- •Министерство образования и науки российской федерации
- •Содержание
- •Лекция 1 Введение
- •Историческая справка
- •Области, основные разделы и направления электроники
- •Перспективы развития электроники
- •Лекция 2 Классификация электронных полупроводниковых приборов. Группы диодов
- •Примеры обозначения приборов:
- •Транзисторы Лекция 3 Биполярные транзисторы
- •Лекция 4 Полевые транзисторы
- •Лекция 5 Общая характеристика и принцип действия тиристоров
- •Классификация и система обозначений тиристоров
- •Лекция 6 Общая характеристика и принцип действия оптоэлектронных приборов
- •Излучающий диод (светодиод)
- •Фоторезистор
- •Фотодиод
- •Оптрон (оптопара)
- •Фототранзистор и фототиристор
- •Усилители Лекция 7
- •7.1. Основные характеристики усилителей
- •7.2. Обратная связь в усилителях
- •7.3. Усилители на биполярных транзисторах
- •7.4. Усилители на полевых транзисторах
- •Лекция 8 Операционные усилители
- •Лекция 9 Основные виды схем на основе операционных усилителей
- •Инвертирующий усилитель на основе оу
- •Неинвертирующий усилитель на основе оу
- •Повторитель напряжения на основе оу
- •Сумматор напряжения (инвертирующий сумматор)
- •Вычитающий усилитель (усилитель с дифференциальным входом)
- •Схемы с диодами и стабилитронами на основе оу
- •Лекция 10 Усилители постоянного тока
- •Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах
- •Усилитель постоянного тока с модуляцией и демодуляцией (усилитель типа мдм)
- •Услители мощности (мощные выходные усилители)
- •Трансформаторные усилители мощности
- •Бестрансформаторные усилители мощности
- •Лекция 11 генераторы Генераторы гармонических сигналов
- •Импульсные генераторы
- •Лекция 12 Вторичные источники питания
- •Лекция 13 Фильтры
- •Классификация фильтров по виду их амплитудно-частотных характеристик
- •Классификация фильтров по передаточным функциям
- •Активные фильтры
- •Лекция 14 Устройства цифровой и импульсной техники
- •Транзисторные ключи
- •Логические элементы
- •Лекция 15 Основные виды устройств на базе цифровой электроники
- •Последовательностные цифровые устройства
- •Лекция 16 Запоминающие устройства на основе цифровых электронных приборов
- •Лекция 17 Преобразователи сигналов
- •Цифроаналоговые преобразователи
- •Аналого-цифровые преобразователи
- •Список литературы Основная литература
- •Дополнительная литература
- •Периодические издания
Лекция 4 Полевые транзисторы
Полевой транзистор является очень широко используемым активным (т. е. способным усиливать сигналы) полупроводниковым прибором. Впервые он был предложен в 1930 году.
Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля (в биполярных транзисторах выходной ток управляется входным током).
Полевые транзисторы называют также униполярными, так как в процессе протекания электрического тока участвуют только основные носители.
Различают два вида полевых транзисторов: с управляющим переходом и с изолированным затвором.
Устройство полевого транзистора.Схематическое изображение структуры полевого транзистора с управляющим переходом и каналомp-типа приведено на рис 4.1,аусловное графическое обозначение этого транзистора – на рис. 4.2,а. Стрелка указывает направление от слояpк слоюn (как и стрелка в изображении эмиттера биполярного транзистора). В интегральных микросхемах линейные размеры транзисторов могут быть меньше 1 мкм.
Рис. 4.1. Структура полевого транзистора
Рис. 4.2. Графическое изображение полевого транзистора:
а) с управляющим переходом и каналомp-типа;
б) с управляющимp-n–переходом и каналомn-типа
Удельное сопротивление слоя n (затвора) намного меньше удельного сопротивления слояp(канала), поэтому областьp-n–перехода, обедненная подвижными носителями заряда и имеющая очень большое удельное сопротивление, расположена главным образом в слоеp.
Если типы проводимости слоев полупроводника в рассмотренном транзисторе изменить на противоположные, то получим полевой транзистор с управляющим p-n–переходом и каналомn–типа. Его условное графическое обозначение представлено на рис. 4.2,б.
Схемы включения транзистора. Для полевого транзистора, как и для биполярного, выделяют три схемы включения. Для полевого транзистора это схемы с общим затвором (ОЗ), общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС). Наиболее часто используют схемы с общим истоком (рис.4.3).
Рис. 4.3. Схема включения полевого транзистора с общим истоком (ОИ)
Так как в рабочем режиме , а, входными характеристиками обычно не пользуются. Например, для транзистора КП103Л для тока утечки затвораIз.утприt<85°Cвыполняется условие.
Выходные (стоковые) характеристики.Выходной характеристикой называют зависимость вида
,
где f– некоторая функция.
Полевой транзистор характеризуется следующими предельными параметрами (смысл которых понятен из обозначений): Uис.макс,Uзс.макс,Рмакс.
Для транзистора КП103Л Uис.макс=10 В, Uзс.макс=15 В, Рмакс=120мВт (все приt=85°С).
Стокозатворные характеристики (характеристики передачи, передаточные, переходные, проходные характеристики).Стокозатворной характеристикой называют зависимость вида
const,
где f– некоторая функция.
Такие характеристики не дают принципиально новой информации по сравнению с выходными, но иногда более удобны для использования. Для некоторых транзисторов задается максимальное (по модулю) допустимое отрицательное напряжение uзи, например, для транзистора 2П103Д это напряжение не должно быть по модулю больше чем 0,5В.
Параметры, характеризующие свойства транзистора усиливать напряжение.
Крутизна стокозатворной характеристикиS(крутизна характеристики полевого транзистора):
.
Обычно задается uзи=0. При этом для транзисторов рассматривается крутизна максимальная Для КП103ЛS=1,8…3,8мА/Вприuис=0,t=20°C.
Внутреннее дифференциальное сопротивлениеRис.диф (внутреннее сопротивление) определяется выражением:
.
Для КП103Л приuис=10В,uзи=0.
Коэффициент усиления
.
Можно отметить, что
.
Для КП103Л при S=2мА/ВиRис.диф=25кОмМ=2 (мА/В)·25кОм=50.
Принципы управления параметрами электронного активного элемента, заложенные в полевых транзисторах, могут быть реализованы в более сложных электронных устройствах. К таким устройствам можно отнести ячейку памяти на основе полевого транзистора с изолированным затвором (флэш-память). Устройства флэш-памяти являются современными быстродействующими программируемыми постоянными запоминающими устройствами (ППЗУ) с электрической записью и электрическим стиранием информации (ЭСП-ПЗУ). Эти устройства являются энергонезависимыми, так как информация не стирается при отключении питания, выдерживают не менее 100 000 циклов записи/стирания.
Одной из разновидностей приборов, реализующих принципы полевых транзисторов, являются полупроводниковые приборы с зарядовой связью (ПЗС). Приборы с зарядовой связью используются:
в запоминающих устройствах ЭВМ;
в устройствах преобразования световых (оптических) сигналов в электрические.