2.2. Полевые транзисторы

2.2.1. Выводы электродов некоторого полевого транзистора маркированы А, В, С. Сопротивление, измеренное между выводами В и С с оборванным выводом А, равно 300 Ом и не зависит от полярности напряжения. При напряжении - 2 В, приложенном к А и В, течет ток 10^-11 А. Какой вывод соединен с затвором? Какого типа канал (n или р) имеет данный транзистор?

2.2.2. Покажите, что если полевой транзистор с управляющим p-n-переходом работает при достаточно низком напряжении сток - исток, то его можно представить в виде резистора, сопротивление которого определяется выражением

,

где Ro - сопротивление канала при нулевом напряжении затвор -исток; U_ОТС - напряжение отсечки; U_ЗИ - напряжение между затвором и истоком.

2.2.3. В кремниевом полевом транзисторе с управляющим p-n-переходом с каналом р-типа половина ширины канала при напряжении U_ЗИ=0 составляет 3 мкм. Удельное сопротивление канала равно 0,1 Ом^.м. Определить: а) напряжение отсечки U_ОТС, полагая, что подвижность дырок μ_p=0,05 м²/(В^.с) и относительная диэлектрическая проницаемость кремния ε = 12; б) половину ширины канала, если напряжение затвора U_ЗИ=U_ОТС / 2 и ток стока равен нулю.

2.2.4. Крутизна полевого транзистора S с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа в области насыщения при напряжении U_ЗИ= - 0,7 В и U_СИ=10 В равна 1 мА/В. Чему равна крутизна транзистора при напряжениях U_ЗИ= - 1 В и U_СИ=10 В, если напряжение отсечки транзистора U_ОТС= 3В.

2.2.5. Полевой транзистор с управляющим р-n-переходом имеет I_Cmax = 2 мА и U_ОТС = 5 В. Определить ток стока I_С и крутизну S транзистора при напряжениях затвора, равных: а) -5 В; б) 0; в) -2,5 В.

2.2.6. Опишите устройство и принцип действия МДП-транзисторов с индуцированным и встроенным каналом p-типа.

Задачи с примерами решений

2.2.7. а) Удельная проводимость канала n-типа полевого транзистора σ = 20,9 См/м и ширина канала ω = 6 мкм при напряжении затвор - исток, равном нулю. Найти напряжение отсечки U_ОТС, считая, что подвижность электронов μ_n=0,13 м²/(В^.с), а относительная диэлектрическая проницаемость кремния ε =12.

б) При напряжении затвора, равном нулю, сопротивление сток - исток равно 50 Ом. При каком напряжении затвора сопротивление сток - исток станет равным 200 Ом?

Решение. а) Удельная проводимость канала n-типа

где N_Д — концентрация примеси; μ_n — подвижность электронов.

Следовательно,

м^-3.

Напряжение отсечки

,

где а - половина ширины канала, когда напряжение затвор – исток U_ЗИ =0;

б) Сопротивление сток-исток (см.задачу этого раздела №2)

,

где R_о - сопротивление сток - исток при U_ЗИ = 0.

При R_СИ=200 Ом имеем:

,

откуда |U_ЗИ| = 3,83 В (отрицательное относительно истока).

2.2.8. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, имеющим I_Cmax = 2 мА и S_max=2 мА/В, включен в усилительный каскад по схеме с общим истоком. Сопротивление резистора нагрузки R_н=10 кОм. Определить коэффициент усиления по напряжению, если: а) U_ЗИ = - 1 В; б) U_ЗИ = - 0,5 В; в) U_ЗИ = 0.

Решение. а) Найдем напряжение отсечки

В.

Определим крутизну транзистора при U_ЗИ = -1 В:

мА/В.

Коэффициент усиления по напряжению

|K_U| = SR_H = 110^-31010³=10

б) При напряжении затвора U_ЗИ = - 0,5 В

мА/В;

|K_U| = 1,510^-31010³ = 15 .

в) При напряжении затвора, равном нулю,

мА/В;

|K_U| = 210^-31010³ = 20 .

2.2.9. У некоторого полевого транзистора с управляющим р-n-переходом I_Cmax = 1 мА и U_ОТС = 4 В. Определить: а) какой ток будет протекать при обратном напряжении смещения затвор-исток, равном 2 В; б) чему равна крутизна и максимальная крутизна в этом случае.

Решение. а) Ток стока найдем из выражения

мА.

б) Крутизна полевого транзистора

мА/В.

Максимальная крутизна

мА/В.

2.2.10. В усилительном каскаде с общим истоком сопротивление нагрузки R_H = 20 кОм (рис. 2.10). Эффективное входное сопротивление полевого транзистора 20 кОм, рабочая крутизна S=2 мА/В. Определить коэффициент усиления каскада.

Рис. 2.10

Решение. Результирующее сопротивление нагрузки

кОм.

Коэффициент усиления каскада

K_U = SZ_H = 210^-31010³ = 20.

2.2.11. Стоковый повторитель (рис.2.11) имеет ток стока I_с=5 мА и S=1,5 мА/В, R_U=500 Ом, U_RИ = U_ИC. Определить: а) К_U ; б) R_ВЫХ; в) Е_с.

Решение.

|K_U| = SR_И /(1+ SR_И ) = 210^-3500/(1+210^-3500) = 0,5;

R_ВЫХ = R_И /(1+ SR_И ) = 500/(1+210^-3500) = 250 Ом;

U_RU = I_CR_И = 510^-3500 = 2,5 В;

E_C = 2,5+2,5 = 5 В.

2.2.12. В усилителе, показанном на рис.2.12 , при |U_ЗИ|=2 В ток стока I_с=1 мА. Определить: а) сопротивление резистора R_И, если падением напряжения I_ЗR_З пренебречь; б) E_с, если R_И=10 кОм,U_СИ =4 В.

Решение.

а) R_И=|U_ЗИ| / I_C=2,0/(110^-3)= 2 кОм;

б) E_C = I_C R_Н + U_СИ + I_C R_И = 10 + 4 + 2 =16 В.

Рис. 2.11 Рис. 2.12

Задачи с вариантами и примерами решений

2.2.13. Полевой транзистор с управляющим р-n переходом и каналом n-типа используется в цепи усилительного каскада, изображенного на рис. 2.13. По исходным данным, приведенным в табл. 9, определить: напряжение смещения затвор-исток U_ЗИ , крутизну транзистора в рабочей точке S, сопротивление резистора в цепи истока R₁, сопротивление нагрузки в цепи стока R₂, напряжение сток-исток U_СИ.

Таблица 9

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Напряжение отсечки UОТС, В	3	2	4	4	2	2	1,5	3,5	2,5	2
Ток стока max IСmax, мА	10	10	15	15	6	10	4	12	8	5
Ток стока в рабочей точке IС, мА	3	2	4	3	3	3	2	3	2	2
Коэффициент усиления |КU|	10	15	15	10	10	8	10	10	15	8
Напряжение Eс, В	15	20	15	20	15	20	15	20	15	20

Решение. Для решения задачи необходимо использовать основные соотношения для полевого транзистора с встроенным затвором:

,

,

.

Стоко - затворная характеристика приведена на рис. 2.14

Рис. 2.13 Рис. 2.14