током, называют затвором (З) (рисунок 36).

электрическое поле, напряженность которого зависит от величины приложенного напряжения.

Цепь между затвором и истоком является управляющей. Принцип действия основан на изменении проводимости канала за счет изменения ширины области p – n – перехода под действием поперечного электрического

трического поля; оно пульсирует с частотой сигнала, что в свою очередь при-

кает, входное сопротивление остается очень большим, на управление потоком носителей заряда, а значит, и выходным током С мощность не затра-

45

чивается. В этом преимущество полевого транзистора по сравнению с биполярным.

4.9 Статические ВАХ полевых транзисторов с p – n переходом

Основные характеристики полевых транзисторов – выходные (стоковые) и передаточные (стокозатворные).

Стоковая характеристика – отражает зависимость тока стока от напря-

происходит сужение канала, уменьшается его проводимость и замедляется рост тока С.

Максимальное сужение канала называется перекрытием канала. Этот режим называют режимом насыщения. Напряжение, при котором начинается режим насыщения, называют напряжением насыщения – ток током насыщения IС.НАС. Участок характеристики, соответствующий режиму насыщения, используется в усилителях как рабочий.

При дальнейшем увеличении напряжения СИ, происходит лавинный пробой p–n –перехода, вблизи стока. Пробой транзистора недопустим поэто-

46

управляющее действие входного напряжения на величину выходного тока.

ЗИ

уменьшается до тех пор, пока канал не окажется перекрытым: ток через канал прекращается, транзистор закрывается. Напряжение, при котором ток через сток–исток прекращается, называют напряжением отсечки.

Между напряжением насыщения и напряжением отсечки существует

Изменение температуры мало влияет на работу полевого транзистора, т.к. при увеличении температуры уменьшается ширина p – n перехода, что должно способствовать увеличению С, однако с увеличением температуры уменьшается подвижность основных носителей, что вызывает рост сопро-

4.10 Параметры полевых транзисторов с p – n переходом

Основные параметры следующие: крутизна стоко–затворной характеристики, коэффициент усиления, внутреннее сопротивление, входное сопротивление, ток и напряжение насыщения при нулевом напряжении на затворе, напряжение отсечки, а также параметры предельных режимов: максимально

Крутизна определяет наклон стоко–затворной характеристики; по величине крутизны оценивают управляющее действие затвора. Численное зна-

Внутреннее (дифференциальное) сопротивление показывает влияние

Статическим коэффициентом усиления напряжения µ – характеризуются усилительные свойства полевых транзисторов, который может быть найден как произведение .

Коэффициент усиления показывает во сколько раз изменение напряжения затвор–исток сильнее влияет на ток стока, чем такое же изменение напряжения сток–исток

4.11 МДП – транзисторы

МДП – транзисторами называют полевые транзисторы с изолированным затвором. Затвор представляет собой металлический слой, электрически изолированный от полупроводниковой области проводящего канала тонким слоем диэлектрика. МДП изготовляют на основе кремния. Чаще всего в качестве диэлектрика используется пленка окисла кремния . Получается МОП – окисел – полупроводник.

В зависимости от технологии изготовления различают две разновидности МДП транзисторов: со встроенным каналом, созданным в процессе изготовления, и с индуцированным каналом, который наводится электрическим полем под действием напряжения на затворе. Канал может быть p –типа и n – типа.

48

Рисунок 39

МДП транзистор со встроенным каналом n – типа, исходным мате-

риалом служи кремниевая пластина p – типа, называемая подложкой. В ней создаются области n – типа с большой концентрацией донорной примеси, образующие сток–исток, а между ними тонкий приповерхностный слой n – типа с малой концентрацией примеси, являющийся токопроводящим каналом. На поверхности кристалла создается оксидная пленка , которая изолирует затвор от канала, а также защищает кристалл от внешних воздействий. Металлические контакты с внешними выводами осуществляются от области стока и истока, от металлического затвора, а также в некоторых случаях от подложки. Чаще всего вывод от подложки соединяют с истоком.

Принцип действия МДП – транзистора со встроенным каналом рисунок 39, б основан на изменении проводимости канала под действием поперечного электрического поля, создаваемого напряжением на затворе.

затвора отталкивает электроны, вытесняя их из канала в область подложки. Канал обедняется основными носителями заряда, проводимость его уменьшается, а значит уменьшается и ток стока С. Чем больше отрицательное напряжение затвора по абсолютной величине, тем меньше проводимость канала и меньше С.

49

ев стока и истока: канал обогащается основными носителями заряда и его проводимость увеличивается. С повышением положительного напряжения на затворе возрастает ток стока С.

Cтоко–затворная характеристика МДП транзистора (рисунок 40,б) отражает зависимость тока стока от напряжения затвор–исток. При некотором значении отрицательного напряжения затвор–исток, электроны будут полностью вытеснены из канала, т.е. канал исчезнет, а ток через транзистор упадает до нуля: транзистор закрыт.

МДП транзистор с индуцированным каналом. В отличие от транзистора со встроенным каналом здесь первоначально на подложке р – типа создаются области n –типа истока и стока, а канал не создается. Поэтому при отсутст-

вии управляющего напряжения на затворе транзистор остается закрытым.

напряжением, а канал отсутствует.

При подаче на затвор положительного напряжения относительно ис-

тока, электрическое поле затвора отталкивает дырки подложки от приповерхостного слоя под затвором в глубину полупроводника, а электроны притягивает в этот слой к границе с диэлектриком. Это приводит к изменению типа электропроводности тонкого слоя у границы на противоположный

(инверсия) т.е. индуцируется проводящий канал n – типа.

Напряжение на затворе, при котом ток становится равным нулю при

данном значении напряжения СИ, называется пороговым напряжением ЗИ.ПОР. При отрицательном напряжении на затворе канал n–типа не индуцируется: транзистор остается закрытым.

50